1、第第2章章 阴极射线管阴极射线管(CRT)显示技术显示技术 2.1 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 2.2 CRT显示器的驱动与控制显示器的驱动与控制2.3 CRT显示器的特点、性能指标及发展历史显示器的特点、性能指标及发展历史 习题二习题二v 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。显示器两大类。它的它的核心部件核心部件是是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：电子枪：电子枪(Electron Gun)、偏转线圈、偏转线圈(Defiection coils)、荫罩、荫罩(Sha
2、dow mask)、荧光粉层、荧光粉层(Phosphor)及玻璃外壳，其中电子枪是显像管的核心。及玻璃外壳，其中电子枪是显像管的核心。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 直观刷新式是目前应用最广泛的，主要用于显示设备、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电视接收机、雷达终端、示波器等，后面讨论的都是这种CRT。v CRT（Cathode-Ray-Tube）显示器，即阴极射线管）显示器，即阴极射线管显示器，是最早使用的显示器，它技术成熟，价格便宜，显示器，是最早使用的显示器，它技术成熟，价格便宜，寿
3、命长，可靠性高。寿命长，可靠性高。结构原理结构原理vCRT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。v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 v2.1.1 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(Monochrome Monitor)CRT，只，只有单一的电子枪，仅能产生黑白两种颜色。它的有单一的电子枪，仅能产生黑白两种颜色。它的主要用主要用途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
4、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屏荧光屏、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和位于玻壳之外控制电子束偏转扫描的玻壳之外控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偏转磁轭图图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或称或称调制器）、加速极（调制器）、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；
5、第二阳极第二阳极G3、聚焦极、聚焦极G4、高压阳极、高压阳极G5构成构成聚焦系统聚焦系统。CRT的组成的组成v阴极阴极：加热时发射电子：加热时发射电子v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v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v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v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v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 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，该电由阴极放出的电子通
6、过控制栅极后变成电子束，该电子束在聚焦系统的作用下进一步聚焦，形成很细的束，然后子束在聚焦系统的作用下进一步聚焦，形成很细的束，然后在超高压电场在超高压电场(通常为通常为1500020000V)1500020000V)的加速下轰击屏幕表的加速下轰击屏幕表面的磷光体从而发光。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v2.1.2 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
7、色像的显示。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年提年提出的。荫罩式彩色出的。荫罩式彩色CRT的的基本结构如图基本结构如图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 v 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产生彩色视觉效果。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，同时电子枪中的三种荧光体组成，同时电子
8、枪中设有设有3个阴极个阴极，分别发射电子束，轰击对应的荧光体。，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个颜色的荧光体，在荧为了防止每个电子束轰击另外两个颜色的荧光体，在荧光面内侧设有光面内侧设有选色电极选色电极荫罩荫罩。v 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玻壳荧光屏的内面形成点状红、绿、蓝三色荧光体红、绿、蓝三色荧光体，荧光面与单色，荧光面与单色CRT相同，在其相同，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。内侧均有膜金属覆层。在离荧光面一定距离处设置荫罩。荫罩焊接在支持框架上，并通过显示屏侧壁内面设置的荫罩焊接在支持框架上，并
