浅谈彩色显象管

大家知道，自然界里的绝大多数彩色光都可由红、绿、蓝三种基色光相加或相减而成。人们只要将这三种基色光按一定的比例进行调配，就能得到所期望的各种彩色光。例如红光和绿光混合可得黄光；红光和蓝光混合可得紫光；蓝光和绿光混合可得青光等等。这就是三基色原理，彩色显象管就是根据这种原理研制设计的。

彩色显象管是彩色电视接收机的重要部件，它是重显彩色图象的关键。彩色显象管的种类较多，目前世界上流行较多的是三枪三束彩色显象管，其次是单枪三束显象管，近年来又研制成功自会聚彩色显象管将是今后发展的方向。本文以三枪三束彩色显象管为主，着重介绍彩色显象管的结构、工作原理及几项主要的调整，供在使用和修理彩色电视机时参考。

三枪三束彩色显象管，又叫荫罩管。它由荧光屏、荫罩、电子枪及玻璃外壳四部分组成，如图1所示。

1．荧光屏：荧光屏的作用是重显三基色彩色图象。它与黑白显象管有所不同。黑白显象管的荧光屏上只涂有一种白色荧光粉。而彩色显象管的荧光屏的内壁上涂有红（R）、绿（G）、蓝（B）三种荧光粉小圆点，这三种荧光粉相互交错地排列成品字形，每三个（红、绿、蓝）小圆点组成一个象素，密集地布满整个屏面，如图2所示。每个荧光粉小圆点的直径约0.3毫米左右。由于荧光粉小圆点很小，排列很紧密，加上人眼的分辨能力有限，这样人们所感觉到的不是每个荧光粉小圆点的个别颜色，而是红、绿、蓝三种荧光粉相加混合成的彩色。通常要清晰的反映一幅彩色图象，需要40～50万个象素。假如屏幕上需要有40万个象素的话，就要有120万个荧光粉小圆点才行。荧光粉点越多，图象看上去越清晰。但是粉点增加过多，效果并不明显，反而在制造工艺上带来很多困难。

荧光屏的发光亮度与轰击荧光粉电子束的功率大小（即与电子束电流的大小和阳极高压的高低）有关，还与荧光粉发光效率有关。目前黑底管比较盛行，它是三枪三束显象管的一种改进型。这种管子在荧光粉小圆点的周围涂有一圈黑色物质（石墨），如图3所示。这些黑色包围物通常占屏幕面积的40％左右。由于有黑色包围物的存在，大大地提高了屏幕的对比度，但是使屏幕亮度略有降低。采用黑底管后，即使在白天，室内不要任何遮挡物也能够正常收看彩色电视节目。

2．荫罩：荫罩又叫分色板。它安置在距离荧光屏内表面10毫米左右的地方，见图1。荫罩是由厚度为0.15毫米的薄钢板制成，上面有规律地排列着数十万个小圆孔。荫罩上每个小圆孔对应于荧光屏上红、绿、蓝三个荧光点，如图4所示，故荫罩上小圆孔的数目为荧光屏上荧光粉点数目的三分之一。由于荫罩板的存在，可使红、绿、蓝三电子束从不同角度同时在荫罩孔处相交并通过，然后分别打在相应的荧光粉点上。所以，荫罩板起到了分色作用。

荫罩有两项重要技术指标：

①分辨率——即图象的清晰度。它与荫罩板上小圆孔数目的平方根成正比。孔数越多，组成图象的彩色小单元（即象素）越多，图象越清晰。但是，随着荫罩孔数目的增加，给制造荫罩和涂复荧光粉带来很多困难。所以设计时要综合考虑。

