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1、第 3 章阴极射线管显示技术第3章阴极射线管显示技术3.1阴极射线管阴极射线管(CRT)3.2光栅显示器的组成光栅显示器的组成3.3 场扫描电路场扫描电路3.4行扫描电路行扫描电路3.5视频放大器视频放大器习题习题3第 3 章阴极射线管显示技术 3.1 阴极射线管（阴极射线管（CRT）3.1.1 黑白黑白CRT 1 黑白CRT的结构黑白显像管由三部分组成：玻璃外壳、电子枪和荧光屏。它是电真空器件，能承受高压并防爆裂。黑白显像管的具体结构如图3-1所示。第 3 章阴极射线管显示技术图3-1 黑白显像管结构示意图第 3 章阴极射线管显示技术1)玻璃外壳玻璃外壳包括管颈、管锥体和屏面玻璃三部分。在显
2、像管玻璃外壳管锥体部分的内外壁上分别涂有石墨导电层，从而形成一个以玻璃为介质，以内外壁石墨层为两个极片的电容器（电容量约为1000 pF）。内壁石墨层与高压阳极相连，形成一个等电位空间，以保证电子束流高速运动。第 3 章阴极射线管显示技术2)电子枪电子枪通常由灯丝、阴极、控制栅极、加速阳极、聚焦阳极和高压阳极等组成高压阳极插座安装在管锥体上，其余各电极均在管颈末端用金属管脚引出。电子枪用来发射密度可调的电子流，通过聚焦和加速，形成截面积很小、速度很高的电子束，该电子束在偏转线圈形成的行、场偏转磁场作用下实现全屏幕的扫描光栅，所以，电子枪是显像管的心脏。第 3 章阴极射线管显示技术（1）阴极。阴
3、极（用字母K表示）的外形是一个圆筒，顶部涂有能发射电子的氧化物，圆筒里面装有加热用的灯丝（用字母F表示）。当灯丝通电后，阴极就被加热，向外发射电子，称为热电子发射。要调整好灯丝的电压和电流，使阴极在可靠的状态下工作。通常灯丝电压为交流6.3 V(或直流12 V，对小尺寸的显像管来说)，电流0.6 A(或85 mA)，其电压变化应小于10%。第 3 章阴极射线管显示技术（2）控制栅极。阴极外面有一个中心开有小孔的金属圆筒，这个圆筒就是控制栅极（用字母G或M表示）。改变控制栅极与阴极间的电压，便可以控制电子束流的大小。对阴极而言，栅极上加有直流负压，一般在2080 V之间。栅、阴极负压越大，对电子
4、束的阻碍就越大，则电子束流就越小；反之，电子束流就越大。这样，在荧光屏上对应光点就会发生暗明变化。第 3 章阴极射线管显示技术（3）加速阳极。加速阳极也叫第一阳极（用字母A1表示），其外形像中间开孔的圆盘。对栅极而言，加有一个正100 V左右甚至更高的直流电压，在与阴极形成的电场作用下，把电子从阴极表面吸出来，向屏幕方向作加速运动。有两种情况要注意，电压过高会造成亮度失调（即亮度调不暗），并产生回扫线；电压过低会使显像管不能发光。第 3 章阴极射线管显示技术（4）高压阳极。第二阳极（A2）和第四阳极（A4）相接形成高压阳极，为金属圆筒形。该阳极将进一步加速电子轰击荧光屏，而且与管锥体内壁石墨导
5、电层相连，形成一个均匀的等电位空间，保证电子束进入管锥体空间后能径直地飞向荧光屏，不会产生杂乱的偏离或散焦。一般黑白显像管的高压阳极电压为916 kV。第 3 章阴极射线管显示技术(5)聚焦阳极。聚焦阳极也叫第三阳极（用字母A3表示），处在第二阳极和第四阳极之间，为金属圆筒形。在显像管中，因电子枪各阳极电压不同而形成的电子透镜完成聚焦作用。由第二阳极和第三阳极形成预聚焦透镜，由第三阳极和第四阳极形成聚焦透镜，从而使电子束流会聚成一点。改变聚焦电极上的电压，使电子束的聚焦点正好落在荧光屏上，从而得到最清晰的图像。黑白电视机中常用一个电位器来调整聚焦电压，其范围在0400 V 之间。第 3 章阴极
6、射线管显示技术3)荧光屏荧光屏由屏面玻璃、荧光粉层和铝膜三部分组成。在显像管屏幕内的玻璃表面上，沉积一层厚度约为10 m的荧光粉。荧光粉层外面又蒸镀了一层厚度约为1 m的铝膜。铝膜与内石墨层相连，加有高压。铝膜可以加速电子束，又可以保护荧光粉，使其不受离子冲击而损伤形成离子斑（离子因质量大，速度慢穿不过铝膜）。第 3 章阴极射线管显示技术荧光屏的发光亮度除了与荧光粉材料有关外，还与电子束流的大小和速度有关，而栅负压和高压的大小对电子束流的大小和速度都有很大影响。通常黑白电视机是通过改变栅阴电压的方法来调节亮度的。一般显像管要求把电子束流限制在150 A以下，如果电子束流太大，有可能使荧光屏上的
