1、第八章 电视显像管原理第一节 黑白显像管的结构电视显像管是电视系统接收终端的关键器件，作用是通过电光转换过程完成图像重现. 1.1 黑白显像管的结构黑白显像管的整体结构为玻璃外壳，电子枪和荧光粉三个部分。如图 3-1-1 黑白显像管所示。1玻璃外亮玻璃外壳包括管颈、管锥体和屏面玻璃三部分。在显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 6001200 pF)。这个电容器可作为第二、四高压阳极的滤波电容，因而在高压供电电路中不必另接高压滤波电容。在管锥体部分装有高压嘴，它与显像管的内部高压阳极相连，作为高压供电端。内
2、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。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，使电子束以高速轰击荧光屏并使荧光粉发光。实现全屏幕的扫描光栅，所以，电子枪是显像管的心脏。1)阴极阴极(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
3、为热电子发射。通常有 6080V 的激励信号加在该极。通常灯丝电压为交流 6.3V(或直流12V，对小尺寸的显像管)，电流 0.6 A(或 85 mA)，其电压变化应小于 10。2)控制栅极阴极外面有一个中心开有小孔的金属圆筒，这就是控制栅极(用字母 G 或 M 表示)。控制栅极 G，通常为 0v，栅阴极间的电位差改变以控制电子束流大小，通常也称调制极；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。加速阳极电压一般为 300500V,作用是加速电子束向荧光屏飞去，并与 G、K 组成电子透镜，使电子束形成聚焦点；4)高压阳极第二阳极(A2) 和第四阳极 (A4)
4、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。5)聚焦阳极聚焦阳极也叫第三阳极(用字母 A；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。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 10m的荧光粉。荧光粉层外面又蒸镀了一层厚度约为 l 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
5、击而损伤形成离子斑(离子因质量大，速度慢穿不过铝膜 )。此外，锅膜还可以将荧光粉发出的光线向管外反射，有利于提高屏幕的高度。荧光粉受电子轰击后受激而发光，在电子束停止轰击后，其光亮的建立和衰减有一过程，通常把电子束停止轰击后光亮并非立即消失的现象称为荧光粉的余辉特性。考虑到重现图像的连续性，显像管的荧光粉应采用中短余辉荧光粉，即余辉时间 。=5201.2 电子聚焦原理 电子聚焦是显像管中的重要问题，聚焦质量越好，电视图像就越清晰。显像管内电子束采用静电聚焦方式实现聚焦，它同光学透镜将点光源发出的光束聚焦成一点的作用很相似。其原理是利用不同电极加不等的电压，形成不同形状的等位面，利用电子在其间运
6、动时的折射效应，构成电子透镜实现电子束聚焦。事实上，电子束电流在电场中不一定只作直线运动，在加速电场和偏转磁场的共同作用下，电子束所受的力在不断改变方向，因此可能做曲线运动。正如光线通过透镜会改变方向一样，只要电场分布恰当，就可以成为电子透镜，使发散的电子聚成细束，使之在荧光屏上打亮细小的光点，便于重现清晰的图像。电子透镜的形成如图 3-1-2 电子透镜 所示，图中给出两个加有不同电压 V1 和 V2 的金属圆筒所形成的电场，设 V2V1，则在此两电极之间的电场分布如图所示，实线表示电力线，垂直于实线的虚线表示等位面。下面是电子进入此电场时的受力情况， 在 A 点电子将受到一个向轴向会聚的力，
