阴极射线管CRT显示技术.ppt

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1、第2章 阴极射线管(CRT)显示技术 2.1 CRT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2.3 CRT显示器的特点、性能指标及发展历史 习题二,主要分为黑白CRT显示器和彩色CRT显示器两大类。它的核心部件是CRT显像管（即阴极射线管），其主要由五部分组成：电子枪(Electron Gun)、偏转线圈(Defiection coils)、荫罩(Shadow mask)、荧光粉层(Phosphor)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CRT 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

2、CRT。,CRT（Cathode-Ray-Tube）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，寿命长，可靠性高。,结构原理CRT是一内部抽成真空的玻璃锥体。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 电磁场对电子运动实施控制的效应,2.1.1 黑白CRT显示器的基本结构与工作原理 黑白CRT即单色(Monochrome Monitor)CRT，只有单一的电子枪，仅能产生黑白两种颜色。它的主要用途是在电视机中显示图像，以及在工业控制设备中用作监视器。黑白CRT主要由圆锥形玻壳、玻壳正面用于显示的荧光屏、封入玻壳中发射电子束用的电子枪系统和位于玻壳之外控制电子

3、束偏转扫描的磁轭器件四部分组成。,图2.1 单色CRT的结构示意图,结构中灯丝、阴极（K）、第一控制栅极（G1或称调制器）、加速极（G2或称屏蔽极）构成发射系统；第二阳极G3、聚焦极G4、高压阳极G5构成聚焦系统。,CRT的组成阴极：加热时发射电子控制栅极：对发射电子多少实施控制加速结构：使电子形成高速度射速聚焦系统：使电子束轰击荧屏聚集成细点偏转系统：使电子束在屏幕上随意移动荧光屏：电子束轰击时发出光辉,阴极射线管工作原理,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(通常为1500020000V)的加速下轰击屏幕表

4、面的磷光体从而发光。,荧光屏,电子,电子束,聚焦,方向,轰击,2.1.2 彩色CRT显示器的基本结构与工作原理,彩色CRT利用三基色图像叠加原理实现彩色图像的显示。荫罩式彩色CRT是目前占主导地位的彩色显像管，这种管子的原始设想是德国人弗莱西（Fleshsig）在1938年提出的。荫罩式彩色CRT的基本结构如图2.2所示。,图2.2 彩色CRT的结构示意图,彩色CRT是通过红(R)、绿(G)、蓝(B)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(R)、绿(G)、蓝(B)的三种荧光体组成，同时电子枪中设有3个阴极，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

5、荧光体，在荧光面内侧设有选色电极荫罩。在荫罩型彩色CRT中，玻壳荧光屏的内面形成点状红、绿、蓝三色荧光体，荧光面与单色CRT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。,图2.3 彩色CRT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：(2-1)(2-2)式中：为荫罩与荧光屏的距离；为孔距放大率；为从电子枪到荧光面的距离；为电子枪的束间距；为电子束排列方向的荫罩孔距；为电子束排列方向的荧光屏上同一色荧光体的点间距。,整体工作过程：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

6、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CRT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出强弱不同的红、绿、蓝三种光。根据空间混色法(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法)产生丰富

7、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。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，而不断变换的画面就成为可动的图像。,电子枪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电子束的强度。偏转系统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，电子枪与偏转系统合称显示器件的电子光学系统。一般分为双电位电子枪（Bi-potential Focus,BPF）和单电位电子枪

8、（Uni-Potential Focus,UPF）。UPF电子枪比BPF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为0.2mm左右的光点。,1、电子枪,2.1.3 CRT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、阴极（发射极）K，控制极G1（栅极），加速极G2（第一阳极A1），聚焦极G3（第二阳极A2），高压阳极G4。栅极与阴极间的距离一般为1mm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（Bi-potential Focus,BPF）,0V-60-20V 400V 0300V 9000V,

