何祖锡主编

高等职业教育电子信息类贯通制教材（第2版）高等职业教育电子信息类贯通制教材（第2版）彩色电视机原理与维修（第2版）电子教案（第8章）何祖锡主编 2007年11月

第8章显像管及其附属电路 • 知识要点：彩色显像管的结构，机械参数，电气参数及工作原理。彩色显像管附属电路的作用与工作原理。

8.1 显像管的基本结构与工作原理 • 8.1.1 显像管的基本结构与参数 • 显像管的结构主要是由玻璃外壳、电子枪、荧光屏及荫罩板等组成的。黑白显像管的结构图如图8.1所示。

1．玻璃外壳 • （1）面玻璃。 • 面玻璃都为矩形，宽度和高度比有4:3和16:9两种。大新型等离子显示屏（PDP）和液晶显示屏（LCD）采用16:9。老式显像管的荧光屏为圆角球面的。为了改善观看效果，新型显像管改进成直角平面、超平面和纯平面的。 • 显像管的尺寸就是荧光屏的对角线的长度，国标长度单位采用厘米（cm）表示。人们习惯用英寸（in）表示，两者可用1in=2.54 cm进行换算。 • （2）锥体。主要作用是连接面玻璃和管颈。锥体尖端的中心到荧光屏对角线两端的张角称做偏转角，偏转角有90°, 110°, 114°等几种，偏转角越大，所需的偏转功率越大，显像管的长度越短。 • （3）管颈。是一个细长的圆柱形玻璃管，内部装有电子枪。彩色显像管管颈的直径有22 mm, 29.l mm, 36.5 mm等几种。管颈越细，所需的偏转功率越小，但对电子枪精密度要求越高。管颈玻璃的外端部装内部电极引出管脚。

2．电子枪 • 电子枪的作用是产生电子束，并且能控制束电流的大小。 • ① 灯丝（F或H）。 • 灯丝的作用是加热阴极。电压为交流有效值6.3 V，行逆程电压降压供给的。 • ② 阴极（K）。 • 阴极的作用是发射电子。阴极被灯丝加热后就能发射电子。彩色显像管有三个阴极。阴极连接末级视放电路的输出端，使电子束流受视频信号的控制，使荧光屏的亮度变化，形成图像。彩色显像管的阴极电压为100～160 V。 • ③ 栅极（G1）。 • 栅极的作用是控制电子流的大小。彩色电视机都采用阴极接负极性视频信号的方式，而将栅极接地。 • ④ 第一阳极（G2或A1）。 • 第一阳极也称做帘栅极。第一阳极的作用是使电子加速，所以通常称做加速极。电压一般为300～800 V。同一个显像管的加速极电压越高，显像管越亮。 • ⑤ 聚焦极（G3或A3）。 • 聚焦极的作用是使电子束通过由聚焦极与第二阳极构成的静电透镜的作用，聚焦成很小的圆点，使图像更清晰。彩色显像管的聚焦极电压一般为4～8kV。 • ⑥ 高压阳极（G4或A2, A4）。 • 高压阳极是由第二阳极A2和第四阳极A4组成的，它们是相连的。其主要作用是使电子束在高压电场中加速飞行，以获得足够的动能去轰击荧光粉发光。除此以外，还与聚焦极构成静电透镜使电子束变细。彩色显像管的高压高达22～28 kV，高压越高显像管越亮。。

3．荧光屏 • 矩形的屏面玻璃内涂有荧光粉，称做荧光屏。荧光粉是具有荧光效应的材料，当电子枪阴极发射的电子束以很高的速度打在荧光屏上时，荧光粉发。 • 彩色显像管有红、绿、蓝三种颜色的荧光粉，利用三基色原理便可显示丰富多彩的彩色图像。

8.1.2 显像管的基本工作原理 • 1．显像管发光与调制的原理 • （1）荧光屏发光的原理 • 显像管各极加上正常的工作电压，电子枪便能发射出电子束，电子束在偏转磁场的作用下扫描便能形成光栅。 • 电子束流是指单位时间内轰击荧光粉的电子数目，一般荧光粉的亮度B的关系式为 • B＝AjUA2 • 式中，A为荧光粉的发光效率常数；j为电子束流密度；UA2为阳极高压。 • 在荧光粉确定的情况下，阴极发射的电子束流越大，荧光粉的亮度越亮。特别是阳极高压越高，电子的速度越快，在单位时间内轰击荧光粉的电子数目也增多，荧光屏也就越亮