9、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。紧固钉将荫罩固定在显示屏内侧。图图2.3 彩色彩色CRT工作原理工作原理 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；为为电子束排列方向的荫罩孔距；电子束排列方向的荫罩孔距；为电子束排列方向的荧光为电子束排列方向的荧光屏上同一色荧光体的点间距。屏上同一色荧光体的点间距。3MgqL PS/()SMPPLLqqL
10、gSMPSP 整体工作过程整体工作过程：由灯丝、阴极、控制栅组成电子：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，枪，通电后灯丝发热，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的电子束，在阳极高压作用下，获得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，以极高的速度去轰击荧光粉层。这些电巨大的能量，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屏上的三原色。子束轰击的目标就是荧光屏上的三原色。电子枪发射的电子束不是一束，而是三束，电子电子枪发射的电子束不
11、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，去轰击各自的荧光粉单元。一般荫光屏的指定位置，去轰击各自的荧光粉单元。一般荫罩式罩式CRT的内部有一层类似筛子的网罩，电子束通过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上，以防止每个电子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。束轰击另外两个颜色的荧光体。受到高速电子束的激发，这些荧光粉单元分别发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。根据空间混色法出强弱不同的红、绿、蓝三种光
12、。根据空间混色法(将将三个基色光同时照射同一表面相邻很近的三个点上进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法行混色的方法)产生丰富的色彩，这种方法利用人们眼产生丰富的色彩，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。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以组成一张漂亮的画面，而不断变不同色彩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。换的画面就成为可动的图像。电子枪电子枪是显像管中极为重要的组成
13、部分。它是电子束源，用是显像管中极为重要的组成部分。它是电子束源，用来发射电子，并将其加速和聚焦成细束，同时外加电信号控制来发射电子，并将其加速和聚焦成细束，同时外加电信号控制电子束的强度。电子束的强度。偏转系统偏转系统能依据输入的有电子束位置信息的信能依据输入的有电子束位置信息的信号使电子束在向荧光屏行进途中轨迹发生偏转，以控制电子束号使电子束在向荧光屏行进途中轨迹发生偏转，以控制电子束到达荧光屏上的位置。偏转系统可以用到达荧光屏上的位置。偏转系统可以用静电式偏转或磁偏转静电式偏转或磁偏转，电子枪与偏转系统合称显示器件的电子枪与偏转系统合称显示器件的电子光学系统电子光学系统。一般分为双电位电
14、子枪（一般分为双电位电子枪（Bi-potential Focus,BPF）和单电位）和单电位电子枪（电子枪（Uni-Potential Focus,UPF）。）。UPF电子枪比电子枪比BPF电子电子枪多一个高压阳极，聚焦能力大大提高，在荧光屏上形成直径枪多一个高压阳极，聚焦能力大大提高，在荧光屏上形成直径为为0.2mm左右的光点。左右的光点。v 1、电子枪v2.1.3 CRT显示器的主要单元显示器的主要单元 双电位电子枪的各电极电压及结构如图所示：灯丝、双电位电子枪的各电极电压及结构如图所示：灯丝、阴极（发射极）阴极（发射极）K，控制极，控制极G1（栅极），加速极（栅极），加速极G2（第（第一
15、阳极一阳极A1），聚焦极），聚焦极G3（第二阳极（第二阳极A2），高压阳极），高压阳极G4。栅极与阴极间的距离一般为栅极与阴极间的距离一般为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 9000VG4G1 当阴极被阴极里面的灯丝加热到约当阴极被阴极里面的灯丝加热到约800时，电子获得逸出时，电子获得逸出功，大量电子从阴极表面发出，并对准栅极的小圆孔飞行出去。功，大量电子从阴
16、极表面发出，并对准栅极的小圆孔飞行出去。电子飞出的多少，由栅极与阴极之间所加的电压的大小决定电子飞出的多少，由栅极与阴极之间所加的电压的大小决定，因此，将视频信号电压加在阴极或栅极上可以调制电子束强度。因此，将视频信号电压加在阴极或栅极上可以调制电子束强度。电子束经过加速极的加速，聚焦极的聚焦，偏转磁场的偏转扫电子束经过加速极的加速，聚焦极的聚焦，偏转磁场的偏转扫描到屏幕前面的荧光涂层上，产生复合发光，最终形成满足人描到屏幕前面的荧光涂层上，产生复合发光，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。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
17、压阳极A2A3G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、，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（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，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
