彩色显示器的组成原理.doc

第十章 彩色显示器的原理与维修江西工业工程职业技术学院 丁强华编参考教材计算机维护与维修丁强华主编，煤炭工业出版 计算机处理的是并行数字信号，而显示器仅能处理串行模拟信号，因此必须通过显示卡将数字信号处理为TTL电平信号或模拟信号。 10.1 彩色显示器的组成原理 一、彩色显示器电路组成与功能 彩色电视机由图像高中频电路（高频头、中频放大器、视频检波器）、伴音电路(伴音中放、鉴频器、低放放大器)、色度电路(色解码电路、基色解码电路)、亮度电路、同步分离电路、行扫描电路(鉴相器、行振荡器、行激励、行输出、中高压电路)、场扫描电路(场振荡器、锯齿波形成电路、场激励、场输出)、电源电路、显像管及附属电路等组成。 彩色显示器没有图像高中频电路、伴音电路、色度电路、同步分离电路等。它主要由电源电路，系统控制电路，模式识别和切换电路，行、场扫描电路，视频R、G、B模拟三基色信号放大处理电路及显像管附属电路等组成。 与彩电的异同 和彩电相比，电路上与彩电相同的电路有：行、场扫描电路；电源；显像管附属电路；视频电路。 没有的电路有：伴音电路、图像高中频电路、同步分离电路、色度电路等。 相同部分不同的方式有：行、场同步信号外输入；视频电路直接输入RGB三基色信号；行场扫描频率更高，并采用逐行扫描，显像管显示点更小，图象更清晰，便于近距离观看。 彩显特有的电路 特有的电路包括副电源电路、显示模式识别切换电路、节电电路、行场中心位置调节电路及光栅几何失真调节电路等。 1电源电路 彩色显示器的电源电路主要由主电源(也称一次电源)、行输出电源(也称二次电源)和节能电路组成。 1）主电源 主电源和彩色电视接收机的开关电源电路原理是类似的，其作用是为显示器整机电路提供工作所需的直流电源电压。和彩色电视机不同的是：主电源一般采用他激式开关电源，同时还为视频放大电路和灯丝电路提供电压。 2）副电源 对于多频数控彩色显示器，行、场扫描频率会随显示模式的变化而变化，而行、场偏转线圈的电感量使固定的，随着显示模式的提高，行频增加，行偏转线圈的感抗提高，行偏转电流减少，行幅变窄。为保证在行扫描频率变化的情况下行偏转电流基本恒定。因此，通过副电源的控制来实现行输出管电压的自动调整。 3）节能电路 显示器是整个计算机系统中消耗电能最多的部件。如17英寸彩显的功率约为1OOW，故显示器应具有绿色节能功能。当键盘和鼠标较长时间内没有使用时，应使计算机的硬盘停转和CPU的速度降到很低，进入休眠状态，使其功耗减少。同时可以使显示器行场扫描电路停止工作，甚至使电源电路停止工作，这样可使显示器消耗的电能进一步减小。 2模式识别和切换电路 由于多频数控彩显输入的信号有多种模式，不同模式的输入信号其行、场同步信号的频率和极性可能不相同，必须有一个模式识别和自同步调整电路，使显示器在各种显示模式下，显示的图像尺寸合适、高压稳定、亮度恒定。早期的模式识别电路一般由行、场同步信号极性转换电路和行、场同步信号频率的自动跟踪与控制电路组成，电路结构十分复杂和繁琐。而多频数控彩显由于具有微处理器，使电路大为简化。微处理器根据输入的行场同步信号的频率和极性可自动识别出显示模式，并根据所识别出的模式对各受控电路进行控制。 3行扫描电路 彩色显示器的行扫描电路与彩色电视机行扫描电路类似，均设有鉴相器、行振荡、行激励、行输出和中高压电路。