CRT显示器工作原理

常用输出设备

输出设备是计算机系统中必不可少的组成部分,它们可以分为硬拷贝和软拷贝两种输出形式。由于软拷贝输出设备属于一次性投资,无日常耗材消耗,所以成为计算机系统尤其是个人机必备的输出设备。

7.2.1显示设备

显示设备的种类繁多,就其显示原理可以分为发光性和非发光性两类;按工作原理可分为点阵式和扫描式两种。目前个人机的主流显示设备主要是彩色CRT(Cathode Ray Tube)显示器,在不久很可能会由液晶显示器(LCD:Liquid Crystal Display)替代。

1.CRT显示器工作原理

CRT显示器输出的是一幅画面,该画面是如何形成的呢?这可简单地归纳为:点→线一面。点(由电子枪发出的电子束)是组成图像的最基本单位,按照一定规律移动(扫描)的点形成了线(行),再由若干行组成一幅画面(一帧)。下面以单色CT显示器为例说明其工作原理。

单色CRT显示器的基本结构如图7.11所示,单色(Monochrome)显像管只能发出一种颜色。它的基本结构由电子枪、偏转系统和荧光屏3部分组成。

(1)电子枪

电子枪是能发射出一束很细的强度可控的高能电子束的显示器部件。电子枪由灯丝、阴极、控制栅极、加速极、聚焦极和高压阳极组成。

灯丝装在阴极套管里面,是加热阴极用的。当阴极被灯丝加热后,即可发射电子。控制栅极的作用是控制阴极发射的电子束到达荧光屏的数量。改变栅极相对于阴极的电位,就可以直接控制电子束的强弱,从而控制荧光屏上光点的亮暗。加速极的作用是控制阴极发射的电子束到达荧光屏的速度。通常在加速极上加有几百伏的正电压。如果不加正电压,阴极发射的电子束就不能通过控制栅极的小孔,荧光屏也就不能发光。聚焦极用于调节阴极发射的电子束的聚焦程度。高压阳极上加有9kV~16kV电压的强电场,以利于电子束的运动和提高荧光屏的亮度。

(2)偏转系统

偏转系统用以控制电子束在荧光屏上的上、下、左、右移动,以构成不同的字符、图形或图像。因为,由电子枪产生,并经聚焦的电子束只能固定在一个位置上。

偏转系统有静电偏转和磁偏转。为了实现大角度的偏转,CT显示器一般采用磁偏转系统。

磁偏转系统通常在CT显像管的管颈外面,安装了相互垂直的水平(行)偏转线圈和垂直(场)偏转线圈。在偏转线圈中通以电流,形成磁场,电子束在磁场中运动时,由于受到磁场的作用,从而实现电子束的偏转。

在偏转系统的作用下,电子束在屏幕上有规律的运动叫做扫描。计算机的CRT显示器一般采用光栅扫描,即把显示屏的左上角作为起点,通过偏转电路使电子束控制到左上角,然后让电子束沿水平方向,从左到右匀速地运动。电子束所经过的亮点连成一条直线,称为扫描一行,此为正扫过程。一行扫完,电子束光点再以极高的速度回到左上角的下一行的开始位置,回程时光点不亮,此为回扫过程。这一正扫和回扫过程构成一个水平扫描周期。之后,继续上述水平扫描周期,自上而下一行又一行,直到屏幕最末一行的右下角,一帧扫描完毕,迅速返回到左上角起点,同样回扫光点不亮,又开始下一帧。这一帧的正扫与回扫构成了一个垂直扫描周期。在不断地重复水平和垂直扫描周期过程中,除各回扫期间,通过水平和垂直消隐信号抑制电子束发射不形成亮点外,在整个正扫期间,可使显示形成一条一条水平扫描线,又称光栅。这种有规律的运动叫做光栅扫描,如图7.12(a)所示。

光栅扫描又分为逐行扫描和隔行扫描。逐行扫描是一行接一行地逐次扫描,一次扫描完成一帧画面。计算机显示器一般采用逐行扫描。隔行扫描是把一幅画面分为两次扫描,一次先扫描奇数行扫描线,形成奇数场:另一次再扫描偶数行扫描线,形成偶数场。一个奇数场和一个偶数场构成一帧,电视机显示器一般都采用隔行扫描。

为了实现光栅扫描,必须使水平(行)偏转线圈和垂直(场)偏转线圈中通以线性变化的锯齿波电流,以便各自形成的磁场能控制电子束分别作水平和垂直方向的运动,如图7.12b)所示。

(3)荧光屏

荧光屏是实现电信号转换为图像信号的器件。它是用沉积法将荧光粉涂敷在玻璃屏幕上制成的。涂敷不同的荧光粉,具有不同的荧光特性。不同的荧光粉在电子束的轰击下可以发出不同的颜色,常用的有白、绿、黄、琥珀色等。由于人的肉眼对绿色的灵敏度较高,且不易疲劳,所以在单色显示器中多采用绿色荧光屏。

荧光粉发光的总能量与其接收到的电子束的能量成正比。电子束的运动速度越快,电流密度越大,电子束停留时间越长,则该点的发光亮度就越高。

荧光屏在电子束停止轰击后,其发光有一个逐渐消失的过程,而不是立即消失。余辉时间就是指电子束停止轰击后,发光亮度下降到初始值的1%所需的时间。余辉时间小于1s的称为短余辉,1~100ms的为中余辉,大于100ms的则为长余辉。CRT一般多采用中余辉的荧光粉。

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