9、G4,G1,当阴极被阴极里面的灯丝加热到约800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。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。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,灯丝,阴极,栅极,聚焦极,加速极,高压阳极,A2,A3,G,阴极呈小圆筒状，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（10003000oC）使其发射

10、出电子。,控制栅极在CRT中作用是：（1）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。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0，达到这种情况的电流叫截止电压，其值一般在201000v。,加速结构 电子由控制栅极出来，穿过第二栅极的小孔，被其间的强静电场加速，然后电子束高速通过第二阳极上的小孔。,（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。,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。,分辨率(reso

11、lution)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，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。聚焦系统分为：静电聚焦和电磁聚焦。,加速极A1呈圆盘状，电压一般在450600V之间。聚焦极装在加速极后面，电压在58KV，改变这个电压，可以改变电子束聚焦的质量。阳极施加22K34KV的高压（CRT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。,灯丝,阴极,栅极,聚焦极,加速极,阳极,A2,A3,单电位电子枪与双电位电子枪

12、相比，相当于在双电位电子枪的G2和G4之间多加了一个高压阳极，电位大幅度增加，增强了预聚焦能力，电子束进入主透镜(由G3、G4、G5组成)前，经过预聚焦作用，变细了，然后再通过主透镜的聚焦，使电子束激发荧光屏产生的光点足够小。,单电位电子枪（Uni-potential Focus,UPF）,灯丝,阴极,栅极,聚焦极,加速极,高压阳极,G4,G5,G3,G1,灯丝,阴极,栅极,聚焦极,加速极,阳极,G4,G5,G3,G1,另外，由于聚焦极G4的电位大大低于G3、G5，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（

13、G3、G4、G5）位置调整好，在以后的使用中，对聚焦电压就不必进行调整，所以这种枪又称为自聚焦电子枪。,2.荧光屏 荧光屏，是由涂覆在玻璃壳内的荧光粉和叠于荧光粉层上面的铝膜共同组成的。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CRT显像管电光转换的关键部位之一，要求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、热稳定性好，寿命高。,CRT的发光性能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。荧光粉的发光效率是指每瓦电功率能获得多大的发光强度。余

14、辉时间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，其亮度减小到电子轰击时稳定亮度的1/10所经历的时间。,一般把余辉分成三类：余辉时间长于0.1s的称为长余辉发光；余辉时间介于0.1s至0.001s的称为中余辉发光；余辉时间短于0.001s的称为短余辉发光。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。屏幕的亮度取决于荧光粉的发光效率

15、、余辉时间及电子束轰击的功率。荧光粉的发光效率高时屏幕较亮，余辉时间长平均亮度也较大。,3.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CRT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。行偏转线圈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的磁场，使电子束作

16、水平方向扫描。场偏转线,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，屏幕上呈现一幅矩形的光栅。我国采用的PAL制式规定，每帧625行，每秒25帧。隔行扫描，每帧两场，每秒50场；每行水平扫描正程为52s，逆程为12s，场正程时间18.4ms，逆程时间1.6ms，垂直方向显示575行。,4.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，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 玻璃管壳通常由屏幕玻璃、锥体、管颈三部分组成。用普通玻璃做CRT的外

17、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X射线。,1.生成图像 CRT的Deflection Coil（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，四边的图像都会产生弯曲现象。为了解决这个问题，显示器生产厂把显像管制造成球形，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。,2.2 CRT显示器的驱动与控制2.2.1 CRT显示器相关技术,2.混合颜色 旧式的显示器只有

18、单一的电子枪，仅能产生黑白两种颜色，即单色显示器（Monochrome Monitor）。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R、G、B（Red、Blue、Green，红、蓝、绿）三束光线，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（Flyback Transformer）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，磁线圈的能量转移到高能量输出中，最后传到电子枪发出

