CRT显示器原理与组成概况一

第一节 示器组成及各部分主要功能

一原理及组成部分

显示器由行扫描电路场扫描电路视频处理电路视频放大电路同步信号处理电路亮度调整电路自动亮度ABL 控制电路电源和显像管等八部分

二部分主要功能

1 视频处理电路

目前流行之显示器绝大部分是VGA 彩色显示器但个别用户还在使用TTL CGAEGA 彩色显示器所以该电路包括这两种显示器之内容VGA 显示器视频处理电路之主要功能是将计算机送入之R G B 模拟脉冲信号进行视频处理后送入视频放大电路视频处理电路多数都采M51387 或LM1203N 两种芯片TTL 彩色显示器视频处理电路先将TTL 数字信号进行放大整形然后进行释码处理再将TTL 信号变成模拟信号送入视频放大电路整形放大一般彩三极管释码处理常采用N82S147AN 同DM74S472N或N82S135N D/A 转换电路前几年常采用分离元件现在均采用集成电路两种显示器视频处理电路都具有对比度控制功能亮平衡调整功能等

2 视频放大电路

主要功能是对经过视频处理后之模拟信号进行放大常通过射极跟随器输出送入显像管阴极RK GK BK 该电路还具有暗平衡调整功能保证屏幕背景颜色适宜该电路有足够之带宽和放大量保证图像清晰不失真

3 行扫描电路

1 输送给行偏转线圈线性良好之行频锯齿波电流峰值可达几个安培

2 供给显像管所需要之工作电压阳极高压单色显像管为14∼17kV 14 英寸彩色显像管为22∼30kV 17 英寸以上大屏幕为26∼34kV 为14∼20 英寸彩色显像管提供聚焦极电压5∼8kV 为14 英寸彩管提供加速极电压250∼450V 为亮度控制电路提供-

170∼400Vpp 脉冲电压为灯丝提供6.3V 直流或20∼30VPP 行脉冲电压目前生产之彩色显示器显像管灯丝电压大多数型号采用电源供电有些显示器还由电脑控制

3 给显像管提供行消隐信号使行扫描逆程中电子束被截止实际上电子束没有完全截止只是屏幕亮度在适合之情况下不出现回扫线

4 向行扫描集成电路AFC 鉴相器提供行逆程脉冲信号经积分变为锯齿波作为比较信号与同步信号进行比较达到行扫描频率和相位与同步信号之频率和相位完全同步保证屏幕图像稳定

5 向高压保护电路提供高压取样脉冲

6 国外一些显示器还提供高压直流取样电压送入高压稳定电路

4 场扫描电路

1 为场偏转线圈提供线性良好之锯齿波电流

2 能够方便地调整场扫描频率幅度和线性确保图像在垂直方向稳定

3 为显像管提供场消隐信号

5 同步信号处理电路

随显示方式之多种变化扫描频率升高范围加宽行场同步信号之频率和极性也随之变化该电路要根据行振荡芯片对同步信号极性之要求提供极性一致之同步信号另外同步信号之幅度要足够大一般为3∼5Vpp

6 亮度和自动亮度控制Automatic Brightness Limiter 电路

显像管电子之发射量有两种控制方式一种由阴极电压之高低控制前几年生产之显示器多数采用阴极控制这种方法控制范围小其控制电压黑白显象管一般为40V 彩色显象管一般为45∼185V 由电位器调整电压之大小通过视放电路改变阴极电压之大小第二种是栅极GI 控制通过改变栅极电压之大小来调整阴极电子之发射量亮度控制电路为栅极提供0∼-60V 直流电压这种控制方式范围大基本取代了阴极控制方式自动亮度控制ABL 电路由于某种原因使得显像管阳极高压升高使图像背景亮度即显像管光栅太亮会缩短显像管寿命而且对人之眼睛也是有害之为了避免这种现象之出现显示器一般都采用这种控制电路简称ABL 电路该电路将行输出变压器阳极高压负端由于显像管亮度变化而产生之电压变化进行取样此电压叫ABL 控制电压经控制电路放大加到视频处理电路中之对比度控制电路通过对比度控制电路使显像管之亮度变暗恢复好

7 显像管

通过显像管之屏幕实时地将计算机之工作过程和结果显示出来

8 电源

向显示器各组成部分提供稳定之直流工作电压即

1 行场振荡电路电源电压一般为12V

2 行输出电源电压其大小随行同步脉冲频率升高而升高一般为54∼130V 常用

B+表示大屏幕可到195V

3 行推动电路电源电压一般为12V∼100V

4 场输出电路电源电压一般为12V∼100V

5 视频放大电路电源电压为60∼180V

6 视频处理电路电源电压一般为12V

7 一般集成电路电源电压为5V

8 灯丝电源电压一般为6.3V

第二节 显像管基本知识
  
    显像管是显示器中 重要之部件它之价格 贵作用 大显示屏之尺寸和显像管之点距是显像管 主要之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之器件它能实时地将计算机工作情况和结果以光之形式显示在荧光屏上具有监视和显示之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 有之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之电子数目改变显像管束电流之大小从而控制荧光屏之亮度

4 加速极用G2 表示加数百伏之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之背景亮度

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之电子束改变聚焦电压之大小可以改变荧光屏聚焦之好坏

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 后加速之作用使其有较大之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之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

由显像管之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之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之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之发射效率和荧光屏之亮度还可遮挡后面之杂散光增强了对比度

4 管座

显像管管座如图1.7 所示这里要说明之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之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之

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之所以这三个极均只有一个引出管脚对于尺寸大于16 英寸之管子有之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之排列相邻之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之基本单元根据物理学中之混色原理三色发光之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之颜色比如红绿混合发出之光为黄色红蓝混合发出之光为紫色绿和蓝混合发出之光为青色等在一定尺寸下荧光屏内壁荧光点数之多少决定了显像管点距之大小荧光点之间之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之地方并与阳极相连它由很薄之金属片制成上面开了很多很多之小园孔自会聚管条状方孔其数目约为荧光点数之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之荧光粉小点上这称为显像管制造时之彩色中心

4 色纯所谓色纯就是指单色纯净之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之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之偏转中心与彩色中心完全重合, 但实际是不可能之为了满足色纯之要求应该对电子束之偏转中心进行修正以补偿显像管在制造彩色中心时产生之误差以及其它原因例如地磁或外界干扰磁场引起之误差一般利用套在管颈上之色纯磁铁来修正电子束之偏转中心色纯磁铁由两个重叠之磁铁环组成这与黑白电视机之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之角度或它们之相对位置可改变合成磁场之大小和方向以达到色纯之目之图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之情况下三电子束在荫罩面相交并穿过荫罩孔射向相应之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之亮点如果对电子束加偏转磁场则从相应之偏转中心开始三个电子束偏转后之交点将沿扫描行之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之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之基色信号来控制电子枪之发射强度通过电子束之调整和人之眼睛对基色之相加混合作用就在荧光屏上看出完整之彩色图像这就是彩色显像管之工作原理

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之距离仅取决于制作栅极所用模具之精度而不受装架操作之影响这样三个电子束之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之热膨胀会聚漂移电子枪除有三个独立之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之作用能使三束正好会聚到荫罩之中心槽孔中并射到相应之三基色荧光粉上用来进行静态会聚调整之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之边束和中心束会聚, 校正制造工艺中造成之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之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之水平与垂直两个绕阻都绕在

预先刻在环行塑料骨架上之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没有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