②透过率——即电子穿过荫罩板小孔打在荧光屏上的百分率，为单位面积上荫罩孔所占面积与单位面积之比。透过率越高，电子的利用率也越高，图象就越亮。提高透过率有两个途径，一是增加荫罩孔的数目，这是有限度的，因为随着荫罩孔增多，孔与孔之间的节距也越小，目前47厘米彩色显象管孔与孔之间的节距只能做到0.56毫米。二是增大荫罩孔的孔径。但是孔径太大时容易产生混色现象。一般要求孔径应小于荧光粉小圆点的直径。47厘米彩色显象管的孔径约为0.25毫米。设计时应将亮度和色纯度综合起来考虑。

由于电子束在荧光屏中间的打中率较高，在边缘部分的打中率较低，也就是说图象中心部分不容易引起混色，所以，荫罩板中心部分的孔径允许大些。从中心到四角处孔径逐渐变小。中心部分的孔径加大后，可以提高透过率，从而使亮度提高。一般中心部分的透过率为17％左右，四角处的透过率为10％左右。因此四角处的亮度为中心处亮度的80％左右。

3．电子枪：三枪三束彩色显象管有红、绿、蓝三支独立的电子枪，它的任务是提供三束直径很细的电子流，故有三枪三束之称。三支电子枪围绕着管轴排列成正三角形（相隔120度），其构造和尺寸完全相同。三支电子枪的灯丝并联在一起，灯丝电压一般为6.3伏，电流为0.7～0.9安。每支电子枪的工作原理、各电极所起的作用与黑白显象管相同，所不同的是阳极高压比黑白显象管要高。由于有荫罩小孔间隔的遮挡，彩色显象管只有20％左右的电子通过荫罩孔打到荧光屏上，80％的电子能量被荫罩吸收使荫罩发热。另外彩色荧光粉的发光效率也比白色荧光粉低。因此，同样尺寸的彩色显象管的阳极电压是黑白显象管阳极电压的1.3～1.7倍，屏幕尺寸越大，要求阳极电压也越高。通常用提高阳极电压的办法来弥补亮度的不足。

电子枪有以下主要技术指标：

①单束电流——即一支电子枪阴极所发射的电流，一般为200微安左右。对于同一型号的显象管来说，单束电流大的比较好，可以提高屏幕的亮度。

②束截面——即打在荧光屏上电子束的尺寸。此值与所选管型有关，非黑底管的束截面直径应小于荧光粉点的直径，黑底管的束截面应大于荧光粉点而小于黑色包围圈。

③截止电压——即加速极在正常工作电压（200～900伏）下，当阴极电流为零时，阴极与调制极之间电位差的绝对值。一般在80～120伏。必须正确的选定截止电压，以保证电子枪有合适的工作点、更重要的是三支枪的截止电压应一致，否则会引起图象颜色失真。

④调制量——即阴极从截止状态变化到正常工作状态时，阴极电压的变化量，通常为20伏左右。此值小一些较好，这样可用较小的信号就能触发显象管正常工作。要求三个电子枪的调制特性要一致，否则也会使图象颜色失真。

4．玻璃外壳：玻璃外壳包括管颈、锥体和屏面三部分。其作用与黑白显象管相同。近年来荧光屏四角的造型更趋于直角化，球面屏的曲率半径也越来越大（趋于平面）。但是这种玻璃外壳抗大气压的能力差，要采取防爆措施。显象管屏面的尺寸越大，越要注意防爆。

