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1、第2章阴极射线管显示技术第1页，共126页，编辑于2022年，星期一主要分为主要分为黑白黑白CRT显示器和彩色显示器和彩色CRT显示器两大类。它的显示器两大类。它的核核心部件心部件是是CRT显像管（即阴极射线管），其主要由显像管（即阴极射线管），其主要由五部分组成五部分组成：电：电子枪子枪(ElectronGun)、偏转线圈、偏转线圈(Defiectioncoils)、荫罩、荫罩(Shadowmask)、荧光粉层、荧光粉层(Phosphor)及玻璃外壳，其中电子及玻璃外壳，其中电子枪是显像管的核心。枪是显像管的核心。包括直观刷新式、直观存储式和特种包括直观刷新式、直观存储式和特种CRT 直观刷
2、新式是目前应用最广泛的，主要用于显示设备、电视接收直观刷新式是目前应用最广泛的，主要用于显示设备、电视接收机、雷达终端、示波器等，后面讨论的都是这种机、雷达终端、示波器等，后面讨论的都是这种CRT。CRT（Cathode-Ray-Tube）显显示示器器，即即阴阴极极射射线线管管显显示示器器，是最早使用的显示器，它技术成熟，价格便宜，寿命长，可靠性高。是最早使用的显示器，它技术成熟，价格便宜，寿命长，可靠性高。第2页，共126页，编辑于2022年，星期一结构原理结构原理CRT是一内部抽成真空的玻璃锥体。是一内部抽成真空的玻璃锥体。其基本工作原理是：其基本工作原理是：一些物质在电子轰击下发射磷光的
3、特性一些物质在电子轰击下发射磷光的特性电磁场对电子运动实施控制的效应电磁场对电子运动实施控制的效应第3页，共126页，编辑于2022年，星期一2.1.1黑白黑白CRT显示器的基本结构与工作原理显示器的基本结构与工作原理黑白黑白CRT即单色即单色(MonochromeMonitor)CRT，只有，只有单一的电子枪，仅能产生黑白两种颜色。它的单一的电子枪，仅能产生黑白两种颜色。它的主要用途主要用途是在是在电视机中显示图像电视机中显示图像，以及在工业控制设备中用作，以及在工业控制设备中用作监视器监视器。黑白黑白CRT主要由主要由圆锥形玻壳圆锥形玻壳、玻壳正面用于显示的、玻壳正面用于显示的荧光荧光屏屏
4、、封入玻壳中发射电子束用的、封入玻壳中发射电子束用的电子枪系统电子枪系统和位于玻壳之外控和位于玻壳之外控制电子束偏转扫描的制电子束偏转扫描的磁轭器件磁轭器件四部分组成。四部分组成。荧光屏圆锥形玻壳圆锥形玻壳偏转磁轭第4页，共126页，编辑于2022年，星期一图图2.1单色单色CRT的结构示意图的结构示意图结构中灯丝、阴极（结构中灯丝、阴极（K）、第一控制栅极（）、第一控制栅极（G1或称调制器）、或称调制器）、加速极（加速极（G2或称屏蔽极）构成或称屏蔽极）构成发射系统发射系统；第二阳极；第二阳极G3、聚焦、聚焦极极G4、高压阳极、高压阳极G5构成构成聚焦系统聚焦系统。第5页，共126页，编辑于
5、2022年，星期一CRT的组成的组成阴极阴极：加热时发射电子：加热时发射电子控制栅极控制栅极：对发射电子多少实施控制：对发射电子多少实施控制加速结构加速结构：使电子形成高速度射速：使电子形成高速度射速聚焦系统聚焦系统：使电子束轰击荧屏聚集成细点：使电子束轰击荧屏聚集成细点偏转系统偏转系统：使电子束在屏幕上随意移动：使电子束在屏幕上随意移动荧光屏荧光屏：电子束轰击时发出光辉：电子束轰击时发出光辉第6页，共126页，编辑于2022年，星期一阴极射线管工作原理阴极射线管工作原理工作原理工作原理 由阴极放出的电子通过控制栅极后变成电子束，该电子束在聚由阴极放出的电子通过控制栅极后变成电子束，该电子束在
6、聚焦系统的作用下进一步聚焦，形成很细的束，然后在超高压电场焦系统的作用下进一步聚焦，形成很细的束，然后在超高压电场(通通常为常为1500020000V)1500020000V)的加速下轰击屏幕表面的磷光体从而发光。的加速下轰击屏幕表面的磷光体从而发光。阴阴极极控控制制栅栅极极聚聚焦焦系系统统偏偏转转系系统统加加速速电电场场荧荧光光屏屏电电子子电电子子束束聚聚焦焦方方向向轰轰击击第7页，共126页，编辑于2022年，星期一2.1.2彩色彩色CRT显示器的基本结构与工作原理显示器的基本结构与工作原理 彩色彩色CRT利用三基色利用三基色图像叠加原理实现彩色图图像叠加原理实现彩色图像的显示。荫罩式彩色
