第十章 彩色显像管的结构 及附属电路 §10.1 彩色显像管的分类与特点 §10.2 自会聚式彩色显像管的结构与工作原理 §10.3 彩色显像管附属电路 §10.4 开关电源 彩色显像管的任务: 在行、场扫描等电路的配合下,根据三基色电 信号的强弱变化产生出与原景物相同的彩色图像。 彩色显像管是重现彩色图像的关键部件 §10.1 彩色显像管的分类与特点 §10.1 彩色显像管的分类与特点 彩色显像管与黑白显像管的区别: ? 为了产生彩色图像,首先在荧光屏上涂的不是单色荧光粉, 而是对应三个基色的三种不同的荧光粉点或荧光粉条,按一 定的规则或顺序紧密的排列在一起。 为使三种荧光粉发光的强弱受R、G、B三基色信号控制,需 有三个独立的电子束去分别轰击它们,所以彩色显像管都设有 三个阴极,形成三电子枪三电子束(简称三枪三束)管,或单 电子枪三电子束(单枪三束)管。 三种荧光粉在各自电子束轰击下发出强弱不同的光,经过空 间混色就在人眼中产生颜色效果。 §10.1 彩色显像管的分类与特点 ? 其次,为保证彩色显像管能正常工作,在接收机中设有 一些附属电路。 阴极射线型彩色显像管主要类型包括: 荫罩管(三枪三束管)、单枪三束管和自会聚管等。 ? 荫罩管: 荫罩管是50年代最先发明的,其图像质量较好;但结构复 杂、对生产精度要求高,会聚调制非常繁琐,至今在高清晰 电视和彩色监视器中仍有应用。 §10.1 彩色显像管的分类与特点 ? 单枪三束管: 单枪三束管是60年代末发明的,电子束一字形排列的单枪三 束管,简化了会聚机构,使会聚调节器由13个减少为3个。 ? 自会聚管: 自会聚管70年代发明的自动会聚的彩色显像管,该管将特殊设 计的偏转线圈与显像管固定在一起,在实现偏转的同时自动实现 会聚。 因此,这种显像管使用起来几乎和黑白显像管一样简单,得到 了广泛的应用。 §10.1.1 荫罩管 ? 荫罩管有三个独立的电子枪,围 绕显像管的中心轴线排成“品” 字形,彼此相隔120?并对管轴略 有倾斜。 图10.1 荫罩管示意图 ? 三电子枪各发射一个独立的受基 色控制的电子束,三条电子束用 同一行、场偏转系统来使它们一 起偏转。 §10.1.1 荫罩管 ? 荫罩管的荧光屏上荧光粉点按红、 绿、蓝三个一组呈品字形排列, 每一组构成一个像素。 整个屏幕大约有44万个三色组, 因此约有123万个荧光粉点。 ? 显像管工作时,三条电子束应只 击中各自对应的荧光粉点,为此 在荧光屏前面约1cm处安装一块 金属网孔板,称为荫罩板。 §10.1.1 荫罩管 ? 荫罩板上约有44万个小孔,每个小 孔对应着屏幕上一组三色点。三个 电子枪射出的电子束正好在荫罩孔 处相交,并同时穿过小孔后轰击各 自的荧光粉点。 三条电子束在同一时间要在荫罩 板表面上相交的现象就叫会聚。 §10.1.1 荫罩管 ? 电子枪射向荧光屏的电子大约只有 15~20% 能 穿 过 荫 罩 孔 去 激 发 荧 光 粉点,多余的电子则被荫罩板吸收。 ? 荫罩管的三支电子枪结构完全相同, 都有阴极、第一栅极(控制栅极)、 第二栅极(加速极)、第三栅极 (聚焦极)和阳极构成,可独自控 制电子束强弱。三组灯丝并联,三 个阳极也连在一起加共同阳极高压。 §10.1.2 单枪三束管 图10.2 单枪三束管结构 单枪三束管由一支电子枪产生三条电子束。 ? 各电子束的阴极是独立的,且分别在各自的控制栅极中单独 调制电子束的强度; ? 加速极以后的各极是共用。 §10.1.2 单枪三束管 ? 一般将控制极G1接地,分别在三个阴极加基色信号以调制电 子束,阴极栅极间截止电压为85~120V。 ? 