第七章 彩色显像管.docx

第七章 彩色显像管彩色显像管作为彩色电视机的显示器件，其性能对重现的彩色电视图像质量有很大的影响第一节 显像管的分类及特点 传统的彩色显示器件是彩色显像管，其工作原理与黑白显像管基本相同，为静电聚焦和磁偏转方式的 阴极射线管近年来出现了一些新型的彩色电视显示器件，如液晶显示器件、等离子体显示器件等，由于 体积小、重量轻，比传统的阴极射线管有很大的优越性，在许多图像显示领域及彩色电视显示领域获得迅 猛的发展尽管如此，传统的彩色显像管由于其技术成熟，显示电路简单，目前仍为电视显示器件的主流 根据三基色原理在彩色显像管的荧光屏上需涂敷三种荧光粉，需设置三支电子枪等，所以彩色显像管与黑 白显像管在结构及工作过程等方面又有许多不同从结构上，彩色显像管大体有三种类型：荫罩式三枪三 束臂、榍条式单枪三束管、自会聚彩色显像管，目前广泛使用的是自会聚彩色显像管传统显像管的荧光 屏多为球面屏，近年来出现的超平和纯平彩色显像管其工作原理与自会聚管相同因此这里首先介绍自会 聚彩色显像管的结构及工作原理而后将介绍其他新型彩色显示器件的工作原理三枪三束荫罩管的特点是：三个独立的电子枪，每个电子枪都有单独的灯丝，阴极控制栅极和加速极， 而聚集极和阳极高压则是公共用的。

单枪三束栅网显像管的特点是：电子束直径大，电子透射率高，动绘聚校正简单 自绘聚显像管的特点是：自绘聚，条状荧光粉和短管颈第二节 彩色显像管的结构及工作原理一、显像管的结构及工作原理彩色显像管的电子枪中产生三条可独立控制其束电流的电子束，用三基色电信号R(t)、G(t)、B(t)分别 控制三条电子束的束电流电子束在电子枪聚焦电场作用下在荧光屏上聚焦，并在管内高压电场的作用下 高速轰击荧光屏内侧所涂敷的数量众多的红、绿、蓝荧光粉管子锥体处的偏转线圈所产生的偏转磁场使 三条电子束同时满屏扫描但是彩色显像管中必须保证三条电子束各自轰击各自对应的荧光粉例如某条 电子束在满屏扫描时只允许轰击红荧光粉，不允许打到别的荧光粉上，否则会造成色彩不纯为此在荧光 屏内侧设置有一个金属栅网，它是一块上面开有许多小孔的金属板，小孔数目对应着荧光粉组的数目彩 色显像管的结构如图7-1 所示图 7-1 彩色显像管的结构图电子枪安装在管颈部份电子枪是由一些金属圆筒构成的它有三个独立的阴极，每个阴极的内部都 有一个灯丝阴极的端面上涂敷有特殊的氧化物灯丝将热量传递给阴极，氧化物中的电子获得足够的能 量便会逸出金属表面成为空间的自由电子云团。

在阴极和高压极之间施加高电压，电子便会向屏幕方向移 加速运动阴极后面依次分别是控制极（也称为栅极）、加速极、聚焦极和高压极除了高压极以外，其 余电极均从管尾引出故在管尾的电极中计有：RGB三个阴极、灯丝、栅极、加速极、聚焦极三个阴极呈一字排列，且除了三个阴极独立以外，其余电极均为公共电极这种管子称为单枪三束管 栅极相对阴极电位要低它们之间所形成的电场对阴极电子起排斥作用故栅—阴之间的负电压越负，则 电子束电流就越小使用中栅极一般接地，而阴极则施加正电位，从而形成栅一阴之间的负电压将R、 G、 B 三基色电信号施加到三个阴极上，就可控制三条电子束束电流的大小这称为阴极激励阴极激励 要求三基色电信号为负极性信号信号幅度一般为几十伏特加速极施加正电位，且比阴极电位高得多（一般在400v〜800v）它与阴极之间形成的电场是一种弯 曲的、以管轴为对称的电场这种电场对阴极的电子有两个作用：一是加速，二是聚焦加速的作用是使 得阴极表面的电子朝向屏幕方向运动，并使电子获得初速度而聚焦则使电子云团中的各电子有一个指向 管轴的受力 实际上在三条电子束中，只有中束的聚焦力是指向管轴的，两个边束的聚焦力只是指向各自的运行中心线，该中心线与管 轴平行。

