第三节显像管基本知识
显像管是显示器中最重要的部件它的价格最贵作用最大显示屏的尺寸和显像管的点距是显像管最主要的两个参数显像管分单色显像管和彩色显像管两种彩色显像管又分单枪和三枪两种三枪有等边三角形排列和一字形排列两种后来又出现荫罩型自会聚管
一显像管结构
显像管是将电信号转化为光信号的器件它能实时地将计算机工作情况和结果以光的形式显示在荧光屏上具有监视和显示的作用国外通常叫监视器即CRT 国内通常叫显示器显像管由玻璃制成它由电子枪玻壳荧光屏和管脚四部分组成下面分别加以叙述显像管结构见图1.6
1 电子枪
电子枪由灯丝阴极栅极加速极聚焦极和阳极组成
1 灯丝用H 表示单色显像管灯丝电压为直流12V 电流约为0.6A 彩色显像管灯丝电压为6.3V 有的显示器加行频脉冲电压电流约为0.6A 灯丝加电将阴极烘热发射电子
2 阴极用K 表示阴极受热后发射电子单色显像管阴极加电压为25~ 40V彩色显像管加电压45 ~ 180V 随显像管尺寸大小而异
3 栅极又叫控制栅极用G1 表示圆筒形套在阴极外面顶部中心开孔栅极加负电压0 ~ -60V 用电位器或电脑控制调整负电压来调制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 加速极用G2 表示加数百伏的正电压彩色显像管加230 ~450V 使电子束加速射向荧光屏调整电位器可改变电压大小从而控制荧光屏的背景亮度
5 聚焦极单色显像管加数百伏电压彩色显像管加5 ~ 8kV 电压使电子聚焦成很细的电子束改变聚焦电压的大小可以改变荧光屏聚焦的好坏
图1.6 显像管结构
6 阳极又叫第二阳极用A2 表示单色显像管加电压12 ~ 17kV 彩色显像管
加电压22 ~34kV 随显像管尺寸大小而异阳极高压对电子束起最后加速的作用使其有较大的能量轰击荧光屏而激发出光点, 电压越高光点越亮但由于电子束速度快偏转的角度就会减小从而使行幅相对减小阳极电压偏低时光栅亮度变暗在同样偏转磁场作用下电子偏转角度加大行幅加宽
2 玻壳
由显像管的屏玻璃锥体和管颈组成里面抽成真空锥体部分内外壁均涂了一层石墨导电层内壁涂层接阳极外壁用弹簧接上金属屏蔽导线接显示器地线底板两导电层之间构成数百微法拉的大电容作为阳极高压滤波之用
3 荧光屏
显像管荧光屏玻璃内壁涂一层荧光膜受电子轰击而发光发光颜色与荧光粉颜色有关屏上荧光粉里边有一层很薄的铝膜十分之几微米与显像管阳极相连电子束很容易通过加大了荧光粉的发射效率和荧光屏的亮度还可遮挡后面的杂散光增强了对比度
4 管座
显像管管座如图1.7 所示这里要说明的是有些大屏幕彩色显像管有三个栅极两个聚焦极其管脚功能这里不再画了
二自会聚彩色显像管
彩色显像管近几十年发展很快有正三角形排列三枪三束管一字形排列三枪三束管单枪三束管荫罩管自会聚管其中荫罩管性能比较完善自会聚管大大简化了会聚调整目前被广泛使用的是荫罩式三枪三束一字排列黑底自会聚管见图1.8
1 结构
自会聚管和彩色显像管一样也是由电子枪玻壳荧光屏和管脚组成但是每一部分具体结构是不一样的
1 电子枪它由三个灯丝控制栅极加速极聚焦极阳极又称第二阳极三个阴极组成三个灯丝并联所以显像管灯丝只有两个引出管脚栅极加速极聚焦极是三个电子束公用的所以这三个极均只有一个引出管脚对于尺寸大于16 英寸的管子有的管子具有三个控制栅极两个聚焦极都单独供电