7、荧光粉局部过热而降低发光能力。第 3 章阴极射线管显示技术2.黑白显像管的调制特性在前面介绍显像管各部分的过程中大致涉及了显像管的成像过程。我们知道，当灯丝发热时，阴极发射电子束流，此时如在栅、阴极间叠加图像信号，那么电子束流的大小就随图像信号电压的变化而变化，通过加速、聚焦，并在行、场偏转线圈的作用下，高速打在整个荧光屏上，这样屏上各点就呈现不同的灰度，从而重现原来的图像。第 3 章阴极射线管显示技术可以看出，荧光屏上形成图像的各点的灰度由栅阴电流的大小决定，而阴极电流的变化受栅阴电压的调制，我们把栅阴电压ugk对阴极电流ik的控制关系称为显像管的调制特性。对调制特性的讨论，会使我们对显像管
8、的工作过程有更进一步的认识，并对显像管的工作原理有更深的理解。第 3 章阴极射线管显示技术图3-2 黑白显像管调制特性曲线第 3 章阴极射线管显示技术1)调制特性曲线图3-2所示为栅阴电压ugk和阴极电流ik的关系曲线，叫做调制特性曲线。该特性曲线可由下列公式给出：ik=k(ugkugk0)式中，k是比例系数，与电极的特性和构造等因素有关；是非线性系数，其数值大小因管子而异，取值在23之间；ugk0是栅极截止电压，即显像管阴极电流ik=0时的栅极负压。第 3 章阴极射线管显示技术2)最大调制量的概念最大调制量的定义是：显像管荧光屏上从不发光（阴极电流为零）到出现标准亮度的光栅（阴极电流为50
9、A）时栅阴电压的变化量，公式表示为：ugk=|ugk0|ugk50|式中，ugk50为ik=50 A时的栅阴电压值。第 3 章阴极射线管显示技术如果ugk值小，说明ugk只有一个较小的变化，或显像管阴极输入一个幅度较小的视频信号，便能在荧光屏上获得较大的亮度或对比度的变化，也就是说ik能较快从0 A升至50 A，这表明显像管的灵敏度高。所以，最大调制量越小，显像管灵敏度越高，反之则越低。第 3 章阴极射线管显示技术从调制特性曲线图形上看，栅阴电压越负，阴极电流就越小，则荧光屏亮度越暗，反之，亮度越高。当负极性图像信号从阴极输入时，原图像较暗部分对应的较高图像信号电平就会抬高阴极电平使得栅阴电压
10、越负，这样，显像管重现的图像是正确的。另外，阴极电流ik不应超过150 A（负电压约为20 V），否则，阴极电流过大，会烧坏荧光粉层。第 3 章阴极射线管显示技术3)失真一般来说，显像亮度与阴极电流呈线性关系，然而非线性的调制特性曲线会使重现的图像明暗失调，引起灰度失真，也称失真。失真是由显像管特性决定的，几乎所有的显像管都存在。所以，系统都必须对失真进行校正。第 3 章阴极射线管显示技术图3-3 偏转线圈结构示意图第 3 章阴极射线管显示技术1)偏转线圈的构造偏转线圈主要由磁环、一组场偏转线圈、一组行偏转线圈和一个中心位置调节器等四部分组成。其结构示意图如图3-3所示。其中，场、行偏转线圈各
11、自由两个线包串联或并联相接而成；两组偏转线圈互相垂直放置，用以产生水平与垂直偏转磁场；场偏转用环形线圈，行偏转用马鞍形（或称喇叭形）线圈。第 3 章阴极射线管显示技术2)行偏转线圈行偏转线圈通有行扫描锯齿波电流，产生在垂直方向的线性变化磁场，使电子束作水平方向扫描，如图3-4所示。电子束的偏转方向由左手定则规定：将左手的大姆指、食指、中指互相垂直，若使中指指向电流方向（与电子流的方向相反），食指指向磁场方向，这时大姆指就指向电子束的偏转方向。第 3 章阴极射线管显示技术图3-4 行偏转线圈及它所产生的磁场(a)左手定则；(b)行偏转线圈；(c)行磁场分布第 3 章阴极射线管显示技术3)场偏转线
12、圈场偏转线圈通有场扫描锯齿波电流，产生在水平方向线性变化的磁场，使电子束作垂直方向扫描，如图3-5所示，其电子束的偏转方向也用左手定则规定。显然，流过偏转线圈的电流越大，电子束流偏转的角度也越大，光栅幅度就越大。第 3 章阴极射线管显示技术图3-5 场偏转线圈及它所产生的磁场(a)左手定则；(b)场偏转线圈；(c)场磁场分布第 3 章阴极射线管显示技术4)中心位置调节器当偏转线圈不加电流时，电子束不受偏转，应落在屏幕的中心点上，但是由于客观原因（电子枪的构造、安装误差等），电子枪的轴线与管颈轴线会不完全重合；偏转线圈在管颈上位置不合适，也会使电子束不打在荧光屏的正中心，造成光栅偏移。为了克服这