7、像的显示。荫罩式彩色CRT是目前占主导地位的是目前占主导地位的彩色显像管，这种管子的彩色显像管，这种管子的原始设想是德国人弗莱西原始设想是德国人弗莱西（Fleshsig）在）在1938年提出年提出的。荫罩式彩色的。荫罩式彩色CRT的基的基本结构如图本结构如图2.2所示。所示。图图2.2彩色彩色CRT的结构示意图的结构示意图第8页，共126页，编辑于2022年，星期一彩色彩色CRT是通过红是通过红(R)、绿、绿(G)、蓝、蓝(B)三原色组合产生彩色三原色组合产生彩色视觉效果。荧光屏上的每一个像素由产生红视觉效果。荧光屏上的每一个像素由产生红(R)、绿、绿(G)、蓝、蓝(B)的三种荧光体组成，同时
8、电子枪中设有的三种荧光体组成，同时电子枪中设有3个阴极个阴极，分别发射电，分别发射电子束，轰击对应的荧光体。为了防止每个电子束轰击另外两子束，轰击对应的荧光体。为了防止每个电子束轰击另外两个颜色的荧光体，在荧光面内侧设有个颜色的荧光体，在荧光面内侧设有选色电极选色电极荫罩荫罩。在荫罩型彩色在荫罩型彩色CRT中，中，玻壳荧光屏的内面形成点状红、玻壳荧光屏的内面形成点状红、绿、蓝三色荧光体绿、蓝三色荧光体，荧光面与单色，荧光面与单色CRT相同，在其内侧均相同，在其内侧均有膜金属覆层。在离荧光面一定距离处设置荫罩。荫罩焊接有膜金属覆层。在离荧光面一定距离处设置荫罩。荫罩焊接在支持框架上，并通过显示屏
9、侧壁内面设置的紧固钉将荫罩在支持框架上，并通过显示屏侧壁内面设置的紧固钉将荫罩固定在显示屏内侧。固定在显示屏内侧。第9页，共126页，编辑于2022年，星期一图图2.3彩色彩色CRT工作原理工作原理第10页，共126页，编辑于2022年，星期一荫罩与荧光屏的距离可根据几何关系由下式确定：荫罩与荧光屏的距离可根据几何关系由下式确定：(2-1)(2-2)式中：式中：为荫罩与荧光屏的距离；为荫罩与荧光屏的距离；为孔距放大率；为孔距放大率；为从电子枪到荧光面的距离；为从电子枪到荧光面的距离；为电子枪的束间距；为电子枪的束间距；为电为电子束排列方向的荫罩孔距；子束排列方向的荫罩孔距；为电子束排列方向的荧
10、光屏上同为电子束排列方向的荧光屏上同一色荧光体的点间距。一色荧光体的点间距。第11页，共126页，编辑于2022年，星期一整体工作过程整体工作过程：由灯丝、阴极、控制栅组成电子枪，通：由灯丝、阴极、控制栅组成电子枪，通电后灯丝发热，阴极被激发，发射出电子流，电子流受到电后灯丝发热，阴极被激发，发射出电子流，电子流受到带有高电压的内部金属层的加速，经过透镜聚焦形成极细带有高电压的内部金属层的加速，经过透镜聚焦形成极细的电子束，在阳极高压作用下，获得巨大的能量，以极高的电子束，在阳极高压作用下，获得巨大的能量，以极高的速度去轰击荧光粉层。这些电子束轰击的目标就是荧光的速度去轰击荧光粉层。这些电子束
11、轰击的目标就是荧光屏上的三原色。屏上的三原色。电子枪发射的电子束不是一束，而是三束，电子束在偏转磁电子枪发射的电子束不是一束，而是三束，电子束在偏转磁轭产生的磁场作用下，可以控制其射向荧光屏的指定位置，去轰轭产生的磁场作用下，可以控制其射向荧光屏的指定位置，去轰击各自的荧光粉单元。一般荫罩式击各自的荧光粉单元。一般荫罩式CRT的内部有一层类似筛的内部有一层类似筛子的网罩，电子束通过网眼打在呈三角形排列的荧光点子的网罩，电子束通过网眼打在呈三角形排列的荧光点上，以防止每个电子束轰击另外两个颜色的荧光体。上，以防止每个电子束轰击另外两个颜色的荧光体。第12页，共126页，编辑于2022年，星期一受
12、到高速电子束的激发，这些荧光粉单元分别发出强受到高速电子束的激发，这些荧光粉单元分别发出强弱不同的红、绿、蓝三种光。根据空间混色法弱不同的红、绿、蓝三种光。根据空间混色法(将三个基色将三个基色光同时照射同一表面相邻很近的三个点上进行混色的方光同时照射同一表面相邻很近的三个点上进行混色的方法法)产生丰富的色彩，这种方法利用人们眼睛在超过一定距离产生丰富的色彩，这种方法利用人们眼睛在超过一定距离后分辨力不高的特性，产生与直接混色法相同的效果。后分辨力不高的特性，产生与直接混色法相同的效果。用这种方法可以产生不同色彩的像素，而大量的不同色彩的用这种方法可以产生不同色彩的像素，而大量的不同色彩的像素可
