李教授1彩色CRT基础知识

彩色CRT基础知识 1．概述 CRT（CATHODE——RAY TUBE）是阴极射线管的缩写，在这里彩色CRT即指彩色显像管（现在也有厂家叫CPT：COLOUR PICTURE TUBE）。我们应该对它有一个大致的了解。显像管属于电真空器件，起电——光转换作用。显像管内部被抽成高真空（真空度10-5乇）状态。显像管的尾部是电子枪，电子枪能够产生受视频信号控制的电子束，这个电子束在高压电场的作用下以极高的速度轰击显像管前部的荧光屏，使用荧光粉受激发光。这样，就把代表图象的电信号转换成了光信号。与其配合的偏转系统则用来使电子束偏转，电子束作周期性的扫描运动，形成一幅完整的图像。通常显像管厂家都把显象管和偏转系统装配调整好一起出售。 具体来说，可以把显象管和它的偏转系统的功能归结为六大功能： 1 能够发射电子，以形成电子束； 2 能够提供电场，加速电子束，使它具备比较高的动能，这样当它轰击到荧光屏上，才能有足够的能量使荧光粉发光。以光强度的大小决定电子打击该点瞬间电子束中所包含的电子数量及其着屏时的速度； 3 电子速应能被视频信号调制，被调制的电子束强弱（主要指所包含的电子数目）不同，激发荧光粉使象素发光的亮暗程度也不同。 4 彩色CRT中制造有三个阴极，分别称为红枪、绿枪和蓝枪，它们发射的应能分别击中RGB三色荧光粉，当RGB三束电子分别被视频信号调制后，配合偏转系统，形成彩色图象； 5 提供聚焦功能。用特定的电场构成电子透镜，使分散的电子束在到达荧光屏时聚成极细的一束，这样击中荧光粉后形成一个很小的发光点，提高图象的清晰度； 6 使电子束偏转的功能，以形成光栅。此项工作由行、场偏转线圈组成偏转系统来完成。套在管外的偏转线圈在扫描电流的作用下产生交变磁场，电子束经过磁场时，受洛伦磁力的作用产生水平和垂直两个方向的偏转，使电子束实现扫描，得到一幅光栅。 2．彩色显象管电子枪的构造和电子束运动 电子枪用于产生受控电子束，并完成电子束的加速、聚焦等功能。它由灯丝、阴极、控制栅极、加速阳极、聚焦阳极和高压阳极构成。这些电极加上适当电压，电子枪就能够发射一束聚焦良好的电子束，在阳极高压的作用下以极高的速度轰击荧光屏上荧光粉，使之发光。 控制栅极 加速极 聚焦极 玻壳 内外石墨层 阴罩 荧光膜 屏幕 阴极 阳极 内磁极 阳极高压嘴 彩色显象管的内部构造示意图 1 灯丝（F） 彩色CRT的灯丝是用来加热阴极的，灯丝接上额定电压以后，将因产生大的电流而发热，这个热量加热了阴极，于是阴极发射电子。（这种阴极叫旁热式阴极）灯比电压要求稳定，灯丝电压过高，显象管寿命缩短，灯丝电压过低，容易使阴极中毒，电子发射能力显著下降。 2 阴极（K） 彩色显象管共 三个阴极，分别是R、G、B，成一字形排列。目前我们使用的管子通常都称一字形自会聚管。“一字形”指的就是三个阴极一字排列。显象管的阴极是一个镍制的小圆筒，其中一端开口，灯丝从开口处伸入筒内，另一端则封闭，在这封闭端面的中心部位，涂有金属氧化物。阴极被灯丝加热后，它上面的金属氧化物就会释放出大量的电子，即发射电子。在彩色电视机中，阴极按视频信号，实现对电子束的调制。 3 控制栅极（G） 控制栅极是套在阴极外面的金属圆筒，在封闭端相对于阴极的部位开了小孔以使阴极发射的电子能够通过，它与阴极之间相距很近。