CRT顯示器原理與組成概況一

第一節 示器組成及各部分主要功能

一原理及組成部分

顯示器由行掃描電路場掃描電路視頻處理電路視頻放大電路同步信號處理電路亮度調整電路自動亮度ABL 控制電路電源和顯像管等八部分

二部分主要功能

1 視頻處理電路

目前流行之顯示器絕大部分是VGA 彩色顯示器但個別用戶還在使用TTL CGAEGA 彩色顯示器所以該電路包括這兩種顯示器之內容VGA 顯示器視頻處理電路之主要功能是將計算機送入之R G B 模擬脈沖信號進行視頻處理后送入視頻放大電路視頻處理電路多數都采M51387 或LM1203N 兩種芯片TTL 彩色顯示器視頻處理電路先將TTL 數字信號進行放大整形然后進行釋碼處理再將TTL 信號變成模擬信號送入視頻放大電路整形放大一般彩三極管釋碼處理常采用N82S147AN 同DM74S472N或N82S135N D/A 轉換電路前幾年常采用分離元件現在均采用集成電路兩種顯示器視頻處理電路都具有對比度控制功能亮平衡調整功能等

2 視頻放大電路

主要功能是對經過視頻處理后之模擬信號進行放大常通過射極跟隨器輸出送入顯像管陰極RK GK BK 該電路還具有暗平衡調整功能保證屏幕背景顏色適宜該電路有足夠之帶寬和放大量保證圖像清晰不失真

3 行掃描電路

1 輸送給行偏轉線圈線性良好之行頻鋸齒波電流峰值可達幾個安培

2 供給顯像管所需要之工作電壓陽極高壓單色顯像管為14∼17kV 14 英寸彩色顯像管為22∼30kV 17 英寸以上大屏幕為26∼34kV 為14∼20 英寸彩色顯像管提供聚焦極電壓5∼8kV 為14 英寸彩管提供加速極電壓250∼450V 為亮度控制電路提供-

170∼400Vpp 脈沖電壓為燈絲提供6.3V 直流或20∼30VPP 行脈沖電壓目前生產之彩色顯示器顯像管燈絲電壓大多數型號采用電源供電有些顯示器還由電腦控制

3 給顯像管提供行消隱信號使行掃描逆程中電子束被截止實際上電子束沒有完全截止只是屏幕亮度在適合之情況下不出現回掃線

4 向行掃描集成電路AFC 鑒相器提供行逆程脈沖信號經積分變為鋸齒波作為比較信號與同步信號進行比較達到行掃描頻率和相位與同步信號之頻率和相位完全同步保證屏幕圖像穩定

5 向高壓保護電路提供高壓取樣脈沖

6 國外一些顯示器還提供高壓直流取樣電壓送入高壓穩定電路

4 場掃描電路

1 為場偏轉線圈提供線性良好之鋸齒波電流

2 能夠方便地調整場掃描頻率幅度和線性確保圖像在垂直方向穩定

3 為顯像管提供場消隱信號

5 同步信號處理電路

隨顯示方式之多種變化掃描頻率升高范圍加寬行場同步信號之頻率和極性也隨之變化該電路要根據行振蕩芯片對同步信號極性之要求提供極性一致之同步信號另外同步信號之幅度要足夠大一般為3∼5Vpp

6 亮度和自動亮度控制Automatic Brightness Limiter 電路

顯像管電子之發射量有兩種控制方式一種由陰極電壓之高低控制前幾年生產之顯示器多數采用陰極控制這種方法控制范圍小其控制電壓黑白顯象管一般為40V 彩色顯象管一般為45∼185V 由電位器調整電壓之大小通過視放電路改變陰極電壓之大小第二種是柵極GI 控制通過改變柵極電壓之大小來調整陰極電子之發射量亮度控制電路為柵極提供0∼-60V 直流電壓這種控制方式范圍大基本取代了陰極控制方式自動亮度控制ABL 電路由于某種原因使得顯像管陽極高壓升高使圖像背景亮度即顯像管光柵太亮會縮短顯像管壽命而且對人之眼睛也是有害之為了避免這種現象之出現顯示器一般都采用這種控制電路簡稱ABL 電路該電路將行輸出變壓器陽極高壓負端由于顯像管亮度變化而產生之電壓變化進行取樣此電壓叫ABL 控制電壓經控制電路放大加到視頻處理電路中之對比度控制電路通過對比度控制電路使顯像管之亮度變暗恢復好