13、以组成一张漂亮的画面，而不断变换的画面就成为可动的像素可以组成一张漂亮的画面，而不断变换的画面就成为可动的图像。图像。第13页，共126页，编辑于2022年，星期一电电子子枪枪是是显显像像管管中中极极为为重重要要的的组组成成部部分分。它它是是电电子子束束源源，用用来来发发射射电电子子，并并将将其其加加速速和和聚聚焦焦成成细细束束，同同时时外外加加电电信信号号控控制制电电子子束束的的强强度度。偏偏转转系系统统能能依依据据输输入入的的有有电电子子束束位位置置信信息息的的信信号号使使电电子子束束在在向向荧荧光光屏屏行行进进途途中中轨轨迹迹发发生生偏偏转转，以以控控制制电电子子束束到到达达荧荧光光屏屏
14、上上的的位位置置。偏偏转转系系统统可可以以用用静静电电式式偏偏转转或或磁磁偏偏转转，电电子子枪枪与与偏偏转转系系统统合合称称显显示示器器件件的的电子光学系统电子光学系统。一一般般分分为为双双电电位位电电子子枪枪（Bi-potential Focus,BPF）和和单单电电位位电电子子枪枪（Uni-Potential Focus,UPF）。UPF电电子子枪枪比比BPF电电子子枪枪多多一一个个高高压压阳极，聚焦能力大大提高，在荧光屏上形成直径为阳极，聚焦能力大大提高，在荧光屏上形成直径为0.2mm左右的光点。左右的光点。1、电子枪2.1.3CRT显示器的主要单元显示器的主要单元第14页，共126页，
15、编辑于2022年，星期一 双双电电位位电电子子枪枪的的各各电电极极电电压压及及结结构构如如图图所所示示：灯灯丝丝、阴阴极极（发发射射极极）K，控控制制极极G1（栅栅极极），加加速速极极G2（第第一一阳阳极极A1），聚聚焦焦极极G3（第第二二阳阳极极A2），高高压压阳阳极极G4。栅栅极极与与阴阴极极间的距离一般为间的距离一般为1mm以下，栅极中心孔直径为以下，栅极中心孔直径为0.60.8mm。G2灯丝阴极控制极聚焦极加速极阳极G3 双电位电子枪（双电位电子枪（Bi-potential Focus,BPFBi-potential Focus,BPF）0V -60-20V 400V 0300V 90
16、00VG4G1第15页，共126页，编辑于2022年，星期一 当当阴阴极极被被阴阴极极里里面面的的灯灯丝丝加加热热到到约约800时时，电电子子获获得得逸逸出出功功，大大量量电电子子从从阴阴极极表表面面发发出出，并并对对准准栅栅极极的的小小圆圆孔孔飞飞行行出出去去。电电子子飞飞出出的的多多少少，由由栅栅极极与与阴阴极极之之间间所所加加的的电电压压的的大大小小决决定定，因因此此，将将视视频频信信号号电电压压加加在在阴阴极极或或栅栅极极上上可可以以调调制制电电子子束束强强度度。电电子子束束经经过过加加速速极极的的加加速速，聚聚焦焦极极的的聚聚焦焦，偏偏转转磁磁场场的的偏偏转转扫扫描描到到屏屏幕幕前前
17、面面的的荧荧光光涂涂层层上上，产产生生复复合合发光，最终形成满足人眼视觉特性要求的光学图像。其结构如图所示。发光，最终形成满足人眼视觉特性要求的光学图像。其结构如图所示。基本工作原理A1灯丝阴极栅极聚焦极加速极高压阳极A2A3G第16页，共126页，编辑于2022年，星期一阴极阴极呈小圆筒状呈小圆筒状，圆筒表面涂有氧化物（氧化钡、氧化锶、氧化钍），圆筒表面涂有氧化物（氧化钡、氧化锶、氧化钍）能在受热时发射电子，圆筒内有灯丝，能把阴极加热到高温能在受热时发射电子，圆筒内有灯丝，能把阴极加热到高温（10003000oC）使其发射出电子。）使其发射出电子。控制栅极（调制级）控制栅极（调制级）圆筒状，
18、它套在阴极外面圆筒状，它套在阴极外面，圆筒的中间开有一个金属小孔圆筒的中间开有一个金属小孔这个圆筒比阴极的电位要低，这个圆筒比阴极的电位要低，它排斥电子，除少数电子通过它排斥电子，除少数电子通过底部的孔底部的孔逃脱外，大多数仍留在控制栅极内。逃脱外，大多数仍留在控制栅极内。第17页，共126页，编辑于2022年，星期一控制栅极控制栅极在在CRT中中作用作用是：是：（1）控制电子束的电流密度）控制电子束的电流密度（2）使从阴极飞出的电子聚焦成能穿过控制栅极小孔的细束。）使从阴极飞出的电子聚焦成能穿过控制栅极小孔的细束。控制栅极相对于阴极的电位越低，通过小孔逃逸的电子越少，控制栅极相对于阴极的电位
19、越低，通过小孔逃逸的电子越少，如果电位低到一定程度，电子束电流密度接近如果电位低到一定程度，电子束电流密度接近0，达到这种情况的，达到这种情况的电流叫电流叫截止电压截止电压，其值一般在其值一般在201000v。第18页，共126页，编辑于2022年，星期一加速结构加速结构电子由控制栅极出电子由控制栅极出来，穿过第二栅极的小来，穿过第二栅极的小孔，被其间的强静电场孔，被其间的强静电场加速，然后电子束高速加速，然后电子束高速通过第二阳极上的小孔。通过第二阳极上的小孔。（加速电压）（加速电压）结论：电子束能到达的速度正比于加速电压的平方根。结论：电子束能到达的速度正比于加速电压的平方根。第19页，共
