第4讲图形显示功能部件阴极射线管2.ppt
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1、1,计算机图形显示技术,2,第四讲 图形显示功能部件,彩色显像管工作原理 电子束穿透式显像管 阴极射线管的驱动电路 辉亮控制系统 偏转控制系统 聚焦控制系统 高压控制系统,3,彩色显象管工作原理 电子束穿透式显象管,电子束穿透式显像管是一种用来进行彩色显示的显像管。它常采用电聚焦。 其荧光屏上有两层荧光质,每层荧光质之间有透明的分离层。,4,电子束穿透式显象管,双 层 荧 光 质 示 意 图,5,彩色显象管工作原理 电子束穿透式显象管,这种显像管呈现的颜色与电子束穿透荧光屏的深度有关,而其穿透深度取决于加速电压的大小。 根据电子通过物质,发生非弹性碰撞,造成能量损失,由能量损失计算出电子束穿透
2、程度的公式如下:,6,电子束穿透式显象管,结论 由上式电子束穿透荧光质的距离x与电子束的加速电压成正比,而与荧光质的密度成反比。 改变加速电压就可以有效改变电子束穿透荧光质的深度。,为电子束到达第二层(内层)荧光质所需的加速电压 为电子束穿透荧光质深度为x时所需的加速电压。,为与荧光质密度成反比的一个常数 为介质密度。,7,彩色显象管工作原理 电子束穿透式显象管,右图是当Ua从6kV变到12kV时,可得到红(7kV)、橙(9kV) 、黄(11kV) 、绿(12kV)四种颜色。根据荧光的转换效率和能量损耗,绘出的光输出特性。,光输出特性,8,彩色显象管工作原理 电子束穿透式显象管,与三枪三基色显
3、象管相比,其最大的特点是用单电子枪来发射电子束,因而其聚集性和一般黑白显象管差不多,即它的分辨力高,可以获得清晰的图像 它所显示的颜色种类较少,而颜色转换要通过高压转换来实现;所需的转换时间较长,因此不能用来进行彩色电视的图像显示。,9,驱动电路,D/A,D/A,电源系统,辉亮控制,偏转控制,聚焦控制,高压控制,显象管,x,y数据,亮度数据,聚焦信号,色码数据,CRT驱动电路主要有:辉亮控制,偏转控制,聚焦控制,高压控制。 如图为典型CRT及其驱动电路组成框图。,10,驱动电路,偏转系统接受电子扫描数据,控制电子束按某种预定规律扫描。 辉亮系统接受与灰度等级有关的信息,控制电子束的大小和有无,
4、以便在屏面某位置上形成相应灰度的图像。 聚焦系统接受正常和补偿的聚焦信号,控制电子束直径的粗细,使电子束聚焦在屏面上。 电源系统提供显像管各电极所需直流电压。,11,驱动电路 辉亮控制系统,辉度控制系统由信号混合电路、辉亮放大器、辉亮信号耦合电路和CRT的调辉电极组成。 作用是在亮度数据或色码控制下,给CRT提供一定的辉亮信号,通过对调辉电极的作用,产生相应强度的电子束,在荧光屏上形成相应的亮暗或不同颜色图像。,12,驱动电路 辉亮控制系统,对辉亮系统要求: 能形成足够的亮度,等级层次分明 亮暗转换要迅速准确 亮度改变不应影响CRT其它性能 亮度可以人工调节 有过载保护措施,13,驱动电路 辉
5、亮控制系统,辉亮控制信号 显象管的辉亮控制系统由显示设备的功能部件产生,其特性由显象管的栅极和阴极间的调辉特性来确定 如右图,其栅极截至电压为-100v。,栅极控制特性,14,驱动电路 辉亮控制系统,辉亮控制信号 黑白:当显像管只要求一种亮度时,辉亮信号只在截止和某一固定值间变化。这时控制栅极和阴极间的电压低于截止电压,然后加上正信号来实现增辉。 调整辉亮信号的振幅,就可以改变显像管上光点的亮度。在图像显示器中,要求有一定的灰度,这时要根据灰度等级数据变换成相应的辉亮信号,然后加到栅极和阴极之间。,15,驱动电路 辉亮控制系统,辉亮控制信号 彩色:彩色亮度由三基色按不同比例确定,这时的辉亮控制
