第三章黑白显像管及黑白电视接收机原理

方法：
将摄像管输出信号开γ次方后再送出给显像管，即 可获得总的亮度的线性转换关系。
§3.1 黑白显像管
显像管的基本参数可分为机械参数、电气参数和光 学参数三大类。
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。
偏转角也不能太大，因为偏转消耗功率约与偏转角的三 次方成正比，因此，以90o~110o为宜。
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随图 像信号规律的变化，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。
§3.1 黑白显像管
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越高，从而抬高了 阴极电平而使栅、阴极间电压越负。 阴极电流（电子束流）就越小，则显像管显示 亮度越暗，重现图像是正确的。
§3.1 黑白显像管
锥体内外壁均涂有石墨导电层，作用如下：
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。
外壁石墨导电层接地，以防止管外电场的干扰。 内壁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。 内外石墨导电层间形成一个电容，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。
当阴极被加热后，阴极表面材料向外发射电子。
§3.1 黑白显像管
(2) 控制栅极(G)呈圆筒状，套在阴极外面，圆筒中间开有一 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，从而控制对应光点的明暗。 电子束的截止电压约-30V ~ -90V之间。
折合振子
指向 电视台
反射器 引向器
图3.6 折合振子多单元天线
§3.2 黑白电视机原理框图
天线的作用：
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） 阻抗匹配器（使用室外天线时）
天线种类很多，性能差别也很大。综合表征天线接 收电磁信号能力的参数包括：
§3.1 黑白显像管
为了提高屏幕亮度及减弱闪烁效应，荧光粉应 具有余辉特性。
但余辉时间不宜过长。
原因：防止造成前后两帧图像重叠出现而使清晰度
下降。
应采用余辉时间小于1ms的荧光粉。
§3.1 黑白显像管
在荧光粉附着表面蒸发制成厚约1μm的铝膜。铝 膜具有如下作用： (1) 可以挡住内部杂散光，从而提高图像对比度； (2) 可以提高亮度。高速电子束轰击荧光粉发光时, 可 将射向反方向的光反射回屏幕；
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
§3.2 黑白电视机原理框图
伴音通道：伴音中放限制器、鉴频器、音频电压功率放大器
和扬声器
§3.2 黑白电视机原理框图
图像通道：视频放大器和显像管
§3.2 黑白电视机原理框图
天线
天线是高频信号能量与空间电磁波能量互相转换的 装置。 由高频电视信号能量转换为空间电磁波能量的装置 称为发射天线，例如电视台的蝶形天线； 由空间电磁波能量转换为高频电视信号能量的装置 称为接收天线，简称天线。
数字电视机原理
物理学院 电子信息工程专业 2012春季学期
为了便于了解电视机各部分的作用、原理，第 三章主要对黑白显像管及黑白电视机方框图进行讨 论分析。
第三章 黑白显像管及黑白电视 接收机原理
§3.1 §3.2 §3.3 §3.4 §3.5 黑白显像管 黑白电视机原理框图 信号波形及频谱变换 通道频率特性对图像质量的影响 黑白电视机的主要技术要求
§3.1 黑白显像管
(3) 加速极(第一阳极)A1，其外形像中间开孔的圆盘。 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。
§3.1 黑白显像管
(4) 高压阳极(A2 ，A4)，由两个圆筒状电极组成，A2与A4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。
§3.1 黑白显像管
§3.1 黑白显像管
显像管的作用是什么？
显像管是电视接收系统的终端显示器件，它将 图像信号还原为光图像。
显像管的重要性
显像管的特性和要求是整个电视机设计的基本依据。例如， 扫描光栅的组成、信号通道增益、视频图像信号的极性选 择、电视机的功率消耗以及偏转线圈扫描电流特性等，都 是根据显像管的特性和要求而定的。
正极性图像信号应从显像管的栅极输入，否则 会在荧光屏上出现“负像”。
§3.1 黑白显像管
iK 调制特性曲线的斜率： u gk
阴极电流iK
表示显像管的灵敏度，即 栅——阴电压对阴极电流的 控制能力。
栅、阴极之 间电压ugk， 始终为负值
当阴极电流iK为零时的截 止电压，即ugk=ugk0，电子 束流将被完全抑制，荧光 屏不发光。
单通道式接收机的优点
因为图像和伴音可共用同一中放电路，因此可节省 元器件、简化电路； 单通道式可保证伴音中频的准确性，提高伴音鉴频 电路的稳定性。
我国均采用单通道超外差式电路结构
§3.2 黑白电视机原理框图
图 3 . 4 单 通 道 超 外 差 式 电 视 机 原 理 框 图
A N C
§3.2 黑白电视机原理框图
否则可能会烧坏荧光粉层； 因该电流过大造成高压阳极过负载、高压下跌，会 影响聚焦和亮度。
§3.1 黑白显像管
显像管调制特性的非线性校正
指γ校正或灰度校正。
设显像亮度Bd 与阴极电流呈线性关系，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。
§3.1 黑白显像管
显像管的灰度失真怎么产生的？
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；
在显像管锥体内侧的石墨导电层形成一个均匀的等电位空 间，保证电子束进入此空间后径直的飞向荧光屏，而不产 生杂乱的偏离和散焦。
§3.1 黑白显像管
