阴级射线管显示技术.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 2.1.1 黑白CRT显示器的基本结构与工作原理 2.1.2 彩色CRT显示器的基本结构与工作原理 2.1.3 CRT显示器的主要单元 2.2 CRT显示器的驱动与控制 2.2.1 CRT显示器相关技术 2.2.2 CRT显示器驱控电路 2.3 CRT显示器的特点、性能指标及发展历史 2.3.1 CRT显示器的特点 2.3.2 CRT显示器的性能指标 2.3.3 CRT显示技术的发展历史,2.1 CRT显示器的基本结构与工作原理 CRT显示器是一种使用阴极射线管技术(Cathode Ray Tube)的显示器,主要
2、分为黑白CRT显示器和彩色CRT显示器两大类。CRT显示器的核心部件是CRT显像管(即阴极射线管),其主要由五部分组成:电子枪(Electron Gun)(显像管的核心)偏转线圈(Defiection coils)荫罩(Shadow mask)荧光粉层(Phosphor)玻璃外壳,经典的CRT显像管使用电子枪发射高速电子,经过垂直和水平偏转线圈来控制高速电子的偏转角度,最后高速电子轰击屏幕上的磷光物质使其发光。通过电压调制方式调制电子枪发射电子束的功率,就会在屏幕上形成明暗不同的光点,形成各种图案和文字。,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(Monochrom
3、e Monitor)CRT,只有单一的电子枪,仅能产生黑白两种颜色。它的主要用途是电视机、显示器、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、玻壳正面的荧光显示屏、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束偏转扫描的磁轭器件四部分组成。,黑白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。工作时,电子枪中阴极(K)被灯丝加热至200K时,阴极(K)大量发射电子。电子束首先被加在第一控制栅极的视频电信号所调制,然后经加速和聚焦后,高速轰击荧光屏上的
4、荧光体,荧光体发出可见光。电子束的电流是受显示信号控制的,信号电压高,电子枪发射的电子束流也越大,荧光体发光亮度也越高。最后通过偏转磁轭控制电子束,在荧光屏上从上到下,从左到右依次扫描,从而将图像或文字完整地显示在荧光屏上。,2.1.2 彩色CRT显示器的基本结构与工作原理 彩色CRT相比于黑白CRT,结构上主要是有三只电子枪、三组偏转线圈、增加荫罩结构等不同之处。彩色CRT是利用三基色图像叠加原理实现彩色图像的显示。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。红(R)、绿(G)、蓝(B)三原色组合产生彩色
5、视觉。荫罩式彩色CRT是目前占主导地位的彩色显像管(德国人Fleshsig在1938年提出的)。其基本结构如下图所示:,彩色CRT的结构示意图,荫罩是设置在荧光面内侧的选色电极。一般荫罩式CRT的荫罩是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。,荫罩型彩色CRT中,在玻壳荧光屏的内面形成点状红、绿、蓝三色荧光体,并且均有铝膜金属覆层。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。,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
6、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,经过电子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屏上的三原色荧光粉层。,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。,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。
7、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。,2.1.3 CRT显示器的主要单元 1.电子枪 电子枪是显像管中极为重要的组成部分。电子束的发射、调制、聚焦均由电子枪来完成。电子枪产生电子束,以轰击荧光屏上的荧光粉发光。为了在屏幕上得到亮而清晰的图像,要求电子枪产生较大的电子束电流,并且能够在屏幕上聚成细小的扫描点(约0.2mm)。此外,由于电子束电流受
8、外加电信号的调制(电子束强度在变化),因而电子枪应有良好的调制特性。在调制信号控制过程中,扫描点不应有明显的散焦现象。,电子枪外型示意图,电子枪内部结构示意图,电子枪是由灯丝(用H、HT或F表示)、阴极(用K表示,彩色显像管有三个阴极,分别用RK、GK、BK表示)、栅极(用G1表示)、加速极(用G2表示)、高压阳极(用G或V表示)组成。,电子枪中各部分的作用:(1)灯丝通电后将电能转变成热能并对阴极加热,使阴极表面产生600-800度的高温,创造一个使阴极发射电子的外部条件(光电效应)。(2)阴极呈圆筒状,装在圆筒内部,顶端涂有钡锶钙的氧化物,灯丝通电时,阴极受热后发射大量电子。(3)栅极栅极
9、套在阴极外面(加负压),是一个金属圆筒,顶端开有小孔以让电子束通过(距离阴极小于1mm)。改变与阴极的相对电位可以控制电子束的强弱。视频信号就是加在栅极上,通过信号电压来调制其通过的电子数目,改变显像管束电流的大小,从而控制荧光屏的亮度。,(4)加速极它也是顶部开有小孔的金属筒,其位置紧靠栅极。通常在加速极上加有几百伏的正电压,它能控制阴极发射的电子束到达荧光屏的速度。(5)聚集极彩色显像管聚集极通常加58KV电位。聚集极、加速极及高压极一起构成一个电子透镜,使电子束会聚成一个细束轰击荧光粉层。(6)高压阳极建立一个强电场,使电子束以极快的速度轰击荧光屏上的荧光粉。高压阳极通常为2234KV。
10、,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,因为靠它完成显像管的电光转换功能。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。荧光粉的重要特性参数:余辉时间。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
11、,而是按指数规律衰减,即余辉特性。,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、余辉时间及电子束轰击的功率等。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。,屏幕亮度除了与余辉时间有关外,还取决于电子束的电流密度和屏幕电压的高低。因此屏幕亮度可表示为:欲增大亮度可以加大电流密度和电压。两者中以提高电压
12、更为有效。,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;偏转系统能依据输入的携带着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。,3.偏转系统 显像管中电子束的扫描是通过偏转系统来实现的。偏转线圈是CRT显像管的重要部件之一。,偏转线圈因此分为行(水平)偏转线圈和场(垂直)偏转线圈。它们分别通有由行和场扫描电路提供的锯齿波电流,产生水平和垂直方向上线性变化的磁场,使电子束作相应方向的扫描。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。偏转线圈通常采用磁偏
13、转,因为它像差小,在阳极高电压下适合于大角度偏转。,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并扫描,使荧光屏上任一点都能发光。,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,只在彩色显象管内使用,荫罩装于玻壳和电子枪之间,起分色作用。荫罩材质都为金属,形状有点状、沟槽状、栅状等。它们对电子束透过率不同(依次约为50%,70%,90%)。,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。锥度有国家标准,比如70、90、110和114等。用普通玻璃做CRT的外围器件,是因为透明性高,能耐受真空并能吸收从内部发生的X射线。,1、图像生成 CRT中的偏转线
14、圈用于电子枪发射束的定位。它能依据输入的携带着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,控制电子束到达屏上的位置。偏转线圈能够产生一个强磁场,通过改变强度来移动电子束方位。线圈偏转的角度有限,当电子束射到一个平面时,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。为此,显示器生产厂把显像管做成球形,但现在常采用动态聚焦技术做补偿。电子束发射由左至右、由上至下扫描和刷新,在屏幕上形成光栅图样,不断刷新就形成了连续的图像。,2.2 CRT显示器的驱动与控制 2.2.1 CRT显示相关技术,2、辉(灰)度及颜色 单色CRT 只需要对辉度进行控制,而彩色CRT
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