（2）显像管的调制特性 • 显像管的电子束流Ia随栅阴极的电压UGK变化的特性称调制特性。 • 显像管电子束流调制原理图如图8.3所示。图中，K为阴极；G为栅极，栅极中间有一个孔；A为阳极（包括加速极和高压极）。电子飞向阳极的多少是由栅阴之间的电场强度决定的。 • 栅阴之间的电场强度决定于阳极电场与阴极电场的合电场，由于高压基本不变，所以高压电场也基本不变。而阴极上加有图像电压，所以阴极电场会随图像变化，则栅阴间合电场会变化。合成电场指向阳极。 • 可见阴极电压越低，合成电场越強，电子束流越大，显像管越亮。反之则越暗。

调制特性 • 显像管的阴栅极电压UKG与束电流（近似为阴极电流iK，因为其它极的电流都很小）之间的关系称做调制特性，反映调制特性的曲线如图8.4所示。 • 显像管的调制特性是非线性的。非线性系数= 2.2～3。为了使显像管显示亮度不失真的图像，要进行非线性校正，称做校正。 校正是在电视发送端完成的，就是将图像信号经过一个与失真相反的非线性放大器放大后，得到与原失真相反的的信号，用以消除显像管调制特性曲线非线性带来的失真。校正放大器特性如图8.4中的虚线所示。

2．显像管聚焦原理 • 为了提高图像的清晰度，要求电子束的直径小于1 mm，因此显像管要使电子束变细。由于这个原理类似于光学中的聚焦，所以称做电子束聚焦。 • 电子束聚焦是利用高压阳极与聚焦极的电场来实现的，称做静电聚焦。电子束在电场中的受力为F＝-QE， • 式中，E为电场强度，其方向为电场方向；Q为电子电荷量；负号表示电子受力方向与电场方向相反。显像管聚焦原理示意图如图8.5（a）所示。G3为聚焦极；A2, A4为高压阳极。

实际的聚焦极和高压阳极都为金属圆筒，A2与A4是相连的，即电位相同。由于阳极的电压U1比聚焦极电压U2高，即U1＞U2，所以能产生如图8.5（a）所示的圆弧状电场。其中一部分电力线的聚焦原理图如图8.5（b）所示。电子束从阴极K向V方向运动，在a点与电力线相交。a点的电力线方向指向G3，对电子束作用力F1的方向是指向中轴线的，电子束运动发生了折转，将按原方向与F1作用的合力方向即ab方向运动，电子束是聚焦的。电子束在a奌沿V与F1合力方向向b点向中轴线方向运动。实际的聚焦极和高压阳极都为金属圆筒，A2与A4是相连的，即电位相同。由于阳极的电压U1比聚焦极电压U2高，即U1＞U2，所以能产生如图8.5（a）所示的圆弧状电场。其中一部分电力线的聚焦原理图如图8.5（b）所示。电子束从阴极K向V方向运动，在a点与电力线相交。a点的电力线方向指向G3，对电子束作用力F1的方向是指向中轴线的，电子束运动发生了折转，将按原方向与F1作用的合力方向即ab方向运动，电子束是聚焦的。电子束在a奌沿V与F1合力方向向b点向中轴线方向运动。 • 电子束沿ab方向运动是聚焦的。到b点时，与电力线在b点相遇。b点电力线对电子束的作用力F2的方向是背向中轴线的，所以是使电子束发散的，如图8.5（b）所示。 • 因为b点的电位比a点电位高，电子束在ab段的运动是加速的，即电子束在b点的即时速度比a点的快，电场对速度快的电子束的折转作用比速度慢的折转作用小，所以发散作用小于聚焦作用，总的效果是聚焦的。

8.2 彩色显像管的特点与工作原理 • 8.2.1 自会聚彩色显像管的特点 • 1．电子枪 • ① 一字形一体化电子枪，会聚简单，效果好。 • ② 大口径电子枪的高压阳极和聚焦极组成大口径电子透镜，三束电子均聚焦好。 • ③ 快速启动式阴极。开机后5s内就能出现光栅。 • ④ 内设磁分路器与磁增强器，自会聚效果好。