在彩色电视机中这个电极接地电位。 从阴极发射出来的电子，积聚在栅、阴附近，形成空间电荷。由于栅阴之间的距离很近。因此它们之间的电位变化对穿过栅孔的电子数量有很大的影响也就是说，可以通过改变栅极与阴极之间的电压来控制电子束电流的大小。阴极相对栅极的电位越高，发射的电子束越弱，包含的电子数量越少；反之阴极相对栅极的电位越低，电子束越强。当阴极高过栅极电位达到一定值时，电子束不通过栅孔，即电子束被截止。电子束的这种变化称为调制。被调制的电子束打击荧光屏。产生与信号幅度相对应的亮度变化，借助扫描，在荧光屏上形成图象。 4 加速极 加速极也是顶部开有小孔的金属圆筒，紧靠控制栅。从阴极发射的电子，依靠阴极温度所获得的一点能量，并不足以远离阴极和栅极，而必须加一个正电场，以吸引这些电子，加速极就是起到这种作用。加速极所产生的正电场通过栅极孔，延伸到空间电荷区，电子就沿着电场作用力的方向，经过栅孔飞出来。向着荧光屏的方向飞去，这些电子就形成了电子束。 5 聚焦极 虽然从栅极和加速极过来的电子一直都在小孔中飞行，被限制在很小的范围内，但是在以后的飞行中，又会因同性相拆而散开，若不加以控制，打在荧光屏上就不是很细的点，这将使图象模糊不清。为此，在显象管中设置了聚焦极，它和其它电极之间形成的特殊电场结构，使散开的电子向中间靠拢，使之到达屏幕时正好会聚成一点，以提高图象的清晰度。 6 高压阳极 高压阳极上加有很高的直流电压，彩色显象管的阳极电压一般在25000V左右。高电压形成的强大电场加速飞行中的电子，赋予了电子更大的能量，使电子在着屏时以巨大的动能激励荧光屏发光。从这个意义上来说，阳极是荧光粉得以发光的能量输送者。电子从进入加速极一直到打击荧光屏期间，都在高压电场的作用下加速飞行。阳极高压的高低可以影响到屏幕光栅的亮度及大小，阳极高压越高，电子的速度越快，屏幕也越亮，而且，由于电子束的冲击速度大，因此在同样的偏转力的作用下，偏转的角度小，显示的光栅也小；反之，阳极高压降低，屏幕亮度也下降，光栅尺寸也增大。 阳极高压通过显象管管壁上的高压嘴加在内壁的导电石墨层上，然后再通过与石墨层相接触的簧片加到电子枪的阳极。 我们已经知道，从电子枪发射的电子束在内部电场的作用下，沿着管轴方向径直击中屏幕中心部位，因此要想形成图象，还必须使电子束发生偏转，形成扫描。这是通过给偏转线圈以锯齿波电流形成偏转磁场来实现的。 3．显象管的聚焦原理 众所周知，光学上利用光学透镜可以将光线会聚成一点。与此类似，在显象管内则利用电子透镜使电子束聚焦。电子透镜的静电聚焦原理如图所示。 阴极 屏幕 A低电位 B高电位 设A、B二极加有电压，A为低电位，B为高电位。由于二者之间的电位差而形成电场，电力线方向由高电位指向低电位，图中与电力线相垂直的虚线为等位面。电子束通过这个电场时受到电场力的作用，力的作用方向垂直于等电位面。（或者理解为，电子带负荷，所以它受的力为逆电力线方向）显然，电场区的左边将使电子束会聚，右边将使电子发散。假设显象管中的电子束运动方向是从左致右，当电子束在左边时，由于电子束刚离开阴极，速度不大，所以经历的时间相对较长，会聚作用明显。当电子束到达右边时，由于受到不断加速，速度很大，很快就通过了，所以发散作用不明显，二者综合作用的结果，使电子束在击中屏幕时，正好聚成一点。 