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显像管
用于监视器等重现图像的器件
基本信息
| 中文名 | 显像管 |
| 出现 | |
| 首发 | 1950年3月29日 |
| 分类 | 显像管，投射式显像管，射线管 |
| 类型 | 射线管 |
发展历史
分类
概述
一、按电视机配套功能分有：显像管和投射式显像管。
二、按荧光屏显示颜色分有：黑白显像管和彩色显像管；按荧光屏大小（对角线尺寸）分有：9、12、14、17、18、19、20、21、22、24、25、29英寸等；按显像管的偏转角分有：70°、90°、100°、110°、114°等。按显像管屏幕表面形状分有：球面圆角、平面直角。按屏幕面矩形长高尺寸分有：4比3、5比4、16比9。
黑白
黑白显像管是一种显示黑白图像的电真空器件，一支标准黑白显像管从外形上可分管颈、圆锥和屏幕三个部分。
（1）管颈：内部装有电子枪，包括发射电子的阴极、控制电子发射量的控制极、加速电子形成电子束的第一阳极和第二阳极，使电子束聚焦在荧光屏上的第三阳极等。电子枪内的电子分布近似光学的透镜系统，故称为“电子光学系统”。
（2）圆锥体：它的内壁和外壁都涂有导电的石墨层，内壁与第二阳极相连，内外之间形成一只电容，可吸收二次电子和对第二阳极起高压滤波作用。此外石墨层还可以遮挡来自显像管后部的杂散光线，扩大显像管的偏转角，使圆锥部分缩小，这样显像管的厚度就会变薄。
（3）荧光屏（屏幕）：显像管前面内壁玻璃表面涂有一层薄薄的荧光粉，当电子枪发射的电子束打到它上面时荧光粉就会发光，这部分叫作荧光屏。它的发光颜色有蓝白、黄白和灰白等几种，电子束停止作用后，荧光屏发光经过一段时间才会消失，这叫作“余辉”，一般电视显像管的余辉时间属中短余辉。为了减少光晕和光反射影响对比度的下降，显像管的管面采用烟灰色玻璃。为了防止电子射线中的负离子对荧光屏中心的轰击造成荧光膜的损坏，和提高屏幕亮度、现代显像管均采用金属化荧光屏。
（4）图像的扫描过程：为了实现电子束的扫描，在显像管的根部装上偏转线圈，当线圈中有和发送端扫描同步的锯齿波电流分别流过场、行偏转线圈时，电子束会控制荧光屏上的光点上下左右移动，此时图像视频信号加到显像管的控制极（G）上，使电子束发生强弱变化，即荧光屏上的光点亮度变化，从而显示出与发送端相同的黑白图像。
彩色
彩色显像管是彩色电视机中的关键器件。它的结构，原理与黑白显像管相似，但比黑白显像管复杂得多，而且荧光屏显示彩色图像。
（1）彩色显像管的种类和特点：彩色显像管分荫罩色点式三枪三束管，障板色条式单枪三束管，长方槽形障板色条式三枪三束管和单枪三束管几种。
①荫罩色点式三枪三束彩色显像管：装有与显像管管轴成1°倾斜角，并相互对称成120°排列成等边三角形“品”字状的三支电子枪，分别发射红（R）、绿（G）、蓝（B）三条电子束。与黑白管不同，在三支电子枪内部都有一个与二、四阳极相连的第三阳极（会聚极），能受外部磁场影响调节会聚。荧光屏由涂有近100万组由R、G、B三基色组成的荧光粉点（色素）的球面状屏面和距离它15mm，上有近似1/3荧光点数量小孔的球面薄金属钢板（荫罩板）组成。电子束经过会聚才能通过小孔打到相应的各自荧光点上，不会出现染色和混色现象，使我们看到的是一幅彩色图像。
②障板色条式单枪三束彩色显像管：它与荫罩色点式三枪三束管内部结构完全不同。装有按R、G、B顺序一字形水平排列、三组独立的由灯丝、阴极、控制极组成的电子枪，其余由第一阳极、第二、四阳极，第三阳极和两对作会聚用的金属偏转板组成的公共的枪体。荧光屏由按R、G、B顺序排列成1200～1500条荧光粉条和刻有400～500条金属丝缝的栅栏状钢板组成，障板每一缝隙与荧光粉条对应，形状相同呈柱面形，同理，电子束经过会聚在障板隙缝处交叉后射到各自对应的色条上，出现了70～80万组色点，使荧光屏呈现一幅彩色图像。
（2）彩色显像管的新种类