由于多频数控彩显的行振荡频率随显示模式的变化而变化，因此，多频数控彩显还设有自动S校正电容切换电路、逆程电容切换电路、自动行线性电感调整电路、行中心调节电路和行光栅调节电路等。可以看出，多频数控彩显的行扫描电路要比彩色电视机的行扫描电路复杂得多。 4场扫描电路 彩色显示器的场扫描电路和彩色电视接收机场扫描电路类似，一般均设有场振荡、场输出电路。但和彩色电视接收机电路不同的是其场振荡频率是随显示模式的变化而变化的，这样其电路就比彩色电视接收机场扫描电路复杂。 5视频信号处理和放大电路 该部分电路主要由三路视频三基色信号放大电路组成，对显卡输入的视频三基色信号进行放大、钳位，推动末级视频放大电路。和彩色电视机不同的是该视频放大电路的视频信号带宽很大，因此对该电路的要求也比彩色电视接收机对应电路的要求高。末级视频放大电路一般由三路共发-共基组成复合放大电路，以利于对此宽频带三基色信号的放大。 6系统控制电路(CPU电路) 系统控制电路是多频数控彩显的核心电路，主要由微处理器和外围的存储器等组成，完成对各种模拟量(亮度、对比度等)的控制和行场幅度、行场中心、枕形校正等，减少了以前电位器调整时出现的因接触不良造成的各种故障，增加了显示器的功能和可靠性。 二、显像管及显示原理 1彩色显像管结构与工作原理 1) 彩色自会聚显像管结构 显像管将电信号转化为光信号。它能够将计算机输出的字符或图像信息，以光的形式重现在荧光屏上。显像管是由玻璃作外壳制成的真空器件。荫罩式自会聚显像管主要由电子枪、玻璃外壳和荧光屏三部分组成，构造如图10-3所示。 2）电子枪各电极主要作用 电子枪用于产生受控电子束，并完成电子束的加速、聚焦等功能。它由灯丝、阴极、控制栅极、加速极、聚焦极和高压阳极构成。这些电极加上适当电压，电子枪就能发射一束聚焦良好的电子束，在阳极高压的作用下以极高的速度轰击屏幕上的荧光粉，使之发光。自会聚显像管的电子枪的结构如图10-4所示。电子枪各个电极的作用如下： (1)灯丝。用H、HT或F表示。灯丝接上额定的交流或直流电压，将产生热量，从而加热阴极，使之发射电子。灯丝电压要求稳定，彩色显示器的灯丝电压一般由电源提供。 (2)阴极。用K表示，彩色显像管有三个阴极，分别用RK、GK、BK表示。阴极是一镍制的小圆筒，其中一端开口，灯丝从开口端伸人筒内；另一端则封闭，在这一封闭端面的中心部位，涂有一小块金属氧化物，阴极被灯丝加热后，它上面的金属氧化物就会释放出大量电子，即发射电子。 (3)控制栅极。用C1表示。又称调制极(M)，是套在阴极外面的一个金属圆筒，在封闭端的中心部位开有一个小圆孔(栅孔)，让阴极发射的电子束通过。栅极通常加有060V的负电压，用电位器或CPU调整负电压来控制通过的电子数目，用来控制显像管的亮度。显示器栅极负电压一般由行输出变压器提供。 (4)加速极(Screen)。又称帘栅极或第一个阳极，在显示器中一般用G2表示。它是顶部开有小孔的金属圆筒，紧靠栅极。从阴极发射的电子，依靠阴极温度所获得的一点能量，还不足以远离阴极，而必须加一个正电场，以吸引这些电子，加速极就起到这种作用。加速极电压一般由行输出变压器产生，通过电位器(一般与行输出变压器做在一起)加到显像管加速极上，彩显的加速极电压一般为230450V。电压越高，显像管越亮。 (5)聚焦极(FOCUS)。又称第三阳极，一般用C3表示。虽然从栅极和加速极过来的电子一直在小孔中飞行，被限制在很小的范围内，但在以后的飞行中，又会因同性相斥而散开，若不加以控制，打在荧光屏上就不是很细的点，使图像模糊不清，为此在显像管中设置了聚焦极，它和其他极之间形成的特殊电场结构，迫使散开的电子向中间靠拢，使之到达荧光粉时正好会聚成一点，提高了图像的清晰度。