加速极G2加400V左右电压。 ? G3和阳极G5连在一起加约25kV阳极高压。 ? 聚焦极G4加0~500V电压以调整聚焦。 §10.1.2 单枪三束管 单枪三束管的屏幕上三基色 荧光粉是以R、G、B次序从 左至右呈垂直条形排列。 在荧光屏前用以分色的 是垂直条缝的缝隙板 (相当于荫罩板)。 图10.3 缝隙板和荧光粉条结构 §10.1.2 单枪三束管 (1) 电 子 枪 射 出 的 三条水平排列电子 束经聚焦透镜作用 后进入会聚极。 (2) 两块内会聚板与加速阳极相连,两块外会聚板则加比加速阳 极低1kV左右的电压,使两边的电子束(红、蓝电子束)向电 子束(绿电子束)靠拢,会聚于缝隙板上。 (3) 然后,通过缝隙去轰击各自相对应的荧光粉条,相邻的三 个水平基色点构成一个像素。 §10.1.2 单枪三束管 单枪三束管与品字形排列的三枪三束荫罩管相比,具有 以下显著的优点: ? 电子枪直径大 在显像管管径直径一样的情况下,其电子枪直径比三枪式可 大两倍以上。 大口径电子枪构成的电子透镜几何光学像差小。 聚焦质量和图像清晰度得到改善。 §10.1.2 单枪三束管 ? 电子透射率高 由于条状缝隙板代替了点孔荫罩板,其电子透射率提高了 30%,所以屏幕亮度也提高了约30%。 ? 动会聚校正较简单 原因:垂直方向的光栅动态误差很小。 误差小是因为三条电子束在水平面呈一字形排列,而且中心 电子束(绿电子束)和显像管轴线一致。 §10.1.3 自会聚彩色显像管 自会聚彩色显像管的特点有: ? 精密一字形排列电子枪 一字形排列的电子枪: ? 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。 §10.1.3 自会聚彩色显像管 在自会聚管中,还使三个阴极 之间的间距很小,各个栅极作为一 体,分别开出一排(三个)小孔让 电子束通过。 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。 图10.4 自会聚管的电子枪 同时,三个电子束的间距小,会聚误差也小。 §10.1.3 自会聚彩色显像管 ? 槽孔状荫罩板 自会聚管的电子枪也是一 字排列的,为了克服单枪三束 管缝隙板结构不牢固的缺点: 采用了开槽式荫罩板,荫罩 孔是相互交错的小长槽孔。 图10.5 自会聚管的荫罩板 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。 §10.1.3 自会聚彩色显像管 ? 大透镜聚焦 电子枪按照大透镜结构设计,三条电子束通过公共的调制 极、加速极和聚焦极等组成一个直径较大的电子透镜。 透镜越大,聚焦性能越好,图像清晰度也就越高。 ? 快速启动,开机即有图像 ? 由于整个电子枪采用精密结构,缩小了灯丝和阴极间的尺 寸,因此加热很快。 ? 同时,由于改进了阴极材料,所以预热快。 ? 自会聚管启动很快,一般5s内即可显示出亮度。 §10.1.3 自会聚彩色显像管 ? 黑底 在荧光屏上荧光粉条的空隙处涂上可吸收电子束的黑底材料。 自会聚管广泛采用了黑底技术。 这些涂黑的地方本来就被分色机构遮住,对图像亮度毫无 贡献。涂黑后吸收了杂散光,提高了对比度。 另外,荫罩孔也可以开得大一些,提高了电子透射率。 与非黑底显像管相比,亮度可增加约30%。 §10.2 自会聚式彩色显像管的结构 与工作原理 §10.2.1 自会聚技术 为什么要加会聚? 彩色显像管内有三条电子束同时工作,而且处于不同的几 何位置。 什么是会聚? 要使显示的图像颜色正确,色彩鲜艳、清晰,就必须使: 三条电子束在任何偏转位 置都能通过荫罩板上同一 孔槽。 