实际上，在显象管中起电子透镜作用的有几组极板，构成多组电子透镜，共同完成电子束聚焦的任务。第一组电子透镜由阴极、控制栅极和加速极形成，它使电子束在栅极与加速成极中间会聚，此后电子以散。第二组电子透镜由阳极和聚焦极形成，它对聚焦起主要作用，称为主透镜。经过几组透镜的共同作用后，电子束便会聚成很小的束。通过调节聚焦极的电压，可以改变电场的分布和等电位情况，从而调节聚焦点正好处在屏幕上。 一般来说，在屏幕中心附近聚焦效果比较好，在屏幕的边缘部分要差些。迪这主要是由于电子束到达屏幕中心部分同到达屏幕边缘部分的距离不一样引起的。在高档的电视机中采用动态聚焦电路予以改善。所谓动态聚焦电路，就是它的聚焦电子透镜随着电子束偏转角度的不同而不同，这样使整相屏幕的聚焦效果都比较理想。 4、自会聚彩色显象管的色纯与会聚调整原理 ⑴色纯度就是指单色光栅纯净的程度。造成色纯不好的主要原因是由于三注电子束在水平方向上位置不正确所致。为了校正这种误差，在自会聚的管径上套上一对突耳双极性磁性磁环。改变两片磁环的位置，可得到强度、方向不同的合成磁场。该磁场对三注电子束有相同的影响，可使电子束产生相等的偏移，从而校正了电子束的位置，以获得最佳的色纯度。 ⑵会聚调整原理：会聚误差有静会聚误差与动会聚误差两种。 ①静会聚误差是指荧光屏中心区域三注电子束的会聚误差。它是由于电子枪在管内安装不正确引起的。由一组两片四极性磁环、另一组两片六极性磁场，改变磁环突夹角的大小可改变电子束偏移量大小；同方向等角度旋转两磁环，则可以改变电子束移动的方向。 ②动会聚调整：动会聚误差是指荧光屏中心区域以外的区域的会聚误差。它主要是由偏听偏信转扫描引起的。 彩色显象管的会聚问题 1、概述 我们知道，彩电荧屏上的彩色图象是由三基色混合而成的。要得到一幅清晰度高、彩色逼真的图象，除了要求收、发端电子束扫描严格同步和具有良好的色纯外，还要求三电子束在偏车磁场的作用下，电子偏转在任何位置都能够同时穿过同一荫罩槽孔，然后打到相应的一组荧光粉条上。由于被电子击中的荧光粉发光，彩色显象管荧光屏的空间混色效应和视觉惰性的时间混色效应。使我们等到一幅完整的彩色图象。当然，这是十分理想的情况，实际上由于显象管的设计和和制造 工艺 钢结构制作工艺流程车尿素生产工艺流程自动玻璃钢生产工艺2工艺纪律检查制度q345焊接工艺规程 上的原因，完全理想的会聚是达不到的，这便产生了会聚误差。 会聚误差的定义：彩色显象管中三电子束在整个荧光屏上未能集于一组三基色荧光体的程度。 会聚不良通常又称为失会聚。 按照会聚误差产生的原因，可将失会聚分为二大类：静会聚误差和动会聚误差。 · 静会聚误差：电子束在不偏转的情况下产生的会聚误差。 在这种情况下，由于电子束不偏转，电子束打中的大致是荧光屏的中心位置，因此静会聚误差主要表现为荧光屏中心部位会聚不良。当然静会聚不也加剧了屏幕四周的失会聚。 · 动会聚误差：电子束在偏转扫描的情形下产生的会聚误差。 由于动会聚误差是电子束在偏转扫描时产生的会聚不良，所以它主要表现为屏幕四周发生的会误差，离开中心愈远，误差愈大。 中心球面 荫罩 R B G G R 边缘失会聚状态 B R 偏转中心 G 会聚面 B 中心失会聚状态 图1：动会聚误差的产生 会聚不良在视觉上表现为白色信号彩色开叉。 