6、信号实际上是具有相应振幅的R、G、B信号。用它分别去对三只电子枪进行调辉,在荧光屏上就可以出现相应强度的R、G、B颜色。 人工控制方式:一般改变控制栅极和阴极之间的初始电平。也有通过改变辉亮放大器的数量,来改变输入信号的振幅。,16,驱动电路 辉亮控制系统,信号混合电路 显示器通常有许多信号要显示在同一画面上,这就要求辉亮混合后再控制调辉电极。 模拟辉亮信号:用运算放大器混合。 数字辉亮信号(两类): 1)等幅的脉冲或开关方波,宽度不一、不同时出现,用逻辑或门混合; 2)各种辉亮数据(如灰度等级),要先进行D/A变换,变成振幅与数据相应的信号,然后用运算放大器混合。,17,辉亮控制系统,如右图
7、,回波、光标、字符及航迹辉亮信号为等幅脉冲,用或门混合。 编码器输入这些辉亮信号的控制方波经过编码、D/A变换后控制相应辉亮信号放大器,形成不同灰度级,辉亮混合电路,18,驱动电路 辉亮控制系统,辉亮放大器 又称为视频放大器,是一种线形模拟放大器。它接收小振幅的输入信号,输出为大振幅的辉亮控制信号: 输入:0.5v10v 输出:几十v100v 主要特性参量:振幅、带宽、暂态响应、信号延迟及漂移。,19,驱动电路 辉亮控制系统,辉亮放大器 输出电压振幅 辉亮放大器输出电压的振幅取决于显象管的控制特性。 输出振幅变化范围是显象管从电流截止到荧光屏输出最高亮度时的数值,典型的输出振幅动态范围值为26
8、150v。,20,驱动电路 辉亮控制系统,辉亮放大器 带宽 辉亮放大器的带宽取决于输入信号的宽度。现代的显示器中,宽度可为几十毫微秒几毫秒。 其带宽取决于放大器本身带宽、所用原件数值和电路工作点的选择。 直流耦合,低频响应可以展宽到零频(直流)。 交流耦合,由放大器内部耦合网络时常数决定。,21,驱动电路 辉亮控制系统,辉亮放大器 暂态响应 用来描述辉亮放大器的输入输出关系。 通常,一个像素的辉亮建立时间应选为电子束 扫过一个像素时间的10%35%。 设像素直径为d,扫描速率为v,扫描线长度为l 则扫过一个像素的时间 为:,22,驱动电路 辉亮控制系统,辉亮放大器 暂态响应 辉亮放大器的带宽
9、应为: 由上式,偏转扫描速率越高, 就越小,要求辉亮放大器的带宽也越宽。,23,驱动电路 辉亮控制系统,辉亮放大器 信号延迟和漂移 偏转信号和辉亮信号之间的相对延迟,是由它们 之间的惰性差异引起的。在产生各种高速字符时,这种 相对延迟将成为影响显示质量的中重要因素。 在磁偏转的显像管中,磁偏转线圈的电感量有一 定的数值,其惰性较大,常造成偏转迟后辉亮的现象。 因此要在辉亮放大器中接入一个固定迟延进行补 偿,迟延时间由试验确定。,24,驱动电路 辉亮控制系统,亮度补偿 对于穿透式显象管进行彩色显示时,加速电压不同,电子能量不同,打在荧光屏上发出的亮度也不同。因此需要在改变高压时,进行亮度补偿。
10、可以通过改变辉亮放大器的增益来控制电子束电流的方法进行亮度补偿,但加大电流时电子间排斥力会增大,引起散焦。 在四种颜色中,红色时电压最低,电流最大,散焦最严重。低压下不易取得较好的聚焦。,25,驱动电路 辉亮控制系统,亮度补偿 为了解决辉亮与聚焦之间的矛盾,有时用色码去控制电子束扫描速率的方法。不同色码在控制高压的同时控制电子束扫描速率,以维持与其大体相同的亮度。 例如,具有同样长矢量的4种颜色,不加补偿时,红色矢量最暗,绿色矢量最亮。为使其亮度大体相同,可以降低红色矢量的书写速率和提高绿色矢量的书写速率。这样对聚焦就毫无影响了。,26,驱动电路 偏转控制系统,偏转控制系统 主要用来控制电子束
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