13、个缺点，就在偏转线圈后边加两个带磁性的中心位置调节器（片），其构造见图3-6所示。第 3 章阴极射线管显示技术图 3-6 中心位置调节器第 3 章阴极射线管显示技术从图3-6中的磁场分布可以看出，当改变两磁性圈片之间的夹角时，可改变附加固定磁场的强弱和方向，可使光栅中心在一定范围内上下左右移动，达到中心位置调节的目的。中心位置调节器实际上是加一个可以调节大小与方向的静磁场，在这一磁场作用下，电子束产生固定的偏转，直至使光栅中心与荧光屏中心点重合。第 3 章阴极射线管显示技术4.黑白显像管的馈电电压和附属电路1)黑白显像管的馈电电压除栅极接地外，其他各电极都需加上额定工作电压，可分为：灯丝电压、
14、阴栅电压、加速电压、聚焦电压和阳极高压。灯丝电压：交流6.3 V或直流12 V，其作用是加热阴极，使之发射出自由电子。第 3 章阴极射线管显示技术阴栅电压：它是当栅极接地时，阴极上所加的电压。在无视频信号输入时，加上约50 V 左右电压就可使显像管显现出相当亮度的光栅，改变阴栅电压值，就会改变光栅亮度。如再叠加上视频信号，则可控制电子束流的强弱，从而显示出图像来。加速电压：它是加在加速阳极上的电压，一般在100500 V之间。若无此电压或电压不足，电子束流将截止或变小从而导致无光栅或光栅暗淡。第 3 章阴极射线管显示技术聚焦电压：它是加在聚焦阳极上的电压。各个显像管的最佳聚焦电压都不相同，一般
15、在0400 V左右。阳极高压：由高压包提供经半波整流的阳极高压，通过高压嘴送入显像管内的第二、第四阳极，并利用显像管锥体内、外壁石墨层的分布电容来实现滤波。对16英寸的显像管而言，阳极高压约需14 kV。第 3 章阴极射线管显示技术2)黑白显像管的附属电路（1）亮度调节电路和对比度调节电路。黑白显像管的亮度调节是通过调节栅阴电压来实现的。由前面黑白显像管的调制性曲线分析得知，改变栅阴电压也就改变了亮度的大小，所以，黑白显像管的亮度取决于栅极和阴极的电位差。第 3 章阴极射线管显示技术如图3-7所示，视频信号通过隔直电容C3接到显像管阴极，栅极接地固定为零电位，则阴极对栅极的正电位是从直流100
16、 V经R4、RW2、R5分压取得的。例如，RW2中心点向左移动时，A点电位降低，B点电位降低，阴极电位降低，使得栅阴电位差|Ugk|下降，根据显像管的调制特性曲线，电子束电流ik增大，亮度增加。第 3 章阴极射线管显示技术图3-7 亮度调节电路和对比度调节电路第 3 章阴极射线管显示技术在电路中，C2容值较大，对交流信号可视为短路，R3是视放管V的集电极负载电阻，其视放电路的电压增益AuR3/Re，而Re=R1XC1+R2RW1。所以，调节RW1大小可改变Re大小，从而改变Au的大小，达到对比度调节的目的。其中C2起到隔直作用，以保证在调整对比度时不改变视放管的直流工作点。第 3 章阴极射线管
17、显示技术（2）关机亮点消除电路。产生关机亮点的原因是，关机后，由于灯丝的热惰性，阴极温度不能骤降，仍然会继续发射电子。而关机后阴极电压降低，栅阴电位差减小，则栅负压不足以截止电子束向荧光屏运动。第 3 章阴极射线管显示技术电子束流截止型关机亮点消除电路如图3-8所示，R1、RW、R2、R3组成亮度控制电路，C1、R4、VD组成的就是电子束流截止型关机亮点消除电路，其中C1为消亮点电容，R4为VD的限流电阻，阻值较大，为1 M以上，VD为消亮点二极管，开机时导通，关机时截止。第 3 章阴极射线管显示技术图3-8 电子束流截止型关机亮点消除电路第 3 章阴极射线管显示技术开机后，显像管附属电路正常
18、工作，+100 V电压经R4使VD正偏导通，栅极近似为地电位。同时，+100 V电压通过VD使电容C1充电到接近+100 V，给亮度调节电路提供正电压。电视机关机后，+100 V电压立即消失，二极管VD截止，但C1两端电压不能突变，则C1通过放电回路放电，即C1R1RWR3阴极栅极C1负极。C1对阴、栅极放电，而使阴栅之间保持较高的栅阴电压|Ugk|，约1分钟后才消失，于是消除了关机亮点。第 3 章阴极射线管显示技术3.1.2 彩色彩色CRT 1.彩色显像管的分类及特点彩色显像管是重现彩色图像的关键器件。随着显示技术的发展，彩色显像管也由过去的普通彩色显像管、平面直角彩色显像管发展到现在大屏幕
19、彩电普遍使用的超平超黑彩色显像管以及纯平彩色显像管。彩色显像管的种类较多，从结构上划分，主要有三枪三束荫罩管、单枪三束栅网管和自会聚管三种类型。第 3 章阴极射线管显示技术三枪三束荫罩管是20世纪50年代发明的第一代彩色显像管，其图像显示效果较好，但结构很复杂，制造精度要求很高，会聚调整相当繁琐，目前除了在少数高清晰度电视和彩色监视器上还使用外，一般的彩电已不使用这种显像管了。单枪三束栅网管是20世纪60年代研制出的电子束一字形排列的第二代彩色显像管，其特点是：简化了会聚电路，使动会聚调节器由原来的13个减少为3个，但仍然较复杂，生产与维修都不太方便。第 3 章阴极射线管显示技术自会聚管是19