2．会聚误差的产生的原因 ⑴静会聚误差的产生： 我们已经知道，电子枪是手工装配的，R、G、B三枪之间必然存在装配误差。例如，可能不完全对称，不完全平行等等。此外电子枪与锥是通过玻璃熔封焊接上去的，这也可能引起偏差。这些误差最终的结果都是使电子束在屏中心不能准确地会聚于荫罩孔上，这就产生了静会聚误差。 ⑵动会聚误差的产生：动会聚误差产生的原因，归纳起来有以下三个方面： 1 首先是荧光屏的曲面效应 由图1我们清楚地看到，三条电子束的会聚点在扫描的过程中描绘的轨迹，其曲率半径要比荧光屏的曲率半径小得多。台果屏幕中心会聚良好，电子束扫描到屏幕边缘就会出现失会聚。图中表示会聚点随着扫描离开中心而逐渐远离了荫罩面的情况。 近年来，人们为了减小重现图象的球面失真，逐渐发展了平面直角显象管、超平管、纯平管，力图使CRT的玻屏和荫罩都做得更加平坦，无疑这增大了动会聚校正的难度。对于平直角显象管，玻屏和荫罩的曲率半径大约为电子束偏转球面曲率半径的2-3倍，超平管、纯平管当然就大得更多了。因此，即使静会聚处于最佳状态，三条电子束在均匀偏转磁场的作用下进行扫描时动会聚点也将全部落在荫罩曲面的内侧，三束动会聚点离开荫罩面越远，动会聚误差越大。 2 其次单枪三束自会聚管的三条电子束各有一个偏转中心，三个偏转中心到荫罩面上各点的距离都不相等，而且，三条电子束在偏转磁场中的位置也不可能绝对对称，这些都增加动会聚误差。即使保证中束绿枪到荫罩面上各点距离相等，红枪、蓝枪两个边束到荫罩面上各点的距离也不相等，所以，在均匀偏转磁场作用下，动会聚误差难以避免。 3 最后，对失会聚的进一步深入研究表明，像场弯曲和像散的作用加剧了会聚误差的产生。电子束在进行垂直和水平偏转时，会聚点将分离成二条焦线，一条平行于偏转方向，一条垂直于偏转方向，它们分别位于会聚原点的前后。这种现象称之为偏像散。像场弯曲和偏转像散共同作用的结果加剧了会聚误差的产生。均匀偏转磁场下的动会聚如下图。 R G B R G B R G B 图：均匀偏转磁场下的动会聚 3．会聚误差的校正 为了保证彩包图象的重显质量，必须进行认真仔细的会聚校正，务必使彩色显象管的静会聚和动会聚均处于最佳状态，使三电子束无论在中心还是在边缘部分都能够在通过荫罩面时，顺利会聚于一点，轰击相应的荧光粉点，正确地重显彩色。 由于彩色显象管的静会聚误差和动会聚误差产生的原因并不相同，因此它们的调整和校正的方法也不同。 ⑴静会聚的调整 前面我们已经指出，静会聚误差是由于彩色显象管的电子枪安装工艺有偏差造成的，所以静会聚误差的调整就是在屏幕的中心区域设法调整三电子束使它们在荫罩槽孔表面相交成一点。具体的办法是在自会聚管的管颈上，在色纯磁环的后面再另套上静会聚调整磁环（图3）。 静会聚磁环由一对四极磁环和一对六极磁环组成，磁环的极性和它们的磁场分布图4、图5所示。 由图4可见，四极磁环的极性处于图示左边的位置时，R、B两 六极磁环 色纯度磁环 管径 锥 四极磁环 偏转线圈 图3 自会聚色纯和静会聚磁环的位置 电子移动方向 S S N B R N N B R N S G G 磁场 S 图4 四极磁环的磁场分布（电子出纸面） N S N S S N S N N S N S 图5 六极磁环的磁场分布 个边束作左右等量的反向运动，处于右边的位置时，R、B两个边束作上下等量的反向运动。 