基本介紹
- 中文名：彩色顯像管
- 外文名：color picture tube
- 作用：發光再現彩色圖像
- 分類：超平顯像管、純平顯像管
- 本質：電子（陰極）射線管
- 套用：彩色顯示器
簡介,結構特點及工作原理,電子槍,陰極,加速極,高壓極,分類,三槍三束彩色顯像管,單槍三束彩色顯像管,調製特性,
簡介
彩色顯像管是傳統的彩色顯示器件，其工作原理與黑白顯像管基本相同，為靜電聚焦和磁偏轉方式的陰極射線管。近年來出現了一些新型的彩色電視顯示器件，如液晶顯示器件、電漿顯示器件等，由於體積小、重量輕，比傳統的陰極射線管有很大的優越性，在許多圖像顯示領域及彩色電視顯示領域獲得迅猛的發展。儘管如此，傳統的彩色顯像管由於其技術成熟，顯示電路簡單，目前仍為電視顯示器件的主流。根據三基色原理在彩色顯像管的螢光屏上需塗敷三種螢光粉，需設定三支電子槍等，所以彩色顯像管與黑白顯像管在結構及工作過程等方面又有許多不同。從結構上，彩色顯像管大體有三種類型：蔭罩式三槍三束臂、榍條式單槍三束管、自會聚彩色顯像管，目前廣泛使用的是自會聚彩色顯像管。傳統顯像管的螢光屏多為球面屏，近年來出現的超平和純平彩色顯像管其工作原理與自會聚管相同。
三槍三束蔭罩管的特點是：三個獨立的電子槍，每個電子槍都有單獨的燈絲，陰極控制柵極和加速極，而聚集極和陽極高壓則是公共用的。
單槍三束柵網顯像管的特點是：電子束直徑大，電子透射率高，動繪聚校正簡單。
自繪聚顯像管的特點是：自繪聚，條狀螢光粉和短管頸。
圖1。彩色顯像管結構特點及工作原理
電子槍
彩色顯像管的電子槍中產生三條可獨立控制其束電流的電子束，用三基色電信號R(t)、G(t)、B(t)分別控制三條電子束的束電流。電子束在電子槍聚焦電場作用下在螢光屏上聚焦，並在管內高壓電場的作用下高速轟擊螢光屏內側所塗敷的數量眾多的紅、綠、藍螢光粉。管子錐體處的偏轉線圈所產生的偏轉磁場使三條電子束同時滿屏掃描。但是彩色顯像管中必須保證三條電子束各自轟擊各自對應的螢光粉。例如某條電子束在滿屏掃描時只允許轟擊紅螢光粉，不允許打到別的螢光粉上，否則會造成色彩不純。為此在螢光屏內側設定有一個金屬柵網，它是一塊上面開有許多小孔的金屬板，小孔數目對應著螢光粉組的數目。彩色顯像管的結構如圖2所示。
圖2.彩色顯像管的結構圖電子槍安裝在管頸部份。電子槍是由一些金屬圓筒構成的。它有三個獨立的陰極，每個陰極的內部都有一個燈絲。陰極的端面上塗敷有特殊的氧化物。燈絲將熱量傳遞給陰極，氧化物中的電子獲得足夠的能量便會逸出金屬表面成為空間的自由電子云團。在陰極和高壓極之間施加高電壓，電子便會向螢幕方向移加速運動。陰極後面依次分別是控制極（也稱為柵極）、加速極、聚焦極和高壓極。除了高壓極以外，其餘電極均從管尾引出。故在管尾的電極中計有：RGB三個陰極、燈絲、柵極、加速極、聚焦極。
陰極
三個陰極呈一字排列，且除了三個陰極獨立以外，其餘電極均為公共電極。這種管子稱為單槍三束管。柵極相對陰極電位要低。它們之間所形成的電場對陰極電子起排斥作用。故柵—陰之間的負電壓越負，則電子束電流就越小。使用中柵極一般接地，而陰極則施加正電位，從而形成柵—陰之間的負電壓。將R、G、B三基色電信號施加到三個陰極上，就可控制三條電子束束電流的大小。這稱為陰極激勵。陰極激勵要求三基色電信號為負極性信號。信號幅度一般為幾十伏特。
加速極
加速極施加正電位，且比陰極電位高得多（一般在400V~800V）。它與陰極之間形成的電場是一種彎曲的、以管軸為對稱的電場。這種電場對陰極的電子有兩個作用：一是加速，二是聚焦。加速的作用是使得陰極表面的電子朝向螢幕方向運動，並使電子獲得初速度。而聚焦則使電子云團中的各電子有一個指向管軸的受力。故在加速極的作用下，電子將會匯合成一點，形成第一個聚焦點。過了這個聚焦點電子束重新又會發散開。所以，加速極只是起到預聚焦的作用。但是加速極後的聚焦極與加速極之間以及聚焦極和高壓極之間所形成的彎曲電場會對發散開的電子形成第二次聚焦，由於此時電子的運動速度加快，故第二次聚焦的焦點將在靠近螢幕的地方形成。為了使聚焦點準確落在螢幕上，一般要求聚焦極電壓可調。聚焦極電壓一般在4000V~8000V。由於加速極和聚焦極的電場對電子有一種聚焦作用力，故電子不會落到加速極和聚焦極上，即加速極和聚焦極只需提供電壓，無需提供電流。聚焦極電壓一般是將高壓極的高壓通過電阻分壓器分壓而得到的。