①高分辨率显像管：通过缩小调制极电子束孔和增加荫罩板的孔（槽）数量来提高分辨率；
②穿透式显像管：由于去掉了荫罩板，故抗振动、抗冲击性能特别好。
显像管类型
1、球面管
最初的显示器，显像管的断面就是一个球面，早期的14英寸彩色显示器，基本上都是球面的。采用球面显像管的显示器，在水平和垂直方向都是弯曲的，图像也随着屏幕的形态弯曲。这种显示器有很多弊端：球面的弯曲造成图像严重失真，也使实际的显示面积比较小，弯曲的屏幕还很容易造成反光。
2、平面直角管
为了减小球面屏幕特别是屏幕四角的失真和显示器的反光等现象，显像管厂商进行了不少改进，到1994年诞生了“平面直角显像管”。所谓“平面直角显像管”，其实还远不是真正意义上的平面，只不过其显像管的曲率相对球面显像管比较小而已，其屏幕表面接近平面，曲率半径大于2000毫米，且四个角都是直角。由于生产工艺及成本与普通球面管相差不大，所有显示器厂商先后都停止生产球面显示器，转而推出了使用平面直角显像管制造的显示器，平面直角显像管迅速取代了球面显像管。现在人们所使用的大部分显示器，包括最近几年生产的14英寸显示器和大多数的15、17英寸及以上的显示器，都属于这种平面直角显示器。平面直角显像管，使反光现象及屏幕四角上的失真现象，都减小了不少，配合屏幕涂层等新技术的采用，显示器的显示质量有了较大提高。
3、柱面管
柱面显像管采用荫栅式结构，它的表面在水平方向仍然略微凸起，但是在垂直方向上却是笔直的，呈圆柱状，故称之为“柱面管”。柱面管由于在垂直方向上平坦，因此比球面管有更小的几何失真，而且能将屏幕上方的光线，反射到下方而不是直射入人眼中，因而大大减弱了眩光。柱面显象管，目前分两大类：索尼的特丽珑和三菱的钻石珑。
4、纯平管
传统CRT显示器显像管，从球面显像管到平面直角显像管（FST），再到柱面显像管，弧度已经越来越小，柱面管已实现了垂直方向的零弧度，算得上是一代比一代进步。但上述这些显像管，依旧没有达到完完全全的平面，因此，所显示的画面或多或少都会有一点变形和扭曲，依然不够令人完全满意。直到现在，一些纯平显像管的出现，使传统CRT显示器终于走上了完全平面的道路。与柱面管只是两强相争不同，目前推出纯平显像管技术的厂商有不少。
5、短颈管
近些年来，除了纯平面，各种短管的显示器也成为新型显示器的一大潮流。由于一般的显像管中电子束的偏转角度不能太大，否则会带来难以矫正的失真，使得显像管的长度和屏幕尺寸是成正比的，所以大尺寸的显像管也不得不做得比较长，导致显示器机身庞大。
标准显示器的显像管要求电子束从一侧偏向另一侧的角度不能大于90度，这使得显示器的厚度至少要与屏幕的对角线一样长，对于17英寸以上的显示器来说，更大的可视面积也就意味着更厚的机身和更大的体积、重量。为显示器“减肥”的一个方法就是采用短型显像管（ShortDepth），其核心在于广角偏转线圈技术，它能令电子束的最大角度达到100度或更高一点，这样在较近的距离内就可以实现电子束的完全覆盖，从而缩短显像管以至机身的厚度。这种方法能把显示器减小大约两英寸的厚度，这就意味着19英寸显示器占用的桌面面积与17英寸一样，17英寸显示器占用的面积与15英寸一样，而且新一代显像管使屏幕在亮度、对比度和聚焦方面比以前都有进步，观赏起来也更加舒适，虽然在点距上有微乎其微的差距，但肉眼不会察觉，应该说总体上这是一个不小的改进了。此外在显像管的电子枪末端使用更小的部件来取代原有部件，还能使显示器减小大约一英寸的厚度。
显像管底座
显像管管座就是屏幕的最末端即细脖子上的一小块电路板，管座就在板上，白色的，插在显象管上，焊脚很多。只放声不显示图象估计是管座上的高压线（红色）管座里边腐蚀断了，这也是电视模糊的原因（先是似断非断，模糊。一动之后断了，无图象）和地面产生震荡，只要没听到破裂的放气声，显象管一般坏不了。
型号
显像管管座有内七脚，外七脚，通用九脚，12脚、13脚等型号，一般通用的九脚最为普遍。电视机显像管管座有几十个型号,相同型号的才可以代换,不同型号的非但不能用,甚至硬插会别断显像管。