18、仍留在控制栅极内。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）使从阴极飞出的电子聚焦成能穿过控制栅极小孔的细束。束。v 控制栅极相对于阴极的电位越低，通过小孔逃逸的电子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，如果电位低到一定程度，电子束电流密度接近越少，如果电位低到一定程度，电子束电流密度接近0，达，达到这种情况的电流叫到这种情况的电流叫截止电压截止电压，其值一般在其值一般在201000v。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
19、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。2v1v（加速电压）（加速电压）22211()2eEmvv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。聚焦系统聚焦系统v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。辉光，以保证图形和符号的清晰。v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
20、设备所能表示的像素个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粒度，屏的尺寸和电子束的聚焦能力光粉的粒度，屏的尺寸和电子束的聚焦能力电子束离开控制栅极后，变细到一个点源，再发散，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，完成聚焦作用。又成一个小点，完成聚焦作用。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。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4
21、50600V之间。之间。聚焦极装在加速极后面，电压在聚焦极装在加速极后面，电压在58KV，改变这个电压，改变这个电压，可以改变电子束聚焦的质量。可以改变电子束聚焦的质量。阳极施加阳极施加22K34KV的高压（的高压（CRT尺寸越大所需电压越尺寸越大所需电压越高），使电子束以足够高的速度轰击荧光粉发光。高），使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 单电位电子枪与双电位电子枪相比，相当于在双电位电子单电位电子枪与双电位电子枪相比，相当于在双电位电子枪的枪的G2和和G4之间多加了一个高压阳极，电位大幅度增加，增强之间多加了一个高压阳极，电位大幅度增加，增强了预
22、聚焦能力，电子束进入主透镜了预聚焦能力，电子束进入主透镜(由由G3、G4、G5组成组成)前，经前，经过预聚焦作用，变细了，然后再通过主透镜的聚焦，使电子束过预聚焦作用，变细了，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。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G4G5G3G1G2灯丝阴极栅极聚焦极加速极阳极G4G5G3G1 另外，由于聚焦极另外，由于聚焦极G4的电位大大低于的电位大大低于G3、G5，因而，因而G4上的电位变化对电场影响作用减小了，这对显像管聚焦上的电位变化对电场影响作用减小了，
23、这对显像管聚焦持性的稳定和提高起了良好的保证作用。单电位电子枪只要持性的稳定和提高起了良好的保证作用。单电位电子枪只要在设计装配时将三电极（在设计装配时将三电极（G3、G4、G5）位置调整好，在以）位置调整好，在以后的使用中，对聚焦电压就不必进行调整，所以这种枪又称后的使用中，对聚焦电压就不必进行调整，所以这种枪又称为为自聚焦电子枪自聚焦电子枪。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和叠于荧光粉层上面的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
24、光粉亮起来，显示出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。字符或者图像。荧光屏是实现荧光屏是实现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，要要求求发光亮度和发光效率足够高，发光光谱适合人眼观察，图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、传递效果好，余辉时间适当，机械、化学、热像分辨力高、传递效果好，余辉时间适当，机械、化学、热稳定性好，寿命高。稳定性好，寿命高。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。为主要由荧光粉层完成显像管内的光电
25、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大的发是指每瓦电功率能获得多大的发光强度。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，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，而是按指数规律衰减，这种特性称为而是按指数规律衰减，这种特性称为荧光粉的余辉特性荧光粉的余辉特性。余辉时间是指荧光粉在电子束轰击停止后，其亮度减小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度的到电子轰击时稳