20、126页，编辑于2022年，星期一聚焦系统聚焦系统作用是使电子束轰击荧光物质时，只限在很小的一点上发出辉光，以作用是使电子束轰击荧光物质时，只限在很小的一点上发出辉光，以保证图形和符号的清晰。保证图形和符号的清晰。聚焦系统的好坏直接影响显示装置分辨率的高低。聚焦系统的好坏直接影响显示装置分辨率的高低。分辨率分辨率(resolution)指的是显示设备所能表示的像素个数。指的是显示设备所能表示的像素个数。像素越密，分辨率越高，图像越清晰。分辨率取决于荧光粉的像素越密，分辨率越高，图像越清晰。分辨率取决于荧光粉的粒度，屏的尺寸和电子束的聚焦能力粒度，屏的尺寸和电子束的聚焦能力电子束离开控制栅极后，
21、变细到一个点源，再发散，一直到聚电子束离开控制栅极后，变细到一个点源，再发散，一直到聚焦开始作用的方由此开始向前收敛，到屏幕时又成一个小点，完焦开始作用的方由此开始向前收敛，到屏幕时又成一个小点，完成聚焦作用。成聚焦作用。聚焦系统分为：聚焦系统分为：静电聚焦和电磁聚焦。静电聚焦和电磁聚焦。第20页，共126页，编辑于2022年，星期一 加速极加速极A1呈圆盘状，电压一般在呈圆盘状，电压一般在450600V之间。之间。聚聚焦焦极极装装在在加加速速极极后后面面，电电压压在在58KV，改改变变这这个个电电压压，可可以以改改变变电子束聚焦的质量。电子束聚焦的质量。阳阳极极施施加加22K34KV的的高高
22、压压（CRT尺尺寸寸越越大大所所需需电电压压越越高高），使使电子束以足够高的速度轰击荧光粉发光。电子束以足够高的速度轰击荧光粉发光。A1灯丝阴极栅极聚焦极加速极阳极A2A3第21页，共126页，编辑于2022年，星期一 单单电电位位电电子子枪枪与与双双电电位位电电子子枪枪相相比比，相相当当于于在在双双电电位位电电子子枪枪的的G2和和G4之之间间多多加加了了一一个个高高压压阳阳极极，电电位位大大幅幅度度增增加加，增增强强了了预预聚聚焦焦能能力力，电电子子束束进进入入主主透透镜镜(由由G3、G4、G5组组成成)前前，经经过过预预聚聚焦焦作作用用，变变细细了了，然后再通过主透镜的聚焦，使电子束激发荧
23、光屏产生的光点足够小。然后再通过主透镜的聚焦，使电子束激发荧光屏产生的光点足够小。单电位电子枪（Uni-potential Focus,UPF）G2灯丝阴极栅极聚焦极加速极高压阳极G4G5G3G1第22页，共126页，编辑于2022年，星期一G2灯丝阴极栅极聚焦极加速极阳极G4G5G3G1 另另外外，由由于于聚聚焦焦极极G4的的电电位位大大大大低低于于G3、G5，因因而而G4上上的的电电位位变变化化对对电电场场影影响响作作用用减减小小了了，这这对对显显像像管管聚聚焦焦持持性性的的稳稳定定和和提提高高起起了了良良好好的的保保证证作作用用。单单电电位位电电子子枪枪只只要要在在设设计计装装配配时时将
24、将三三电电极极（G3、G4、G5）位位置置调调整整好好，在在以以后后的的使使用用中中，对对聚聚焦焦电电压压就就不不必必进进行行调调整整，所以这种枪又称为所以这种枪又称为自聚焦电子枪自聚焦电子枪。第23页，共126页，编辑于2022年，星期一2.荧光屏荧光屏荧光屏，是由涂覆在玻璃壳内的荧光屏，是由涂覆在玻璃壳内的荧光粉荧光粉和叠于荧光粉层上面的和叠于荧光粉层上面的铝膜铝膜共同组成的。工作的时候荧光屏后面的电子枪发射电子束打在荧光共同组成的。工作的时候荧光屏后面的电子枪发射电子束打在荧光粉上，于是一部分荧光粉亮起来，显示出字符或者图像。粉上，于是一部分荧光粉亮起来，显示出字符或者图像。荧光屏是实现
25、荧光屏是实现CRT显像管电光转换的关键部位之一，显像管电光转换的关键部位之一，要求要求发光亮发光亮度和发光效率足够高，发光光谱适合人眼观察，图像分辨力高、传度和发光效率足够高，发光光谱适合人眼观察，图像分辨力高、传递效果好，余辉时间适当，机械、化学、热稳定性好，寿命高。递效果好，余辉时间适当，机械、化学、热稳定性好，寿命高。第24页，共126页，编辑于2022年，星期一CRT的的发光性能发光性能首先取决于所用的荧光粉材料，因为主要首先取决于所用的荧光粉材料，因为主要由荧光粉层完成显像管内的光电转换功能。由荧光粉层完成显像管内的光电转换功能。荧光粉的荧光粉的发光效率发光效率是指每瓦电功率能获得多
