第三節顯像管基本知識

    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

4 自會聚管工作原理

所謂電子束會聚就是R G B 三電子束在整個屏幕都分別擊中自己之基色熒光粉色點上自會聚就是用非均勻偏轉磁場使R G B 電子束自動會聚自動消除三電子束之失聚而不用外電路之動態調整裝置產生非均勻磁場之偏轉線圈叫做動會聚自動校正偏轉線圈場偏轉磁場為桶形結構行偏轉磁場為枕形結構首先介紹均勻磁場對一字排列電子束之失聚情況由于顯像管熒光屏之曲率半徑與電子束偏轉半徑是不一樣之特別是平面管就更不一樣了所以在水平方向熒光屏中心區與

邊緣電子束掃描角速度一樣但是線速度相差很大偏轉角越大產生之失會聚也就越嚴重因此熒光屏兩邊緣失聚就更嚴重中心區域則沒有失聚現象由于電子束是水平一字排列所以在垂直方向基本沒有失聚現象失聚主要發生在水平方向上如圖1.12 所示圖1.12 三電子束水平一字排列之失聚分析

在圖中標出了三條豎線在屏幕上失聚情況從圖1.12 可看出離屏幕中心越遠動會聚誤差就越大左右兩條線之失會聚比中間嚴重而每條線之上下兩端又比中間部分嚴重另一方面從幾何失真之角度來看在會聚嚴重失真之同時整個光柵呈枕形失真狀態自會聚管之動會聚自動校正偏轉線圖就是為消除動會聚之失聚而設計之其中場偏轉磁場為桶形結構該磁場既有垂直偏轉所需要之水平磁場分量也有垂直磁場分量而垂直磁場會使電子束產生水平方向偏移如圖1.13 所示

圖1.13 場偏轉桶形磁場會聚矯正原理場偏轉磁場垂直分量使藍電子束向左偏移結果熒光屏上下紅藍電子束均向綠電子束靠攏光柵失聚得到改善和校正熒光屏中間垂直線附近之電子束完全重合熒光屏兩邊紅藍電子束偏轉量大于綠電子束之偏轉量見圖1.14圖1.14 桶形偏轉磁場作用結果水平偏轉磁場為枕形結構其特點是兩邊之磁場比中間強當電子束從左向中間掃描時紅電子束偏轉量小藍電子束偏轉量大若枕形磁場量大而藍電子束偏轉量小如果枕形磁場合適紅藍電子束同樣會重合但由于綠電子束在中間處于較弱之磁場下偏轉量小與紅藍電子束不重合會聚校正后光柵如圖1.16所示當顯像管出廠后偏轉線圈都安裝好用戶和檢修人員不能輕意調整偏轉線圈位置因為電子束之中心軸線與偏轉線圈之磁場中心軸線相重合否則動會聚將受到破壞由于自會聚管在制造過程中電子束之偏轉中心與彩色中心不可能沒有誤差所以顯像管之靜會聚和色純調整是必不可少之自會聚管之偏轉線圈不同型號不能交換因為管子在出廠前都安裝有配好之偏轉線圈及靜會聚磁鐵在檢修時若需要更換或調整可按下列順序進行

5 會聚調整

顯像管之會聚分動會聚和靜會聚動會聚誤差是指屏幕中心區域以外區域之會聚誤差所謂靜會聚系指未經偏轉之電子束能準確之在蔭罩之小孔會聚, 它能準確地打在熒光屏中心之那組熒光點上這種現象叫靜會聚但實際情況電子束不可能會聚之如此理想即使聚焦良好時也往往蓋過1 -3 個蔭罩孔在實際調整中一般都加偏轉磁場因而靜會聚是指屏幕中心區域三條電子束之會聚它是由電子槍在管內安裝位置誤差引起之為了解決這個問題在管頸上靠近尾部之地方安裝有三組磁環如圖1.17 所示磁鐵共有六片三組各組分別是二極磁鐵四極磁鐵六極磁鐵二極磁鐵為色純度

磁鐵四極磁鐵和六極磁鐵之作用是使紅綠藍三條電子束在熒光屏中間區域完全重合所以有這三種磁鐵之調節它們都是通過調整兩個突耳之開角來實現之與黑白電視機中心調整片很相似

1 會聚磁鐵之安裝

將色純和會聚磁鐵按圖1.17 安裝絕不能倒置或把磁片弄混

2 調色純

先將偏轉線圈推到顯像管之錐體上關掉綠電子束屏幕中間便出現一條紅與藍混合形成之品紅色或紫色帶子兩邊分別為淡黃及淺藍色把偏轉線圈慢慢拉出來可以看到淡和淺藍兩個橢圓形部分分別顯示在屏幕兩邊旋轉色純磁鐵使兩邊橢圓形面積相等如圖1.18 c 所示然后把預備用之橡膠楔子插入顯像管錐體部分之頂部使偏轉線圈向后傾斜并逐漸拉出偏轉線圈直至全屏變為純品紅色為止 后打開綠電子束看看白光柵純度是否良好若純度不良只要再對偏轉線圈之位置進行微調即可

3 靜會聚調整

靜會聚調整只需觀察熒光屏之中心部分步驟如下首先加方格測試信號接著關掉綠電子束觀察中心部分水平和垂直之藍紅線將兩片四極磁鐵反向等角度轉動直至垂直之紅藍線重合為止然后將兩片四極磁鐵同時繞管頸旋轉直至水平之紅藍線重合為止打開綠電子束將兩片六級磁鐵反向等角度轉動直至垂直之B/R 線與綠線重合為止然后將兩片六級磁鐵同時繞管頸轉動直至水B/R 線與綠線重合為止如