26、定亮度的1/10所经历的时间。所经历的时间。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的称为的称为长长余辉发光余辉发光；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；余辉时间短于余辉时间短于0.001s的称为的称为短余辉发光短余辉发光。余辉太长，则同。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帧图像上，整个图像便会模糊。若余辉时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，屏幕的平均亮度将会减低。间太短，屏幕的平均亮度将会减低。屏
27、幕的亮度取决于荧光粉的屏幕的亮度取决于荧光粉的发光效率、余辉时间及发光效率、余辉时间及电子束轰击的功率电子束轰击的功率。荧光粉的发光效率高时屏幕较亮，余。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。辉时间长平均亮度也较大。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，难以成像；为了显示一幅图像，必须让电子束高的光点，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方向上同时偏转，使整个荧光屏上的
28、任在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栅，这就是偏转系统的作用。由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，在高阳极电压下适用于大角度偏转，所于磁偏转像差小，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。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。和场偏转线圈即水平偏转线圈和垂直偏转线圈。行偏转线行偏转线圈圈通有由行扫描电路提供的锯齿波电流，产生在垂直方向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
29、的磁场，使电子束作水平方向扫描。场偏转线上线性变化的磁场，使电子束作水平方向扫描。场偏转线 圈圈通有由场扫描电路提供的锯齿波电流，产生一个水平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作用下，有规律的从上到下从左到右控制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，屏幕上呈现一幅矩形的光栅。电子束的运动，屏幕上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625行，每秒行，每秒25帧。帧。隔行扫描，每帧两场，每秒隔行扫描，每帧两场，
30、每秒50场；每行水平扫描正程为场；每行水平扫描正程为52s，逆程为，逆程为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。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，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。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。玻璃管壳通常由屏幕玻璃、锥体、管颈三部分组成。用普通玻璃做用普通玻璃做CRT的外围器件，是因为透明性高，能耐的外围器件，是
31、因为透明性高，能耐受高空并能吸收从内部发生的受高空并能吸收从内部发生的X射线。射线。1.生成图像生成图像 CRT的的Deflection Coil（偏转线圈）用于电子枪发射器（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。线圈偏转的角度有限，当电子束传播到一个平坦的表面枪。线圈偏转的角度有限，当电子束传播到一个平坦的表面时，能量会轻微地偏移目标，仅有部分荧光粉被击中，四边时，能量会轻微地偏移目标，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，的图像都会产生弯曲现象。为了解决这个问题，显
32、示器生产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厂把显像管制造成球形，让荧光粉充分地接受到能量，缺点，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，不断重复地刷新就能保持图像的持续性。称为刷新，不断重复地刷新就能保持图像的持续性。v2.2 CRT显示器的驱动与控制显示器的驱动与控制v2.2.1 CRT显示器相关技术显示器相关技术 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（种颜色，即单色显示器（Monochrome Mo
33、nitor）。）。新一代显示器有三只电子枪，每个电子枪都有独立的偏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，分别发出转线圈，分别发出R、G、B（Red、Blue、Green，红、，红、蓝、绿）三束光线，混合光线可以产生蓝、绿）三束光线，混合光线可以产生1600万种颜色，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。生成彩色图像电子枪线，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。要扫描屏幕三次，其过程比黑白图像复杂得多。3.回转变压器（回转变压器（F