打在荧光屏同一像素 的各自荧光粉点上。 这项工作就称为会聚 §10.2.1 自会聚技术 一字形排列的三电子束在均匀偏转磁场作用下偏转。 由于显像管偏转中心与荧光屏荫罩板曲率中心不重合,虽 然三条电子束在屏幕中心获得会聚,但在四周边沿又将发散开 来,而且越向边沿失聚越严重。 绿 失会聚情况 红 图10.6 一字排列电子束失会聚情况 蓝 光栅的几 何失真 §10.2.1 自会聚技术 ? 自会聚管采用精密一字形排列电子枪; ? 此外,自会聚管采用了一个“动会聚自校正型偏转线圈”; ? 并且,“动会聚自校正型偏转线圈”与显像管配置成一体。 该线圈利用非均匀磁场分布来对动会聚误差进行校正。 §10.2.1.1 帧偏转桶形磁场的作用 帧偏转磁场设计成 桶形分布的原因: 为了校正垂直方 向电子束的发散 桶形磁场可分解成: 水平分量 垂直分量 越靠近屏幕边沿,垂直分量越大。 ? 水平分量是主要部分 担当使电子束作垂直扫描运动的作用。 ? 垂直分量 是使电子束作水平方向移动,它起校正作用。 §10.2.1.1 帧偏转桶形磁场的作用 vB vR B GR BG R vB vR (a) (b) 图10.7 帧偏转桶形磁场的校正作用 ? (a)是上半场扫描情况,垂直分量对两边束来讲是相反的。在 垂直分量作用下,B电子束向左偏移,R束则向右偏移。 ? (b)是下半场扫描时,偏转电流反向使磁场方向也改变,水平 分量改变方向使电子束在下半部运动。垂直分量仍未变,所以 仍为B束向左偏移,R束向右偏移,下部的失会聚也得到校正。 §10.2.1.1 帧偏转桶形磁场的作用 RGB RGB (a) 均匀磁场产生 失会聚情况 RGB RGB (b) 帧桶形磁场校正后无 垂直失会聚的情况 图10.8 桶形磁场校正前后情况 §10.2.1.1 帧偏转桶形磁场的作用 注意:由于帧偏转磁场的桶形分布,两边束位置的磁强度将比 中束处稍强。 因而,在中束断面上的磁通量要小些。 这样,中束的垂直偏转幅度稍稍变小。 引起附加失真 §10.2.1.2 行偏转枕形磁场的作用 图 (a) 是 前 半 行 电子束水平偏转 时情形,行偏转 磁场方向向下。 BGR BGR 图(b)是后半行偏 转时,扫描电流改 变方向,行偏转磁 场方向也变为向上。 (a) (b) 图10.9 行偏转枕形磁场分布 枕形磁场的磁力线分布特点: ? 中间稀一些(磁场强度小); ? 两边较密(磁场强度大)。 因此,位于左右的B、 R两边束磁场比位于 中心的G束处强。 §10.2.1.2 行偏转枕形磁场的作用 图10.10示出枕形行偏转磁 场作用下电子束进行水平 偏转情况。图(a)示出前半 行扫描时: 实线为均匀磁场形成的失 会聚情形。 (a) (b) 图10.10 枕形偏转磁场的校正作用 枕形磁场作用下,在左边 时R束处于中心部分较弱 的磁场,使偏转量变小; B束则处于边缘磁场较强的部位,偏转量变大。 §10.2.1.2 行偏转枕形磁场的作用 设中间G束位置仍不变,则R束由于 偏转量变小而落在左边处, B束偏转量 变大,落在左边B’处。 若磁场的枕形程度设计合适,就 可 使 R’ 和 B’ 点 重 合 , 如 图 中 虚 线 。 图 (b) 为 电 子 束 扫 后半行时的情况。 §10.2.1.2 行偏转枕形磁场的作用 注意: (c) 水平会聚后情况 图10.10 枕形偏转磁场的校正作用 由于行偏转磁场的枕形 分布,两边束位置的磁 场较中束位置为强。 在水平偏转方向的偏转 量中,中间绿电子束的 水平偏转幅度将稍小些。 §10.2.1.3 磁增强器磁分路器作用 综合帧偏转桶形磁场分布和行偏转枕形磁场分布作用的结果, 三电子束的会聚得到了校正。 但中间绿电子束光栅的水平和垂直幅度都稍小些。 G 图10.11 偏转磁场校正后的光栅 图10.11示出光栅经动会聚自校正型偏转线圈校正后的情况, 两个边束红、蓝光栅已经重合在一起,而中间电子束产生的绿光 栅稍小些。 §10.2.1.3 磁增强器磁分路器作用 解决边束光栅大、中束光栅小的现象: 设法增加中间电子束的偏转灵敏度,或降低两边电子束的偏 转灵敏度。 在显像管内部设置了磁增强器和磁分路器。 图10.12 磁增强器和磁分路器 磁增强器和磁分路器设置 在显像管内电子枪的顶端。 作用:控制偏转线圈在其后 方的显像管颈部存在的漏磁。 §10.2.1.3 磁增强器磁分路器作用 图10.13 漏磁场分布的变化 图10.13给出了加了磁增强器和磁分路器后的漏磁分布。两个 磁分路器分别让两边电子束穿过。 图中实线表示行偏转线圈漏磁: ? 磁增强器使它们向中束集中,因而使中间电子束受到的水平偏转 加强; ? 磁分路器则对漏磁有一定屏蔽作用,可使两边电子束不受或少受 行偏转漏磁的影响,这样,两边电子束的水平偏转有所减弱; 图中虚线表示场偏转线圈的漏磁: ? 两边束途径处磁力线被旁路,使垂直偏转有所减弱; ? 中间电子束途径处磁场则增强,垂直偏转被加强。 综合上述作用: 中间电子束的绿光栅有所增大,两边电子束的光栅 有所减少。 只要设计得当,就可使三基色光栅很好的重合。 §10.2.2 自会聚彩色显像管的调整 ? 静会聚的调整 ? 色纯度的调整 ? 动会聚的调整 §10.2.2.1 静会聚的调整 静会聚 彩色显像管设计时,应使三个电子束无扫描时在屏幕中央部 位会聚为一点,这就是静会聚。 为什么需要进行静会聚调整? 由于电子枪安装和封入时产生的误差,静态时三个电子束不 一定能很好的会聚在屏幕中央。 §10.2.2.1 静会聚的调整 自会聚管一般采取: 将静会聚磁环和色纯度磁环组装在一起的形式。 四极磁铁 六极磁铁 色纯磁铁 图10.14 调节磁环的组装结构 §10.2.2.1 静会聚的调整 静会聚校正是用套在管颈外两对静会聚校正磁环来进行的。 它由两片四极磁环和两片六级磁环叠装在一起组成。 (a) (b) (c) (d) 图10.15 静会聚磁环的构造与作用 调整四极磁环: ? 可以使红、蓝两个边电子 束在上、下、左、右方向 上作等量反方向的移动。 ? 对中心绿电子束没有什么 影响。 §10.2.2.1 静会聚的调整 (a) (b) (c) (d) 如图(a)所示,当磁环上的两个 突起耳向左右对称的张开时: 可使红、蓝电子束作反向 的左右移动。 调节张开角的大小,可以 改变左右移动的距离。 如图(b)所示,保持两片四极磁环的相对位置不变,围绕管轴同步旋转: 可以使红、蓝边束作反向的上下移动。这样就可以通过调整四极磁 环把红、蓝两边束重合在一起。 §10.2.2.1 静会聚的调整 (a) (b) (c) (d) 如图(c)和(d)所示,调整六级磁环: ? 使红、蓝两边束等量同方向的 移动,通过两个相反方向的开 角调整,可以改变移动量; ? 同步旋转则使磁场方向改变, 也就改变了两边束移动的方向。 因此,调整六极磁环可以使已经重合的红、蓝两个边束电子束与 绿色中间电子束重合,最终使红、绿、蓝三基色在荧光屏中心部位 得到良好的静会聚。 §10.2.2.2 色纯度的调整 三基色电子束穿过荫罩板孔槽后,必须打在各 自的荧光粉点上,而不能打在其它荧光粉点上。 ? 当绿、蓝电子束截止时,应得到一幅纯净的红色光栅; ? 当绿、红电子束截止时,应得到一幅纯净的蓝色光栅; ? 