黑白顯像管

黑白顯像管是通過電光轉換重現電視圖像的一種窄束強流電子束管，其基本工作原理是：電子槍發射出的電子束被加在電子槍柵極還或陰極上的視頻電信號所調製後，經過加速、聚焦、掃描、複合發光等一系列過程最終變成螢光屏上按空間分布的、亮度隨電信號強弱面變化的相應光信號，從而得到與原被攝景物幾何相似、明暗對應的合適人眼視覺特性要求的光學圖像。

基本介紹

• 中文名：黑白顯像管
• 類型：一種顯像管
• 作用：用於顯示電視圖像
• 主要組成：電子槍、偏轉系統和螢光屏

傳輸黑白圖像的原理

電視系統傳輸黑白圖像包括兩個主要的過程：首先是在發射端將圖像的亮度分布轉換成電信號，這個信號經處理後由電視發射機發射出去；然後在接收端接收到的電信號經處理後再轉換成亮度變化的圖像。前一過程主要靠攝像管完成後，後一過程則由顯像管實現。

任何一幅光學圖像都可以看成是由許多亮度不同的小單元組成，這些小單元稱為像素。在電視傳送端，攝像管中的電子束在靶上從左到右進行掃描，稱為行掃描，再把行掃描從上到下掃滿整個靶，稱為幀掃描。電子束在掃描過程中把靶面上形成的與光圖像的亮度分布相對應的電位起伏U(x,y)或者電荷分布Q(x,y)依次變換成了相應的隨時間變化的視頻電信號i(t)，並按像素一個個地傳送到發射機經處理後傳送出去。在電視接收端，天線接收到的電視信號送人電視機經處理還原出視頻信號後，將視頻信號加到顯像管的調製極上，使電子束電流受到視頻信號的調製，從而電子束在螢光屏上激發起的亮度也就會隨視頻信號的變化而變化，當電子束在顯像管中的掃描順序與在攝像管中的掃描順序完全對應時，在顯像管螢光屏上就會重現出原來的圖像。由於人眼的視覺暫留（約0.1s）作用，加之螢光屏有一定餘輝時間，因此，本來是一行行一幀幀傳送的圖像，只要達到傳送25幀/s，在屏上看到的就會使一幅連續而且活動的圖像。

實際上，電子束的掃描並不是真正逐行進行的，而是隔行進行的，也就是第一次只掃描第1、3、5、…奇數行，第二次再掃描2、4、6…偶數行，兩次掃描合起來才完成一幅完整的畫面。稱每掃描一個光柵為一場，奇數行場合偶數行場合起來為一幀，我國電視系統中的場掃描頻率（場頻）為50Hz/s，幀掃描頻率（幀頻）為25Hz/s，換句話說，場掃描的周期是20ms，幀掃描是40ms。

人眼的視覺解析度大約是1.5’（0.25度），因此電子束掃描一幀的行數並不是越多圖像就會越清晰，過多的增加掃描行數並不能使人眼分辨出來，即不會增加圖像清晰程度。所以世界各國電視掃描的行數都在500行~800行，我國規定為625行、25幀/。

黑白顯像管的結構

黑白顯像管的基本結構包括電子槍、偏轉系統、螢光屏和玻殼。如圖1-1所示為黑白顯像管結構示意圖。

電子槍

電子槍是顯像管中極為重要的組成部分。電子束的發射、調製、加速、聚焦均由電子槍來承擔。顯示管用電子槍屬於弱流電子槍，由圓筒、圓帽和原片等旋轉對稱的金屬電極同軸排列、裝配和固定而成。一般分雙電位電子槍（BPF）和單電位電子槍（UPF）。BPF槍中電子束在主聚焦透鏡出入口處電位不同，UPF槍則主透鏡出入口處電位相同。UPF電子槍比BPF電子槍多一個高壓陽極，大幅度增強了聚焦能力，使得顯像管具有了自聚焦能力，保證了顯像管聚焦特性的穩定和提高，因為被廣泛採用。以下是分析UPF電子槍的結構和工作原理。

圖1-1 黑白顯像管結構示意圖

電子槍的第一個作用是發射並加速電子。顯像管一般採用氧化物陰極，在基體金屬上塗敷一層以氧化鋇為 主體的氧化物，當燈絲加熱使陰極表面溫度達到800攝氏度左右，開始發射電子。電子槍的電子發射系統主要由陰極、控制極、加速極組成，加速極電壓一般在 700V左右，當陰極-控制極電壓低於截止電壓時，陰極表面中心部位出現電子加速場，達到一定溫度的陰極就能發射出電子束，電子束經G2加速，形成高速電 子束流。

電子槍的第二個作用是用視頻信號調製電子束流。電子束流由陰極和控制極的電位控制。發射電子束流的強度Ic表示為Ic=ke（ug-Eg）。目前顯像管一般採用陰極調製的方式，也就是控制極接地，將視頻信號加到陰極上，此時陰 極電壓越向負極變化，電子束流就越大，所以稱負極性調製。這種調製方式對電子束的控制較強，調製靈敏度較高。

電子槍的第三個作用是利用電子透鏡匯聚電子束，並在螢光面上將電子束聚成小點。高速電子束流經G2和G3構成的預聚焦透鏡被壓縮變細，再靜G3、G4、G5構成的聚焦透鏡進一步聚焦，在螢光粉面上產生足夠小的光電。