19、电子束。依照CRT尺寸的不同，产生的能量也各有差异，通常在10000V至50000V之间。,4.垂直和水平同步 垂直和水平是CRT中两个基本的同步信号，水平同步信号决定了CRT画出一条横越屏幕线的时间，垂直同步信号决定了CRT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。标准电视机的水平同步信号=512线30帧/秒=15.75kHz，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一条线的时间，即1/17.75KHz=63.5s。电视机扫描一帧图像要返回525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

20、比525要少一些，一般约为428399条线。,5.交错和非交错 电视机采用的是交错(Interlace)扫描，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30Hz，或30帧/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，人们采用了分线刷新的方法，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，画面闪烁是

21、少不了的。不过，也因此而增加了显示器的刷新速度，以30fps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。,6.金属隔板技术 点状荫罩(Shadow Masks)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，分离显示器的色彩。在荫罩技术方面，有两点最重要：一是如何使用更薄的金属来制造隔板，并缩小点与点之间的位置(Dot Pitch，点距)，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。荫罩的主要缺点是金属板会随着能量的变化而产生弯曲，特别是在高亮度的情况下，需要更多的能量来战胜荫罩的阻抗，弯曲

22、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，目前效果最好的是INVAR(不胀铜)，它是镍/铁合金，膨胀率几乎为零。荫罩的第二个缺点是屏幕弯曲会产生刺眼的眩光，用AGC(Anti Glare Coatings，防眩光涂层)能解决这个问题。,1.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，使这些点顺次显示的方法称为扫描。一般CRT的电子束扫描是由偏转磁轭进行磁偏转控制的。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

23、(逐行扫描)方式和飞越扫描(隔行扫描)方式。,2.2.2 CRT显示器驱控电路,在逐行扫描方式中，当场频为50Hz，扫描行数为625，图像宽高比为4:3时，则需要10.5MHz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号的频带。,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。,逐行扫描原理,水平方向上的扫描(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。行正程扫描所需时间称为行扫描正程时间，用THt表示。,THt,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。行逆程扫描所需时间称行扫描

24、逆程时间，用THr表示，而且THt THr。行扫描的周期则为：TH=THt+THr行扫描频率：fH=1/TH,场扫描原理,产生垂直方向的扫描(也称场扫描),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。所需要的时间称为场扫描正程时间，用TVt表示。从下端快速返回到上端，这过程称场逆程扫描。场扫描逆程时间用TVr表示。其中TVtTVr。场扫描周期TV=TVt+TVr。同理，场扫描频率fv=1/TV,TVt,TVr,逐行扫描原理,场扫描锯齿电流,N行,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1，3，5，7573

25、的场为奇数场，偶数行2，4，6，574的场为偶数场。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50场。,隔行扫描（Interlaced）,奇场光栅,偶场光栅,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,隔行扫描示意图,我国采用的PAL制式规定，每帧625行，每秒25帧。隔行扫描，每帧两场，每秒50场；每行水平扫描正程为52s，逆程为12s，场扫描周期为20ms，场正程时间TVt 18.4ms，逆程时间TVr 1.6ms，垂直方向显示575行。要实现这样的指标，电视图像信号的通频带要求达到11MHz以上。,我国电视标准,场扫描锯齿电流,TVt,TVr,2.

26、辉度及颜色 单色CRT 只需要对辉度进行控制，对彩色CRT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(G1)驱动方式和阴极驱动方式。在栅极(G1)驱动方式中，在电子枪的栅极/阴极间施加不同的电压，就可以得到相应的辉度。彩色CRT的颜色显示是通过3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16的情况，可显示4096（163）种颜色。,图2.6 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 CRT显示器驱控器的电路，如图2.7所示，主要包括视频电路、偏转电路

27、、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。,荫罩式显象管也是一种CRT，主要有：三枪三束荫罩式彩色显象管 单枪三束彩色显象管 自动会聚彩色显象管,4、彩色显像管,彩色显像管采用红绿蓝（简称RGB）三基色相加混色原理实现彩色图像的显示。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。,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，组成一个彩色像素，这些粉点的直径很小(几微米到几十微米)。,CRT彩色显示器原理,当一个图像被显示在屏幕上时，它是由无数