20、72年由美国RCA公司在单枪三束栅网管基础上研制成功的新一代彩色显像管，它对显像管的内部电极作了改造，并将特殊设计的偏转线圈与显像管固定在一起，在实现电子束偏转的同时自动实现会聚。这种显像管大大简化了会聚的调整，方便了生产和维修。目前，几乎所有CRT显示器都采用自会聚彩色显像管。第 3 章阴极射线管显示技术1)三枪三束荫罩管 三枪三束荫罩管的管颈部装有三个独立的电子枪，沿显像管轴线排成“品”字形，彼此相隔120。同时为了使电子束能在显像管荧光屏上会聚，三个电子枪均与管轴倾斜约 1.5。三个电子枪产生的电子束强弱分别受基色信号控制，且用同一组行、场偏转系统来使它们偏转。第 3 章阴极射线管显示技
21、术显像管屏上的荧光粉点是由红、绿、蓝三种荧光粉质点组成，按红、绿、蓝三个一组呈“品”字形排列，每一组构成一个像素。整个屏幕大约有44万个像素，因此共需要132万个荧光粉质点，它们很小且相互紧靠。这样，人们在一定距离观看时就将每组荧光粉点看成是一种与组成该像素三基色信号比例有关的色调，即产生空间混色效果，从而在荧光屏上看到绚丽多彩的图像画面。第 3 章阴极射线管显示技术要正确地重现彩色图像，三个电子枪发射的电子束必须只击中各自对应的荧光粉点，为此在荧光屏前面约1厘米处安装了称之为荫罩板的金属网孔板荫罩，板上约有44万个小圆孔，每一个小圆孔准确地对应一组三色点。三个电子枪射出的电子束正好在荫罩板上
22、的小圆孔中相交，并同时穿过小圆孔后分别轰击各自对应的荧光粉点，如图3-9所示。第 3 章阴极射线管显示技术图3-9 荫罩管示意图第 3 章阴极射线管显示技术三个电子束在扫描时，也应严格地打在对应的荧光粉点上，就要求三个电子枪产生的电子束在任何位置都必须聚集通过同一荫罩孔，这就是电子束的会聚。由于三枪三束荫罩管的电子枪是按“品”字形排列，不处于同一平面，同时显像管屏面也不是球面，因此造成该类彩管的会聚调整相当复杂。第 3 章阴极射线管显示技术2)单枪三束栅网管单枪三束栅网管由一支电子枪来产生三个电子束，其结构如图3-10所示。它具有三个独立的阴极，而其余各电极都是公用的。三个阴极呈“一”字形直线
23、排列，一般产生绿电子束的阴极居中间，产生红、蓝电子束的阴极位于两侧。第 3 章阴极射线管显示技术图3-10 单枪三束显像管工作原理第 3 章阴极射线管显示技术控制栅极G1也排成一条直线，有三个孔，分别位于三个阴极发射表面处；同时，加速极G2上也有相应的三个小孔，以便让电子束通过。控制栅极G1一般是接地，基色信号加在三个阴极上去控制电子束，阴栅间截止电压为80120 V。加速极G2上加有400 V左右电压，G3和阳极G5接在一起加阳极高压，聚焦极G4加0500 V电压，调节G4极电压可调节电子束聚焦。第 3 章阴极射线管显示技术阳极高压后面有一组静会聚板，它由四片金属片组成。中间两片加上与阳极相
24、同的电压，边上两片加上比阳极低1 kV左右的可调节的电压。这样在左右会聚板之间产生静电场，使红、蓝两个边束受到一个指向管轴的力，向中间绿束靠近，调节静会聚电压可使三电子束在栅网处会聚。第 3 章阴极射线管显示技术3)自会聚管 （1）精密一字形排列一体化电子枪。自会聚管的R、G、B三个阴极在水平方向呈一字形排列，彼此的间距很小。这种结构使中心电子束没有会聚误差，两个边束的会聚误差也比较容易校正。电子枪的另一个特点是三枪一体化结构，采用单片三孔栅极，使三条电子束之间的定位可以很精确。第 3 章阴极射线管显示技术电子枪除了有三个独立的阴极，以便分别输入三基色信号外，其他各电极都是采用公共引脚。这种一
25、体化精密结构，避免了电子枪装配过程中工艺误差对会聚的不利影响，由于电子枪的精密结构，使灯丝和阴极间的尺寸缩小，因此加热快，一般5秒钟内就能显示出亮度，实现了快速启动。精密一字型排列一体化电子枪的结构如图3-11（a）所示。第 3 章阴极射线管显示技术（2）槽孔状荫罩板与条状荧光屏。为了克服单枪三束栅网管结构不牢固的缺点，采用了开槽式荫罩板，增加了机械强度和抗热变形性能。荫罩板中的长形小槽孔是品字形错开排列的，荧光屏上的三基色荧光粉也是做成与小槽相同的形状且与小槽相对应平行排列着，如图3-11（b）所示。第 3 章阴极射线管显示技术图3-11 自会聚管的精密一字型排列一体化电子枪示意图第 3 章