特点
显像管管座作为彩电、显示器中的一个关键元件，由于其工作环境复杂，在使用过程中，易产生多种故障。彩电开机后，出现伴音正常、图像模糊、有如彩云状、过几分钟或几十分钟后，图像逐渐清楚，此属典型的管座故障。因管座本身结构、电极形状及生产制造工艺水平原因，管座聚焦极处于长期高压工作状态，当受到如空气湿度大、空气污染严重等恶劣环境影响时，管座聚焦放电腔体的两极产生电晕放电现象，并产生极具腐蚀性的臭氧(O3，一种强氧化剂，气味如鱼腥味)，另外，当彩电工作中产生异常高压脉冲时产生弧光放电，高能带电粒子猛烈轰击聚焦腔体电极表面，致使电极表面镀层破坏并喷渐出金属离子从而出现烧灼现象使电极镀层被破坏，同时O3又腐蚀镀层被受伤的电极。再者，普通PBT塑料中的溴系阻燃剂，在上述环境下极易释放具有腐蚀性的溴化物诱发放电，所有这些腐蚀性的物质在电场作用下发生化学反应，生成酸类或盐类物质吸附在放电腔体内塑料表面，使管座聚焦放电腔体内绝缘电阻下降，漏电电流增大，聚焦电压下降，最终导致图像模糊。彩电图像暗淡、缺色，通常是由管座接触件氧化锈蚀，致使接触电阻增大，显像管管脚与管座接触不良造成，如严重氧化锈蚀，导致显像管管脚与管座之间接触电阻极大，则会产生光栅出现慢、缺色、甚至无光栅。图像模糊，并伴有闪烁，属管座接触不良所致，图像清晰，有闪烁，就不是管座问题，多属电源故障引起。开机图像清楚，一段时间后图像模糊不清，聚焦不良，也不是管座问题，而是聚焦电路故障，聚焦电压不稳所致，多属行输出聚焦电位器不良造成，特别是M11机芯常发生此故障，更换行输出即可。总之，管座在彩电整机中出现的故障现象，屏幕表现有：散焦导致图像模糊、亮度低、缺色、无光栅、拉黑条等，只要维修人员找到故障根源，同时选用性能可靠的管座，问题自然迎刃而解。
显像管管座损坏的特征
更换过程
1.先拆下管座--需要一些专用工具。拿拆下的管座去配一个相同的。管座有很多类型，有的相同的型号也需适当改动一下以适应不同的电路板（管脚要拆掉一个，防止接地短路）。所以这个很重要，否则会损坏电视机。之后嘛，就简单多了。怎么拆就怎么装了。
显像原理
在电视接收机中，由视放末级把经过放大的视频图像信号送到显像管阴极，用以控制电子束电流的强弱，从而重显图像。如果图像信号是与静态电压同时加在显像管的G、K之间的。下面利用线性化后的显像管调制曲线来分析加入图像信号后束电流的变化，以及显像管显示图像与调制曲线的工作关系。
调制特性
黑白图像
显示黑白图像的显像管（简称黑白管）。黑白管的主要组成部分是玻壳、电子枪和荧光屏。在玻壳的管颈上还装有偏转线圈。玻壳内保持真空。电子枪发射一个被调制的电子束，经聚焦、偏转后打到荧光屏上显示出发光的图像。这个被调制电子束的扫描，与发送端摄像管靶面上电子束的扫描同步，束电流的大小和摄像管输出的电信号相对应。由于人的眼睛有惰性，受调制的电子束在荧光屏上逐点扫描产生亮度不同的光点，在荧光屏上形成一幅光的图像。
玻壳
现代显像管的外壳都用玻璃制成。玻壳分三部分：屏、玻锥和管颈。玻壳内真空度为（1—5）×10帕。显像管的屏为矩形，通常以对角线的长度表示屏幕的大小，常用的如31厘米（12英寸）、36厘米（14英寸）及48厘米（19英寸）等。
荧光屏
玻屏内壁涂覆荧光粉的部分。荧光粉在受电子束激发时发光。玻屏为烟色，起中性滤光片的作用，光的透过率约50%。照射到荧光屏上的杂光反射到观察者要经过二次衰减，而荧光屏图像的光仅经过一次衰减，这就减小了杂光对图像的影响，从而提高了对比度。荧光粉由发蓝光的硫化锌：银（ZnS：Ag）和发黄光的硫化锌镉：银〔（ZnCd)S：Ag〕混合而成。控制两种粉混合的比例，就能发出不同色温度（如9300K，11000K等）的白光。在荧光粉层上蒸涂厚度为2000—3000埃的光滑铝膜。其作用是：①借助铝膜的镜面反射将屏的亮度提高70%～80%；②由于铝层是一等位面，可防止离子对荧光粉层的轰击而产生离子斑；③由于铝层不透光，能阻挡从锥体内壁来的反射光，从而提高图像的对比度。
