电视显像管

显像管的功用是重显被传送的图像，它是电视接收机中重要的元件之一。显像管的工作过程可以简述如下：由阴极发射出来的电子，被聚成一股很细的电子束，它以高速轰击荧光屏并使之发光，于是我们就会看到一个光点（亮点）。如果电子束是按一定的规律在荧光屏上进行高速度的扫描运动，那么显像管上就呈现出一个明亮的“光栅”。改变加到控制栅极的负电压数值，就会改变电子束的强度，因而改变发光点的亮度。如果我们将接收到的图像视频信号电压加到控制栅极和阴极之间，那末光栅上不同部分就出现明暗变化，于是形成图像。

显像管的结构和工作原理与示波管相似，但是为了高质量地重显图像，对它应有如下几点特殊要求：（1）为了使图像更逼真、观看时不易疲劳，以及能容纳更多的观众，图像应有较大的尺寸，这也就要求荧光屏尺寸越大越好。现在一般显像管光屏尺寸，以对角线计约在0.3～0.6米之间；（2）图像的清晰度不仅和电视机的电路有关，更重要的还取决于显像管的质量。显像管的电子束截面尺寸愈小，图像愈清晰；（3）为了在白天也能看到清楚的图像，要求荧光屏能给出足够的亮度，一般要在3毫熙提以上；（4）要求图像有足够的对比度（即最亮和最暗处亮度的比值），使图像更加柔和。

显像管包括管面玻璃、电子枪和荧光屏三部分。图1就是流行的静电聚焦式显像管的结构图。

在显像管中，狭细的电子束是由电子枪形成的。静电聚焦式显像管的电子枪如图1所示，它包括了一系列的电极。其中的阴极做成圆筒形，用旁热式加热法，在其顶端涂上氧化物，受到筒内灯丝加热后便发射出电子。控制栅极一般是做成罩在阴极外面的金属圆筒，顶端中心有个小孔，以便通过电子束。它经常加有比阴极负数十伏的负电压，改变它上面的负压数值，就能控制通过它的电子数量，因而控制电子束的强度。加速极是圆盘形，中心也有一个小孔。它吸引由阴极发射出来的电子，使它朝着光屏前进。第二阳极由两节具有小孔的金属圆筒组成，两节之间用导线连接起来，然后用导电弹簧片和内部导电涂层相连。第二阳极上加有一万多伏的高电压，它把飞向荧光屏的电子进一步加速，使具有足够高的速度轰击荧光屏，以便产生足够的亮度。在两节第二阳极之间还套着一只直径较大的圆筒，叫作第一阳极。它和加速极、第二阳极等形成几千电子透镜，使电子束在荧光屏上会聚成一点，所以它又称为聚焦极。它通常加有零到数百伏的正电压，改变它的电压数值，就可以在荧光屏上获得良好的聚焦。

在显像管管面玻璃的内壁涂有一层荧光物质，受电子束轰击时就能发光，通称它为“荧光屏”。涂不同的荧光物质，能发出不同颜色的光来。在黑白电视机中要发白光，用的是硫化锌与硫化锡的混合物。荧光屏受到电子束轰击后，通常打击另一些电子，被打出的电子称为二次发射电子。二次电子为内部导电涂层，即第二阳极所收集。因而完成电流回路，如图1所示。

另外，在普通的显像管中，电子束打在荧光屏上产生的光是向四周散开的（图2a），其中约有50％是向后射损失掉。因此，现代新式的显像管中多采用金属化荧光屏，就是在荧光物质上再加上一层 很平滑和很薄（十分之几微米）的铝膜（图2b），由于它很薄，所以电子束易于通过。铝膜和第二阳极是连接在一起的，它们电位相同，因此提高第二阳极电压就同时会增加亮度。由于铝膜还起着反射镜的作用，因此可以把上述向后散射的光线向前反射回去，因而可使光屏亮度加培，对比度也有所提高。应当指出，电子注通过铝膜时也有能量损失，所以在第二阳极电压较低的管子中，是不宜采用金属化屏幕的，否则亮度反而减低。