2 荧光屏荧光屏玻璃内壁涂有红绿蓝三基色荧光粉小点它们有规则的排列相邻的三种颜色荧光小点组成一个色点组称为像素它们是产生各种颜色的基本单元根据物理学中的混色原理三色发光的亮度比例适当可呈现为白光适当调整发光比例可重现出不同的颜色比如红绿混合发出的光为黄色红蓝混合发出的光为紫色绿和蓝混合发出的光为青色等在一定尺寸下荧光屏内壁荧光点数的多少决定了显像管点距的大小荧光点之间的距离荧光粉荫罩和点距示意图如图1.9 所示三基色混色原理
3 荫罩它安装在与荧光屏内壁距离很近的地方并与阳极相连它由很薄的金属片制成上面开了很多很多的小园孔自会聚管条状方孔其数目约为荧光点数的三分之一小孔按正三角形排列与荧光点组一一对应制造精度要求很高要保证电子束打中与它相应的荧光粉小点上这称为显像管制造时的彩色中心
4 色纯所谓色纯就是指单色纯净的程度若显像管制造时工艺完全合格红绿蓝三个电子束只能分别击中与之相对应的三基色荧光粉色点上当断开R 和G 阴极时光栅则呈纯蓝色当断开R 和B 阴极时光栅则呈纯绿色当断开G 和B 阴极时光栅则呈纯红, 在这种情况下电子束的偏转中心与彩色中心完全重合, 但实际是不可能的为了满足色纯的要求应该对电子束的偏转中心进行修正以补偿显像管在制造彩色中心时产生的误差以及其它原因例如地磁或外界干扰磁场引起的误差一般利用套在管颈上的色纯磁铁来修正电子束的偏转中心色纯磁铁由两个重叠的磁铁环组成这与黑白电视机的光栅中心位置调整片相似如图1.11 所示通过转动两个磁铁的角度或它们的相对位置可改变合成磁场的大小和方向以达到色纯的目的图1.11 色纯磁铁
2 彩色显像管工作原理
在电子束未加偏转磁场的情况下三电子束在荫罩面相交并穿过荫罩孔射向相应的荧光粉点上激发出红绿蓝三个基色从理论上讲在显像管中央就会有一个纸白色的亮点如果对电子束加偏转磁场则从相应的偏转中心开始三个电子束偏转后的交点将沿扫描行的方向移动而被荫罩截获直至扫到下一个荫罩孔时三个电子束又分别打到相应的荧光粉点上因此每一个电子枪都会扫出一个基色荧光点阵图若用相应的基色信号来控制电子枪的发射强度通过电子束的调整和人的眼睛对基色的相加混合作用就在荧光屏上看出完整的彩色图像这就是彩色显像管的工作原理
3 自会聚管特点
1 自会聚管采用三枪三束水平一字排列结构三电子束间距较小可减小会聚误差不用动会聚调整装置用起来较方便
2 自会聚管采用黑玻璃亮度增强30% 对比度也有所增加
3 管颈较短快速启动开机即有图象在屏幕上出现
4 槽孔状荫罩板和条状荧光屏
自会聚管由于采用单片三孔栅极可以使束与束之间的距离仅取决于制作栅极所用模具的精度而不受装架操作的影响这样三个电子束的定位可以很精确单片栅极还消除了用分离热膨胀元件时固有的热膨胀会聚漂移电子枪除有三个独立的阴极引线用以输入三个基色信号和进行白平衡调节以外其它各电极都有公共引线在水平方向静态会聚由于静会聚磁铁的作用能使三束正好会聚到荫罩的中心槽孔中并射到相应的三基色荧光粉上用来进行静态会聚调整的两对环形永久磁铁安装在管颈上使用这种外装置就能使任何方向的边束和中心束会聚, 校正制造工艺中造成的偏差为了进行动态会聚调整采用了磁增强器与磁分路器即在电子枪顶部设置了附加磁极
它实际上是四个磁环自会聚管采用了环行精密偏转线圈其匝数分布恰好给出实现电子束会聚所需要的磁场分布这种偏转线圈称为动会聚自校正型偏转线圈线圈的水平与垂直两个绕阻都绕在
预先刻在环行塑料骨架上的沟槽内而骨架与磁芯交接在一起由于线圈精密度高所以磁场分布准确,一致性好这种偏转线圈较短匝数较少体积较小阻抗较低在工作中会聚性能与激励电路无关所以当会聚色纯调整磁铁以及线圈位置调整好后在生产管子时就将它们固定在管颈上与显像管形成整体
4自会聚管工作原理
