第二章黑白显像管及黑白电视

第二章黑白显像管及黑白电视2.1黑白显像管2.2黑白电视机原理框图2.3信号波形及频谱的变换2.4通道频率特性对图像质量的影响2.5黑白电视机的主要技术要求复习思考题2.1黑白显像管•2.1.1显像管的结构•显像管的结构示意图如图2-1所示。它由电子枪、荧光屏和玻璃外壳三部分组成。显像管内抽成真空，管壳由高强度的玻璃制成，它能承受高压以防爆裂。•一、电子枪•电子枪安放在管颈内，用来发射密度可调的电子流，并通过聚焦和加速，形成截面积很小、速度很高的电子束。该电子束在行、场偏转磁场的作用下(见1.2.1节电子扫描)可实现全屏幕的扫描光栅。电子枪通常由灯丝和五个用无磁不锈钢制成的电极组成。•(1)阴极(K)呈小圆筒状，筒的顶端涂有发射电子的材料(氧化钡、氧化锶和氧化钙混合物)，筒内置有加热灯丝，当阴极被加热后，阴极表面材料便向外发射电子。•(2)控制栅极(G)也是圆筒状，它套在阴极外面，圆筒的中间开有一个小孔,以便电子流穿过。通常控制栅极相对阴极加有数十伏的直流负压，形成阻滞电场。改变控制栅极对阴极的负电位大小，就可以直接控制电子流的强弱，从而控制了对应光点的明暗。电子束的截止电压约-30V～-90V之间。图像信号直接加在控制栅极(正极性图像信号)或阴极(负极性图像信号)上，使扫描电子束强弱随图像信号变化，从而在屏幕上显示出不同灰度层次的图像。图2-1显像管结构示意图•(3)加速极(第一阳极)A1，其外形像中间开孔的圆盘。它通常加有上百伏正电压，其作用是把阴极表面电子拉出来，并对飞向屏幕的电子流加速和聚焦。•(4)高压阳极(A2、A4)由两个圆筒状电极组成，A2(第二阳极)与A4(第四阳极)之间内部连接，A4通过弹簧片与锥体内壁石墨导电层相连。经高压咀在A2、A4及内石墨层上接有9kV～16kV高压。一方面，第二、四阳极与第三阳极(聚焦极)组成电子透镜，使电子束在轰击荧光屏之前聚焦另一方面，在显像管锥体内侧的石墨导电层形成了一个均匀的等电位空间,保证电子束进入此空间后径直地飞向荧光屏，而不产生杂乱的偏离和散焦。••(5)聚焦极(第三阳极A3)是套在A2、A4之间的金属圆筒电极，通常加有正几百伏的直流电压，调整这个电压大小，可使阴极发射的电子流形成细束，在屏幕上聚焦成一个小点。图2-2四极电子枪聚焦示意图•电子枪对阴极发射的电子流的聚焦作用示意图如图2-2所示。•二、荧光屏•荧光屏由屏面玻璃、荧光粉层和铝膜三部分组成。在屏面玻璃的内壁上，沉积一厚度约为10μm、以银作激活剂的硫化锌—镉荧光粉层，它在电子束的高速轰击下发白光。其发光强弱与电子束电流大小及速度高低相对应。为了防止电子束电流太大，使荧光粉层局部过热而降低发光能力，一般限制束电流在100μA以下。为了提高屏幕亮度及减弱闪烁效应，荧光粉应具有余辉崐特性,但为了防止造成前后两帧图像重叠出现而使清晰度下降，余辉时间不宜过长，应采用余辉时间小于1ms的荧光粉。•在荧光粉层后面蒸发一层厚度约为1μm的铝膜，它的作用有三个:•(1)铝膜可以挡住内部杂散光，从而提高图像对比度。•(2)铝膜有利于提高屏幕的最高亮度。它可将荧光屏射向背后去的光线反射回屏幕并且铝膜接阳极高压，可避免荧光屏积累电子，否则积累的电子所产生的电场将减小电子轰击的能量，使亮度降低。••(3)铝膜可以保护荧光屏不出现离子斑。因为在高速电子轰击下，显像管内残存的气体将发生电离，其负离子与电子一样受到加速电场的作用射向荧屏。但其质量比电子大几千倍，偏转磁场使它偏转的角度很小，因此这些离子将集中轰击荧光屏中心的小部分区域，使荧光粉层老化，降低发光效率，产生“离子斑”。铝膜的作用是可挡住体积大、速度低的负离子，使之不能穿过铝膜到达荧光屏。而质量小、速度高的电子却极易穿透铝膜射向荧光粉层。•三、玻璃外壳•玻璃外壳由管颈、锥体和屏面三部分组成。管颈内有电子枪、屏面玻璃制成荧光屏等已如前述。玻璃锥体是屏面玻璃和管颈的连接部位，它为电子束实现全屏幕扫描提供足够大的空间。