2．荫罩板 • 荫罩板又称做选色板，其作用是使红、绿、蓝三注电子束只能轰击与之对应的荧光粉，以保证彩色的准确性，即色纯度好。 • 荫罩板如图8.7所示

3．荧光屏 • 在荧光屏上涂敷着如图8.7所示的垂直交替的三基色荧光粉条。目前，生产的显像管为提高图像的对比度，采用黑底技术，即在没有荧光粉的空隙处涂有黑色石墨。石墨为绝对黑体材料，可以吸收管内外的杂散光，提高图像清晰度，并且可保证色纯度良好。还有采用黑底技术后可以选用透光性好的玻璃屏和较大的荫罩孔，以增加荧光屏的亮度。

4．偏转线圈 • 作用：将场、行扫描电流转换成偏转磁场，使显像管内电子束扫描形成光栅。（1）偏转线圈的结构 • 偏转线圈的结构决了光栅的幅度与线性，还决定了色纯与会聚效果。所以偏转线圈是在显像管厂加上並调整好了的。 • 行偏转线圈为马鞍形上下各一个。一般两个並联使用。 • 场偏转线圈为桶形，上下各一个。采用IC场输出电路时两个並联，采用分立元件时两个串联使用。（2）偏转线圈的参数行偏转线圈所产生的磁场是枕形分布的，磁力线与地面垂直，而场偏转线圈所产生的磁场是桶形分布的，磁力线为水平方向的。行偏转线圈的直流电阻一般为1~4Ω，场偏转线圈的直流电阻一般为8~60 Ω。

8.2.2 彩色显像管的机械与电气参数 • 2．电性能参数 • 电性能参数包括灯丝电压、各电极所需要的直流工作电压及调制特性等。 • 中小型屏幕自会聚彩色显像管的主要特性参数见表8.2。其管脚排列图如图8.9所示 • 3．光性能参数 • 光性能参数包括电子束聚焦性能、光栅色调、亮度、对比度及图像细节分辨能力。

8.2.3 彩色显像管的色纯度 • 色纯度是指单色光栅纯净的程度，也就是要求红、绿、蓝三注电子束只能分别激发与其对应的红、绿、蓝荧光粉。要求电子枪，荫罩板，荧光粉在一条直线上。 • 色纯度不良的原因：由于制造工艺误差，会造成它们位置的不准确，导致色纯度不良。 • 解决办法是利用色纯磁环的附加磁场对电子束的位置进行校正。 • 色纯磁环是由两片相叠充有磁性的铁钴矾薄圆环组成的，如图8.10所示。

8.2.4 彩色显像管的会聚 • 三注电子束在荫罩孔内会合在一起，使它们分别同时击中荧光屏上同一个像素点的三种相应的荧光粉，称做会聚。会聚分为静会聚和动会聚。 • 1. 静会聚 • 电子束在无偏转情况下的会聚称做静会聚，主要是荧光屏中心部位的会聚。 • 静会聚不良是由于玻壳制造误差或电子枪在管内安装有偏差造成的。 • 静会聚是通过调整一对4极磁环与一对6极磁环来实现的。4极磁环与6极磁环如图8.11所示。 • 4极磁环形成的磁场分布，仅对两个边束（红、蓝电子束）有影响，其产生的附加磁场使这两注电子束保持相对运动。因此，在转动4极磁环时，可使红、蓝电子束相对运动，即一个往左、一个往右运动，最后会聚在一起成为紫色。6极磁环形成的磁场分布对红、蓝电子束的作用是使它们产生同向移动，即同时往左或往右移动

2. 动会聚 • 概念：在偏转过程中的会聚称做动会聚，主要是指荧光屏中心区域以外部位的会聚，即四周边沿的会聚。 • 动会聚不良的原因：主要是由显像管荧光屏的非球面形状产生的。 • 校正方法：主要是通过非均匀分布的偏转磁场来实现的，即采用特殊的偏转线圈，使行偏转线圈产生枕形分布磁场，场偏转线圈产生桶形分布磁场。 • 自会聚彩色显像管除利用特殊绕制的偏转线圈外，还在显像管电子枪内部增设附加磁极（磁分路器与磁增强器）的方法，实现了四周边沿的动会聚，使自会聚管的动会聚调整变得十分简单。