26、大的发光强度。是指每瓦电功率能获得多大的发光强度。余辉时间余辉时间是荧光粉的重要特性参数。是荧光粉的重要特性参数。当电子束轰击荧光粉时，荧光粉的分子受激而发光，而当电当电子束轰击荧光粉时，荧光粉的分子受激而发光，而当电子束的轰击停止后，荧光粉的发光并非立即消失，而是按指数规子束的轰击停止后，荧光粉的发光并非立即消失，而是按指数规律衰减，这种特性称为律衰减，这种特性称为荧光粉的余辉特性荧光粉的余辉特性。余辉时间是指荧光。余辉时间是指荧光粉在电子束轰击停止后，其亮度减小到电子轰击时稳定亮粉在电子束轰击停止后，其亮度减小到电子轰击时稳定亮度的度的1/10所经历的时间。所经历的时间。第25页，共126
27、页，编辑于2022年，星期一一般把余辉分成三类：余辉时间长于一般把余辉分成三类：余辉时间长于0.1s的称为的称为长余辉长余辉发光发光；余辉时间介于；余辉时间介于0.1s至至0.001s的称为的称为中余辉发光中余辉发光；余辉时间；余辉时间短于短于0.001s的称为的称为短余辉发光短余辉发光。余辉太长，则同一像素第一帧。余辉太长，则同一像素第一帧余辉未尽而第二帧扫描又到了，前一帧的余辉会重叠在后一余辉未尽而第二帧扫描又到了，前一帧的余辉会重叠在后一帧图像上，整个图像便会模糊。若余辉时间太短，屏幕的平帧图像上，整个图像便会模糊。若余辉时间太短，屏幕的平均亮度将会减低。均亮度将会减低。屏幕的亮度取决于
28、荧光粉的屏幕的亮度取决于荧光粉的发光效率、余辉时间及电子束发光效率、余辉时间及电子束轰击的功率轰击的功率。荧光粉的发光效率高时屏幕较亮，余辉时间长平均。荧光粉的发光效率高时屏幕较亮，余辉时间长平均亮度也较大。亮度也较大。第26页，共126页，编辑于2022年，星期一3.偏转系统偏转系统如果不加偏转电压，经过加速、聚焦的具有很高动能的电子如果不加偏转电压，经过加速、聚焦的具有很高动能的电子束轰击荧光面时，仅能在荧光屏中心位置产生亮度很高的光点，束轰击荧光面时，仅能在荧光屏中心位置产生亮度很高的光点，难以成像；为了显示一幅图像，必须让电子束在水平方向和垂直难以成像；为了显示一幅图像，必须让电子束在
29、水平方向和垂直方向上同时偏转，使整个荧光屏上的任何一点都能发光而形成光方向上同时偏转，使整个荧光屏上的任何一点都能发光而形成光栅，这就是偏转系统的作用。由于磁偏转像差小，在高阳极电压栅，这就是偏转系统的作用。由于磁偏转像差小，在高阳极电压下适用于大角度偏转，所以显像管通常采用磁偏转。下适用于大角度偏转，所以显像管通常采用磁偏转。偏转线圈是偏转线圈是CRT显像管的重要部件。分为行偏转线圈和场偏转线显像管的重要部件。分为行偏转线圈和场偏转线圈即水平偏转线圈和垂直偏转线圈。圈即水平偏转线圈和垂直偏转线圈。行偏转线圈行偏转线圈通有由行扫描电路提通有由行扫描电路提供的锯齿波电流，产生在垂直方向上线性变化
30、的磁场，使电子束作水平供的锯齿波电流，产生在垂直方向上线性变化的磁场，使电子束作水平方向扫描。场偏转线方向扫描。场偏转线第27页，共126页，编辑于2022年，星期一圈圈通有由场扫描电路提供的锯齿波电流，产生一个水平方向线性通有由场扫描电路提供的锯齿波电流，产生一个水平方向线性变化的磁场，使电子束作垂直方向扫描。在行扫描和场扫描共同变化的磁场，使电子束作垂直方向扫描。在行扫描和场扫描共同作用下，有规律的从上到下从左到右控制电子束的运动，屏幕上作用下，有规律的从上到下从左到右控制电子束的运动，屏幕上呈现一幅矩形的光栅。呈现一幅矩形的光栅。我国采用的我国采用的PAL制式规定，每帧制式规定，每帧62
31、5行，每秒行，每秒25帧。隔行扫帧。隔行扫描，每帧两场，每秒描，每帧两场，每秒50场；每行水平扫描正程为场；每行水平扫描正程为52s，逆程，逆程为为12s，场正程时间，场正程时间18.4ms，逆程时间，逆程时间1.6ms，垂直方向显示，垂直方向显示575行。行。第28页，共126页，编辑于2022年，星期一4.荫罩荫罩荫罩、玻壳和电子枪是组成彩色显像管的三大主要部件，荫罩、玻壳和电子枪是组成彩色显像管的三大主要部件，在彩色显象管内，荫罩装于玻壳和电子枪之间，起分色作用。在彩色显象管内，荫罩装于玻壳和电子枪之间，起分色作用。5.玻璃管壳玻璃管壳玻璃管壳通常由屏幕玻璃、锥体、管颈三部分组成。用普通