7 顯像管

通過顯像管之屏幕實時地將計算機之工作過程和結果顯示出來

8 電源

向顯示器各組成部分提供穩定之直流工作電壓即

1 行場振蕩電路電源電壓一般為12V

2 行輸出電源電壓其大小隨行同步脈沖頻率升高而升高一般為54∼130V 常用

B+表示大屏幕可到195V

3 行推動電路電源電壓一般為12V∼100V

4 場輸出電路電源電壓一般為12V∼100V

5 視頻放大電路電源電壓為60∼180V

6 視頻處理電路電源電壓一般為12V

7 一般集成電路電源電壓為5V

8 燈絲電源電壓一般為6.3V

第二節 顯像管基本知識
  
    顯像管是顯示器中 重要之部件它之價格 貴作用 大顯示屏之尺寸和顯像管之點距是顯像管 主要之兩個參數顯像管分單色顯像管和彩色顯像管兩種彩色顯像管又分單槍和三槍兩種三槍有等邊三角形排列和一字形排列兩種后來又出現蔭罩型自會聚管

一顯像管結構

顯像管是將電信號轉化為光信號之器件它能實時地將計算機工作情況和結果以光之形式顯示在熒光屏上具有監視和顯示之作用國外通常叫監視器即CRT 國內通常叫顯示器顯像管由玻璃制成它由電子槍玻殼熒光屏和管腳四部分組成下面分別加以敘述顯像管結構見圖1.6

1 電子槍

電子槍由燈絲陰極柵極加速極聚焦極和陽極組成

1 燈絲用H 表示單色顯像管燈絲電壓為直流12V 電流約為0.6A 彩色顯像管燈絲電壓為6.3V 有之顯示器加行頻脈沖電壓電流約為0.6A 燈絲加電將陰極烘熱發射電子

2 陰極用K 表示陰極受熱后發射電子單色顯像管陰極加電壓為25~ 40V彩色顯像管加電壓45 ~ 180V 隨顯像管尺寸大小而異

3 柵極又叫控制柵極用G1 表示圓筒形套在陰極外面頂部中心開孔柵極加負電壓0 ~ -60V 用電位器或電腦控制調整負電壓來調制通過之電子數目改變顯像管束電流之大小從而控制熒光屏之亮度

4 加速極用G2 表示加數百伏之正電壓彩色顯像管加230 ~450V 使電子束加速射向熒光屏調整電位器可改變電壓大小從而控制熒光屏之背景亮度

5 聚焦極單色顯像管加數百伏電壓彩色顯像管加5 ~ 8kV 電壓使電子聚焦成很細之電子束改變聚焦電壓之大小可以改變熒光屏聚焦之好壞

圖1.6 顯像管結構

6 陽極又叫第二陽極用A2 表示單色顯像管加電壓12 ~ 17kV 彩色顯像管

加電壓22 ~34kV 隨顯像管尺寸大小而異陽極高壓對電子束起 后加速之作用使其有較大之能量轟擊熒光屏而激發出光點, 電壓越高光點越亮但由于電子束速度快偏轉之角度就會減小從而使行幅相對減小陽極電壓偏低時光柵亮度變暗在同樣偏轉磁場作用下電子偏轉角度加大行幅加寬

2 玻殼

由顯像管之屏玻璃錐體和管頸組成里面抽成真空錐體部分內外壁均涂了一層石墨導電層內壁涂層接陽極外壁用彈簧接上金屬屏蔽導線接顯示器地線底板兩導電層之間構成數百微法拉之大電容作為陽極高壓濾波之用

3 熒光屏

顯像管熒光屏玻璃內壁涂一層熒光膜受電子轟擊而發光發光顏色與熒光粉顏色有關屏上熒光粉里邊有一層很薄之鋁膜十分之幾微米與顯像管陽極相連電子束很容易通過加大了熒光粉之發射效率和熒光屏之亮度還可遮擋后面之雜散光增強了對比度

4 管座

顯像管管座如圖1.7 所示這里要說明之是有些大屏幕彩色顯像管有三個柵極兩個聚焦極其管腳功能這里不再畫了

二自會聚彩色顯像管

彩色顯像管近幾十年發展很快有正三角形排列三槍三束管一字形排列三槍三束管單槍三束管蔭罩管自會聚管其中蔭罩管性能比較完善自會聚管大大簡化了會聚調整目前被廣泛使用之是蔭罩式三槍三束一字排列黑底自會聚管見圖1.8

1 結構

自會聚管和彩色顯像管一樣也是由電子槍玻殼熒光屏和管腳組成但是每一部分具體結構是不一樣之

1 電子槍它由三個燈絲控制柵極加速極聚焦極陽極又稱第二陽極三個陰極組成三個燈絲并聯所以顯像管燈絲只有兩個引出管腳柵極加速極聚焦極是三個電子束公用之所以這三個極均只有一個引出管腳對于尺寸大于16 英寸之管子有之管子具有三個控制柵極兩個聚焦極都單獨供電

