§5.7 显象管及其附属电路

显象管（Picture Tube）是电视系统的终端显示器件，它能实现电光转换，将电视信号转换成电视图象，其性能对重现图象的质量起着关键性的作用。

5.7.1 黑白显象管

黑白电视显象管由电子枪、荧光屏和玻璃外壳三部分组成，其构造如图5.7－1所示。

一、电子枪

电子枪的作用是发射密度可调的电子流，并通过聚焦和加速，形成高速、聚焦良好的电子束轰击荧光屏，产生细小的圆形光点。

电子枪由阴极，控制栅极，加速极，聚焦极，第二、四阳极等五个电极组成。

阴极----- 呈圆筒形，里面装有热丝，热丝通电发热后把阴极加热，使阴极发射电子。

控制栅极------为一套在阴极外面的圆筒，呈中心开口状，以便让电子流通过。改变控制栅极相对于阴极的电压，就可以控制电子枪发射电子的能力。

加速极------位于控制栅极之前，通常加有几百伏的正电压，其作用是对飞向屏幕的电子流进行加速和一定程度的聚焦。

高压阳极------亦称第二阳极，当分为两部分时称第二、四阳极。高压阳极位于加速极之前，它由两节圆筒构成，中间用金属条连接起来；靠近锥体部分的一节圆筒（可称为第四阳极）还通过弹簧片与锥体内壁石墨导电层相连，石墨导电层又与荧光屏背后的金属铝膜相连；所以高压阳极实际上包括了两节金属圆筒、内壁导电层和金属铝膜。其上加有9～16kV的电压，形成一个等电位空间，对电子束起主要加速作用，以提高屏幕亮度。为了绝缘，高压不能从管脚而从高压嘴加入高太阳极。

聚焦极----在高压阳极的两节圆筒之间，套着一只直径较大的金属圆筒，它就是聚焦极。它与高压阳极的两个圆筒形成单透镜，对电子束起主要聚焦作用。此外，阴极、控制栅极、加速极形成浸物透镜；加速极与第二阳极形成浸没透镜，对电子束起预聚焦作用，如图5.7－2所示。聚焦极上通常加有几百伏可调直流电压，改变其大小能使电子束在屏幕上聚焦成一小点，从而提高图象清晰度。

二、玻璃外壳

由管颈、玻璃锥体、幕面玻璃三部分组成。管颈为一细长管子，内装电子枪。幕面玻璃内测涂有一层荧光粉，构成荧光屏。玻璃锥体将幕面玻璃与管颈连接起来，内外均涂有石墨层，其作用有三点：①内壁石墨导电层与高压阳极相连，形成一个等电位空间，以保证电子束的高速运动。②外壁石墨导电层接地，内外两层石墨层间形成500～1000PF电容，可供高压整流后作滤波之用。③石墨层系黑色，可充分吸收管内的杂乱反射光，从而有助于提高图象的对比度。

三、荧光屏

荧光屏是显象管的发光面，电--光转换正是靠它完成。屏幕内壁沉积一层厚度约为10μm的荧光粉膜，其后面又蒸涂上一层约1μm厚的铝膜。称为铝背。由于电子质量小，速度高，很容易透过铝膜打在我膜上，所以蒸涂的铝膜对电--光转换几乎没有影响，而荧光膜发出的光线却被铝膜反射向管外，以增加荧光屏幕的亮度。另一作用是保持荧光膜不受离子冲射而损伤，因离子质量大、速度小，不能穿透铝膜。

在正常工作范围内，电子枪的控制特性为

上式中，Ie为电子束电流，ke为比例常数，ug为控制极上所加电压，Eg0为显象管束射电流的截止电压，γ是非线性系数，一般为2～3。

如果栅极所加偏太刚好等于Eg0，且用钳位电路将电视信号的黑白电平固定在所加偏压上，那么加在阴极和栅极之间的图象信号电压E和I，有下列关系：

实验证明，在束射电流较小时，屏幕亮度B和射束电流Ie成正比。所以屏幕亮度B和图象信号电压E也有类似关系：

上式中k为常数，γ为电光转换的非线性系数，一般为2～3。

为在高阳极电压下实现电子束的大角度偏转，多采用磁偏转方式。在管颈上套置行、场偏转线圈，并分别进入行频和场频锯齿波电流，即可实现电子束的行、场匀速直线性扫描。

5.7.2 彩色显象管

一、概述

彩色显象管有三枪三束荫罩式显象管、单枪三束管和自会聚管三种，由于前两种管会聚很复杂，已经被淘汰，目前自会聚管占绝对压倒优势。自会聚管的荫罩与三色荧光粉结构如图[Page]5.7－3所示。荫罩采用开槽断续条状结构，与此相应，三色荧光粉也采用条状结构。