26、阴极射线管显示技术（3）黑底技术。为了提高彩色显像管的对比度，自会聚管都做成黑底管，即在荧光粉没有涂布的空隙处，涂上黑色材料，吸收管内或管外射入的杂散光，以提高图像的对比度。采用黑底技术后，电子束截面积可以大于荧光粉的截面积，这样荫罩槽孔可开大些，从而增加了电子流透过率，这样比非黑底管增加了30%的图像亮度。第 3 章阴极射线管显示技术（4）不需要会聚电路。显像管的会聚误差完全是由于各电子束相对于管轴的几何位置不同而造成的。为减少会聚误差，自会聚管在设计时应尽量缩减三个电子束与管轴之间的距离，让最有影响的一条电子束与管轴重合。由于一字形排列使两个边束的会聚误差分布规律比较简单，这就给省去会聚电
27、路打下了良好的基础。第 3 章阴极射线管显示技术2.彩色显像管的色纯与会聚1)色纯度的概念 造成色纯度不良的原因，有显像管在制造过程中的工艺误差，也有生产彩色电视机时作业要求的不严格，致使色纯调整工作的精度不够，或生产过程中受到杂散磁场的影响，当然彩色显像管还会受地球磁场的影响，等等。第 3 章阴极射线管显示技术2)会聚的概念 将三条电子束会合在一起，使它们分别同时击中荧光屏上任何同一组三基色荧光粉的方法称为会聚，由于产生会聚误差的原因不同，会聚可分为静会聚和动会聚两种。静会聚是指屏幕中心区A区的会聚，A区是以屏幕高度的80%为直径的圆内面积；动会聚指屏幕中心区（A区）以外区域（B区）的会聚，
28、即显像管屏幕四周的会聚。第 3 章阴极射线管显示技术3.彩色显像管的馈电电路和附属电路1)彩色显像管馈电电路彩色显像管是电真空器件，为使其正常工作，出现扫描光栅，必须由外围电路给其各电极提供额定工作电压。彩色显像管各电极所需电压的大小和种类基本相似，一般可分为灯丝电压、阴栅电压、加速极电压、聚焦极电压及阳极高压等，以上电压均由行输出变压器经整流提供。图3-12给出了彩色显像管馈电电路的示意图。第 3 章阴极射线管显示技术图3-12 彩色显像管馈电电路示意图第 3 章阴极射线管显示技术要使彩色显像管屏幕能正常发亮，出现光栅，外围馈电电路必须向彩色显像管提供下列四组电压：第一组，6.3 V灯丝电压
29、。彩色电视机的灯丝电压与黑白电视机一样，也是为阴极表面发射电子提供热源。该电压是取自行输出变压器的某一绕组，由于电压频率为行频15 625 Hz，所以用普通万用表所测得的数值误差很大。第 3 章阴极射线管显示技术业余条件下只要能观察到显像管灯丝的暗红光，即可认为灯丝电压基本正常。若无灯丝电压或灯丝电压过低，则屏幕是不会发光的。第二组，加速极G2电压。对于不同类型的彩色显像管，其加速极电压值略有差异，其电压值一般在300800 V之间。必须注意的是，在典型的工作条件下，加速极电压升高，屏幕变亮；加速极电压降低，屏幕变暗。第 3 章阴极射线管显示技术图3-12中加速极G2可通过RW2电位器进行调整
30、。第三组，阴栅电压Ukg。彩色显像管有三个阴极，它们分别接上红、绿、蓝三个基色信号，通过调节阴栅电压，实现对电子束轰击荧光屏强弱的控制。一般彩色显像管阴栅电压Ukg的正常工作范围在90170 V之间，当Ukg电压变高时，阴极发射的电子束射至屏幕时电子数量少，屏幕暗；反之，Ukg电压变低时，屏幕亮。第 3 章阴极射线管显示技术图3-12中RW1滑至B点附近时，屏幕暗；滑向A点时，屏幕亮。第四组，阳极高压。一般彩色显像管所需的阳极高压在2228 kV之间，大屏幕彩电甚至可达30 kV以上。业余条件下一般是无法对它进行直接定量测量的，但可以间接估测，估测对象有灯丝电压、加速极电压、视放级工作电压等，
31、由于它们都是取自同一个变压器行输出变压器，因此，只要上述电压是正常的，则基本上可判断阳极高压也是正常的。第 3 章阴极射线管显示技术图3-12中，显像管的聚焦极G3通常在30008000 V之间，调节电位器RW3，可使电子束轰击屏幕的孔径最小，这时，对应的RW3所调整的电压为最佳聚焦电压。显像管聚焦极电压通常只影响图像的清晰度，而一般不会影响屏幕的亮暗。第 3 章阴极射线管显示技术2)自动消磁电路图3-13(a)是一种自动消磁电路（ADC）。它是由消磁线圈L和具有正温度系数的热敏电阻R1组成，刚开机时，由于热敏电阻R1在冷态时电阻很小，所以消磁线圈中的交变电流很大，从而产生一个很大的磁场。同时