28、小点组成的，它们被称为像素(pixel)。象素也即发光“点”；分辨率指屏幕上象素的数目，数目越大，分辨率也就越高。屏幕上的像素可以被置为不同的颜色和亮度。每一个像素包含一个红色、绿色、蓝色的磷光体，如图所示。大量的像素就组成了图像。,屏幕上的像素,CRT彩色显示器原理,利用显像管内的电子枪，将红、绿、蓝三个电子束分别打在R、G、B荧光粉层上，荧光粉被激活，即可发出光来。R、G、B三种荧光点被不同强度的电子流点亮，就会发出各种色彩。最终就形成了你所看到的显示画面了。在适当的距离外，人眼分辨不出单色小点，而只是看到一个合成的彩色光点。,点距(Dot Pitch),点距是指屏幕上两个相邻荧光点的距离

29、。,点距(Dot Pitch),点距是衡量显示器性能的重要指标，点距越小，显示器显示图形越清晰。常见点距规格有0.31mm、0.28mm、0.25mm等，目前高清晰大屏幕显示器通常采用0.25mm的点距，某些产品甚至达到0.21mm。,显像管种类,三枪三束彩色显像管,也称荫罩管，是较早开发的显像管，它由荧光屏、荫罩、电子枪及玻璃外壳四部分组成。它有三只独立的电子枪，近于平行（略向中心倾斜1左右），围绕显像管的中心轴线排成“品”字形，彼此相隔120。三电子枪各发射一个独立的受基色信号控制的电子束。每只电子枪都有灯丝、阴极、控制栅极，加速电极和聚焦电极。,三枪三束采用的孔状荫罩,在距离荧光屏后约2

30、mm处放置一块荫罩板，一般用0.12mm0.16mm厚的低碳钢板制作，钢板上的小孔与荧光屏上的红、绿、蓝荧光粉点一一对应。荫罩起选色的作用，由红、绿、蓝三个电子枪发射的三个电子束在荫罩上的小孔处会聚穿过小孔后打在相应的红、绿、蓝荧光粉点上。整个屏幕大约44万个三色组，因此约有132万个荧光粉点。,三枪三束显象管荫罩板上约有44万个小孔，每个小孔对应屏幕上一组三色点。三个电子枪射出的电子束正好在荫罩板孔处相交，并同时穿过小孔后轰击各自的荧光粉点。荫罩孔之间的点距越小，扫描点越近，像素尺寸越小。三个电子束在同一时间在荫罩板表面上相交的现象就叫作会聚。,三枪三束显象管通过控制三个电子束的强弱可以控制

31、屏幕上点的颜色。如果每一个电子枪都有256级（8位）的电压强度控制，那么这个CRT所能产生的颜色就是我们平时所说的24位真彩色，这样的RGB彩色系统通常称为全彩色系统或真彩色系统。,三枪三束显象管 电子枪向荧光屏的电子大约只有1520%能穿过荫罩板去激发荧光粉点，多余的电子则被荫罩板吸收。这就带来两个缺点：（1）大量电子束流过荫罩板，会使荫罩管发热而变形，从而引起电子束打错位置而使色彩不纯。（2）轰击荧光屏上的电子束电流小，从而引起管子光点亮度不高。,三枪三束显象管解决方法：1）管内应有对荫罩温度变化进行补偿的措施。2）应加大电子枪射出电子束的电流和提高第二阳极电压。但同时又带来新的问题：随着