4 動會聚調整

調整動會聚主要調整偏轉線圈之位置并觀察熒光屏之邊緣部分步驟如下首先調中心垂直線和中心水平線交叉部分之重合將偏轉線圈逐漸向上仰直至交叉部分重合為止在偏轉線圈之上部加預備用之橡膠楔子固定好然后調屏幕四周部分之重合可將偏轉線圈向左或向右傾斜分以下兩種情況處理若光柵四周紅綠藍線排列則先在相當于時鐘三點位置上將橡膠楔子慢慢插入使偏轉線圈移動直到四周重合為止然后在7 點位置和11 點位置上插入固定橡皮楔子固定起來 后把預備用之楔子拉出來若光柵四周紅綠藍三線排列則先在9 點位置上將橡膠楔子慢慢插入直至光柵重合位置然后在1 點和5 點位置上插入固定楔子經過以上步驟 后將偏轉線圈固定好動會聚也就調整好了

三顯像管基本特性

1 調制特性和截止特性

顯像管之基本特性是調制特性顯像管之調制作用是在電子槍內部形成之但都表現在屏幕上電子槍可以看成一個多極管電子束電流受調制柵極電壓對陰極之調制于是使熒光粉受電子束轟擊功率之調制 后發出之光就受到信號電壓之調制, 這就是調制特性但是這與顯像管之亮度調整不是一個概念因為顯像管三個陰極截止點不一樣所以它們之調制特性曲線是不重合之, 調制信號加在控制柵上使陰極電壓固定不變陰極發射之電子受到調制即屏幕發出之光受到信號電壓之調制這稱為柵極調制; 當信號電壓加在陰極上時柵極電壓固定不變稱為陰極調制不論是單色顯像管還是彩色顯像管絕大多數采用陰極調制因為這種調制靈敏度高調制頻率特性好見圖1.21 所示

2 聚焦特性

顯像管聚焦性能直接關系到圖象清晰度電子束之直徑如果大于掃描行距則相鄰兩行掃描發生重疊兩行之亮度也就發生混淆然而電子束之直徑也不是越細越好當電子束之直徑等于0.5 行距時則光柵比較清楚如果電子束直徑能接近行距則光柵 清晰然而電子束截面直徑是隨電子束電流變化之當調制電壓大時束電流大束電流直徑也大有時超過行距使清晰度降低我們常常因為屏幕亮度調之過亮時圖象變得模糊就是束電流太大造成之聚焦惡化而引起之除以上兩個特性外還有余輝色品等特性這里就不一一介紹了四自動消磁電路自動消磁電路是為了消除蔭罩板即顯像管附近之磁性物質帶有之剩磁而設置之因為這種剩磁對電子束會產生附加偏轉作用使顯像管之彩色純度下降甚至影響會聚質量為了減小這種影響必須采用自動之辦法才能消除這種作用

消磁之方法有兩種一種是開機時就自動之消去蔭罩板及顯像管附近之磁性物質之剩磁另一種是通過手動開關根據需要可隨時按動開關自動消去剩磁兩種方法均不影響顯像管好工作手動控制消磁可避開顯示器開機時之浪涌電流自動消磁電路是一個能夠產生交變磁場之電感線圈和一個使交流電流逐漸衰減之電路電感線圈安裝在顯像管之錐體上

1 消磁原理

如果顯像管之蔭罩板及鋼制物件受到地磁或雜散磁場之磁化而會有剩磁衰減之交流電流通過消磁線圈后磁性物質就沿著固有之磁滯回線充磁經過足夠周期后隨著磁場強度之衰減逐漸變為零磁性物質之剩磁也就跟著變為零這樣就完成了對顯像管之消磁作用消磁電流及消磁原理見圖1.22 所示據估計在開機瞬間磁場強度可達到500 安培匝數這足以消去在日常情況下所引起之任何磁化以后就衰減到0.3A 匝數以下以使消磁線圈之殘留剩磁不足以影響電子束之運動

2. 消磁電路

能夠產生有效消磁電流之自動消磁電路有很多類型如熱繼電器電路負溫度系數熱敏電阻與壓敏電阻電路正溫度系數熱敏電阻電路等圖1.23 是兩個正溫度系數熱敏電阻電路GW-300 顯示器就采用這種消磁電路具有一個比較低之電阻值為27 R1 是一個比較大之電阻為200 當開關接上時通過線圈初始電流約為1.25A 則場強近似為500A 匝隨溫度之升高R2 阻值隨著增大電流不斷減小若通過線圈之電流下降到0.75mA 時電路穩定下來則在好運用期殘留磁場強度為0.3A 匝因此達到消磁之目之COMPAQ 472P 顯示器消磁電路圖中PTC101 是正溫度系數之消磁熱敏電阻L101 是消磁線圈RLY101 是繼電器當顯示器開機后12V 15V 電壓加在三極管Q111 和Q112 上, 兩管導通繼電器線圈有電流通過使繼電器吸合瞬間220V 通過消磁電阻PT101 加到消磁線圈上在L101周圍產生強大之交變磁場將顯像管磁性物質磁化由于消磁電阻之作用使磁場迅速衰減到零磁性物質之剩磁一并下降為零 后達到消磁目之