32、，这个很大的交变电流在电阻R1上产生焦耳热，使R1的电阻急剧上升，导致消磁线圈L中的电流相应减小，最后趋向于零，从而达到消磁的目的。第 3 章阴极射线管显示技术图3-13 自动消磁电路第 3 章阴极射线管显示技术通过消磁线圈的电流iH如图3-13（b）所示，它将产生一个迅速衰减的交变磁场，使荫罩板沿着由大到小的磁滞回线反复磁化。经过若干个周期后，随着磁场强度逐渐减为零，其剩磁也为零。第 3 章阴极射线管显示技术3.2 光栅显示器的组成光栅显示器的组成CRT光栅显示器主要由行扫描电路、场扫描电路、视频放大器等电路以及CRT（偏转线圈）组成。图3-14给出了光栅显示器的组成方框图。第 3 章阴极射
33、线管显示技术图3-14 CRT光栅显示器的组成方框图第 3 章阴极射线管显示技术行扫描电路由行振荡、行驱动和行输出三部分组成，场扫描电路包括场振荡、场驱动和场输出三部分。它们分别接收显示控制器送来的行、场同步信号。行、场振荡器在同步信号控制下产生各自的扫描信号，经驱动级放大和输出级进一步功率放大后，推动偏转线圈产生水平、垂直扫描磁场，从而驱使电子束作偏转扫描运动。第 3 章阴极射线管显示技术在低、中挡监视器中通常利用行扫描逆程脉冲产生高压供CRT加速阳极使用；同时也产生中压，供聚焦电极、第一加速阳极（或称为预加速极）和调制极（也叫控制极）使用；有的设备中CRT的灯丝电压也从这里取得。高挡监视器
34、为了使高压更加稳定，往往采用独立高压电源，一般情况下是利用行扫描频率将低压直流电源逆变成高频交流，然后再升压、整流以获取高压和各种中压。第 3 章阴极射线管显示技术3.3 场场 扫扫 描描 电电 路路3.3.1 场扫描电路的作用与组成场扫描电路的作用与组成 1.场扫描电路的作用(1）供给场偏转线圈线性良好、幅度足够的锯齿波电流使显像管中的电子束在垂直方向作匀速扫描。(2）提供场消隐信号给显像管，以消除逆程时电子束回扫时产生的回扫线。第 3 章阴极射线管显示技术2.场扫描电路的组成场扫描电路包含场振荡级、场驱动级和场输出级（场线性补偿）三大部分，如图3-15所示。场振荡级包含矩形脉冲波振荡器和锯
35、齿波形成两部分电路。场振荡级产生一个脉宽和周期符合场扫描要求的矩形脉冲波，这个矩形脉冲波再通过RC积分电路形成场锯齿波。第 3 章阴极射线管显示技术图3-15 场扫描电路的组成第 3 章阴极射线管显示技术3.3.2 场振荡与场驱动级场振荡与场驱动级1.场振荡级 现代的CRT显示器场扫描电路普遍采用集成电路多谐振荡器产生50 Hz左右的场频脉冲信号，这里我们主要从原理角度介绍由分立元件组成的场振荡器。分立元件场振荡器多采用如图3-16所示的间歇振荡器。它包括：场振荡管，脉冲变压器，基极偏置电阻Rb1、Rb2、RW、基极电容Cb，保护二极管VD和发射级电阻Re，电容Ce。第 3 章阴极射线管显示技
36、术图3-16 间歇振荡器第 3 章阴极射线管显示技术图3-17（a）所示的锯齿波电压形成电路是由图3-16的间歇振荡器电路简化而来的。图3-17（b）是锯齿波电压形成电路的等效电路，图3-17（c）为其工作波形图，其具体工作过程为：在t1t2期间，三极管V饱和导通，相当于开关S闭合，电源UCC对Ce充电形成锯齿波的上升沿，这是场扫描的逆程阶段；t2t3期间,三极管V截止，相当于开关S断开，Ce向Re放电,形成锯齿波的下降沿，这是场扫描的正程阶段。第 3 章阴极射线管显示技术图3-17 锯齿波电压形成电路(a)简化电路；(b)等效电路；(c)波形第 3 章阴极射线管显示技术2.场振荡的同步 为保
37、证场振荡的频率与信号源发出的频率同步，必须引入场同步信号。实现场同步的原理是将积分后的场同步信号加到场振荡管V的基极，让振荡管基极电压提前到达导通电平，从而提前结束间歇期，达到控制场振荡频率的目的。第 3 章阴极射线管显示技术3.场驱动级 场驱动级的作用是把锯齿波适当放大，以满足场输出级对输入信号幅度的要求。同时场驱动级还起着一个中间隔离的作用（缓冲作用）。如果把锯齿波形成电路直接与场输出级相接，由于场输出级的输入电阻不高，它将使锯齿波形成级的放电时间常数缩短，影响锯齿波波形。第 3 章阴极射线管显示技术3.3.3 场输出级场输出级14英寸以下小屏幕的显示器场输出级多采用扼流圈耦合的甲类放大电