32、第二阳极电压的提高，X射线的辐射变得严重。,三枪三束彩色显像管现在采用的很少了，主要是因为它会聚电路较复杂，调整比较麻烦。,三枪三束显象管黑底荫罩管：能够较好地克服上面的缺陷。将荧光小点缩小到一般荫罩管电子束直径的大小，将荫罩板小孔加大（电子束直径扩大），屏幕上除荧光小点外均涂上吸收光性能很强的石墨，这样，使屏幕真正发光的面积与普通荫罩管相同，而余下的面积不再反射杂散光，从而提高了对比度。荫罩小孔加大使荫罩热损耗减少，改善了荫罩板由于温升所造成的影响。,单枪三束显像管,单枪三束彩色显像管有三个阴极，但发射出的三束电子束共用同一个电子枪聚焦。,单枪三束荧光屏上红、绿、蓝荧光粉是以纵向条状涂复在屏

33、上的，在荧光屏的内侧有一金属板，称为分色板，它的作用是使三条电子束只能轰击各自的荧光粉条。,单枪三束彩色显象管单枪三束彩色显象管只有一个电子枪，里面有三个排列在一条直线上的独立阴极，而控制栅极加速极和聚焦极共用一组。因三只电子束排列在一条直线上，所以三色荧光粉也必须由阴罩管的点状品字排列改为垂直细条排列，它们按R,G,B顺序在荧光屏上自左到右依次排列。,单枪三束彩色显象管,单枪三束管结构原理图,单枪三束彩色显象管在荧光屏前用以分色的是垂直条缝的缝隙板。电子枪射出的三条水平排列电子束经聚焦透镜作用后进入会聚镜，两块内会聚板和加速阳极相连，两块外会聚板则比加速阳极低1KV左右的电压，使两边的电子束

34、（红、蓝电子束）向中心电子束（绿电子束）靠拢，会聚于缝隙板上，然后通过缝隙板轰击各自对应的荧光粉条，相邻的三个水平基色构成一个像素。,单枪三束显象管的电极结构如下图所示,单枪三束管的优点1.结构简单，成本低，并可以使管颈缩小，降低了扫描功率；2.公共电子透镜的有效直径比三枪管大，聚焦质量比三枪管好；3.隙缝板比阴罩板的电子穿透率高，在相同电子束流的情况下，亮度较高；4.由于三只电子束处于同一水平面只需进行水平调整；5.由于荧光粉是垂直条装结构，所以电子束在垂直方向上的偏移不会造成混色，从而使色纯化调整简单。,单枪三束管的缺点 条状网机械强度差，易震动，受电子束轰击时易变形。因此要采用有一定弹性

35、的框架，还要在条网上加一定数量的模条。单枪三束管的水平分辨率较低，图像不如阴罩管清晰。,总之，单枪三束彩色显像管的优点是会聚调整比三枪三束管简单，而且透过率比三枪三束管高，使其屏幕亮度较高。该管的不足是会聚调整仍然较麻烦，而且生产较困难，不易大规模生产。,主流中低档荫罩式显示器,孔状荫罩优点：成本低缺点：透过率5070%，亮度、对比度低，分辨率低，画面不够精细。适合大量文字处理。,沟糟荫罩优点：分辨率高，透过率95%以上，画精度高，色彩鲜艳，亮度更好。,自会聚彩色显像管 它的优点是克服了过去彩色显像管需要进行复杂动会聚调整的缺点，使彩色电视机在安装和调整使时，不需要校正动会聚误差就可获得良好的

36、效果。,呈精密一字形排列电子枪，其几何中心的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，地磁影响小。在自会聚管中还使三个阴极之间的间距很小，各个栅极作成一体，分别开出一排（三个）小孔让电子束通过。,自会聚彩色显像管同时电子枪一体化的精 密结构避免了电子枪装 架中模夹具工艺误差对 会聚的影响。同时，三个电子束的间距小，会聚误差也就小。,自会聚管结构示意,自会聚彩色显像管 采用了开槽式荫罩板，荫罩孔 是相互交错的小长槽孔。这种结构增加了荫罩板的机械 强度和抗热变形性能。荧光屏上的三色荧光粉对应槽 形荫罩孔也相互交错成小条状 排列。,自会聚彩色显像管的结构特点,、自会聚彩色显像管,（a）精