所谓电子束会聚就是R G B 三电子束在整个屏幕都分别击中自己的基色荧光粉色点上自会聚就是用非均匀偏转磁场使R G B 电子束自动会聚自动消除三电子束的失聚而不用外电路的动态调整装置产生非均匀磁场的偏转线圈叫做动会聚自动校正偏转线圈场偏转磁场为桶形结构行偏转磁场为枕形结构首先介绍均匀磁场对一字排列电子束的失聚情况由于显像管荧光屏的曲率半径与电子束偏转半径是不一样的特别是平面管就更不一样了所以在水平方向荧光屏中心区与
边缘电子束扫描角速度一样但是线速度相差很大偏转角越大产生的失会聚也就越严重因此荧光屏两边缘失聚就更严重中心区域则没有失聚现象由于电子束是水平一字排列所以在垂直方向基本没有失聚现象失聚主要发生在水平方向上如图1.12 所示图1.12 三电子束水平一字排列的失聚分析
在图中标出了三条竖线在屏幕上失聚情况从图1.12 可看出离屏幕中心越远动会聚误差就越大左右两条线的失会聚比中间严重而每条线的上下两端又比中间部分严重另一方面从几何失真的角度来看在会聚严重失真的同时整个光栅呈枕形失真状态自会聚管的动会聚自动校正偏转线图就是为消除动会聚的失聚而设计的其中场偏转磁场为桶形结构该磁场既有垂直偏转所需要的水平磁场分量也有垂直磁场分量而垂直磁场会使电子束产生水平方向偏移如图1.13 所示
图1.13 场偏转桶形磁场会聚矫正原理场偏转磁场垂直分量使蓝电子束向左偏移结果荧光屏上下红蓝电子束均向绿电子束靠拢光栅失聚得到改善和校正荧光屏中间垂直线附近的电子束完全重合荧光屏两边红蓝电子束偏转量大于绿电子束的偏转量见图1.14图1.14 桶形偏转磁场作用结果水平偏转磁场为枕形结构其特点是两边的磁场比中间强当电子束从左向中间扫描时红电子束偏转量小蓝电子束偏转量大若枕形磁场量大而蓝电子束偏转量小如果枕形磁场合适红蓝电子束同样会重合但由于绿电子束在中间处于较弱的磁场下偏转量小与红蓝电子束不重合会聚校正后光栅如图1.16所示当显像管出厂后偏转线圈都安装好用户和维修人员不能轻意调整偏转线圈位置因为电子束的中心轴线与偏转线圈的磁场中心轴线相重合否则动会聚将受到破坏由于自会聚管在制造过程中电子束的偏转中心与彩色中心不可能没有误差所以显像管的静会聚和色纯调整是必不可少的自会聚管的偏转线圈不同型号不能交换因为管子在出厂前都安装有配好的偏转线圈及静会聚磁铁在维修时若需要更换或调整可按下列顺序进行
5 会聚调整
显像管的会聚分动会聚和静会聚动会聚误差是指屏幕中心区域以外区域的会聚误差所谓静会聚系指未经偏转的电子束能准确的在荫罩的小孔会聚, 它能准确地打在荧光屏中心的那组荧光点上这种现象叫静会聚但实际情况电子束不可能会聚的如此理想即使聚焦良好时也往往盖过1 -3 个荫罩孔在实际调整中一般都加偏转磁场因而静会聚是指屏幕中心区域三条电子束的会聚它是由电子枪在管内安装位置误差引起的为了解决这个问题在管颈上靠近尾部的地方安装有三组磁环如图1.17 所示磁铁共有六片三组各组分别是二极磁铁四极磁铁六极磁铁二极磁铁为色纯度
磁铁四极磁铁和六极磁铁的作用是使红绿蓝三条电子束在荧光屏中间区域完全重合所以有这三种磁铁的调节它们都是通过调整两个突耳的开角来实现的与黑白电视机中心调整片很相似
1 会聚磁铁的安装
将色纯和会聚磁铁按图1.17 安装绝不能倒置或把磁片弄混
2 调色纯
先将偏转线圈推到显像管的锥体上关掉绿电子束屏幕中间便出现一条红与蓝混合形成的品红色或紫色带子两边分别为淡黄及浅蓝色把偏转线圈慢慢拉出来可以看到淡和浅蓝两个椭圆形部分分别显示在屏幕两边旋转色纯磁铁使两边椭圆形面积相等如图1.18 c 所示然后把预备用的橡胶楔子插入显像管锥体部分的顶部使偏转线圈向后倾斜并逐渐拉出偏转线圈直至全屏变为纯品红色为止最后打开绿电子束看看白光栅纯度是否良好若纯度不良只要再对偏转线圈的位置进行微调即可