38、路,而大屏幕CRT显示器则多采用OTL场输出放大电路。图3-18就是一种典型的OTL场输出放大电路。第 3 章阴极射线管显示技术图3-18 OTL场输出放大电路第 3 章阴极射线管显示技术在图3-18的电路中，V1、V2是一对互补对称管，工作于甲乙类状态。静态时，UB=UCC/2。C2为自举电容，使G和E点的电位跟随B点而变化，以增大V1的动态范围，防止大信号输入时可能产生的非线性失真。C3用来旁路可能串入的行脉冲信号，并与R8一起消除可能产生的高频振荡。第 3 章阴极射线管显示技术由于OTL两管是工作在甲乙类推挽工作状态，静态电流小，所以效率高；它可以不用扼流圈，使体积和成本都下降；逆程产生
39、的感应电压相对较低，一般只有1.5UCC左右，管子的BVceo可小些，故该电路得到广泛的应用。和普通的音频功率放大OTL电路比较，场输出OTL电路中对输出管V1、V2的耐压要求要高得多，所以作为OTL场输出中用到的晶体管都是大功率的低频放大管。第 3 章阴极射线管显示技术3.4 行行 扫扫 描描 电电 路路3.4.1 行扫描电路的作用与组成行扫描电路的作用与组成1.行扫描电路的作用（1）下面以我国模拟电视系统为例进行说明。电视接收机理想的行锯齿波电流的周期TH=64 s，其中行正程Ts=52 s，逆程时间Tr=12 s，如图3-19所示。第 3 章阴极射线管显示技术图3-19 行锯齿波电流第
40、3 章阴极射线管显示技术（2）给显像管提供行消隐信号，以消除电子束回扫时产生的回扫线的影响。（3)用行脉冲信号控制行输出管，使行输出级产生显像管所必需的供电电压，包括阳极高压，加速极、聚焦极所需电压以及视放输出级所需电源电压。第 3 章阴极射线管显示技术2.行扫描电路的组成通常，行扫描电路由行AFC（自动频率控制）电路、行振荡、行激励、行输出和高、中压形成电路等几部分组成，其组成原理图如图3-20所示。第 3 章阴极射线管显示技术图3-20 行扫描电路的组成原理图第 3 章阴极射线管显示技术行AFC电路是实现行扫描同步的电路。这里采用间接同步的方法，把行输出的信号与外来的同步信号相比较，由行A
41、FC电路比较行输出信号和同步分离电路产生的行同步信号，根据两者的相位差输出一个误差信号电压加到行振荡电路，间接地控制行振荡器的频率和相位，从而达到同步的目的，并且大大提高电路的抗干扰能力。第 3 章阴极射线管显示技术3.4.2 行振荡级与行驱动级行振荡级与行驱动级1.行振荡级行振荡级的任务是产生矩形脉冲波，这个脉冲波的周期、脉冲宽度以及幅度应满足一定的标准。行振荡器应是一种压控振荡器（VCO），其振荡频率和相位受AFC电路输出的控制电压的影响。在分立元件电路中，应用最多的是电感三点式行振荡电路，如图3-21（a）所示，它属于一种变形的电感三点式间歇振荡器。第 3 章阴极射线管显示技术图3-21
42、 电感三点式行振荡电路(a)电感三点式行振荡电路；(b)矩形脉冲电压的产生第 3 章阴极射线管显示技术图3-21（a）所示的行振荡电路由振荡管V、自耦式振荡线圈和基极电阻Rb1、Rb2、电容Cb、发射极电阻Re、电容Ce 及集电极负载R1、R2等组成。其中，振荡线圈绕在塑料骨架上，有两组线圈L1与L2，L1与L2的匝数比为13或12，骨架中有一个铁淦氧磁芯，磁芯可调出或调入，以改变振荡频率。图3-21（b）所示的是电感三点式行振荡电路的矩形脉冲电压的产生。第 3 章阴极射线管显示技术2.行驱动级行输出管导通时，要求工作于充分饱和状态，这就要求驱动级提供足够大的增益给输出管提供过激励基极电流ib
43、+，一般设计为ib+2ICP（ICP为流过行输出管集电极的最大电流），采用过激励原因是为了提高状态的转换速度，以便得到速度更快的脉冲响应，如果基极ib不足，则行输出管将工作于浅饱和状态，使管耗增大，扫描线性变坏。第 3 章阴极射线管显示技术行输出管从饱和变为截止的下降时间应尽量短，要求1 ns以下，这时即使ib=0，由于输出管饱和时晶体管的基极、集电极积累了过多的电荷，ic不会立即为零，而是按指数规律下降，当输出管一旦进入截止状态，就会在行偏转圈两端感应出很高的逆程反峰电压，为使输出管由饱和迅速转变为截止状态，即ic迅速降为零，应使基极ib反向，即在晶体管的发射结加上反偏压，且要求|ib|3I
44、CP，反向电流越大，截止所需时间越短。第 3 章阴极射线管显示技术反极性激励方式在行输出管导通时，行驱动管截止；行输出管截止时，行驱动管导通。反极性激励优点较多，应用比较广泛，图3-22就是一种典型的由分立元件组成的反极性行驱动级电路，其中，V1为行驱动管，V2为行输出管，T为激励变压器。第 3 章阴极射线管显示技术图3-22 反极性行驱动级电路(a)电路；(b)波形第 3 章阴极射线管显示技术由图3-23（a）可见，电源UCC对校正电容Cs充电，使Cs两端总保持有上正下负、数值为UCC的电压。为方便分析起见，我们可将Cs等效成数值为UCC的电源串入偏转支路，这对我们分析输出级工作原理并无影响