电子枪
电子枪的功能是发射电子、控制电子流，并将电子束聚焦、加速后打到荧光屏上形成细小的光点。黑白显像管通常采用单电位电子枪，由热阴极发射电子，控制极控制发射电流的大小。电子经12～16千伏的阴极电压聚焦加速后轰击荧光屏，在荧光屏上产生随视频信号的强弱而调制的光斑。
偏转系统
显像管普遍采用磁偏转系统。磁偏转系统包括两组互相垂直的线圈，一组线圈有扫描电流流过时电子束产生水平方向偏转，另一组线圈有电流流过时电子束的水平扫描线逐渐自上而下地移动。在逐行扫描制中，水平扫描的周期为垂直扫描的1/625；在隔行扫描制中，则为2/625。显像管外形特征之一是偏转角。它是指满屏扫描时对角线的偏转角，一般为90°或110°。
屏面质量
对屏的要求有三点。①亮度：单位是熙提或毫熙提。亮度随发光材料的发光效率、束电流的大小和阳极电压的高低而异。②对比度：显像管屏上图像最亮处的亮度与最暗处的亮度的比值。③分辨率：分辨图像细节的能力，通常以扫描行数来表示。分辨率主要决定于电子枪的结构和阳极电压，以及束电流的大小。荧光粉颗粒的大小对分辨率也有影响。
彩色图像
显示彩色图像的显像管（简称彩色管）。彩色图像的显示基于三基色的原理。任何彩色都可以用红绿蓝三种基色配合而产生基本相同的视觉效果。彩色管不同于黑白管，它有产生三种基色的荧光屏和激励荧光屏上数以万计的三基色单元的三个电子束。只要三基色荧光粉所产生的光的分量不同，就可以形成自然界的各种彩色。
如红绿蓝三基色的光通量依一定的比例配合就成白光。红和绿配合就成黄光。红和蓝配合就成紫光。只有红枪的电子束激发红粉则发红光，只有蓝束激发蓝粉则发蓝光，只有绿束激发绿粉则发绿光。如果三束电流均为零（荧光屏未被激发）则呈黑色。彩色电视信号传输不同于黑白电视之处就是除亮度信号外还有一个色度信号。彩色电视机接收这两个信号，经过处理后分解为三个（红、绿、蓝）亮度信号分别去调制相应的电子枪。
从1949年美国RCA公司首先创制荫罩式彩色管后，直到1972年世界上普遍使用的是成三角形排列的三枪三束管。1972年后RCA首先宣布制成精密一字排列彩色管。彩色管（荫罩式）有五个基本的部件，即玻壳、彩色屏、荫罩、电子枪和套在玻壳管颈上的偏转线圈。
玻壳
彩色管玻壳的形状和功用与黑白管相同，但彩色管用的高压达25—32千伏。这样高能量的电子束轰击荧光屏不仅辐射X射线，而且还会使荧光屏变为棕褐色，所以屏玻璃采用特制的钡锶铈玻璃。电子束不仅轰击荧光屏而且有80%的电子束流打在荫罩上，这样有75%左右的X射线从锥体泄漏出来。因此锥体采用含铅量（PbO）达21%以上的高铅玻璃以吸收75%—80%的X射线。
荧光屏
在三角形排列的三枪三束管中，荫罩上有数十万个圆孔，对应的荧光粉点数目就是荫罩孔数目的三倍。在PIL管中，采用条孔状的荫罩，相对应的是条状荧光粉条。无论三角形管或PIL管三束均会聚于荫罩的圆孔或条孔，然后分别打到三个粉点或粉条上。彩色管用的三基色荧光粉已经过多次的改进，白场的发光效率从1957年的8流/瓦提高到45流/瓦。常用的发红光的荧光粉为硫光化光：铕（Y2O2S：Eu），发绿光的为硫化锌镉：铜，铅（ZnCd)S：Cu，Al），或用无毒的硫化锌：金，铜，铝(ZnS:Au，Cu，Al），发蓝光的为硫化锌：银（ZnS:Ag）。荧光粉层上也蒸涂铝膜，其作用和黑白管中的铝膜相同。为了提高对比度，过去彩色管幕也是幕也是烟色的。1968年出现了黑底屏，即在屏光粉点或粉条间预涂吸收外来光的石墨粉。这样便不需要采用烟色屏玻璃，提高了透光率（85%）和亮度。70年代末期红蓝两种荧光粉分别采取了着色工艺，在红粉上涂了红色的颜料（α-Fe2O3），蓝粉涂了蓝色的颜料（Co·nAl2O3），从而提高了对比度。
荫罩板
彩色管的荫罩板是一个遮色机构。三个电子束通过荫罩板上的一个小圆孔或条孔，才能分别打到各自对应的粉点或粉条上。64厘米（25英寸）彩色管荫罩板上大约有50万个圆孔，这样荧光屏上就有3×50万个荧光粉点。