32、玻璃管壳通常由屏幕玻璃、锥体、管颈三部分组成。用普通玻璃做玻璃做CRT的外围器件，是因为透明性高，能耐受高空并能吸的外围器件，是因为透明性高，能耐受高空并能吸收从内部发生的收从内部发生的X射线。射线。第29页，共126页，编辑于2022年，星期一1.生成图像生成图像CRT的的DeflectionCoil（偏转线圈）用于电子枪发射器的定（偏转线圈）用于电子枪发射器的定位，它能够产生一个强磁场，通过改变强度来移动电子枪。线圈位，它能够产生一个强磁场，通过改变强度来移动电子枪。线圈偏转的角度有限，当电子束传播到一个平坦的表面时，能量会轻偏转的角度有限，当电子束传播到一个平坦的表面时，能量会轻微地偏移
33、目标，仅有部分荧光粉被击中，四边的图像都会产生弯微地偏移目标，仅有部分荧光粉被击中，四边的图像都会产生弯曲现象。为了解决这个问题，曲现象。为了解决这个问题，显示器生产厂把显像管制造成球形，显示器生产厂把显像管制造成球形，让荧光粉充分地接受到能量让荧光粉充分地接受到能量，缺点是屏幕将变得弯曲。电子束，缺点是屏幕将变得弯曲。电子束射击由左至右，由上至下的过程称为刷新，不断重复地刷新就射击由左至右，由上至下的过程称为刷新，不断重复地刷新就能保持图像的持续性。能保持图像的持续性。2.2CRT显示器的驱动与控制显示器的驱动与控制2.2.1CRT显示器相关技术显示器相关技术第30页，共126页，编辑于20
34、22年，星期一2.混合颜色混合颜色旧式的显示器只有单一的电子枪，仅能产生黑白两种颜旧式的显示器只有单一的电子枪，仅能产生黑白两种颜色，即单色显示器（色，即单色显示器（MonochromeMonitor）。新一代显示）。新一代显示器有三只电子枪，每个电子枪都有独立的偏转线圈，分别发器有三只电子枪，每个电子枪都有独立的偏转线圈，分别发出出R、G、B（Red、Blue、Green，红、蓝、绿）三束光线，红、蓝、绿）三束光线，混合光线可以产生混合光线可以产生1600万种颜色，或者说真彩色。某些显示器能万种颜色，或者说真彩色。某些显示器能用一个电子枪发出三束光线，经过混合亦能生成其它颜色。生成用一个电子
35、枪发出三束光线，经过混合亦能生成其它颜色。生成彩色图像电子枪要扫描屏幕三次，其过程比黑白图像复杂得多。彩色图像电子枪要扫描屏幕三次，其过程比黑白图像复杂得多。第31页，共126页，编辑于2022年，星期一3.回转变压器（回转变压器（FlybackTransformer）回转变压器类似发动机点火线圈，在特定时间发出一个低回转变压器类似发动机点火线圈，在特定时间发出一个低能量信号给回转磁线圈，并生成磁场。当低能量源关闭后，磁能量信号给回转磁线圈，并生成磁场。当低能量源关闭后，磁线圈的能量转移到高能量输出中，最后传到电子枪发出电子束。线圈的能量转移到高能量输出中，最后传到电子枪发出电子束。依照依照C
36、RT尺寸的不同，产生的能量也各有差异，通常在尺寸的不同，产生的能量也各有差异，通常在10000V至至50000V之间。之间。第32页，共126页，编辑于2022年，星期一4.垂直和水平同步垂直和水平同步垂直和水平是垂直和水平是CRT中两个基本的同步信号，水平同步信号中两个基本的同步信号，水平同步信号决定了决定了CRT画出一条横越屏幕线的时间，垂直同步信号决定了画出一条横越屏幕线的时间，垂直同步信号决定了CRT从从屏幕顶部画到底部，再返回原始位置的时间，垂直同步也可以称屏幕顶部画到底部，再返回原始位置的时间，垂直同步也可以称为刷新率。为刷新率。标准电视机的水平同步信号标准电视机的水平同步信号=5
37、12线线30帧帧/秒秒=15.75kHz，显，显示器的水平同步信号可任意调节，幅度在示器的水平同步信号可任意调节，幅度在15.75KHz95KHz之间。之间。把水平同步信号反转能够得出扫描一条线的时间，即把水平同步信号反转能够得出扫描一条线的时间，即1/17.75KHz=63.5s。电视机扫描一帧图像要返回。电视机扫描一帧图像要返回525次。因为次。因为CRT的频繁开关和扫描切换，在屏幕上实际表现出来的线数比的频繁开关和扫描切换，在屏幕上实际表现出来的线数比525要少一些，一般约为要少一些，一般约为428399条线。条线。第33页，共126页，编辑于2022年，星期一5.交错和非交错交错和非交