而由图5可见，六极磁环的极性处于图示左边的位置时，R、B两个边束作左右等量的同向运动，六极磁环处于图示右边的位置时，R、B二个边束作上下等量的同向运动。 二片四极或六极磁环一起转动，改变了磁场相对电子束的方向，也即改变了电子束的移动方向。而二片磁环相对转动，则改变了合成磁场的大小，也就改变了调整榜样校正量。 蓝 红 紫 绿 蓝 紫 红 绿 相对转动二 一起转动二个 相对转动二个 一起转动二个 个四极磁环 a 四极磁环 六极磁环 b 六极磁环 图六 静会聚调整 具体操作时，要先调整好色纯，然后使电视机接收方格信号。 ⑴相对转动二个四极静会聚磁环，使屏幕中心区红、蓝垂直线条重合（会聚）成紫色。 ⑵保持二个四极磁环的相对位置不变，一起绕管径转动二个四极磁环，改变其内部的磁场方向，使红、蓝、水平线重合成紫色如图六a。这时二个边束（即红、蓝电子束）在荫罩板槽孔会聚一起。 ⑶再相对转动二个六极静会聚磁环，改变其内部磁场强度，侃屏中心区的紫色垂直线和绿色垂直线重合成白色。 ⑷保持二个六极磁环的相对位置不变，一起绕管径转动二个六极磁环，改变其内部磁场方向，使在屏中心区的紫色水平线与绿色水平线重合成白色水平线。如图六b所示。这时，六极磁环使已会聚好的二个边束一起移动，在荫罩板槽孔处与中束（绿电子束）聚合。这样便完成了静会聚的调整。 这里顺便指出二点： 1/运动电子在磁场中如何受力以及如何运动仍然按我们在色纯问题中提到过的洛伦磁力的判别方法。 2/上述磁环所形成的磁场集中在环边缘，环中心的磁场为零。所以，它们仅仅对边束有影响，对中束基本无作用。 2．动会聚误差的校正 为克服动会聚误差，自会聚管采用了特殊设计的精密偏转线圈，从结构上产生出使三电子束实现动会聚所需要的非均匀偏转磁场，保证三电子束在荧光屏动会聚区上自动会聚。 1/采用桶形分布的磁场，校正边束在动会聚区的失会聚，使用权动会聚初步改善。（见图7） B G R B G R a b 图7 场偏转磁场桶形分布的动会聚校正作用 由图可见，桶形磁场分布的特点，除了有使三电子束作垂直偏转所需要的水平磁场公量外，在边束处还附加有方向相反的垂直磁场分量，而在中束处垂直磁场分量为零。结果，使红束和蓝束通过荫罩板槽孔交叉后向中束（绿束）靠拢，使会聚得到改善。图7a、b分别表示电子束向上和向下偏转的情况。虽然两种情况桶形磁场的水平分量方向相反（它使电子束作垂直方向的上下偏转），但在两个边束处的桶形磁场的垂直分量的方向不变，都使红、蓝边束向中束靠拢，而且偏移量也随着偏转距离的增加而增加。 当场偏转的磁场桶形分布设计得合适时，可使二边束在荧光屏垂直方向上呈现的曲线校正为直线。（见图8） RGB RGB RGB 图8 场偏转磁场桶形分布动会聚校正后光栅 2/采用枕形分布的行偏转磁场，使边束重叠，使三电子束动会聚进一步得到校正。（见图9） B G R B G R （RB）G R G B R G B G （RB） a b 图9 行偏转磁场枕形分布的动会聚校正作用 由图可见，枕形磁场分布的特点是二边束处的磁场比中束处强，B、R二边束受磁场作用发生的水平偏转量不同，结果，使二边束在荫罩板槽孔表面会聚重合。图9中，虚线表示三电子束受均匀分布的行偏转磁场作用时产生的偏转和失会聚的情况。