高壓極
高壓極一方面與聚焦極之間形成彎曲電場以對電子聚焦，另一方面其高電壓對電子進行強有力的加速，使電子以高速度轟擊螢光粉。高壓極的電壓一般高達25kV~30kV。高壓極通過金屬彈片與管頸和錐體相交處的管內壁相連。而管子錐體部分的內外壁均塗敷有石墨導電層，而內壁石墨導電層又與螢幕部分的柵網相連，故管子的內壁石墨導電層和柵網均為高壓極的一部分。
由於高壓極的電壓太高，故不能從管尾引出（否則會造成高壓極對其它電極之間的擊穿放電），而是在錐體處熔入一個金屬端子，稱為高壓嘴。高壓嘴與內壁石墨導電層相通（故與高壓極想通），但與外層石墨導電層不通。外層石墨導電層使用時要求接地。這樣，由內外層石墨導電層所形成的電容就被用作高壓極的濾波電容。
圖3.顯像管電流迴路示意圖從陰極發出的電子高速轟擊螢光粉，會將螢光粉中的電子轟出來，這稱為二次電子。二次電子會被柵網吸收，即被高壓極吸收，形成如圖3所示的電流迴路。
故電子束電流實際上是高壓的負載電流，也是顯像管的主要能耗。例如，高壓為30kV，束電流平均值（三束）為1mA，則管耗=30kV×1mA=30W。這個管耗要求高壓電源能夠提供，而且要求高壓電源的內阻越小越好。如果高壓電源內阻大，則當電視圖像由暗場突變到亮場時，由於束電流的明顯改變，將導致高壓電源輸出電壓的明顯改變。但是，當高壓較低時，電子束運動速度減慢，掃描幅度會增大，相反高壓較高時，掃描幅度會減小，從而導致在亮場與暗場之間轉換時，圖像會發生“脹縮”現象。這種“脹縮”現象，也稱為“呼吸”效應。故電視接收機的技術標準中要求高壓和加速極電壓在束電流從100µA到顯像管額定最大電流之間變化時，其波動不超過5%。
分類
在大螢幕彩色顯像管中又可分為超平顯像管、純平顯像管、超薄顯像管、超淨顯像管。比較主要的是三槍三束彩色顯像管和單槍三束顯像管。
三槍三束彩色顯像管
蔭罩板置於距螢光屏內表面lOmm左右的地方，上面有規律地排列著數十萬個小圓孔，每個小孔與螢光屏上的一個三色點組相對應。紅、綠、藍三隻電子束從不同角度同時在蔭罩孔處相交並通過，
三槍三束彩色顯像管現在採用的很少了，主要是因為它會聚電路較複雜，調整比較麻煩。
單槍三束彩色顯像管
單槍三束彩色顯像管單槍三束彩色顯像管由一隻電子槍發射電子束，它具有三個獨立的、按直線排列的陰極，其他各極都是共用的。
單槍三束螢光屏上紅、綠、藍螢光粉是以縱向條狀塗復在屏上的，在螢光屏的內側有一金屬板，稱為分色板，它的作用是使三條電子束只能轟擊各自的螢光粉條。
單槍三束彩色顯像管的優點是會聚調整比三槍三束管簡單，而且透過率比三槍三束管高，使其螢幕亮度較高。該管的不足是會聚調整仍然較麻煩，而且生產較困難，不易大規模生產。
調製特性
R、G、B三路基色信號作用到彩色顯像管的三個陰極上，控制三條電子束的束電流。柵極與陰極之間的控制電壓與電子束電流的關係稱為顯像管的調製特性。
圖4.顯像管調製特性曲線人們希望束電流與柵—陰之間電壓的關係為線性關係。但是實際上束電流與柵—陰之間電壓成γ次方的關係，γ≈2.2~2.8。這就會導致圖像的亮度失真。為此，在攝像端需要對三基色電信號進行反失真處理，稱為γ校正。
實際上，顯像管的三條調製特性曲線並不重合，截止電壓（電子束的束電流剛剛為零時的柵—陰電壓）也不相同。這會導致如下的問題：當R=G=B時應當對應著圖像彩色為標準白光，但是從顯像管的調製特性可知，當三個陰極電位相等時，三條電子束的電流大小並不相等，故紅、綠、藍螢光粉發出的紅、綠、藍光並不能混出標準白光。況且，即使三條電子束的調製特性重合，束電流大小相等，也會因為三種螢光粉的發光效率不同而不能再現標準白光。這稱為白不平衡。為此，在激勵彩色顯像管的R、G、B三路基色信號的放大器中，專門設定有調節電路。當R=G=B=黑色電平時，調節三路放大器的輸出電壓，使之等於顯像管三個陰極的截止電壓，這稱為白平衡中的暗平衡調整。當R=G=B=白色電平時，調節其中兩路放大器的增益，使得所顯示畫面的彩色為標準白光，這稱為白平衡中的亮平衡調整。故白平衡調整一般有五個調節電位器，其中三個用於暗平衡調整，兩個用於亮平衡調整。