显像管的管壳由管面玻璃、锥体和管颈等三个部分组成。由于图像是矩形的，所以近代显像管的管面玻璃也做成矩形（旧式的是圆形）。由于观看节目时室内总有些光线，这些杂散光线照射在荧光屏上会使图像的暗处变亮了，因而减低了对比度。为了减少这种影响，一般管面玻璃用透光系数为66%±5％的烟色玻璃做成。这时图像上的光线到达人眼时虽然也遭到衰减，但只有一次。而外来的光线先投射到图像上再被反射回来时则要遭受两次衰减，因此影响就小了，故对比度可以提高。

锥体部分的内、外壁都被涂上一层灰黑色的导电层。内壁的接第二阳极，外壁的通常用弹簧片接底板。它们之间构成一只500～1000微微法左右的电容，供第二阳极高压整流器作滤波之用。此外它们还可以遮蔽来自后面的杂散光线，以免投射在光屏上，因而对增加图像的对比度是有帮助的。

由于显像管内的真空度非常高，它的管壳受到数以吨计的大气压力，因此管壳玻璃要用得相当厚，以保证有足够的机械强度。所以对大型管子来说，其重量是很为可观。为了减轻重量和增加机械强度，有的管子的锥体部分不用玻璃而是用特种钢制成，称为金属——玻璃管。它的锥体就是第二阳极，因此在使用时要特别注意，以免触电。

一般是用电场或磁场来使电子束聚焦。聚焦部件的工作原理与光透镜聚焦相类似，故可称为“电子透镜”。聚焦就是不管电子发射出来时的原始位置与方向是怎样，都被聚集成一个很细的射束，射到荧光屏上。电子透镜有两种，用电场聚焦的称为静电透镜，用磁场来聚焦的则称为磁透镜。

静电透镜的聚焦原理如图3所示。如果在两个圆筒形电极上加以不同电压，“A”上加低电压，“B”上加高电压，则电力线和等位面如图中实线和虚线所示。当电子束由A方射向B方时，由于电子有力图以垂直方向穿过等位面的趋势，结果那些和轴成一角度向前散射出去的电子在透镜的左侧时将受到一个使它趋向轴线的力量，使它聚焦；而在右侧时则受到一个使它离开轴线的力量使它发散。但因为在右侧时电子速度较快，故聚焦作用仍将大于发散的作用，结果使电子束在前面的Q点聚成一点，这便是焦点。

图4表示现代静电聚焦式显像管（例如35SX2B）的聚焦作用。这里共有三只静电透镜。第一只由阴极、控制栅极和加速极形成；其等位面加虚线所示。由阴极上不同点和不同角度发射出来的电子通过这一透镜后在栅极前交叉成一点。过了这一点后电子重新散开。第二只透镜由加速极和第二阳极的左边一节形成；它起着辅助聚焦作用，把散开的电子在未进入第三只透镜前再作一定程度的会聚。第三透镜由第一阳极和第二阳极的右边一节形成（实际上和第二阳极左边一节也有关，图中的等位面是近似的），它对聚焦起着主要作用。经过这几个透镜作用后，电子束就在荧光屏上聚合成一点。为了对聚焦进行调节，通常第一阳极的电压是可变的。至于电极采用中心开小孔的方法则是为了进一步缩小电子束的截面，使得光屏上的焦点最小，有利于提高图像的清晰度。

还有用磁聚焦的显像管，是在管颈上围上聚焦线圈，并通以直流电流来产生聚焦作用的，这里就不再多谈了。

为了使电子束在荧光屏上扫描而产生光栅，就要使电子束按一定规律偏转。现代显像管一律使用电磁偏转，并且水平偏转和垂直偏转各使用一付偏转线圈。每付线圈包含两个圈数相等的绕组，相互串联。图5上以垂直偏转线圈为例来说明偏转的道理。垂直线圈是放在显像管管颈的左右侧。因此产生的磁场是水平方向的。我们知道，当电流以垂直方向流过磁场时，它将受到一个力的作用，其方向由左手定则决定（图5b）。电流的方向和电子束运动的方向相反，用中指表示；磁力线方向用食指表示；大拇指则表示电子束偏动方向。所以如图所示，当电子束穿过该水平磁场时，就会受到一个迫使它向上偏转的力。偏转角度的大小取决于磁场的强弱。当垂直偏转线圈内通过一恒定的直流电流时，电子束就会向上（或向下，如电流反方向流动）偏转一个固定的角度。但如果电流是交流的，那末它所产生的磁场强度也随着变化，因而偏转角度也在不断变化。在电视接收机中，这个交流电流就是一个锯齿形电流（图5c）。当电流为负的最大直时，电子束在光屏的上端。此后电流慢慢增长到零，这时电子束相应地由上而下，偏到光屏的中心（电流为零时电子束就没有偏转）。接着当电流变为正的最大值时，电子束就到达光屏的最下端。然后，电流从正最大值急速下跌到负的最大值（这相当于返程），电子束很快地由荧光屏下端跳回上端，于是完成了一个垂直扫描的周期。水平偏转线圈使电子束偏转的原理是一样的，但由于它放在管颈的上、下侧，所以使电子束水平地偏转。在这两种偏转线圈联合作用之下，电子束便一行一行地由荧光屏上端扫到下端，然后又回到上端再往下扫，如比循环不已。