3 静会聚调整
静会聚调整只需观察荧光屏的中心部分步骤如下首先加方格测试信号接着关掉绿电子束观察中心部分水平和垂直的蓝红线将两片四极磁铁反向等角度转动直至垂直的红蓝线重合为止然后将两片四极磁铁同时绕管颈旋转直至水平的红蓝线重合为止打开绿电子束将两片六级磁铁反向等角度转动直至垂直的B/R 线与绿线重合为止然后将两片六级磁铁同时绕管颈转动直至水B/R 线与绿线重合为止如
4 动会聚调整
调整动会聚主要调整偏转线圈的位置并观察荧光屏的边缘部分步骤如下首先调中心垂直线和中心水平线交叉部分的重合将偏转线圈逐渐向上仰直至交叉部分重合为止在偏转线圈的上部加预备用的橡胶楔子固定好然后调屏幕四周部分的重合可将偏转线圈向左或向右倾斜分以下两种情况处理若光栅四周红绿蓝线排列则先在相当于时钟三点位置上将橡胶楔子慢慢插入使偏转线圈移动直到四周重合为止然后在7 点位置和11 点位置上插入固定橡皮楔子固定起来最后把预备用的楔子拉出来若光栅四周红绿蓝三线排列则先在9 点位置上将橡胶楔子慢慢插入直至光栅重合位置然后在1 点和5 点位置上插入固定楔子经过以上步骤最后将偏转线圈固定好动会聚也就调整好了
三显像管基本特性
1 调制特性和截止特性
显像管的基本特性是调制特性显像管的调制作用是在电子枪内部形成的但都表现在屏幕上电子枪可以看成一个多极管电子束电流受调制栅极电压对阴极的调制于是使荧光粉受电子束轰击功率的调制最后发出的光就受到信号电压的调制, 这就是调制特性但是这与显像管的亮度调整不是一个概念因为显像管三个阴极截止点不一样所以它们的调制特性曲线是不重合的, 调制信号加在控制栅上使阴极电压固定不变阴极发射的电子受到调制即屏幕发出的光受到信号电压的调制这称为栅极调制; 当信号电压加在阴极上时栅极电压固定不变称为阴极调制不论是单色显像管还是彩色显像管绝大多数采用阴极调制因为这种调制灵敏度高调制频率特性好见图1.21 所示
2 聚焦特性
显像管聚焦性能直接关系到图象清晰度电子束的直径如果大于扫描行距则相邻两行扫描发生重叠两行的亮度也就发生混淆然而电子束的直径也不是越细越好当电子束的直径等于0.5 行距时则光栅比较清楚如果电子束直径能接近行距则光栅最清晰然而电子束截面直径是随电子束电流变化的当调制电压大时束电流大束电流直径也大有时超过行距使清晰度降低我们常常因为屏幕亮度调的过亮时图象变得模糊就是束电流太大造成的聚焦恶化而引起的除以上两个特性外还有余辉色品等特性这里就不一一介绍了四自动消磁电路自动消磁电路是为了消除荫罩板即显像管附近的磁性物质带有的剩磁而设置的因为这种剩磁对电子束会产生附加偏转作用使显像管的彩色纯度下降甚至影响会聚质量为了减小这种影响必须采用自动的办法才能消除这种作用
消磁的方法有两种一种是开机时就自动的消去荫罩板及显像管附近的磁性物质的剩磁另一种是通过手动开关根据需要可随时按动开关自动消去剩磁两种方法均不影响显像管正常工作手动控制消磁可避开显示器开机时的浪涌电流自动消磁电路是一个能够产生交变磁场的电感线圈和一个使交流电流逐渐衰减的电路电感线圈安装在显像管的锥体上
1 消磁原理
如果显像管的荫罩板及钢制物件受到地磁或杂散磁场的磁化而会有剩磁衰减的交流电流通过消磁线圈后磁性物质就沿着固有的磁滞回线充磁经过足够周期后随着磁场强度的衰减逐渐变为零磁性物质的剩磁也就跟着变为零这样就完成了对显像管的消磁作用消磁电流及消磁原理见图1.22 所示据估计在开机瞬间磁场强度可达到500 安培匝数这足以消去在日常情况下所引起的任何磁化以后就衰减到0.3A 匝数以下以使消磁线圈的残留剩磁不足以影响电子束的运动
2. 消磁电路