会聚（Convergence）是指三个电子束无论在无扫描状态（静态）下，还是在有扫描状态（动态）下，在任何位置上都能从一个荫罩孔中穿过并打到一组荧光粉点上。无扫描状态下的会聚叫静会聚（Static Convergence）；有扫描状态下的会聚叫动态会聚（Dynamic Convergence）。静态会聚的误差主要是由于生产工艺的误差所产生。而动态会聚的误差主要是由于扫描时，三个电子束的会聚点组成的会聚曲面（以电子束偏转中心到荫罩中心的距离为半径，以该偏转中心为圆心的球面的一部分，图5.7－4中未标出来），的曲率半径小于荫罩板的曲率半径所产生，如图5.7－4所示。在自会聚管中，静会聚由管外的会聚磁铁进行调整，动会聚依靠精密设计的偏转线圈，形成特殊的磁场分布来校正。

色纯（Purify）是指单色纯净的程度。即红、绿、蓝三种电子束只能分别激发与其

对应的红、绿、蓝荧光点。也就是说，当红、绿、蓝三电子枪分别独立工作时，屏幕应分别只出现红色、绿色的蓝色。产生色纯不良的原因是，三个电子束的偏转中心与三个曝光中心不重合。某色曝光中心是指该色荧光粉点和荫罩孔的连线与相应电子束中心轴线的交点。偏转中心是指：扫描电路束与该电子枪轴线的交点。因此，调色纯就是移动偏转线圈和纯化磁铁，使上述二个中心重合。调试步骤如下：先让红电子枪工作，调色纯环磁铁，使自会聚管屏幕中心垂直线位置呈纯红色；继而移动偏转线圈，使屏幕中心垂直线以外的整个区域呈纯红色。再分别对绿、蓝电子枪重复上述步骤。

二、自会聚管

自会聚管的最大优点是无需进行复杂的会聚调整。它采用精密直列式电子枪结构，

如图5.7－5所示。因此，能产生彼此间距很小，且位于同一平面的三条电子束，从而消去了产生垂直方向动会聚误差的主要因素。另外，采用精密环形偏转线圈，产生特殊的非均匀磁场，能自动校正动态会聚误差。因而无需进行繁琐复杂的动会聚，调整使彩色显象管的安装、调整工作与黑白显象管一样简便。自会聚管的电子枪除有三个独立的阴极引线用以输入三个基色信号和进行白平衡调整以外，其它各极都为公共引线。

1. 静态会聚。由于制造管子时的工艺误差，自会聚管也存在静会聚问题，使得两条边束不能和中束正好同时穿过屏幕中心的荫罩孔。利用套在管颈上的两对永久磁铁作成的磁环，可以校正多种误差，如图5.7－6所示。其中，一对是四磁极式磁环，它能使两边束产生等量而反向位移；另一对是六磁极式磁环，它能使两边束产生等量而同向位移。它们的中心部位磁场均为零，故中心束不受影响。因此，利用它们能对三条电子束出现的各种偏移进行校正，使之达到静会聚良好。

2. 动态会聚。如果采用均匀磁场的偏转线圈，对一字排列的三条电子束进行偏转。当三条电子束在屏幕中心点会聚时，它们在四周边缘将出现与电子枪相反排列的失聚分开状态，产生如图5.7－7所示的向四周扩散的光栅。例如，电子枪排列为B、G、R，失聚时，荧光屏上为R、G、B排列。为了改善这种失聚现象，自会聚管采用非均匀磁场的偏转线圈。它的垂直偏转磁场设计成桶形分布，水平偏转磁场设计成枕形分布。这样，使动会聚获得自动校正。

A. 桶形分布的场偏转磁场如图5.7－8（a）、（b）所示。桶形分布的每一切向磁场，可分为水平和垂直分量。前者使电子束在垂直方向上下运动，完成正常的垂直扫描运动；后者使电子束左右移动，藉此补偿动态失聚。例如，上半场时（如图（a）），电子束受左向水平磁场作用而向上偏转；而磁场的垂直分量，则便红电子束和蓝电子束分别向右和向左移动。正好使失聚的红、蓝电子束向绿束靠拢，聚合在一起。在下半场（如图（b）），由于偏转电流换相，使磁场反相，它的水平分量使电子束向下运动，其垂直分量依然使红电子束和蓝电子束分别向右和向左移动，正好下半部分的失聚得以补偿。精心设计桶形分布的场偏转磁场，可使图[Page]5.7－7（b）所示的失聚现象校正成图5.7－8（c）所示的结果：使中心垂直线完全重合，而且使两边束校正成与中心绿电子束相平行的垂直线。

由于场偏转磁场桶形分布的结果，两端磁力线密度比中间为高，所以二边束（R与B）处的磁场水平分量必须比中束（G）处强，故中间绿电子束的垂直偏转幅度将稍小些，需由磁增器加以校正（见后述）。