图5b所示方形偏转线圈的形状点空间太大，并不合用。实用上是把它沿管轴弯成马鞍形，如图6所示。这样体积可以缩小，而且两绕组的内部磁场得以完全加在管内，效率也提高了。

图6a示整个偏转线圈的外貌，其中水平偏转线圈是在里面，紧贴管颈，这样就可以提高水平偏转的灵敏度。而垂直偏转线圈则紧包在外面。两付线圈的轴线互相垂直。

为了获得高质量的图像，要求在偏转线圈所围绕的管颈内有一个均匀的偏转磁场，因此必须适当设计偏转线圈，使在管颈四周各处的圈数不同才能达到目的。图6b上以水平编转线圈为例画出了它沿管颈各处圈数的分布情况（垂直偏转线圈的位置与它相差90°，为了清楚起见没有画出来）。关于这方面问题，由于篇幅所限，就不再详细分析了。

为了提高偏转效率，通常线圈外面都包有铁淦氧磁环，以减少外部磁阻，使磁场集中在管颈内部。

有时需要把光栅整个移动，以便使光栅的中心和光屏的中心相重合，从而使画面端正合适。为此在静电聚焦的显像管中就需在偏转线圈后面加上一个永久磁铁（图7），利用它的磁场来使电子束产生固定的偏移。转动小磁铁及铁夹，就可改变磁场的方向，因而使整个光栅也向不同方向偏移。按相对于这个聚焦系统的轴移动它，就会使整个光栅移动。这种调节叫作“中心位置调节”。

在显像管内，除了有电子外，还会出现负离子。这些离子的质量比电子重1840倍以上，而由于磁场对带电微粒的作用与微粒的质量的平方根成反比，因此磁场对负离子几乎没有偏转作用。所以负离子将固定轰击光屏的中心一处，不久就会使这里的光屏被烧伤而出现暗点，这叫做“离子斑”。为了消除这种故障，一般显像管中采用有离子阱的电子枪。这种离子阱的作用如图8a所示。电子枪是做成弯曲的。在管颈外面加上一只“离子阱磁铁”，产生一磁场，其方向如图所示是由读者朝向画面。电子束受到这个磁场的作用，就向下偏转，沿管轴方向射向光屏。而这个磁场对负离子不起作用，负离子不被偏转，它一直射向第二阳极，被吸收掉，这就不会射到荧光屏去。经常使用的离子阱磁铁如图8b所示。

荧光屏涂铝膜的显像管可以不用离子阱，因为负离子的速度较慢，不能透过铝膜，所以不会损坏光屏。但也有少数显像管却同时采用上述两种方法。

由于显像管受到外部强大的大气压力，因此使用时必须小心，不要碰击它，以免破碎。拿显像管时，应该拿荧光屏两边，不应拿管颈和近管座的封焊处，因为这些地方都是最脆弱的环节。装置显像管时应垫以有弹性的软东西。显像管破碎时玻璃碎片会飞溅出来，可能伤人。装置时脸上应戴上透明塑料面罩，脖子上围上厚织物，带上厚手套等以防万一。拆卸显像管的工作如果是在切断电源不久后进行，那末应将第二阳极接头和外壳导电涂层间用绝缘好的导线多次短路放电，以免人手触及时遭到电震危险。没有包装好的管子不能运输和存放。在观看电视节目时也不用害怕显像管破碎伤人，因为电视机在荧光屏前面照例总有一块机械强度很高的保护玻璃。

使用显像管时，各电极的工作电压不应超过极限值，也不容许有两个电压同时达到极限值。此外，当工作电压过度降低时对管子的寿命也是有害的。（黄锦源）