锥体内外壁均涂有石墨导电层，其作用如下:•(1)内壁石墨导电层与高压阳极相连，形成一个等电位空间，以保证电子束高速运动。••(2)外石墨导电层接地，以防止管外电场的干扰内石墨导电层可以吸收荧光屏在高速电子轰击下产生的二次电子及管内的杂乱反射光，从而有助于提高图像的对比度。•(3)内外石墨导电层间形成一个(500pF～1000pF)的电容，可作为第二、四高压阳极的滤波电容。因而在高压供电电路中不必另接高压滤波电容。•2.1.2显像管工作原理•显像管产生光栅或显示图像是依靠在栅极(G)与阴极(K)之间施加不同的电压，以控制阴极电流ik(与电子束流方向相反)的大小而实现的。•当无图像信号输入时，栅、阴极间加的是一直流负压(静态栅偏压Ugk0)，在偏转磁场的作用下，屏幕各点对应的阴极电流ik处处相等，因而屏幕显示的是亮度均匀的光栅。••当有图像信号输入时，栅、阴极间在直流负压的基础上叠加了图像信号电压，通过扫描，屏幕各点对应的阴极电流ik随图像信号规律地变化，因而屏幕上就出现了相应的图像。为了正确重现图像，必须根据图像信号的极性选择它输入的电极。比如负极性图像信号应从显像管的阴极输入，这样，原图像越暗对应的图像信号电平就越高，从而抬高了阴极电平而使栅、阴间电压越负，阴极电流(电子束流)就越小，则显像管显示亮度越暗，重现的图像是正确的。如果是正极性的图像信号，则应从显像管的栅极输入，否则会在荧光屏上出现“负像”。•一、显像管调制特性曲线•根据上述分析，我们用栅—阴极之间电压ugk(始终为负值)与阴极电流ik的关系曲线来表征显像管的工作特性，即所谓调制特性，如图2-3所示。•调制特性曲线的斜率，即，表示显像管的灵敏度，即栅—阴电压对阴极电流的控制能力。图中，ugk0是当阴极电流ik为零时的截止电压，即当ugk=ugk0时，电子束流将被完全抑制，ik=0，荧光屏不发光。•gkkui图2-3显像管调制特性曲线•生产厂家通常用最大调制量来表征显像管的灵敏度。所谓最大调制量是指阴极电流ik由0μA变到50μA时，栅、阴电压变化的数值，即•Δugk=|ugk0|-|ugk50|最大调制量越小，表示显像管灵敏度越高，反之则越低。•理论与实践都证明，阴极电流与栅、阴电压有下面关系:•ik=k(ugk-ugk0)γ(2-1)•式中，γ为显像管电光转换特性的非线性系数，其值为2～3之间k是比例系数，与阴极特性及其它电极构造等因素有关。绘出曲线即为图2-3调制特性。显然，阴极电流ik随栅、阴电压ugk以指数规律变化，即ugk对ik的崐控制作用为非线性。当栅极偏压在-20V～-80V之间时，显像管的控制灵敏度大约每伏几个微安的数量级。随着栅极负压值减小，阴极电流按指数规律增大。实际上，黑白显像管白色电平所对应的阴极电流ik不能超过150μA～200μA(负电压ugk不应小于-20V～-10V)，否则可能会烧坏荧光粉层，并且因ik过大造成高压阳极过负载、高压下跌影响聚焦和亮度。•二、显像管调制特性的非线性校正•这里的非线性校正，是指所谓γ校正或灰度校正。设显像亮度Bd与ik呈线性关系，则显像管调制特性曲线的非线性，会使重现图像产生灰度失真，如图2-4所示。图中Bd与ugk的非线性关系同于ik与ugk。•果摄像管的光电转换特性及图像信号的传输通道特性均为线性,则可写成下面关系式:•(2-2)•式中:k为比例系数B0为实际景物亮度γ为显像管电光转换特性的非线性系数。式(2-2)说明，由于显像管调制特性的非线性，使重现亮度Bd与摄取亮度B0间产生灰度失真或称为γ失真。0kBBd图2-4灰度失真•这种γ失真，是发生在千家万户的电视机中，而这种γ失真的校正，则是在电视台进行的。其办法是将摄像管输出信号开γ次方后再送出给显像管，即可以获得总的亮度的线性转换关系。•2.1.3黑白显像管的基本参数•显像管的基本参数可分成机械参数、电气参数和光学参数三大类，如表2-1。