34、lyback Transformer）回转变压器类似发动机点火线圈，在特定时间发出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，磁线圈的能量转移到高能量输出中，最后传源关闭后，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。依照到电子枪发出电子束。依照CRT尺寸的不同，产生的能尺寸的不同，产生的能量也各有差异，通常在量也各有差异，通常在10000V至至50000V之间。之间。v4.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，水平同步信中两个基本
35、的同步信号，水平同步信号决定了号决定了CRT画出一条横越屏幕线的时间，垂直同步信号决画出一条横越屏幕线的时间，垂直同步信号决定了定了CRT从屏幕顶部画到底部，再返回原始位置的时间，垂从屏幕顶部画到底部，再返回原始位置的时间，垂直同步也可以称为刷新率。直同步也可以称为刷新率。标准电视机的水平同步信号标准电视机的水平同步信号=512线线30帧帧/秒秒=15.75kHz，显示器的水平同步信号可任意调节，幅度在显示器的水平同步信号可任意调节，幅度在15.75KHz95KHz之间。把水平同步信号反转能够得出扫描之间。把水平同步信号反转能够得出扫描一条线的时间，即一条线的时间，即1/17.75KHz=63
36、.5s。电视机扫描一帧图。电视机扫描一帧图像要返回像要返回525次。因为次。因为CRT的频繁开关和扫描切换，在屏幕的频繁开关和扫描切换，在屏幕上实际表现出来的线数比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。5.交错和非交错交错和非交错 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，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，会感到画面是连续播入的，缺点是人眼能发现两原理，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，长
37、时间观看容易使眼次刷新的不同，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睛疲劳。电视机能稳定运行在30Hz，或，或30帧帧/秒，但早秒，但早期期CRT并不能保持刷新率不变，磁偏转线圈常常影响着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，有时还会减弱电子束，以及荧光粉的发电子束的发射，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，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，人们采用了后来，人们采用了分线刷新分线刷新的方法，第一次扫奇数行、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，第二次
38、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，画面闪烁是少不了的。不过，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新速度，以也因此而增加了显示器的刷新速度，以30fps的频率实现的频率实现60fps图像亦变为可能，避免了显像管负荷过重而烧毁。图像亦变为可能，避免了显像管负荷过重而烧毁。6.金属隔板技术金属隔板技术 点状荫罩点状荫罩(Shadow Masks)指电子枪和荧光屏之间放置一个金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
39、近的点，分离显示器的色彩。加热时传导到附近的点，分离显示器的色彩。在荫罩技术方面，在荫罩技术方面，有两点最重要有两点最重要：一是如何使用更薄的金属来制造隔板，并缩小点：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与点之间的位置(Dot Pitch，点距，点距)，让它与屏幕上的点一一对应；，让它与屏幕上的点一一对应；二是如何修正电子束的颜色，让它更符合要求。二是如何修正电子束的颜色，让它更符合要求。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，弯别是在高亮度的情况下，需要更
40、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适制造荫罩的金属，目会模糊不清。为此，人们只好不断寻找合适制造荫罩的金属，目前效果最好的是前效果最好的是INVAR(不胀铜不胀铜)，它是镍，它是镍/铁合金，膨胀率几乎为铁合金，膨胀率几乎为零。荫罩的零。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(Anti Glare Coatings，防眩光涂层，防眩光涂层)能解决这个问题。能解决这个问题。v1.扫描方式扫描方式 文字及图
41、象画面都是由一个个称为像素的点构成的，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使这些点顺次显示的方法称为扫描扫描。一般。一般CRT的电子束扫描的电子束扫描是由偏转磁轭进行磁偏转控制的。是由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图像分辨率。光栅扫描方式中有顺序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扫描(逐行扫描逐行扫描)方式和飞越扫描方式和飞越扫