7、因此在 V1 区域，电子将受到会聚作用。用同样方法可以知道在 V2 区域，例如 B 点，电子将受到一个发散力，即离开轴而向外发散。但是由于电子在 V1 区域时，因电压低其运动速度慢，受到会聚时间长，而当进入 V2 这区域时，得到 V2 的加速，运动速度加快，所以发散的时间短，因此总的来说会聚作用大于发散，总的效果是向轴向会聚。我们把这两个加有不同电压的电极所形成的电场，称为电子透镜，它可以改变电子运动的方向，使电子束得到聚焦。在显像管中起电子透镜作用的有几组极板，如图 3-1-3 显像管的电子透镜 所示。第一组电子透镜由阴极、控制栅极和加速极组成、使电子束在栅极与加速极之间交叉会聚,此后电子束
8、散发.第二组电子透镜由加速极与第二阳极形成、它起辅助聚焦作用.第三组电子透镜由第二阳极和聚焦极组成、对聚焦起主要作用称主透镜.交叉会聚的作用: 缩小成像面积、提高成像亮度 .1.3 显像管的调制特性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 对阴极电流 ，的控制关系称为显像管的调制特性。因此， 显像管的调制特性实际是指电子束流 与显像管栅阴极电压之间的关系，即 。 =()如图 3-1-4 显像管的调制特性曲线 所示，阴极射线管的调制特性 成指数曲线关系，其关系曲线表示式为：=(0)式中指数值称为显像管的 值， 越大曲线越陡峭，信号电压对电
9、子束控制的灵敏度 越高。通常黑白显像管的 ，彩色显像管 。=2.2 =2.8图 3-1-4 显像管的调制特性显像管的显像原理在电视接收机中，由视放末级把经过放大的视频图像信号送到显像管阴极，用以控制电子束电流的强弱，从而重显图像。如图 3-1-5 显像管的显像原理所示。此图像信号是与静态电压同时加在显像管的 G、K 之间的。下面利用线性化后的显像管调制曲线来分析加入图像信号后束电流的变化，以及显像管显示图像与调制曲线的工作关系。图 3-1-5 显像管的显像原理1.4 偏转线圈1.偏转线圈的结构偏转线圈有两对，一对行偏转线圈，一对场偏转线圈。行（水平）偏转线圈为马鞍形的框形结构，紧套在显像管管颈
10、与锥体之间。在管颈内产生竖向磁场使电子束水平偏转。场偏转线圈以磁轭为磁芯直接环绕于磁轭，在管颈内产生横向磁场使电子束垂直偏转，如图 3-1-6 行、场偏转线圈的结构示意。为使磁场空间分布均匀，线匝应按余弦规律分布绕制。同时行、场偏转线圈也是行、场扫描输出电路的负载。图 3-1-6 行、场偏转线圈的结构示意2.对偏转线圈的要求提高偏转灵敏度使光栅达到满幅时所需的安匝数,它反映了偏转灵敏度,即安匝数决定磁场强度，由磁场强度控制电子束受力的大小，显然安匝数少所达到的要求、说明灵敏度就越高。均匀分布磁场取决于扫描锯齿波是否线性，或图像是否失真。第二节 彩色显像管彩色显像管是彩色电视系统的终端显示器件，
11、作用是实现电光转换，还原出一幅彩色图像。目前广泛采用的自会聚彩色显像管仍属荫极射线管，其静电聚焦、磁偏转等工作原理与黑白显像管基本相同，但由于要显示彩色图像，从结构到调整都比黑白显像管复杂很多，如：须有三束电子束、荧光屏上需涂敷三种荧光粉、屏内设有荫罩板等。从彩色显像管的发展有三枪三束荫罩管、单枪三束栅条管和自会聚彩色显像管。由于现在广泛使用的属自会聚彩色显像管，故本章只介绍自会聚彩色显像管。2.1 自会聚彩色显像管上世纪 70 年代美国 RCA 公司研制成自会聚彩色显像管,它采取了其它一些措施使显像管会聚不依赖会聚电路,会聚调整很简便,其安装与使用几乎与黑白显像管一样方便,因此被称为自会聚显