现作如下几点说明:•(1)型号:最前两位数字，例如23、31、40、47，表示以厘米为单位的荧光屏对角线尺寸SX表示名称为显像管B表示发白光。•(2)偏转角度:指从电子束偏转中心到荧光屏对角线两端的张角。偏转角越大，管长可越短，荧光屏尺寸大，其偏转角也大。偏转消耗功率约与偏转角的三次方成正比，所以偏转角也不能太大，以90°～110°为宜。•(3)最大调制量:当阴极电流从0变到50μA时，栅、阴电压变化值。它用来表征显像管灵敏度，调制量大则灵敏度低。•(4)23SX5B型显像管无第四阳极，它的第二阳极为聚焦极，第三阳极为高压阳极。•(5)光特性参数包括电子束聚焦特性、光栅颜色、亮度、对比度及图像细节的分辨率。最高亮度是在阴极电流为150μA条件下测试的。表2-1常用国产黑白显像管主要参数2.2黑白电视机原理框图•2.2.1单通道超外差式黑白电视机原理框图•单通道超外差式黑白电视接收机的原理框图如图2-5所示。•图2-5单通道超外差式电视机原理框图•由图可见，它主要由信号通道部分、同步扫描部分和显像管馈电电路及电源部分组成。下面以第八频道为例，就各部分的作用及简单原理加以讨论。•一、信号通道部分•信号通道由公共通道(天线、阻抗匹配器、高频调谐器、中频放大器和视频检波及输出器)、伴音通道(伴音中放限幅器、鉴频器、音频电压功率放大器和扬声器)和图像通道(视频放大器及显像管)等组成。••天线的作用是接收电视台发射天线辐射的空间电磁波(全射频电视信号)，经馈线送至高频头的输入回路(使用室内拉杆天线时)或阻抗匹配器(使用室外天线时)。天线接收电磁信号的能力通常用天线增益、通频带、输入阻抗和方向性等综合表征。阻抗匹配器将天线或馈线的阻抗变换为高频调谐器中输入回路所需的输入阻抗，使之匹配，以获得最大功率并防止产生反射波。•输入回路由无源网络组成，它对来自天线的各种电磁波进行频道选择，在输入电路中常常设置中频频率的陷波电路。高频放大器的作用是对来自输入电路所选择的频道信号进行选频放大，其增益约为20dB～25dB，以提高信噪比。•将本机振荡器的等幅输出信号(其频率始终保持比高频放大器输出全射频电视信号的图像载频高38MHz、比伴音载频高31.5MHz)与高频放大器的输出信号同时送入混频器，从而将高频放大器输出的全射频电视信号变换为中频电视信号。中频信号的频谱结构与高频输入信号互为倒置。•电视机的增益和选择性等指标性能主要由中频电路完成。中频放大器主要对图像信号进行约60dB的放大，对伴音信号放大则只有34dB左右。在中频放大器中设置的滤波器，用来抑制邻近频道的中频伴音载频和中频图像载频的干扰。•视频检波器利用二极管的非线性特性，对图像信号进行峰值包络检波，得到视频图像信号(0～6MHz)。并且以图像中频为载频与伴音中频信号混频，变换产生第二伴音中频信号(6.5MHz)。将其输出的两个信号送至检波输出电路。•预视放级的作用是分离图像信号和伴音信号，并在输出的电视信号中取样，提供通道自动增益控制(AGC)电压和扫描系统所需要的复合同步信号。它将视频图像信号送到视频放大器，放大(约34dB～38dB)并恢复直流后，送至显像管的阴极或控制栅极，使之在显像管屏幕上重现图像。•第二伴音中频信号经伴音中放放大、限幅后，由鉴频器解调出原始伴音信号，送至低频电压、功率放大器进行放大后，在扬声器恢复原伴音。•抗干扰(ANC)电路用来消除电视信号中大脉冲干扰。自动增益控制(AGC)电路，是为了当输入信号幅度在一定范围内变化时，基本保持视频检波器输出信号幅度恒定，以免失真、过载。AGC电路分别控制信号通道中的中频放大和高频放大电路的增益，一般高AGC比中放AGC控制有一定的电平延迟，以保证在输入信号较微弱时高放增益不变(保持最大)，使整机信噪比不致下降。•二、同步扫描部分•同步扫描电路是电视机中极为重要的部分。它的作用有两个:一是给场偏转线圈和行偏转线圈提供产生偏转磁场用的锯齿波电流，实现对屏幕的电子扫描二是给行、场扫描电路提供行、场同步脉冲，保证电视机扫描与摄像机扫描同步。•