图中，`蓝、红边束在向左和向右偏转时，偏离绿中束的方向相反；而实线表示三电子束受枕形分布的行偏转磁场作用时，自动校正动会聚的情况。图a表示电子束向左边偏转的情况，这时行偏转磁场的方向是向下的。蓝束进入强磁场区，受到较大的偏听偏车，红束进入弱磁场区受到较小的偏转。图b表示电子向右边偏转的情况，现在行偏转磁场方向是向上的，蓝束有较小的偏转，而红束有较大的偏转。结果，二种情况都使二边束靠近，只要行偏转磁场枕形分布设计得合适，就可以实现红、蓝光栅重合。 在非均匀的场和行偏转磁场的共同作用下，图2中所描述的失会聚光栅得到校正经，红光栅和蓝光栅重合并与绿光栅平行，不过大于绿光栅。如图10。 事实上不论是桶形的垂直偏转磁场，还是枕形的水平偏转磁场，中间的绿电子束所处的磁场总是最弱的，因此，它的场院幅和行幅都比二个边束小。这个问题目前是用磁分路器和磁增强器来解决的。在电子枪的前端有一个磁分路和增强器见图11。 磁分路器 磁 增 强 有力 器 图10非均匀场和行偏转磁场校正后的光栅 图11磁增强器和磁分路器 磁增强器和磁分路器由四个磁环组成，二边的二个磁环与二个边束R、B同心称为分路器，它通过使磁力线旁路，使边束R、B形成的光栅的幅主度减小。而在中心处，磁增强器使磁力线增加，绿束的偏听偏转量增从而补赏了中束和边束尺寸上的差距，红、蓝、蓝光栅得以完全重合，实现了自会聚。 当然，由于偏转磁场的非均匀分布，可能会加深东西向的枕形失真，这可以采用枕校电路来校正。 四．会聚误差的测量和计算 会聚误差通常用全色会聚来描述，而全色失会聚是通过单色失会聚来计算的。 我们知道，会聚误差是表示三基色亮线不重合的程度，图12中的a1、b1、分别为红线对绿线（R/G）的水平方向和垂直方向的会聚误差，a2、b2分别蓝线对绿线（B/G）的水平方向和垂直方向的会聚误差，它们都称为单色失会聚。 上述各条线指的都是发光的每一种光的中心线。它往往激发数组荧光粉点同时发光，一般情况有3-4组荧光粉发光。所以各基色亮线是相互错开的，因此必须首先找出各个基色亮线的几何中心线，才能进行测量。这种方法如果是在纸面上是充分可行的，但在彩色显像管的屏幕上要找各基色亮线的中心线是件十分困难的事。我们可以采用下面的方法计算。（设每个粉条的横节距为a，纵节距为b。对于21″管，a、b分别为00.3mm和0.7mm,其它尺寸的管子，可查相关资料） a1 a2 B1 R B2 G B 图12会聚误差示意图 1． 算单色失会聚R/G和B/G A． 纵线横偏差：先找出方格纵向亮线最左边发亮的G，再找出最左边发亮R，记下R与G相距的节距数，（R在G的左边记为—，R在G的右边记为+），这是左偏听偏差。同样的方法读出右偏差。按照误差=（左偏差+右偏差）/2的计算公式，算出R/G的单色失会聚，（带符号运算）。 同样方法，算出B/G的单色失会聚。 B． 横线纵偏差：方法同上，不过R（B）在G的下方记为—，在G的上方记为+，公式为误差=（上偏差+下偏差）/2 2． 计算全色失会聚：当R/G与B/G误差同号时，取绝对值大的为全色失会聚；当R/G与B/G异号时，取二者的绝对值之和为全色失会聚。 0.3 0.7 R/G 左偏差=-1.2mm B/G=+0.3mm R、B G 红 绿 蓝 图13 会聚误差举例 14/14