42、描(隔行扫描隔行扫描)方式。方式。v2.2.2 CRT显示器驱控电路显示器驱控电路 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，扫描行数为625，图，图像宽高比为像宽高比为4:3时，则需要时，则需要10.5MHz的信号带宽。这将使电视的信号带宽。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号的频带。方式来降低图像信号的频带。vv 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。逐行扫描原理逐行扫描
43、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)。由左端逐渐移到右端，这段扫描过程称行正程扫描。行由左端逐渐移到右端，这段扫描过程称行正程扫描。行正程扫描所需时间称为行扫描正程时间，正程扫描所需时间称为行扫描正程时间，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，用扫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。行扫描的周期则为：行扫描的周期则为：TH=THt+THr行扫描频率：行扫描频率：fH=1/TH场扫描原理场扫描原理产生垂直方向的扫描产生
44、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场扫描锯齿电流场扫描锯齿电流在垂直方向由上端向下端移动，这一过程称为场正程扫描。所需在垂直方向由上端向下端移动，这一过程称为场正程扫描。所需要的时间称为场扫描正程时间，用要的时间称为场扫描正程时间，用TVt表示。表示。从下端快速返回到上端，这从下端快速返回到上端，这过程称场逆程扫描。场扫描逆程时过程称场逆程扫描。场扫描逆程时间用间用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。同理，场扫描频率fv=1/TV TVtTVr逐行扫描原理逐行扫描原理场扫描锯齿电流N行v 隔行扫描
45、是每一帧被分割为两场，每一场包含了一帧中所隔行扫描是每一帧被分割为两场，每一场包含了一帧中所有的奇数扫描行或者偶数扫描行，规定奇数行有的奇数扫描行或者偶数扫描行，规定奇数行1，3，5，7573的场为奇数场，偶数行的场为奇数场，偶数行2，4，6，574的场为偶数场。的场为偶数场。v 通常是先扫描奇数行得到第一场，然后扫描偶数行得到第通常是先扫描奇数行得到第一场，然后扫描偶数行得到第二场。每秒扫描二场。每秒扫描50场。场。vv 隔行扫描（隔行扫描（Interlaced）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 v 隔行扫描示意
46、图隔行扫描示意图 我国采用的我国采用的PAL制式规定，每帧制式规定，每帧625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，逆程为，逆程为12s，场扫描周期为，场扫描周期为20ms，场正程时间，场正程时间TVt 18.4ms，逆程时间，逆程时间TVr 1.6ms，垂直方向显示，垂直方向显示575行。要实现这样的指标，电视图行。要实现这样的指标，电视图像信号的通频带要求达到像信号的通频带要求达到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 2.辉度及颜色辉度及颜色 单色单色CRT 只
47、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。辉度和信号幅度的关系如图制的。辉度和信号幅度的关系如图2.6所示。电流控制方式所示。电流控制方式中有栅极中有栅极(G1)驱动方式和阴极驱动方式。驱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/阴极间施加不阴极间施加不同的电压，就可以得到相应的辉度。同的电压，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（由个电子束各自的电流
48、（由电压调制）来调制的。由各色输入阶数的乘积，决定显示的电压调制）来调制的。由各色输入阶数的乘积，决定显示的色数，对于阶数为色数，对于阶数为16的情况，可显示的情况，可显示4096（163）种颜色。）种颜色。图图2.6 画面的辉度与信号振幅的关系画面的辉度与信号振幅的关系 3.CRT显示器驱控器的电路构成显示器驱控器的电路构成 CRT显示器驱控器的电路，如图显示器驱控器的电路，如图2.7所示，主要包括视所示，主要包括视频电路、偏转电路、高压电路、电源电路等基本电路，以及频电路、偏转电路、高压电路、电源电路等基本电路，以及所选择的动态聚焦电路、水平偏转周波数切换电路等。所选择的动态聚焦电路、水平
49、偏转周波数切换电路等。荫罩式显象管也是一种荫罩式显象管也是一种CRT，主要有：，主要有：三枪三束荫罩式彩色显象管三枪三束荫罩式彩色显象管 单枪三束彩色显象管单枪三束彩色显象管 自动会聚彩色显象管自动会聚彩色显象管4、彩色显像管彩色显像管v 彩色显像管采用红绿蓝（简称彩色显像管采用红绿蓝（简称RGB）三基色相加混色原理实）三基色相加混色原理实现彩色图像的显示。现彩色图像的显示。v彩色显像管产生三束电子流，确保受三个基色信号控制的三束彩色显像管产生三束电子流，确保受三个基色信号控制的三束电子束准确轰击相应的荧光粉，是彩色显像管技术的关键。电子束准确轰击相应的荧光粉，是彩色显像管技术的关键。彩色电视
50、荧光屏内壁涂有发光颜色为红、绿、蓝的荧光彩色电视荧光屏内壁涂有发光颜色为红、绿、蓝的荧光粉点，每一组三个红、绿、蓝荧光粉点排列成品字形，组成粉点，每一组三个红、绿、蓝荧光粉点排列成品字形，组成一个彩色像素，这些粉点的直径很小一个彩色像素，这些粉点的直径很小(几微米到几十微米几微米到几十微米)。CRT彩色显示器原理彩色显示器原理v 当一个图像被显示在屏幕上时，它是由无数小点组成的，当一个图像被显示在屏幕上时，它是由无数小点组成的，它们被称为像素它们被称为像素(pixel)。象素也即发光。象素也即发光“点点”；分辨率指屏幕；分辨率指屏幕上象素的数目，数目越大，分辨率也就越高。屏幕上的像素可上象素的