电子枪和偏转线圈
在三角形排列电子枪的彩色管中，要使三束在均匀磁场中一起偏转还需要有复杂的会聚系统。其作用是使三束在扫描时始终保持会聚在荫罩上的圆孔或条孔中。现在通用的PIL管是自会聚的，无需复杂的调整系统。这种管子的三个电子枪成一字排列，而且是一体化结构，即把三个枪冲制成一个整体以保证精度。除了三枪紧密地一字排列外，还依靠不均匀的偏转磁场来完成自会聚。垂直偏转磁场是桶形的，水平偏转磁场是枕形的。这样，当三束上下或左右偏转时，磁场的分力的作用可使三束会聚。
屏面质量
与黑白管一样，对彩色管屏面要求亮度和图像分辨率高，此外还有色度的要求。彩色管的亮度指的是白场亮度。60年代以来，由于改进发光材料、采用黑底屏和提高阳极电压，白场亮度提高了14倍。对比度的提高主要是通过铝化屏、黑底和着色荧光粉实现的。新型电子枪的研制提高了图像的分辨率。在色度方面，则是要求图像各部位的彩色与原物景没有颜色上的失真。
技术参数
显像管的检验分常规检验、技术参数检验、安全性能和工作耐久性试验。
常规检验
包括包装、外观检验：
①包装检验按GB191—90和SJ/T10916—96规定；
②外观检验检查显像管玻壳应完整、无裂纹、裂痕，屏面玻璃无影响观看的气泡、划痕，管针完整并与管颈轴平行，荧光膜涂层无脱落、无阴阳面。
参数检验
中国国标GB3212—82GB/T5998—94及GB5960—86分别对黑白显像管规定24项光电参数测试方法，对彩色显像管规定26项光电参数测试方法和主要尺寸检验。我们概括提出18项主要性能指标、测试方法见表6—9—49。
表6—9—49显像管的检验
管种
参数标准黑白彩色
GB/T3212—82GB/T5998—94
直观检验GB5960—86中3.3
含气系数2.152.1
阴极发射电流2.62.5
截止电压2.92.8
截止电压比2.92.8
面板和屏面缺陷GB/T5998—94中2.102.10
光栅中心位移2.192.15
光栅倾斜2.16
失会聚2.22
均匀性2.222.23
分辨力2.172.11
聚焦电压2.182.12
热丝电流2.3SJ/T11082—96热丝与阴极间漏电流2.5.12.3.2
寄生发射2.72.6
跳火2.82.7
有效屏面尺寸2.16GB/T9435—88
性能检验
包括两部分：
①显像管的防爆试验：按GB2037—89规定。
②防X射线辐射按SJ2484—84规定。
耐久检验
应按GB5960—86中3.9.2规定。
注意事项
显像管系实施进口安全质量许可制度的产品，国外生产或经营企业须按规定获得由国家出入境检验检疫局颁发的进口安全质量许可证书，并在产品上加贴相应标志，方可进口。
回收技术
日本松下公司2009年10月2日宣布，该公司开发出一种利用激光的显像管熔融割断回收技术。与传统显像管回收技术相比，采用新技术可更加高效地分离和回收显像管。
松下公司发布的新闻公报说，由于新技术使用了激光，处理过程中，平均每个显像管的处理时间仅为50秒，这使新技术的显像管处理能力达到了传统技术的3倍。公报说，显像管屏幕和后面的漏斗状玻璃的纯度不同，回收时需要在一定的地方将两者分离并且确保两种玻璃互不掺杂。以往切割显像管是用金属线环绕显像管这两部分的接合部位，通电加热金属线，使这两部分分离。但是用这种技术也有缺点，一是金属线需要一定时间加热，影响处理效率；二是玻璃可能因为局部加热产生的热应力而破裂，从而造成切割位置不整齐，还必须手工修正。新技术能让激光的焦点一直聚焦在玻璃表面，并调节照射到玻璃表面的能量，从而实现稳定的熔融割断。新技术还能自动测量判定要处理的显像管尺寸，并根据尺寸选择适合的激光强度和切割方式，进行全自动化的处理。
参考资料
[1]
国内外显像管工业发展概述 · 中国知网[引用日期2020-06-12]
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