45、。逆程变压器T2的初级电感量远比行偏转线圈LY的电感量大，故其等效阻抗极大，分析时我们可不考虑它的影响。行输出管V1、阻尼二极管VD1均工作在开关状态，可用开关SV1、SVD1等效之。第 3 章阴极射线管显示技术由于行频较高，行偏转线圈的直流电阻与偏转线圈的感抗相比可以忽略不计，所以，偏转线圈可等效为一电感LY。故我们可将图3-23（a）中所示的电路等效为图3-23（b）所示的等效电路。第 3 章阴极射线管显示技术图3-23 阻尼式行输出级典型电路(a)原理电路；(b)等效电路第 3 章阴极射线管显示技术行输出级在矩形脉冲的激励下，会在偏转线圈中产生锯齿波电流iY，其波形如前图3-19 所示。
46、图3-24 所示的是一个周期的行输出级偏转电流波形。第 3 章阴极射线管显示技术图3-24 行输出级偏转电流波形第 3 章阴极射线管显示技术由图3-24可知：锯齿波电流iY由三部分组成：在0t1期间，行输出管的导通电流形成扫描正程右半段，当忽略回路中的损耗（包括偏转线圈的损耗及V1的导通内阻）时，锯齿波电流iY近似为线性增长，其大小为第 3 章阴极射线管显示技术在t1t3期间，行输出管V1与阻尼二极管VD1均截止，LY与C发生电场能与磁场能的交换，产生半周期自由振荡，形成了逆程期扫描电流。逆程时间Tr恰等于由LYC组成的自由振荡的1/2周期，改变自由振荡的周期就可以改变逆程时间Tr的长短，使其
47、符合扫描逆程时间宽度的要求。逆程时间Tr的具体计算公式为r=T/2=第 3 章阴极射线管显示技术式中，T为自由振荡的周期。由上式可知，改变LY或C均可改变Tr，一般改变C比较方便。调节C的大小可改变逆程时间的长短，故C称为逆程电容。实际上，公式中的C还包括电路中的分布电容、晶体管的输出电容等，但是它们的容量较小。第 3 章阴极射线管显示技术在tt期间，阻尼二极管VD1开始导通，形成扫描正程左半段。此时，Y中的储能通过阻尼二极管放电，使iY从负最大值变为零。上式还表明：偏转电流iY与UCC、t成正比，而与LY成反比。当UCC与LY恒定时，iY与t成正比，即通入LY的电流是线性增长的。iY要达到一
48、定的数值，行扫描才能满幅；如果iY过小，则水平幅度变窄。通常，增大UCC或减小LY均可使iY增大，即行幅增大。第 3 章阴极射线管显示技术（1)0t1期间为正程扫描的后半段。行输出管导通，阻尼二极管VD1截止，iYic。电流iY从零上升到IYm。（2)t1t3期间为行扫描的逆程，电流由IYm降到IYm。行输出管和阻尼二极管VD1均截止。逆程时间Tr取决于LY、C参数的选择，即要求LY、C产生的自由振荡周期的一半等于行逆程时间Tr，因此把C叫逆程电容。第 3 章阴极射线管显示技术（3)t3t4为行正程扫描的前半段。阻尼二极管VD1导通，行输出管截止，iYid。电流由IYm变为零。由于0t1或t3
49、t4均等于正程时间Ts的一半，所以正向或反向电流iY的最大值均为式中，Ts为行扫描正程时间。第 3 章阴极射线管显示技术进一步分析行输出管电路还可知，当iY从正向最大值IYm很快下降到负向最大值IYm时，在逆程电容C上将产生一个很高的正向脉冲电压（也叫行反峰电压）UC，这个脉冲电压等于偏转线圈LY两端的电压uY加上电源电压UCC。由于uY是由LY、C的自由振荡产生的，于是可以按此来估算：UC=uY+UCC第 3 章阴极射线管显示技术其中，uY=LYIYm (其中 )。所以有：将代入上式有：及公式第 3 章阴极射线管显示技术于是行输出管集电极电压（即行反峰电压）UC为从上述行反峰电压UC的公式可
50、见：正程时间Ts越长，逆程时间Tr越短，电源电压UCC越高，则行反峰电压UC电压越高。下面以我国模拟电视系统为例作进一步分析。电视系统的行扫描标准周期为64 s，当Tr=12 s，Ts=52 s时，行反峰电压UC=7.8UCC。第 3 章阴极射线管显示技术实际上，当不加外来行同步信号时，行扫描周期可能比64 s长，这时，行反峰电压UC可达（810）UCC。这就要求行输出管必须有足够的耐压性能。但另一方面，我们可以利用行反峰脉冲来产生显像管所需要的高压。值得注意的一个问题是，对行驱动脉冲宽度（即行振荡脉冲宽度）必须有要求，即要求行激励脉冲的负向最小宽度不能小于行逆程时间Tr。第 3 章阴极射线管