下面谈谈三枪三束彩色显象管的工作原理。

当电视台发送的三基色信号经解码器解调后，分别去控制红、绿、蓝三支电子枪时，根据画面颜色的不同，三支枪的工作状态也不同。如画面为纯红色时，红电子枪工作，而绿、蓝电子枪处于截止状态；如画面为青色时，红电子枪截止，而绿、蓝电子枪按一定的比例发射电子流；如画面为白色时，红、绿、蓝三支电子枪同时按一定比例发射电子流等等。要正确地重显彩色图象，红、绿、蓝三支枪发射的电子束必须严格地打中各自相对应的荧光粉点才行。即红枪发射的电子束应打在红色荧光粉点上，绿枪发射的电子束应打在绿色荧光粉点上，蓝枪也如此。为了使每支电子枪所发射的电子束不打到相邻的荧光粉点上去，利用荫罩板来进行分色。当三电子束从三个方位以一定的入射角同时在荫罩面上相交并通过某个荫罩孔时，由于荫罩板的作用，分别打到相对应的荧光粉点上去。当射束继续沿着行扫描方向移动时，将被荫罩片截获，直至扫描到下一荫罩孔时，又分别打中相应的荧光粉点。就这样一个象素一个象素的扫描下去，便显示出一幅鲜艳夺目的彩色图象。

为了使红、绿、蓝三支电子枪发射出的电子有规律地同时通过每个荫罩孔，并打中相应的荧光点，除了要精密设计和精心制作电子枪系统外，还要对管内外各零、部件进行精细的装配和调整，现介绍一下彩色显象管的几项主要调整。

1．色纯度调整：

所谓色纯度是指彩色显象管每个基色光栅颜色的纯度。纯度良好，即红、绿、蓝每个单色光栅中不应混杂其他颜色。当三基色光栅同时出现而混合成白色光栅时，应无其他色斑。达到色纯度良好的必要条件是三条电子束组合成的轴线与荧光屏的轴线相重合。要做到这一点需要进行两种调节，称为色纯度调整。一是要使三条电子束能向任一方位一起偏转，二是要使偏转量能人为地控制。为了实现这两种调节，在管颈外附加一个色纯度校正磁铁组件，如图5（a、b）所示。该组件由两个磁环组成，它们各自在管颈截面上产生一个横向磁场。磁环上做有突耳或者槽口作标记，当两个磁环的标记重合时，横向磁场强度为零。当扩大两个标记之间的夹角时，横向磁场强度增强，使电子束的偏移也加大。当保持两个标记之间的夹角不变，让两个磁环绕管颈一起转动时，三电子束的偏转方位也随着转动。

具体调整步骤如下：先关掉绿、蓝电子枪（一般是将电子枪的加速极电压减小到零），仅让红电子束进行扫描。同时将偏转线圈组件尽量向管坐方向后移，然后同时旋转两片色纯度磁铁，使合在一起的两个标记彼此分开，直到在荧光屏中心部位出现一大块红色圆斑为止。此时，中心部位以外的区域不必注意。中间部位调到最佳色纯后，将偏转线圈组件沿着管颈向荧光屏方向推移，直到整个光栅上出现尽可能好的红色纯度。随后关掉红、蓝电子枪，观看绿色光栅的纯度。再关掉红、绿电子枪，观看蓝色光栅的纯度。在观看后两种色纯度的过程中，可能要重新调整一下色纯度磁铁和偏转线圈，以兼顾三种颜色的色纯度。

2．白平衡调整：

白平衡调整也叫灰度统调。其目的一方面是为了保证用彩色电视机接收黑白电视节目时，使黑白图象不带任何彩色。另一方面也为会聚调整作了准备。如果三支电子枪的电性能完全一样，三种荧光粉的发光效率也完全相同的话，那么，整个荧光屏的白平衡是很容易达到的。然而红、绿、蓝三种荧光粉的发光效率是不同的，三支电子枪的截止点和跨导也不一样。为了补偿荧光粉和电子枪在光、电性能上的差异，需要进行白平衡调整。白平衡调整分两个步骤进行。

①低亮度调整——方法是先关断场偏转，让屏幕中心处只出现一条水平亮线。再让蓝电子束和绿电子束截止，调节红电子枪的加速极电压，直到红色扫描线刚好要消失或刚好要出现。用同样的方法对绿、蓝电子枪进行调整，调整的结果会使三支电子枪具有相同的黑色电平。实际上，这种调整是选择三支电子枪的工作点来弥补其截止电压、调制量和荧光粉发光效率的差异。