(5) 聚焦极(第三阳极A3)，是套在A2 、A4之间的金属圆筒电极。 通常加有几百伏正的直流电压，调整该电压大小，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3.3 显像管调制特性曲线
表征显像管的工作特性
§3.1 黑白显像管
最大调制量
指阴极电流由0μA变到50μA时， 栅、阴电压变化的数值，即
ugk | ugk 0 | | u gk 50 |
最大调制量越小，表示显像 管灵敏度越高，反之则越低。
由上图可看出，阴极电流随栅、阴电压以指数规律变化，其控 制作用为非线性的。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。
§3.1 黑白显像管
铝膜是怎么避免产生离子斑的？
铝膜可挡住体积大、速度低的负离子，使负离子 不能穿过铝膜到达荧光屏。 但质量小、速度高的电子却极易穿透铝膜射向荧 光粉层。
§3.1 黑白显像管
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、屏面玻璃制成的荧光屏。
玻璃锥体：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。
若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，则有：
Bd kB0
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。
上式说明，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产生灰度失真，称为γ失真。
§3.1 黑白显像管
这种γ失真，是发生在千家万户的电视机中，而这 种γ失真校正，是在电视台进行的。
§3.1 黑白显像管
理论与实践都证明，阴极电流与栅、阴极电压间 关系如下： ik k (ugk ugk 0 )
是比例系数，与阴极特 性及其它电极构造等因 素有关 为显像管电光转换特性的非线 性系数，其值为2~3之间
实际上，黑白显像管白色电平所对应的阴极电流 不能超过150μA~200μA。
单通道式接收机
在该 接收机中，将高频调谐器送出的图像中频信号
和伴音中频信号通过同一中频放大器。 该中频放大器称为图像中频放大器，主要放大图像 中频，对伴音中频放大作用很小。 中频放大后的信号同时加到视频检波器上，经视频 检波后，最终将获得的第二伴音中频信号(6.5MHz)与视 频图像信号分开。
§3.2 黑白电视机原理框图
天线增益 通频带 输入阻抗 方向性
§3.2 黑白电视机原理框图
阻抗匹配器
根据高频电视信号的特点，高频头都设计成不平衡 输入方式(这样便于屏蔽)，输入阻抗为75Ω。这样，天线 与高频头之间必须进行阻抗匹配和传输方式匹配。
§3.2 黑白电视机原理框图
室内电视天线常用双鞭拉杆天线。它的输出阻抗≤75Ω， 方向性差，增益低，但使用方便，价格低。
图3.5 双鞭拉杆天线
Baidu Nhomakorabea
双鞭拉杆天线传送电视信号的方式是平衡式输出(即双线 传送)。它一般用于电视信号较强、 接收环境较好的地方。
§3.2 黑白电视机原理框图
室外天线多数采用由折合振子和反射器、引向器组成 的多单元天线，又称为八木天线。
§3.2 黑白电视机原理框图
双通道式接收机
该 接收机的伴音信号在高频调谐后就与图像信号分
开了。 (1) 伴音信号和图像信号分别通过伴音中放和图像中放， 将伴音中频信号和图像中频信号放大； (2) 然后，再分别经过频率检波和幅度检波，将音频伴音 和视频图像信号送到扬声器和显像管。
§3.2 黑白电视机原理框图
电视机的收看质量，图像的清晰度、对比度、灰度、亮度、 灵敏度等主要指标及彩色效果好坏都最终表现在显像管上。 因此，要获得高质量的电视图像，必须有一个高质量的显 像管。
§3.1 黑白显像管
图3.1 显像管结构示意图
显像管由电子枪、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炸。
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。
§3.2 黑白电视机原理框图
§3.2 黑白电视机原理框图
电视机 利用接 收天线 接收全 射频电 视信号 荧光屏显示图像
信号处理
扬声器播放伴音
目前，电视接收机采用超外差式，按接收伴音信号 方式不同，有： 单通道式 双通道式
§3.1 黑白显像管
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，它在高速电子 束的轰击下发白光。 荧光粉层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，一般限制该电流在100μA以下。
(3) 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；
(4) 可保护荧光屏不出现离子斑。
§3.1 黑白显像管
离子斑是怎么产生的？
在高速电子轰击下，显像管内残存的气体会发生 电离，其负离子与电子一样受到加速电场的作用射向 荧屏。
负离子质量比电子大几千倍，偏转磁场使它偏转 的角度很小，因此这些负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”。
§3.1 黑白显像管
显像管如何产生光栅或显示图像的？
是依靠在栅极与阴极之间施加不同的电压，以 控制阴极电流（与电子束流方向相反）的大小而实 现的。
无图像信号输入时
栅、阴极间加的是直流负压，在偏转磁场的作 用下，屏幕各点对应的阴极电流处处相等，因而屏 幕显示的是亮度均匀的光栅。
§3.1 黑白显像管
§3.1 黑白显像管
电子枪
电子枪安放在管壁内，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，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。
§3.1 黑白显像管
图3.2 四极电子枪聚焦示意图
(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。