38、错电视机采用的是电视机采用的是交错交错(Interlace)扫描扫描，机器本身刷新速度不足，机器本身刷新速度不足，每一帧都要刷新两次，由于人眼的视觉暂停原理，会感到画面是连每一帧都要刷新两次，由于人眼的视觉暂停原理，会感到画面是连续播入的，缺点是人眼能发现两次刷新的不同，感到屏幕有闪烁，续播入的，缺点是人眼能发现两次刷新的不同，感到屏幕有闪烁，长时间观看容易使眼睛疲劳。电视机能稳定运行在长时间观看容易使眼睛疲劳。电视机能稳定运行在30Hz，或，或30帧帧/秒，但早期秒，但早期CRT并不能保持刷新率不变，磁偏转线圈常常影响着电并不能保持刷新率不变，磁偏转线圈常常影响着电子束的发射，有时还会减弱电
39、子束，以及荧光粉的发热时间的限制，子束的发射，有时还会减弱电子束，以及荧光粉的发热时间的限制，导致上半部分屏幕比下半部分屏幕更亮，后来，人们采用了导致上半部分屏幕比下半部分屏幕更亮，后来，人们采用了分线刷分线刷新新的方法，第一次扫奇数行、第二次扫偶数行，缺点是每的方法，第一次扫奇数行、第二次扫偶数行，缺点是每做一样工作要刷新两个周期，显示器的反应较慢，当然，做一样工作要刷新两个周期，显示器的反应较慢，当然，画面闪烁是少不了的。不过，也因此而增加了显示器的刷画面闪烁是少不了的。不过，也因此而增加了显示器的刷新速度，以新速度，以30fps的频率实现的频率实现60fps图像亦变为可能，避免了显图像亦
40、变为可能，避免了显像管负荷过重而烧毁。像管负荷过重而烧毁。第34页，共126页，编辑于2022年，星期一6.金属隔板技术金属隔板技术点状荫罩点状荫罩(ShadowMasks)指电子枪和荧光屏之间放置一个金属隔板，上指电子枪和荧光屏之间放置一个金属隔板，上面有许多小洞让电子通过。其作用是防止一个荧光点加热时传导到附近的点，面有许多小洞让电子通过。其作用是防止一个荧光点加热时传导到附近的点，分离显示器的色彩。分离显示器的色彩。在荫罩技术方面，有两点最重要在荫罩技术方面，有两点最重要：一是如何使用更：一是如何使用更薄的金属来制造隔板，并缩小点与点之间的位置薄的金属来制造隔板，并缩小点与点之间的位置(
41、DotPitch，点距，点距)，让，让它与屏幕上的点一一对应；二是如何修正电子束的颜色，让它更符它与屏幕上的点一一对应；二是如何修正电子束的颜色，让它更符合要求。合要求。荫罩的荫罩的主要缺点主要缺点是金属板会随着能量的变化而产生弯曲，特别是在高亮度是金属板会随着能量的变化而产生弯曲，特别是在高亮度的情况下，需要更多的能量来战胜荫罩的阻抗，弯曲会更加严重。金属板变形的情况下，需要更多的能量来战胜荫罩的阻抗，弯曲会更加严重。金属板变形使电子束偏离原定目标，显示的画面会模糊不清。为此，人们只好不断寻找合使电子束偏离原定目标，显示的画面会模糊不清。为此，人们只好不断寻找合适制造荫罩的金属，目前效果最好
42、的是适制造荫罩的金属，目前效果最好的是INVAR(不胀铜不胀铜)，它是镍，它是镍/铁合金，膨铁合金，膨胀率几乎为零。荫罩的胀率几乎为零。荫罩的第二个缺点第二个缺点是屏幕弯曲会产生刺眼的眩光，用是屏幕弯曲会产生刺眼的眩光，用AGC(AntiGlareCoatings，防眩光涂层，防眩光涂层)能解决这个问题。能解决这个问题。第35页，共126页，编辑于2022年，星期一1.扫描方式扫描方式文字及图象画面都是由一个个称为像素的点构成的，使文字及图象画面都是由一个个称为像素的点构成的，使这些点顺次显示的方法称为这些点顺次显示的方法称为扫描扫描。一般。一般CRT的电子束扫描是由的电子束扫描是由偏转磁轭进
43、行磁偏转控制的。偏转磁轭进行磁偏转控制的。光栅扫描方式光栅扫描方式在垂直方向是从左上向右下的顺序扫描方式，由扫在垂直方向是从左上向右下的顺序扫描方式，由扫描产生的水平线称为扫描线，按该扫描线的条件决定显示器垂直方向的描产生的水平线称为扫描线，按该扫描线的条件决定显示器垂直方向的图像分辨率。光栅扫描方式中有顺序扫描图像分辨率。光栅扫描方式中有顺序扫描(逐行扫描逐行扫描)方式和飞越扫描方式和飞越扫描(隔行扫描隔行扫描)方式。方式。2.2.2CRT显示器驱控电路显示器驱控电路第36页，共126页，编辑于2022年，星期一在逐行扫描方式中，当场频为在逐行扫描方式中，当场频为50Hz，扫描行数为，扫描行
44、数为625，图像宽高比，图像宽高比为为4:3时，则需要时，则需要10.5MHz的信号带宽。这将使电视设备复杂化，的信号带宽。这将使电视设备复杂化，信道的频带利用率下降。实际系统采用隔行扫描方式来降低图像信道的频带利用率下降。实际系统采用隔行扫描方式来降低图像信号的频带。信号的频带。逐行扫描（逐行扫描（Progressive）我们将一行紧跟一行的扫描方式称为逐行扫描。我们将一行紧跟一行的扫描方式称为逐行扫描。第37页，共126页，编辑于2022年，星期一逐行扫描原理逐行扫描原理水平方向上的扫描水平方向上的扫描(也称行扫描也称行扫描)。由由左左端端逐逐渐渐移移到到右右端端，这这段段扫扫描描过过程程