②高亮度调整——高亮度调整的目的是保证低亮度以外的其它各级灰度都能正确地重显并不带有彩色。调整的方法是改变三支电子枪阴极上视频信号的激励量。实际调整中，仅需调整绿电子枪和蓝电子枪阴极的激励电压，直到黑白图象或灰度信号中高亮度区域不带彩色或尽可能少带彩色为止，这样就算达到了目的。

应该指出，当显象管长期使用变旧后，三种荧光粉的发光效率都发生了变化，为了保证显象管在寿命期间始终保持彩色的逼真度，最好进行定期调整。

3．会聚调整：

在电子束扫描的过程中，使红、绿、蓝三电子束在荫罩面上会合在一起，并同时通过某个荫罩孔击中荧光屏上同一部位所对应的荧光点的技巧，称之为会聚。会聚校正包括静会聚和动会聚两部分，其径向会聚组件如图6所示（背视图）。静会聚是指电子束在不受任何偏转时，三电子束应会聚在荫罩板中心小孔处，并且各自打在相应的荧光粉点上。三电子枪在装配时，对正三角形的中心轴线有一定的倾斜度，通常为一度左右。这就使得三电子束大体上会聚在荫罩板的中心处。但是在制造和安装过程中，难免有一定误差，所以需要用永久磁铁来调节磁场的强度，使屏幕中心区域实现更好的会聚。在永久磁铁磁场的作用下，使三电子束作与磁力线相垂直的偏移，以调节三电子束沿径向运动的轨迹。图6中用箭头表示出三电子束沿径向的偏移方向。在安装三电子枪时，其位置也难免有些误差，所以电子束仅能沿着径向偏移还不够，很可能出现某电子束在水平切线方向打偏的情况。为此至少要有一束电子能沿着切线方向调整才行。通常是校正蓝电子枪，使蓝电子束相对于红、绿电子束作水平切线方向移动，达到三射束会聚的目的。蓝束切向偏转机构磁力线的分布情况及蓝电子束运动的方向如图7所示。在调节蓝束切向偏转机构时，很容易使电子束聚焦恶化，因此应同时调整电子枪的聚焦电压。

当电子束作水平和垂直扫描时，在屏幕上任何部位都应保证三电子束在荫罩面上相交并打中一组相应的荧光粉点，这叫做动会聚。要做到这一点，要求偏转线圈在扫描三电子束的过程中应一丝不差。可以设想，电子束在几百毫米的行程中，只要有0.1毫米的偏差（荧光粉点直径为0.3毫米左右），就会打到相邻的荧光粉点上去。通常设计偏转线圈时，是保证不了这一点的。所以需用动会聚磁场来校正这些误差。方法是在铁淦氧磁心上，绕上场动会聚线圈和行动会聚线圈（见图6）。当行动会聚校正电流和场动会聚校正电流通过会聚线圈时，就形成附加交变磁场，它对三电子束分别加上一定的附加偏转，来消除动会聚中的误差。只要选择适当的动会聚校正电流波形，就可达到动会聚的目的。

静会聚通常用点信号来调整。调整步骤是先转动红、绿静会聚永久磁铁，使红、绿光点沿径向移动，直到它们会聚成黄色光点。然后转动相应的蓝色静会聚磁铁，使蓝光点移动，直到它与黄光点水平对齐。而后调节蓝切向调整磁心（或磁铁），直至与黄光点重合而形成白色光点为止。从实践可知，静会聚调整是不费劲的，也就是说荧光屏中心部位的白平衡是很容易做到的，但是动会聚调整比较难。因为三电子束扫描到屏幕边缘时，电子束打偏的情况很复杂，在偏离屏幕中心以外的各个部位，可能出现种种混色现象。动会聚的调整是通过调节流过三组行、场动会聚线圈的校正电流来实现的。具体调整方法可参看显象管说明书上的图表，这里就不详述了。