当红、蓝电子束截止时,应得到一幅纯净的绿色光栅。 图像的 色纯度 若电子束穿过槽孔后有些偏射,例如仅有红电子束时,本 应得到一幅红光栅,但如有一部分偏到绿色荧光粉点上,屏幕 上就会显示橙色,就产生色度不纯的误差。 §10.2.2.2 色纯度的调整 色纯度校正磁铁由两个双极圆环组成,沿径向充上磁。 (a) (b) (c) 大突耳表示N极, 小突耳表示S极。 (d) (e) 改变两片圆环突耳的相对位置, 就可以改变环内合成磁场的大小。 图(a)中合成磁场为零。 图10.16 调色纯磁环时的磁场变化 图(d)、(e)是磁场最强的情况。 §10.2.2.2 色纯度的调整 (a) (b) (c) (d) (e) 在调整时如使磁环只作 相对旋转,如图(b)、(c) 那样,则: 将保持大小可变的垂直 合成磁场,使电子束只 在水平方向上左右移动。 调整时,若保证两环的相对位置不变,围绕管颈同步旋转,则合 成磁场大小不变,方向变化使电子束移动方向也变化。 调节色纯磁铁可使三个电子束以需要的移动量向任意方向移动。 §10.2.2.2 色纯度的调整 色纯度调整方法如下: 荧光屏面向南北方向放置,以减小地磁的影响,并先对荧光屏消 磁,然后按以下步骤进行调整: (1) 关闭红、蓝电子束(可使红、蓝视放管截止),留下绿电子束。 (2) 将偏转线圈紧固螺钉松开,向管座方向拉出。这时单色光栅变成 中间为绿色的三色光带。 (a) (b) 图10.17 单色光栅变成三色光带 §10.2.2.2 色纯度的调整 (3) 相对转动或同步转动两个色纯磁环,使三色带在垂直方向,并使 两边椭圆色带面积相等,如图(b)所示。 (a) (b) (4) 将偏转线圈向屏幕方向慢慢推,直到屏幕两边红、蓝色带消失, 整屏为均匀纯净的绿光栅为止。 (5) 对其它两电子束进行单色光栅纯度检查,经上述调整后均可达到 单色满屏的要求。若不满意,可重复上述步骤再仔细调整。 §10.2.2.3 动会聚的调整 自会聚彩色显像管利用偏转线圈的特殊偏转磁场和显像 管内加入磁增强器与磁分路器等措施自动实现动会聚。 一般,在显像管生产时,根据会聚情况对偏转线圈预先配置和调 整好,使用时不需调整。 由于某种原因使偏转线圈位置偏斜时,就会产生三色光栅不重合 的情况,破坏会聚质量,此时就需进行动会聚的调整。 调整时可采用方格信号,调整偏转线圈上下左右倾斜程度即可调 整自会聚彩色显像管的动会聚。 §10.2.2.3 动会聚的调整 调整方法如下: (1) 当荧光屏上的失会聚情况如图(a)所示时, 偏转线圈向上倾斜造成的 (a) 图10.18 偏转线圈上下倾斜 引起的失会聚及其调整 此时,应在时钟“6点”位置上 把固定橡皮楔慢慢塞进显像管 的锥体部分和偏转线圈之间, 直到荧光屏四周边沿的交叉失 聚得到良好的校正。 §10.2.2.3 动会聚的调整 (2) 当荧光屏上的失会聚情况如图(b)所示时, 偏转线圈向下倾斜造成的 (b) 图10.18 偏转线圈上下倾斜 引起的失会聚及其调整 应在时钟“12点”位置上把固 定橡皮楔慢慢塞进显像管的锥 体和偏转线圈之间,以使边沿 的交叉失聚得到良好的校正。 §10.2.2.3 动会聚的调整 再在时钟“4点”和“8点”的位置上插入两个固定橡皮楔,并将 三个橡皮楔固定好,如图(d)所示。 (d) 图10.18 偏转线圈上下倾斜 引起的失会聚及其调整 §10.2.2.3 动会聚的调整 (3) 若偏转线圈向右或向左倾斜时,失聚情况如图10.19(a)和(b)所示。 图10.19 偏转线圈左右倾斜 引起的失会聚及其调整 End of Chapter 10.1 & 10.2