偏轉系統

如果不加偏轉電壓，則經過上述加速、聚焦的具有很高功能的電子束轟擊螢光面時，僅能在螢光屏中心位置產生亮度很高的光點，難以成像；為了顯示一幅圖像，必須讓電子束在水平方向和垂直方向上同時偏轉，使整個螢光屏上的任何一點都能發光而形成光柵，這就是偏轉系統的作用。

電子束的偏轉方式分壓偏轉和磁偏轉兩類。由於磁偏轉像差小，適用於大角度 偏轉，並且在高陽極電壓下偏轉靈敏度的變化比電偏轉小，所以顯像管通常採用磁偏轉。磁偏轉系統由兩組套在管頸外面的相互垂直的偏轉線圈組成，常為S/T型 結構，即：垂直偏轉線圈繞在磁環上為環形，水平偏轉線圈為空心鞍型；水平線圈放在垂直線圈裡面，且緊貼管頸，偏轉線圈細管頸、大偏轉角結構可使顯像管長度 減小，從而大大減小體積。

一般情況下，在水平偏轉線圈上輸入行頻為15625Hz的鋸齒波電流，在 垂直偏轉線圈上輸入場頻為50HZ的鋸齒波電流。當電流通過線圈時，產生偏轉磁場，使電子束偏轉，如圖。改變電流的大小和方向，磁場的強弱和方向也隨之改 變，電子束於是隨之上下左右偏移。假設偏轉磁場只均勻存在於管軸方向上長度為L的區域，其外磁場為零。於是垂直磁場入射的電子束在磁場內作圓周運動，離開 磁場後沿圓周切線射向螢光屏面，電子束直線部分的方向延長線與z軸的交點C為電子束的偏轉中心，θ為電子束偏轉角，D為電子束著屏點偏移量。

螢光屏

螢光屏是實現顯像管電光轉換的關鍵部位之一，要求發光亮度和發光效率足夠高，發光光譜適合人眼觀察，圖像解析度高、傳遞效果好，餘輝時間適當，機械、化學、熱穩定性好，壽命高。

螢光屏由塗覆在玻殼內表面的螢光粉層和疊於螢光粉層上面的鋁膜共同組成。

顯像管的發光性能首先取決於所用的螢光粉材料。黑白顯像管的螢光粉稱白場粉，一般用兩種螢光粉混合製成，或直接採用單一白色粉。製作方法一般採用沉積法：把洗淨烘乾的玻屏放在塗膠機上，玻屏的傾角和轉速都可由塗膠機控制。向玻屏中心注入加油醋酸鋇等電解質的螢光粉和水玻璃懸浮液，開啟塗膠機使其均勻塗布於玻璃基板上，經烘乾後即形成牢固的螢光粉層。

在螢光粉層表面蒸度一層0.1-0.5μm的鋁膜，並使之與電子槍的陽極相連，可以提高圖像顯示性能，所得螢光屏稱為金屬化螢光屏。這種螢光屏具有三大優點，一是鋁膜與電子槍的陽極相連，可以防止介電性的螢光粉負電荷積累導致 的螢光面電位下降；二是鋁膜可將螢光粉所發向管內的光纖反射到觀察者一側，從而增高螢光屏亮度、改善對比度；三是鋁層能有效阻擋管內負離子對螢光粉的轟 擊，防止螢光屏出現離子斑。

另外，螢光屏發光亮度還和陽極高壓有關，當陽極高壓大於熄點電壓後，螢光屏發光亮度隨陽極高壓增加而呈指數增大，所以提高陽極電壓是提高亮度的有效方法之一。

對黑白顯像管的要求

黑白顯像管是螢光屏只能發白光的一種顯像管，原先被大量用於電視機、計算機終端顯示器和工業監視器中，隨著彩色顯像管的普及，目前已較少套用。

為了得到更的圖像，對黑白顯像管的要求如下：

1、 亮度大。為了保證人們在白天和室內有正常照明的情況下也能觀看電視，螢光屏上顯示的圖像必須要有足夠的亮度。

2、 解析度高。解析度就是分辨圖像細節的能力，它可用掃描行數來表示。顯像管本身能達到的分辨行數應大於電視系統額定的掃描行數，但解析度行數太高反而會在屏上顯示出掃描光柵結構影像，降低電視圖像的藝術性；同理，螢幕尺寸增大時螢光屏光點的大小應相應增加，否則同樣會顯出光柵圖像。

3、 對比度大。對比度表示圖像最亮處的亮度B_max與最暗處的亮度B_min的比值，一般用K表示，即K=B_max/B_min。

一幅電視圖像只有當K15~20才能得到比較好的效果。

在實際套用中，常用灰度等級來表示對比度，它表示從圖像最亮處到最暗處能分辨出的亮暗層次的數目，顯然，能分辨出的圖像灰度等級越多，層次越清楚，越能分辨出圖像的細節。電視測試卡上給出了10個灰度等級，一般能分辨6~8個等級，圖像質量就已經較好。

4、 體積小。這主要是指在給定的螢幕尺寸下，儘可能縮短管子總長度，這就意味著電子束的偏轉角應儘可能大。

5、 發白光。雖然人眼對黃綠色最敏感，但對於長期觀看，人民還是習慣於白光，所以黑白顯像管還是應選用白光或稍帶藍色的白光。

6、 功耗低、壽命長。