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阴极射线管 第二组 1 阴极射线管 1 阴极射线管的历史 2 阴极射线管的原理 3 CRT显示器 4 CRT的优缺点 5 CRT的应用及发展前景 6 总结 目录 2 威廉 克鲁克斯 William Crookes 阴极射线管的历史 3 菲利普 莱纳德 PhilippEduardAntonvonL n rd 证明了阴极射线有某些化学效应 例如使照相底片感光 使空气变成臭氧 使气体电离导电等等 还发现射线在气体中散射 散射随气体的密度而增加 射线对不同物体的穿透本领不同 吸收率和物体密度有直接的关系 勒纳证明了阴极射线即使在真空中也带负电 还发现阴极射线有不同的类型 它们在磁场中偏转的程度不同 获得1905年的诺贝尔物理学奖 阴极射线管的历史 4 阴极射线管的历史 约瑟夫 约翰 汤姆逊 JosephJohnThomson 1856 1940 Eq BqvBqv mv 2 rorEq mv 2 r氢原子的荷质比值大1700倍1906年的诺贝尔物理学奖 5 威廉 康拉德 伦琴WilhelmR ntgen1895年11月8日 阴极射线的研究 伦琴把玻璃管用黑纸紧紧地蒙上 通电后阴极射线发出的光被遮住了 氰化铂钡却依然发亮 断电时就不见了 伦琴用10张黑纸包着玻璃管或以铝板把玻璃管和荧光屏隔开 荧光屏仍亮着 把厚铅板夹在里面试试 亮光突然消失 铅板一拿开 又重新发亮 伦琴把手插进去一看 在荧光屏上模模糊糊有手骨的形象 手的轮廓也隐约可见 由于这是一种性质不明的新射线 就姑且称为 X线 1901年他成为诺贝尔奖金第一位物理学奖金获得者 阴极射线管的历史 6 阴极射线管的历史 卡尔 费迪南德 布劳恩 KarlFerdinandBraun 7 阴极射线管的原理 1 基本概念 阴极射线管CRT 它是可以发出射线 将电信号转变成光学图像的一类电子束管 主要由电子枪 偏转系统 荧光屏 管壳构成 8 阴极射线管的原理 2 工作原理 阴极射线管由玻璃制作 在真空排气时密封 加热时高速的电子束由电子枪发出 经过磁偏转系统就会到达荧光屏的特定位置 由于荧光物质在高速电子的轰击下会发生电子跃迁 即电子吸收到能量从低能态变为高能态 由于高能态很不稳定 在很短的时间内荧光物质的电子会从高能态重新回到低能态 这时将发出荧光 屏幕上的那一点就会亮了 9 CRT显示器 1 基本概念 CRT显示器学名为 阴极射线显像管 是一种使用阴极射线管的显示器 主要由电子枪 加速系统 聚焦系统 偏转系统 荧光屏及玻璃外壳 它是应用最广泛的显示器之一 10 CRT显示器 电子枪阴极 由灯丝加热发射电子 控制栅a 加上负电压后 能够控制通过其中小孔的电子束的强弱b 通过调节负电压的高低来控制电子数量c 即可控制屏幕上相应点的亮度 11 CRT显示器 聚焦系统 通过电场和磁场控制电子束变细 保证亮点足够小 提高分辨率加速系统 加正的高压电 几万伏 使电子束高速运动偏转系统 控制静电场或磁场 使电子束产生偏转 最大偏转角是衡量系统性能的最重要的指标 显示器的长短与此有关 荧光屏 电子束轰击时发出光辉 12 CRT显示器 2 CRT的工作原理 由阴极放出的电子通过控制栅极后变成电子束 该电子束在聚焦系统的作用下进一步聚焦 形成很细的束 然后在超高压电场 通常为15000 20000V 的加速下轰击屏幕表面的荧光体从而发光 荧光屏 电子 电子束 聚焦 方向 轰击 13 CRT显示器 3 CRT的分类 CRT可以分为单色CRT和彩色CRT两类 单色CRT只有单一的电子枪 仅能产生黑白两种颜色 