45、称称行行正正程程扫扫描描。行行正正程扫描所需时间称为行扫描正程时间，程扫描所需时间称为行扫描正程时间，用用用用T T T THtHtHtHt表示。表示。表示。表示。T THtHt第38页，共126页，编辑于2022年，星期一行扫描原理行扫描原理从右端快速返回左端。这段扫描过程称为行逆程扫描。行逆程扫从右端快速返回左端。这段扫描过程称为行逆程扫描。行逆程扫描所需时间称行扫描逆程时间，用描所需时间称行扫描逆程时间，用THr表示，而且表示，而且THt THr。行扫。行扫描的周期则为：描的周期则为：TH=THt+THr行扫描频率：行扫描频率：fH=1/THTHtTHrTH第39页，共126页，编辑于2
46、022年，星期一场扫描原理场扫描原理产生垂直方向的扫描产生垂直方向的扫描(也称场扫描也称场扫描)场扫描锯齿电流场扫描锯齿电流第40页，共126页，编辑于2022年，星期一场扫描锯齿电流场扫描锯齿电流在在垂垂直直方方向向由由上上端端向向下下端端移移动动，这这一一过过程程称称为为场场正正程程扫扫描描。所所需需要要的的时时间间称称为场扫描正程时间，用为场扫描正程时间，用TVt表示。表示。从从下下端端快快速速返返回回到到上上端端，这这过过程程称称场场逆逆程程扫扫描描。场场扫扫描描逆逆程程时时间间用用TVr表示。其中表示。其中TVtTVr。场扫描周期。场扫描周期TV=TVt+TVr。同理，场扫描频率。同
47、理，场扫描频率fv=1/TV TVtTVr第41页，共126页，编辑于2022年，星期一逐行扫描原理逐行扫描原理场扫描锯齿电流N行第42页，共126页，编辑于2022年，星期一 隔隔行行扫扫描描是是每每一一帧帧被被分分割割为为两两场场，每每一一场场包包含含了了一一帧帧中中所所有有的的奇奇数数扫扫描描行行或或者者偶偶数数扫扫描描行行，规规定定奇奇数数行行1，3，5，7573的的场场为为奇数场，偶数行奇数场，偶数行2，4，6，574的场为偶数场。的场为偶数场。通通常常是是先先扫扫描描奇奇数数行行得得到到第第一一场场，然然后后扫扫描描偶偶数数行行得得到到第第二二场。每秒扫描场。每秒扫描50场。场。隔
48、行扫描（隔行扫描（Interlaced）第43页，共126页，编辑于2022年，星期一奇场光栅奇场光栅偶场光栅偶场光栅每帧光栅每帧光栅行锯齿电流波形场锯齿电流波形隔行扫描光栅的形成隔行扫描光栅的形成第44页，共126页，编辑于2022年，星期一隔行扫描示意图隔行扫描示意图第45页，共126页，编辑于2022年，星期一 我我国国采采用用的的PAL制制式式规规定定，每每帧帧625行行，每每秒秒25帧帧。隔隔行行扫扫描描，每每帧帧两两场场，每每秒秒50场场；每每行行水水平平扫扫描描正正程程为为52s，逆逆程程为为12s，场场扫扫描描周周期期为为20ms，场场正正程程时时间间TVt 18.4ms，逆逆
49、程程时时间间TVr 1.6ms，垂垂直直方方向向显显示示575行行。要要实实现现这这样样的的指指标标，电电视视图图像像信信号号的的通通频频带带要要求求达达到到11MHz以上。以上。我国电视标准我国电视标准场扫描锯齿电流TVtTVr第46页，共126页，编辑于2022年，星期一2.辉度及颜色辉度及颜色单色单色CRT只需要对辉度进行控制，对彩色只需要对辉度进行控制，对彩色CRT来说还需要对来说还需要对颜色进行控制，辉度和颜色都是都是通过电流量来控制的。辉颜色进行控制，辉度和颜色都是都是通过电流量来控制的。辉度和信号幅度的关系如图度和信号幅度的关系如图2.6所示。电流控制方式中有栅极所示。电流控制方
50、式中有栅极(G1)驱驱动方式和阴极驱动方式。动方式和阴极驱动方式。在在栅极栅极(G1)驱动方式驱动方式中，在电子枪的栅极中，在电子枪的栅极/阴极间施加不同的阴极间施加不同的电压，就可以得到相应的辉度。电压，就可以得到相应的辉度。彩色彩色CRT的颜色显示是通过的颜色显示是通过3个电子束各自的电流（由电压调制）个电子束各自的电流（由电压调制）来调制的。由各色输入阶数的乘积，决定显示的色数，对于阶数为来调制的。由各色输入阶数的乘积，决定显示的色数，对于阶数为16的的情况，可显示情况，可显示4096（163）种颜色。）种颜色。第47页，共126页，编辑于2022年，星期一图图2.6画面的辉度与信号振幅