故在加速极的作用下，电子将会汇合成一点，形成第一个聚焦点过了这个聚焦点电子束 重新又会发散开所以，加速极只是起到预聚焦的作用但是加速极后的聚焦极与加速极之间以及聚焦极 和高压极之间所形成的弯曲电场会对发散开的电子形成第二次聚焦，由于此时电子的运动速度加快，故第 二次聚焦的焦点将在靠近屏幕的地方形成为了使聚焦点准确落在屏幕上，一般要求聚焦极电压可调聚 焦极电压一般在4000V〜8000V由于加速极和聚焦极的电场对电子有一种聚焦作用力，故电子不会落到加 速极和聚焦极上，即加速极和聚焦极只需提供电压，无需提供电流聚焦极电压一般是将高压极的高压通 过电阻分压器分压而得到的高压极一方面与聚焦极之间形成弯曲电场以对电子聚焦，另一方面其高电压对电子进行强有力的加 速，使电子以高速度轰击荧光粉高压极的电压一般高达25kV〜30kV高压极通过金属弹片与管颈和锥体 相交处的管内壁相连而管子锥体部分的内外壁均涂敷有石墨导电层，而内壁石墨导电层又与屏幕部分的 栅网相连，故管子的内壁石墨导电层和栅网均为高压极的一部分由于高压极的电压太高，故不能从管尾引出（否则会造成高压极对其它电极之间的击穿放电），而是 在锥体处熔入一个金属端子，称为高压嘴。

高压嘴与内壁石墨导电层相通（故与高压极想通），但与外层 石墨导电层不通外层石墨导电层使用时要求接地这样，由内外层石墨导电层所形成的电容就被用作高 压极的滤波电容阴极电子束运动方向高压极一电流方向基色信号源卜阴极电源r高压电源1± 1图 7-2 显像管电流回路示意图从阴极发出的电子高速轰击荧光粉，会将荧光粉中的电子轰出来，这称为二次电子二次电子会被栅 网吸收，即被高压极吸收，形成如图7-2所示的电流回路故电子束电流实际上是高压的负载电流，也是显像管的主要能耗例如，高压为30kV，束电流平均 值（三束）为1mA，则管耗=30kVXlmA=30W这个管耗要求高压电源能够提供，而且要求高压电源的 内阻越小越好如果高压电源内阻大，则当电视图像由暗场突变到亮场时，由于束电流的明显改变，将导 致高压电源输出电压的明显改变但是，当高压较低时，电子束运动速度减慢，扫描幅度会增大，相反高 压较高时，扫描幅度会减小，从而导致在亮场与暗场之间转换时，图像会发生“胀缩”现象这种“胀缩” 现象，也称为“呼吸”效应故电视接收机的技术标准中要求高压和加速极电压在束电流从lOOyA到显 像管额定最大电流之间变化时，其波动不超过 5%。

二、显像管的调制特性R、G、B 三路基色信号作用到彩色显像管的三个阴极上，控制三条电子束的束电流栅极与阴极之 间的控制电压与电子束电流的关系称为显像管的调制特性如图7-3 所示人们希望束电流与栅一阴之间电压的关系为线性关系但是实际上束电流与栅一阴之间电压成Y次方 的关系，y=2.2〜2.8这就会导致图像的亮度失真为此，在摄像端需要对三基色电信号进行反失真处理， 称为Y校正实际上，显像管的三条调制特性曲线并不重合，截止电压（电子束的束电流刚刚为零时的栅—阴电压） 也不相同这会导致如下的问题：当R=G=B时应当对应着图像彩色为标准白光，但是从显像管的调制特 性可知，当三个阴极电位相等时，三条电子束的电流大小并不相等，故红、绿、蓝荧光粉发出的红、绿、 蓝光并不能混出标准白光况且，即使三条电子束的调制特性重合，束电流大小相等，也会因为三种荧光 粉的发光效率不同而不能再现标准白光这称为白不平衡为此，在激励彩色显像管的 R、G、B 三路基 色信号的放大器中，专门设置有调节电路当R=G=B=黑色电平时，调节三路放大器的输出电压，使之等 于显像管三个阴极的截止电压，这称为白平衡中的暗平衡调整当R=G=B=白色电平时，调节其中两路放 大器的增益，使得所显示画面的彩色为标准白光，这称为白平衡中的亮平衡调整。