37、密直列式电子枪。自会聚彩色显像管的三个电子枪排列在一水平线上，彼此间距很小，因而会聚误差也很小。除阴极外，其他电极都采用整体式结构，电子枪之间的距离精度只取决于制作电极模具的精度，与组装工艺无关。电子枪除三个独立的阴极引线用于输入三基色信号和进行白场平衡调节，其他电极均采用公共引线。（b）开槽荫罩和条状荧光屏。自会聚管采用开槽荫罩，是综合考虑了三枪三束管的荫罩和单枪三束管的条状栅网的利弊而采取的折衷方案，这种荫罩的槽孔是断续的，即有错开的横向结构，克服了栅网式荫罩板怕振动的缺点，增强了机械强度，降低了垂直方向的会聚精度要求，提高了图像的稳定性。,（c）精密环形偏转线圈 自会聚彩色显像管采用了精

38、密环形偏转线圈，其匝数分布恰好给出实现电子束会聚所需的磁场分布，从而无需进行动态会聚，三条电子束就能在整个荫罩上良好会聚。因此，把这种偏转线圈称为动会聚自校正型偏转线圈。,自会聚彩色显像管的结构特点,自会聚显像管可以完全取消动态会聚电路，只靠偏转磁场本身的特殊分布就可以实现会聚，因而调节非常简单。同时取消了动会聚线路，节省了约100 多个动会聚元件，使整机成本大幅度降低。自会聚显像管在当前占绝对优势。,、自会聚彩色显像管,（1）采用一字形三电子枪一体化结构（2）槽形荫罩板和条状荧光粉条,（3）黑底技术（4）采用快速启动阴极,荫罩孔,荫罩板,黑底技术,条状荧光粉,、自会聚彩色显像管,自会聚彩色显

39、像管的特点,2.3.1 CRT显示器的特点 CRT 最大的优势在于高的性能价格比及大画面高密度显示，同时还具有其它一系列优点。1.价格低 2.亮度高 3.对比度高 4.色域广 5.分辨率高 6.响应速度快 7.视野角宽 8.显示版式可以灵活变化 9.寿命长,2.3CRT显示器的特点、性能指标及发展历史,一、CRT的特点CRT最大的优势是可以在相对低的价格下获得所必需的各种功能和性能。而且，可以进行大画面高密度显示。彩色CRT与单色CRT在装置的布局上无本质变化，可进行无级辉度调节的全色显示。特别是CRT采用电子束扫描方式，与其他电子显示采用矩阵阵列的扫描方式不同，所需要的驱动电极数极少。在辉度

40、、对比度指标上，与其他显示器相比，CRT也处于有利地位。显示亮度可以任意调节。而且，从电视机用CRT、超高密度显示用CRT到分析观测CRT，均可根据不同使用目的自由设计，从而应用范围极为广泛。,1、耗电量大2、尺寸大，重量大3、无法制造较大面积的显示屏 技术上的困难：较大真空玻璃外壳容易破裂 显示面积较大时，扫描频率降低，无法显示运动影像4、受电磁场影响，容易发生线性失真5、存在辐射，影响使用者身体健康,CRT技术的缺点：,2.3.2 CRT显示器的技术性能指标,1.像素和分辨率 像素是指屏幕能独立控制其颜色与亮度的最小区域。分辨率就是屏幕图像的密度，即显示器屏幕的单位面积上有多少个基本像素点