8.3 彩色显像管的附属电路 • 8.3.1 自动消磁电路 • 彩色显像管的内外都有钢铁件，例如荫罩板、支架、防爆箍等。它们受到例如地磁场、扬声器及其他外来磁场的影响后会带有磁性。这些磁体产生的磁场会改变电子束的运动方向，会破坏色纯度和会聚，所以需要经常对显像管内外的铁制部件进行消磁。 • 1．消磁原理消磁方法是用逐渐减小的交变磁场来消除铁制部件的剩磁。即利用磁铁的磁滞原理，再用外界渐减小的交变磁场可消除剩磁。

2．自动消磁电路 • （1）两端消磁电阻的自动消磁电路如图8.13（a）所示 • 图中，L为消磁线圈，安装在显像管锥体上；R为正温度系数的热敏电阻。热敏电阻是一种半导体器件，在常温下其阻值仅为十几或几十欧姆。当温度升高时，其阻值急剧增大，即为PTL材料。

当开关刚合上时，因为其阻值很小，所以有很大的50Hz交变电流通过消磁线圈，对显像管进行消磁。同时，该交变电流在流过电阻R时，使R的温度迅速上升，阻值迅速增加，流过消磁线圈的电流在几秒内降低至接近于零，达到自动消磁的目的。当开关刚合上时，因为其阻值很小，所以有很大的50Hz交变电流通过消磁线圈，对显像管进行消磁。同时，该交变电流在流过电阻R时，使R的温度迅速上升，阻值迅速增加，流过消磁线圈的电流在几秒内降低至接近于零，达到自动消磁的目的。 • 三端消磁电阻的自动消磁电路如图8.13（b）所示。消磁电阻R是由Rt和Ru组成的。其中，Rt为负温度系数的热敏电阻，其特性与二端消磁电阻相同；Ru为的压敏电阻，它两端的电压越高，电阻越小。刚开机时，Rt的阻值较小，Rt上的压降很低，所以Ru与L上的压降很大，Ru的阻值较小，L中消磁电源也较大。Rt流过电流后，温度上升，两端压降上升，而Ru两端的电压则下降，Ru的阻值增大，L中的电流逐惭减小，起到消磁作用。R1可以保证在消磁结束后，Rt中仍有一定的电流流过，维持Rt有较高的温度，阻值持续较大，L中的电流较小，则L产生的磁场也较小，可减小该磁场对显像管电子束的影响。

8.3.2 白平衡调整 • 白平衡是指在彩色电视机接收黑白图像信号或彩色图像的黑白部分时，在任何亮度的情况下，均不带任何彩色。 • 白平衡分暗平衡（又称做黑平衡、静态平衡、截止平衡）和亮平衡（又称做亮白平衡、动态平衡、激励平衡）。暗平衡是指在低亮度时的白平衡；亮平衡是指在高亮度时的白平衡。 • 白平衡不良的原因： • 电子枪的阴极特性不可能完全相同，三种色的荧光粉的发光特性也不可能完全一致。三条调制特性曲线的斜率和截止电压可能均不相同，所以不可能达到完全的白平衡，需对彩色显像管进行白平衡调整。

显像管三条电子束的调制特性曲线如图8.14（a）和（b）所示，（a）为三条电子束的截止电压不相同，会形成暗白平衡不良。（b）为三个电子束的饱和电流不相同，会形成亮白平衡不良。显像管三条电子束的调制特性曲线如图8.14（a）和（b）所示，（a）为三条电子束的截止电压不相同，会形成暗白平衡不良。（b）为三个电子束的饱和电流不相同，会形成亮白平衡不良。

1．暗平衡调整原理 • 暗平衡调整的实质是调整显像管的三个阴极电压，改变阴极电压可改变阴极的电子发射能力。阴极电压高，则电子发射能力低，容易截止；阴极电压低，则电子发射能力强，不容易截止。因此，调整阴极电压使三个电子束的截止点和调制特性尽量趋于一致，实现低亮度时的白平衡。 • 2．亮平衡调整原理 • 亮平衡调整的实质是改变输入三只视放管的亮度信号的幅度，从而改变视放管的输出信号的幅度，即改变了显像管阴极的激励信号的幅度，最后可导致阴极发射能力的改变。最终改变高亮度时三个电子束流的比例，实现高亮度时的白平衡。

本章小结与习题 • 自学本章小结，记住显像管的专用名词，如偏转角，色纯，白平衡，会聚等；记忆显像管的结构，主要参数，及其附属电路的作用与原理。 • 做习题：8.1~8.7

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