它的主要用途是在电视机中显示图像 以及在工业控制设备中用作监视器 14 CRT显示器 彩色CRT电子枪中设有三个阴极 分别发射电子束 主要采用荫罩型结构 通过红 R 绿 G 蓝 B 三原色组合产生彩色视觉效果 荫罩 为了防止每个电子束轰击另外两个颜色的荧光体 在荧光面内侧设的选色电极 15 CRT显示器 式中 为荫罩与荧光屏的距离 为孔距放大率 为从电子枪到荧光面的距离 为电子枪的束间距 为电子束排列方向的荫罩孔距 为电子束排列方向的荧光屏上同一色荧光体的点间距 荫罩与荧光屏的距离可根据几何关系由下式确定 16 CRT显示器 4 CRT的性能及表征 余辉时间 持续发光时间 电子束离开某点后 该点的亮度值衰减到初始值余辉时间长于0 1s的称为长余辉发光 介于0 1s至0 001s的称为中余辉发光 短于0 001s的称为短余辉发光刷新 Refresh 要保持显示一幅稳定的画面 必须不断地发射电子束刷新频率 每秒钟重绘屏幕的次数某种CRT产生稳定图像所需要的最小刷新频率 1秒 荧光物质的持续发光时间 例如 1000 40 25Hz 17 CRT显示器 分辨率 Resolution CRT在水平或竖直方向单位长度上能识别的最大像素个数 单位通常为dpi dotsperinch 在假定屏幕尺寸一定的情况下 也可用整个屏幕所能容纳的像素个数描述如640 480 800 600 1024 768 1280 1024等等 像素 Pixel 构成屏幕 图像 的最小元素 荧光粉的发光效率是指每瓦电功率能获得多大的发光强度 18 CRT显示器 屏幕的亮度取决于荧光粉的发光效率 余辉时间及电子束轰击的功率 从上式可以看出 欲增大亮度可以加大电流密度和电压 两者中以提高电压更为有效 19 CRT的优点 CRT最大的优势是性价比很高 即在相对低的价格下获得所必需的各种功能和性能 而且 可以进行大画面高密度显示 彩色CRT与单色CRT在装置的布局上无本质变化 可进行无级辉度调节的全色显示 特别是CRT采用电子束扫描方式 与其他电子显示采用矩阵阵列的扫描方式不同 所需要的驱动电极数极少 20 CRT的优点 在辉度 对比度指标上 与其他显示器相比 CRT也处于有利地位 显示亮度可以任意调节 而且 从电视机用CRT 超高密度显示用CRT到分析观测CRT 均可根据不同使用目的自由设计 从而应用范围极为广泛 21 1 耗电量大2 尺寸大 重量大 CRT的缺点 CRT显示器 CRT显示器与LCD显示器对比 22 3 无法制造较大面积的显示屏技术上的困难 较大真空玻璃外壳容易破裂显示面积较大时 扫描频率降低 无法显示运动影像4 受电磁场影响 容易发生线性失真5 存在辐射 影响使用者身体健康 CRT的缺点 CRT画面失真 23 电视用CRT的发展趋势 主要是大型化 此外设计和采用先进的电子枪 通过管面处理提高对比度 采用纯平 超平显示屏 缩短CRT的长度 降低CRT的功耗等 目前在许多方面都取得了新的进展 目前计算机显示器的CRT已慢慢被液晶显示器所代替 随着银行自动取款机的普及 CRT作为金融终端的应用增加很快 这种用途对图像分辨率无过高要求 CRT的应用及发展趋势 24 飞机 汽车 轮船等搭载的CRT可以向操纵者提供各种信息 显示的信息量大 在这些应用中 与一般的室内应用相比 工作条件比较苛刻 对防振 防尘 防潮 耐热 抗干扰等有更严格的要求 医疗检测设备等用CRT 将提供诊断的依据 所以对CRT的辉度 解像度 灰度等级及对比度等都有十分严格的要求 用CRT对超高速现象的观测一直是人们研究开发的重点之一 通过配套电路与之配合 目前的示波器已能适应GHz信号的观测 部分产品已实现彩