为方便电视机维修人员，现将几种常用的三枪三束彩色显象管的主要数据列表如下。

图8（a、b）为单枪三束彩色显象管的结构和工作原理示意图。由图8可知，除了三个阴极是单独的并排在一条直线上外，调制极（M）、加速极A\(_{1}\)、电子聚集系统（A2\(_{3}\)4）和会聚系统等都是公用的。看上去像一支电子枪似的，故称之为单枪三束彩色显象管（简称单枪三束管）。

它与荫罩管不同的地方是：①单枪三束管的红、绿、蓝三种荧光粉是以纵向条状涂复在屏玻璃上。整个荧光屏上涂有几百组垂直三色荧光条。②单枪三束管的分色板是带有垂直隙缝的金属片制成，称为隙缝障板。障板上每条垂直隙缝，对应于一组三色荧光条。隙缝的数目也是荧光条数目的三分之一。当红、绿、蓝三电子束同时在障板处相交时，只有扫描到隙缝处的电子才能穿过障板打到荧光屏上。由于障板上金属条与隙缝宽度尺寸之比为4:1，故电子的透过率为20％。因此，单枪三束管的透过率要比三枪三束管高。③单枪三束管以单一的电子枪代替三支独立的电子枪，它有三个并排的阴极。因此电子束的聚焦过程与三枪三束管不同。由第二阳极（A\(_{2}\)4联在一起）和聚焦极（A\(_{3}\)）组成电子聚焦系统，当红、绿、蓝三电子束被加速极（A1）从三个阴极上拉出来后，在聚焦系统的作用下，使两边的电子束首先向中心电子束偏转，并在公用聚焦极的中心点处相交。交叉后，两边的电子束又沿着其运行的惯性方向分开。然后，两边的电子束又在会聚电压与阳极电压形成的静电场作用下向中心电子束靠拢，最后会聚在障板隙缝处，并分别打在荧光屏各自对应的荧光条上。

从上述聚焦的过程可以看出，单枪三束管中间的电子束（即绿电子束）不用调会聚，左右两电子束（即红、蓝电子束）也只有在水平方向出现打偏的情况。由于荧光条是垂直方向的，这样对垂直方向的会聚就要求很低，同时也不需要蓝束切线方向的调整机构。所以单枪三束管会聚调整比三枪三束管要简单。另外，电子透过率也比三枪三束管要高，所以屏幕亮度也高。以上是单枪三束管的主要优点。但是，单枪三束管的荧光屏面和障板都是圆柱面，柱面隙缝障板的强度差，制作也困难，不易大批生产，这是单枪三束管发展受限制的主要原因。

综合三枪三束管与单枪三束管的优缺点，近年来又研制成功自会聚彩色显象管，这种管子越来越引起人们的重视。由于篇幅限制，本文不准备作详细介绍，只介绍一下自会聚彩色显象管的特点。自会聚彩色显象管有以下特点：①自会聚彩色显象管与单枪三束管一样，三个电子枪在水平方向排列成一字形；②分色板上的垂直隙缝是不连续的，制成互相交错的小长槽孔，荧光屏上的三色荧光粉条与之对应，也涂复成相互交错的小条状，如图9所示；③三电子枪的间距很小，结构较精密。所以会聚误差小；④三电子束通过公共的调制极和聚焦极，这种结构的电子枪具有良好的聚焦性能和根高的清晰度；⑤由于缩小了灯丝和阴极的尺寸，故加热快，开机即有图象，能做到快速起动；⑥荧光屏上每条荧光条之间都被黑底材料所隔开。因此分色板上的长槽孔允许开大些，由于黑底材料的作用，可大大提高图象的对比度和屏玻璃的透光率，这些都能提高亮度；⑦由于分色板上的垂直隙缝是不连续的，故隙缝障板和屏玻璃都能做成球面状，便于大批生产。(北京显象管厂 邹家祥)