B. 枕形分布的行偏转磁场如图5.7－9（a）、（b）所示。位于左右两侧的红、蓝电子束的磁场比位于中心绿束的磁场强。图5.7－9（c）（d）中虚线表示了电子束在平均行偏转磁场作用下偏转失会聚的情况。图（a）和图（c）示出左半行扫描中某瞬间水平偏转磁场的分布及电子束偏转情况。由于枕形磁场的不均匀性，当红束向左

偏转，通过中心弱磁场时偏转量将相对变小；但蓝束偏转通过枕形磁场较强的位置，偏转量加大；绿束位于中间磁场最弱的区域，受到的偏转量最小，结果如图（c）中实线所示。在右半行扫描时则如图（b）和图（d）所示。全理设计枕形磁场，可使图5.7－8（c）中两边束重合，但不一定与中心录束重合。经过桶形和枕形磁场校正后，失聚情况如图5.7－9（e）所示。

C. 磁增强器和磁分路器。由于磁场的桶、枕形分布，使两边位置的磁场较中间强，因此，中间绿束偏转幅度稍小，图5.7－10（a）示出经垂直和水平动会聚校正后的光栅。为了使三色光栅重合，在电子枪顶部设置了附加磁极（见图5.7－5），它实际上是四个磁环（如图5.7－10（b）所示），与两条边束同心的磁环产生磁场作用，可使两个边束的光栅尺寸有所减小，故称磁分路器。装在中心束上、下的两个小磁环是磁增强器，使中心束光栅尺寸有所增加，因此它们的总效果是使红、绿、蓝三个光栅重合。加入磁增强与分路器后的磁场分布和校正后的光栅如图5.7－10（c）、（d）所示。

5.7.3 彩色显象管的附属电路

一、枕形失真的校正

显象管屏幕曲率半径大于电子束偏转半径所造成的延伸性失真，随着偏转角加大而呈现如图5.7－11所示的枕形失真，在大偏转角显象管的黑白电视机中，枕形失真用加在偏转线圈上、下、左、右的小块永久磁铁来校正。但彩色电视机中由于加入永久磁铁会破坏会聚和影响色纯度，故采用修正行、场扫描电流波形的方法来校正光栅的枕形失真。

1. 对水平（左右）枕形失真，可利用场频抛物波去调制行偏转电流，使每一场内的行偏转电流的幅度不等。中间各行的电流幅度大，使偏转距离增加；上、下各行的电流幅度减小，因此偏转距离也减少。校正水平枕形失真所需的扫描电流波形如图5.7－12所示。

2. 对于垂直（上、下或南北）枕形失真，则是利用行频抛物波迭加到线性场偏转电流上，使每行的中间部分附加一点垂直偏转而不改变扫描正程的起点和终点，如图5.7－13所示。

为了清楚起见，在一场中只画出了7行，为了克服这种失真，在场扫描电流中，除了需要正常的锯齿波电流（如图（b））外，还应附加入行频抛物波电流（如图（c））。对于上半场各行应加入向上凸的幅度递减的行频抛物波电流；中间一行无失真，附加电流等于零；对于下半场各行，应加入向下凹的幅度递增的行频势物波。合成波形（如图（d））就是可以校正垂直枕形失真的场扫描电流波形。

二、白平衡调整

白平衡调整的目的，是为了用彩色电视机收看黑白电视节目或显示彩色电视信号中的黑白部分时，不论信号电平如何变化，都能保证不出现彩色。为此，彩色显象管三个阴极与栅极应具有完全相同的截止电压和调制特性。调制特性表示栅极电压Vg的变化引起阳极射束电流的变化，而且三种荧光粉应有相同的发光效率。然而，实际的彩色显象管栅阴调制特性，不能刚好有相同的截止点和斜率，且三色荧光粉的发光效率也不相同。

5.7－14示出白平衡调整原理图，其中图（a）表示显象管各栅极电压均相同时，R、G、B三个电子束栅阴调制特性的截止点和科率不同的情况。横坐标Vg表示栅阴电压的大小，而纵坐标表示相对光输出的大小，它考虑了电子束阴极电流的大小与荧光粉的发光效率。因此，三个栅阴级间的输入信号即使相同，相对光输出的大小差别也很大。[Page]

白平衡调整可分暗平衡与亮平衡调整两步进行，暗平衡调整是把各电子枪的截止电压校正到相同。对于自会聚管而言，方法是改变三个阴极的直流电平，使红、绿、蓝三路的截止电压调到相同，如图（b）所示。

亮平衡调整主要是为了保证显象管在重现亮度较大的黑白图象时仍能保证灰度等级，而屏幕上不出现彩色。调整方法是改变各路的激励信号的大小，以补偿三路跨导特性的差异以及荧光粉发光效率的差异。例如，红色荧光粉发光效率低，可以人为地增大红色激励信号，调整过程是送入亮度阶梯信号，然后以红路为基准，分别改变绿色与蓝色视频输出信号的大小，使在高亮度区域的各级灰白条能保证无色，图（c）表示白平衡调整好后，不同的激励电压信号大小，可得到相等的R、G、B色光。

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