故白平衡调整一般有五 个调节电位器，其中三个用于暗平衡调整，两个用于亮平衡调整三、偏转线圈 偏转线圈是扫描输出的负载，由它控制电子束偏转完成扫描偏转线圈套在显像管颈与锥体相接处l 、偏转线圈的构造 偏转线圈主由磁环、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，如图 7-4 所示其中，场、行偏转线圈各自由两个线包串联或并联相接而成；两组偏转线圈相互垂直放置，以 产生水平和垂直偏转磁场；场偏转用环形线圈，行偏转用马鞍形（或称喇叭形）线圈显然，流过偏转线 圈的电流越大，电子束流偏转的角度越大，光栅幅度就越大，在行、场扫描共同作用下，屏幕呈现一幅矩 形光栅行偏转线圈/磁环场偏转线圈图 7-4 偏转线圈结构示意图2、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．但是由于种种客观原因（电子枪 的构造、安装误差等），电子枪的轴线与管颈轴线不会完全重合；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（黑白电视造成光栅中心偏移；彩色电视造成色纯不良） 为了克服这个缺点，就在偏转线圈后边加有两个带磁性的中心位置调节片，其位置见图7-4 所示。

实际上 是加一个可以调节方向与大小的静磁场在这一磁场作用下，使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．中心位置调节器的构造如图7-5 所示从图中的磁场分布可以看出圈片之间的夹角时，当改变二磁性 圈片之间的夹角时，可改变附加固定磁场的方向和强弱，可使光栅中心在定范围内上下左右移动，达到调 节中心位置的目的第三节 自会聚彩色显像管的调整一、色纯及其调整 色纯是指彩色显像管呈现单色光栅时画面色彩的纯净程度当呈现单色光栅时，彩色显像管中有两条 电子束是截止的，只有一种荧光粉发光要求该电子束在满屏扫描时只轰击一种荧光粉而不能发生偏差 若发生偏差而轰击到相邻的荧光粉上，则会导致色彩不纯显像管中为了保证三条电子束在满屏扫描时准 确地轰击各自的荧光粉，在屏幕内侧设置有一个栅网栅网上开有与荧光粉组数目相同的小孔，如图 7-6 所示图 7-6 荫槽板与短条荧光粉从图 7-6 中可以看到，三条电子束首先是穿过栅网的小孔，然后再打到荧光粉上的不过，要求三条 电子束首先在栅网的同一个小孔上会合，这称为会聚穿过栅网的小孔后，三条电子束又分开，各自轰击 各自的荧光粉为了让电子束在满屏扫描时能够做到各自轰击各自的荧光粉，则荧光粉的涂敷得满足一定 的要求。

在显像管的制造中，首先在电子束的偏转中心（电子束在通过偏转磁场区域时将产生偏转，于是 我们可以假定有一个偏转中心）放置点光源，屏幕玻璃上则涂敷感光材料，点光源的光线将穿过栅网的小 孔，使屏幕玻璃上的感光材料被感光，然后在感光的地方涂敷相应的荧光粉按照这种工艺方式分别涂敷 红、绿、蓝荧光粉只要三束电子束的偏转中心与曝光中心重合，则电子束在满屏扫描时一定会各自轰击 各自的荧光粉为了使偏转中心与曝光中心重合，偏转线圈在管颈上的位置需要调整，且一旦调好后需要 固定，不能让其松动在靠近偏转线圈的地方，还放置了二片二极磁片调整该二极磁片的夹角可调整电 子束受力的大小，而固定夹角旋转磁片，则可改变电子束受力的方向故这二片磁片可使三束电子束在360°方向受力，且受力大小可在一定的范围内调节之所以需要调节电子束的受力，是因为在显像管的制 造中存在着装配误差，可能使电子枪与管子的轴线不重合，这会导致色纯不好故该二片磁片称为色纯调 整磁片色纯调整是用两片色纯磁环在管颈内形成不同的垂直方向磁场，使三条电子束受到水平方向的作用力 而同时移动，改变两色纯环的相对位置可调节三条电子束在水平方向移动的方向和大小，从而实现自动绘 聚管的色纯调整。

为使画面达到最佳色纯，须兼顾三种基色的色纯，应反复调整到三个基色色纯都良好如果显像管的周围存在着强磁场，则电子束会受到额外的磁场力，从而会。