41、，它们是图像清晰程度的标志，也是描述分辨能力大小的物理量。对于电子显示器件，常用单位面积上的扫描线数和两光点之间的距离来表示分辨率。他们取决于场频和行频的组合。我们可以把它想象成是一个大型的棋盘，而分辨率的表示方式就是每一条水平线上的点数乘以水平线的数目，如,640480、720348、1024768及10241024等。以640480的分辨率来说，即每一条线上包含有640个像素点且共有480条线，也就是说扫描列数为640列，行数为480行。分辨率越高，屏幕上所能呈现的图像也就越精细。分辨率不仅与显示尺寸有关，还要受显像管点距、视频带宽等因素的影响。知道分辨率、点距和最大显示宽度就能得出像素值

42、。比如一台17英寸的CRT显示器，一行中能容纳1421组三原色，能满足1280个像素点的需要，因此这台显示器的理想分辨率是1024768，勉强可以达到12801024的分辨率，但不可能达到16001200的分辨率。,分辨率的计算方法如下：最大显示宽度/水平点距=像素数，比如标准17英寸CRT显示器的最大显示宽度是320 mm，标称点距是0.28mm，那么首先按0.280.866=0.243的公式计算出水平点距，然后按320/0.243=1316的公式得出像素数。,2.点距和栅距 点距（DOT PITCH）是显像管最重要的技术参数之一，单位为毫米。一般公认的点距定义是荧光屏上两个最临近的同色荧光

43、点的直线距离，即两个红色（或绿、蓝）像素单元之间的距离。,点距有实际点距、垂直点距和水平点距的差别。垂直点距等于三个同色荧光点组成三角形边长的一半；水平点距实际上是这个三个同色荧光点组成三角形的高。,点距越小越好，点距越小，显示器显示图型越清晰细腻，显示器的档次越高，不过对于显像管的聚焦性能要求就越高。几年以前的显示器多为0.31mm和0.39mm，如今大多数显示器采用的都是0.28mm的点距。常见的显示器点距0.28mm(水平方向为0.243mm)。,用显示区域的宽和高分别除以点距，即得到显示器的垂直和水平方向上最高可显示的点数。,栅距：指荫栅式像管平行的光栅之间的距离（单位：mm）。,3、

44、刷新频率,垂直扫描频率,显像管的电子束通过水平扫描和垂直扫描完成屏幕的刷新，每完成一次垂直扫描就完成一个完整屏幕的刷新。,也称为场频，扫描频率，指显示器在某一显示方式下，每秒所能完成的整个屏幕刷新的次数，单位为Hz。垂直扫描频率越高，图像越稳定，闪烁感越小。一般刷新频率达到72Hz以上，闪烁感明显减少，目前较好的彩显可达到100Hz以上，最高可达到160Hz。一般来说，垂直刷新率最好不要低于80Hz，如能达到85Hz以上的刷新频率就可完全消除图像闪烁和抖动感，眼睛也不会太容易疲劳，在目前这是对显示器最基本的要求了。,刷新频率越低，图像闪烁和抖动的越厉害，眼睛观看时疲劳的越快。刷新频率越高，图像

45、显示就越自然、越清晰。,它是指行频，表示显示器从左到右绘制一条水平线所用的时间，以KHZ为单位。,水平扫描频率,4.场频、行频及视频带宽 如果说画质等显示效果只能通过主观判断的话，那么水平扫描频率、垂直扫描频率及视频带宽这三个参数就绝对是显示器的硬指标，并且很大程度上决定了显示器的档次。视频带宽是指每秒钟电子枪扫描过图像点的个数，以兆赫兹为单位。等于分辨率刷新率。这是显示器非常重要的一个参数，能够决定显示器性能的好坏。带宽越高则表明了显示器电路可以处理的频率范围越大，显示器性能越好。高的带宽能处理更高的频率，信号失真也越小，显示的图像质量更好，它反映了显示器的解像能力。,实际应用中电子枪在扫描