彩色显像管聚焦极电压由行输出变压器产生，通过电位器(与行输出变压器做在一起)加到显像管聚焦极上。电压一般为58kV。 (6)高压阳极(H.V)。又称第二阳极和第四阳极，这两个阳极彼此相连，加有很高的直流电压，一般在2327kV，高电压形成的电场加速飞行中的电子，赋予电子更大的能量，让电子到达屏幕时，以巨大的动能激励荧光粉发光。 阳极高压由行输出变压器产生，通过显像管管壁上的高压插座加在内壁的导电石墨层上，然后再通过同石墨层相接触的簧片加到电子枪的第二、第四阳极。高压插座通常称为高压嘴。 3）玻璃外壳 玻璃外壳呈漏斗状，玻璃壳内抽成真空。 4）荧光屏 显像管荧光屏玻璃内壁涂有一层荧光粉，荧光粉点的直径为0.050.1mm，它们按红(R)、绿(G)、蓝(B)顺序重复地在一行上排列，下一行与上一行小点位置互相错开。荧光粉受电子轰击而发光，材料不同的荧光粉受到电子束轰击时会发出不同颜色的光。荧光粉表面有一层很薄的铝膜，与显像管阳极相连，既用来吸引电子，又可使荧光粉向内的光反射到屏幕外。在距荧光屏约10mm处设置一块薄钢板制成的网孔板，称为分色板或荫罩板。板上每个小孔对准一组三色荧光点使三个阴极发射的电子束，通过板上小孔撞击各自所对应的荧光粉点。所以三束电子束应在荫罩处会聚。 2彩色显像管显示原理 彩色显像基于三基色原理。三基色是指三种互相独立的颜色，如红(R)、绿(G)、蓝(B)三种单色，这三种单色按不同比例可以配出不同的颜色。这种彩色生成原理称为三基色原理，如图10-5所示。 控制K(R)、K(G)、K(B)电子束的发射，便能控制每组红、绿、蓝荧光小点的发光颜色。当人离屏幕一定距离后，由于用肉眼无法分辨每一个小点发光的颜色，因此从视觉上看是这些点的色光混色效果生成的颜色，这种混色法又叫空间相加混色法。 三、光栅与图像 从电子枪发射出的电子束在内部电场的作用下沿着管轴方向径直击中屏幕的中心部位，要想形成光栅，还必须使电子束偏转，形成扫描。在显示器中是用通电线圈产生的磁场来使电子束偏转的，这个偏转线圈套在玻璃外壳的管颈上。 电子束在磁场中会受到洛沦兹力的作用改变其运动方向。在CRT显示器中从阴极发射出的电子束会同时受到由行偏转线圈和场偏转线圈产生的合成磁场的作用。行偏转线圈中流通的是线性锯齿波电流，该电流产生的交变磁场使电子束沿水平方向从左向右周而复始地扫描。形成一条水平亮线。同理，在场偏转线圈产生的磁场的作用下，该水平亮线又以场扫描频率从屏幕顶端位置向屏幕底端位置周而复始地摆动，利用人眼的视觉暂留和荧光粉的余辉作用，从而在视觉上形成光栅。 光栅是产生图像的基本条件，没有光栅就谈不上形成图像和字符。如果从阴极发射的电子束受到从R、G、B三基色信号的控制，则三个阴极发射的电子束强度和时间便与视频信号的变化规律相一致。例如，当电子束从左向右扫描到屏幕中间位置时，使三束电子束均截止，则处在屏幕中线上的荧光点由于没有受电子束的轰击便不会发光，这样在屏幕上便会看到自顶向下的一条黑线，可把它看成夸张了的字母“I”。如果控制阴极，使其截止时间长，则该黑线就会变宽；同理，控制阴极起始截止时间，“I”字符使会在屏幕上左右移动其位置；控制阴极的截止深度(即电子束的强弱)，“I”字符的对比度将发生变化；如果扫描到屏幕中线位置时只让K(G)和K(B)截止，“I”字符便会由黑色变成红色