12、像管.其结构如图 3-2-1 自会聚显像管的结构所示。1. 精密一字形排列的电子枪自会聚管的三支电子枪为水平一字形排列、一体化结构，如图 3-2-2 精密一字形排列的电子枪所示。三个电子束间距小,间距精度高,会聚误差小,因而省去了动会聚的调整电路；快速启动式阴极，阴极材料的改进使阴极发射自由电子快,5 秒钟内就能出现光栅；在电子枪顶部装有四个高导磁率磁环,可帮助进行会聚。2.荧光屏与荫罩板如图 3-2-3 荧光屏与荫罩板所示：荧光屏:屏幕上涂敷着垂直交替的三基色荧光粉条 ,荧光粉为短条状，三色竖条一组，每组错开排列。在没有荧光粉的空隙处涂有黑色石墨,可吸收管内外的杂散光,以提高对比度这一措施叫
13、黑底技术.荫罩板:板面上开有 40 万个排列有序的条状小孔 (荫罩孔),每一荫罩孔对应一组荧光粉条,其作用是使 R、G、B 电子束只能轰击与之相应的荧光粉条.2. 动会聚自校正型偏转线圈采用精密绕制的动会聚自校正型偏转线圈, 由于它的行偏转线圈产生枕形磁场,场偏转线圈产生桶形磁场,如图 3-2-4 偏转磁场所示，因此不需要做任何调整就能自动实现会聚 .2.2 彩色显像管色纯度与静会聚调整原理由于自会聚彩色显像管采用了精密直列式电子枪,并配置了精密环形偏转线圈,因此实现了动会聚自动校正.而静会聚的校正只是通过偏转线圈后面套有三组磁环,二片是二极性磁环,二片是四极性磁环,二片是六极性磁环,它们用来
14、完成色纯与静会聚调整.1.色纯度的调整合格的彩色显像管,它的三个电子束在整个扫描过程中只轰去与之相应的荧光粉条,即当关闭绿束和蓝束时,光栅应当是纯红色的,类似地当关闭红和蓝(绿) 束时,光栅应是绿(蓝)色.所以,色纯度是指彩色显像管显示单基色光栅的纯净程度.为实现满屏的色纯,必要条件是三电子束的偏转中心必须与暴光中心一一重合.色纯是否良好是由显像管制造过程的精度决定的。自会聚的色纯调整是在管颈的适当位置放置一对两极磁环也称色纯磁环，使两色纯环的相对转动或同相转动、可改变所在位置附加磁场的强度和方向，电子束穿过此处时受此附加磁场的作用，可产生附加的偏移，使三条电子束的运动轨迹发生变化，最终使各自
15、只轰击对应的荧光粉，实现色纯调整。色纯调整通常采用单色光栅 图像 3-2-5 色纯磁环及校正演示 。图像 3-2-5 色纯磁环及校正演示2. 静会聚和调节会聚:三条电子束在扫描过程中，同时通过同一个荫罩孔并在孔中相交，从而轰击同一组三色荧光粉点的技术，称为会聚。静会聚:是指未经偏转的三个电子束同时穿过荫罩板中心的荫罩孔,轰击同一组荧光粉条,在实际凋整中一般都加有偏转磁场,因而静会聚也是指屏幕中心区域的会聚.静会聚调整静会聚误差也是由显像管制造过程的精度决定的，故调整静会聚的基本原理也是用外加磁场修正每条电子束的路径，使它们到达荫罩板时能会合于一个荫罩孔。静会聚误差采用两片四极磁环和两片六极磁环
16、调整。结构及校正效果如图 3-2-6 静会聚四极磁环磁场分布及其校正动画演示所示。四极性磁环的作用:磁环中心处合成磁场为零,对 G 电子束没有作用.可使两边的 R、B 电子束作等距离反方向的移动.使红、蓝两个边束的光栅重合。六极性磁环的作用:磁环中心处合成磁场为零 ,对 G 电子束没有作用.可使两边的 R、B 电子束作等距离同方向的移动.从而向绿束靠拢。两片六极磁环的结构 如图 3-2-7 所示。图 3-2-6 静会聚四极磁环磁场分布及其校正动画演示图 3-2-7 两片六极磁环的结构通过上述调整的综合作用，能使红、绿、蓝三条电子束在荧光屏中央区域会聚。色纯磁环及四、六极磁环在管颈上的位置如图 3-2-8 自会聚管上会聚磁环的位置所示 。图 3-2-8 自会聚管上会聚磁环的位置