46、时扫过水平方向上的像素点数与垂直方向上的像素点数均高于理论值，这样才能避免信号在扫描边缘时衰减，使图像四周同样清晰。一般水平分辨率大约为实际扫描值的80，垂直分辨率大约为实际扫描值的93。带宽对于显示器来说是一个很重要的指标，太小的带宽无法使显示器在高分辨率下有良好的变现。,场频就是垂直扫描频率也即屏幕垂直刷新率，通常以Hz为单位,它表示屏幕的图像每秒钟重复描绘多少次，也就是指每秒钟屏幕刷新的次数。垂直刷新率越高，屏幕的闪烁现象越不明显，眼睛就越不容易疲劳。,带宽=水平分辨率0.8垂直分辨率0.93场频或带宽=水平分辨率 垂直分辨率 场频 1.344,如在1024 768的分辨率下，若刷新频率

47、为70HZ，则理论上需要的带宽为1024 768 70 1.344=74MHZ,行频就是水平扫描频率，指电子枪每秒在屏幕上扫过的水平线数。单位一般是千赫兹。场频和行频的关系式一般如下：行频=场频垂直分辨率1.04(2-7)可见行频是一个综合了分辨率和场频的参数，能够比较全面的反映显示器的性能。当在较高分辨率下要提高显示器的刷新率时，可以通过估算行频是否超出频率响应范围来得知显示器是否可以达到想要的刷新率。,5、显示器尺寸,显像管尺寸,可视尺寸,完全等同吗？,显像管尺寸：显像管对角线的长度，一般以英寸为单位。,真正能显示画面的尺寸称为可视尺寸，以显示器的对角线长度为依据。一般可视尺寸要小于显像管

48、尺寸，因为显像管的四边还有一段保留区。,屏幕大小通常以对角线的长度衡量，以英寸为单位(1英寸=2.54厘米)。一般显示器的最大可视面积都会小于屏幕尺寸，我们平常说的17英寸、15英寸实际上指显像管尺寸，而实际可视区域(就是屏幕)远远到不了这个尺寸。14英寸的显示器可视范围往往只有12英寸；15英寸显示器的可视范围在13.8英寸左右；17英寸显示器的可视区域大多在1516英寸之间；19英寸显示器可视区域达到18寸英寸左右。,6.色温 色温是表示光源光谱质量最通用的指标。色温是按绝对黑体来定义的，光源的辐射在可见区和绝对黑体的辐射完全相同时，此时黑体的温度就称此光源的色温。色温是人眼对发光体或白色

49、反光体的感觉，这是物理学、身理学与心理学的综合复杂因素的一种感觉，也是因人而异的。色温在电视(发光体)或摄影(反光体)上是可以用人为的方式来改变的，现在的显示器上一般都会提供色温调节功能，这是由于不同区域的人眼睛对颜色的识别略有差别，黑眼睛的人看9300K（开尔文温度单位）是白色的，但是蓝眼睛的人看了就是偏蓝，蓝眼睛的人看6500K是白色，所以在不同地区显示器都要将颜色调节到适合这一地区的人的使用，调节色温就是为了完善这些功能。,国际上有几种标准光源可作为白光的标准光源。色温2854K：相当于白炽灯所发的光，白光偏红，现已基本淘汰。色温4800K：近似于中午直射的太阳光，白光稍偏红，在电视演播

50、室中常用，令肤色表现出较好的颜色。色温6500K：通常认为近似于正常的白天光线，是我国和欧洲彩色电视机所采用的标准白光，色彩还原比较平和，中性偏暖。色温9300K：白光偏蓝偏紫，是日本彩色电视机所采用的标准白光，色彩表现偏冷。由于荧光粉光谱不同，显示器厂商总是选择最能发挥自身优势的色温标准。现在高档的显示器都具备色温调节功能，可由用户自己设置。,7.亮度 亮度是指显示器荧光屏上荧光粉发光的总能量与其接受的电子束能量之比。所以某一点的光输出正比于电子束电流、高压及停留时间三者的乘积。简单的讲，亮度是控制荧光屏发亮的等级。8.对比度 对比度是指荧光屏画面上最大亮度与最小亮度之比。一般显示器最起码应