2 熒光屏熒光屏玻璃內壁涂有紅綠藍三基色熒光粉小點它們有規則之排列相鄰之三種顏色熒光小點組成一個色點組稱為像素它們是產生各種顏色之基本單元根據物理學中之混色原理三色發光之亮度比例適當可呈現為白光適當調整發光比例可重現出不同之顏色比如紅綠混合發出之光為黃色紅藍混合發出之光為紫色綠和藍混合發出之光為青色等在一定尺寸下熒光屏內壁熒光點數之多少決定了顯像管點距之大小熒光點之間之距離熒光粉蔭罩和點距示意圖如圖1.9 所示三基色混色原理

3 蔭罩它安裝在與熒光屏內壁距離很近之地方并與陽極相連它由很薄之金屬片制成上面開了很多很多之小園孔自會聚管條狀方孔其數目約為熒光點數之三分之一小孔按正三角形排列與熒光點組一一對應制造精度要求很高要保證電子束打中與它相應之熒光粉小點上這稱為顯像管制造時之彩色中心

4 色純所謂色純就是指單色純凈之程度若顯像管制造時工藝完全合格紅綠藍三個電子束只能分別擊中與之相對應之三基色熒光粉色點上當斷開R 和G 陰極時光柵則呈純藍色當斷開R 和B 陰極時光柵則呈純綠色當斷開G 和B 陰極時光柵則呈純紅, 在這種情況下電子束之偏轉中心與彩色中心完全重合, 但實際是不可能之為了滿足色純之要求應該對電子束之偏轉中心進行修正以補償顯像管在制造彩色中心時產生之誤差以及其它原因例如地磁或外界干擾磁場引起之誤差一般利用套在管頸上之色純磁鐵來修正電子束之偏轉中心色純磁鐵由兩個重疊之磁鐵環組成這與黑白電視機之光柵中心位置調整片相似如圖1.11 所示通過轉動兩個磁鐵之角度或它們之相對位置可改變合成磁場之大小和方向以達到色純之目之圖1.11 色純磁鐵

2 彩色顯像管工作原理

在電子束未加偏轉磁場之情況下三電子束在蔭罩面相交并穿過蔭罩孔射向相應之熒光粉點上激發出紅綠藍三個基色從理論上講在顯像管中央就會有一個紙白色之亮點如果對電子束加偏轉磁場則從相應之偏轉中心開始三個電子束偏轉后之交點將沿掃描行之方向移動而被蔭罩截獲直至掃到下一個蔭罩孔時三個電子束又分別打到相應之熒光粉點上因此每一個電子槍都會掃出一個基色熒光點陣圖若用相應之基色信號來控制電子槍之發射強度通過電子束之調整和人之眼睛對基色之相加混合作用就在熒光屏上看出完整之彩色圖像這就是彩色顯像管之工作原理

3 自會聚管特點

1 自會聚管采用三槍三束水平一字排列結構三電子束間距較小可減小會聚誤差不用動會聚調整裝置用起來較方便

2 自會聚管采用黑玻璃亮度增強30% 對比度也有所增加

3 管頸較短快速啟動開機即有圖象在屏幕上出現

4 槽孔狀蔭罩板和條狀熒光屏

自會聚管由于采用單片三孔柵極可以使束與束之間之距離僅取決于制作柵極所用模具之精度而不受裝架操作之影響這樣三個電子束之定位可以很精確單片柵極還消除了用分離熱膨脹元件時固有之熱膨脹會聚漂移電子槍除有三個獨立之陰極引線用以輸入三個基色信號和進行白平衡調節以外其它各電極都有公共引線在水平方向靜態會聚由于靜會聚磁鐵之作用能使三束正好會聚到蔭罩之中心槽孔中并射到相應之三基色熒光粉上用來進行靜態會聚調整之兩對環形永久磁鐵安裝在管頸上使用這種外裝置就能使任何方向之邊束和中心束會聚, 校正制造工藝中造成之偏差為了進行動態會聚調整采用了磁增強器與磁分路器即在電子槍頂部設置了附加磁極

它實際上是四個磁環自會聚管采用了環行精密偏轉線圈其匝數分布恰好給出實現電子束會聚所需要之磁場分布這種偏轉線圈稱為動會聚自校正型偏轉線圈線圈之水平與垂直兩個繞阻都繞在

預先刻在環行塑料骨架上之溝槽內而骨架與磁芯交接在一起由于線圈精密度高所以磁場分布準確,一致性好這種偏轉線圈較短匝數較少體積較小阻抗較低在工作中會聚性能與激勵電路沒有關所以當會聚色純調整磁鐵以及線圈位置調整好后在生產管子時就將它們固定在管頸上與顯像管形成整體