新刘磊《CRT显示器及其维护》定稿要点.docx

1、新刘磊CRT显示器及其维护定稿要点淮 阴 师 范 学 院毕 业 论 文物 理 系 物 理 学 专 业课 题 名 称 CRT 显 示 器 及 其 维 护 学 生 姓 名 刘 磊 学 生 班 级 2000 级 （1） 班 指 导 老 师 杨 军 起 讫 日 期 2004.4.6 2004.6.6 2004 年 6 月 10 日 摘 要：介绍了CRT（阴极射线管）显示器的原理及其维护技术，对如何维护CRT显示器提出了建议,并对CRT显示器的某些故障及维修方法进行了简单分析。关键词：CRT显示器； 原理； 特点； 故障； 维护；场频；行频；电子枪。Abstract： The CRT ( Cathode

2、 Ray Tube) display work principle and its maintenance techniques are introduced . It was put forward suggestions to how to protect the display of CRT, and proceeded simple analysis to some breakdowns and the maintain method of the display of CRT.Keywords: CRT display ；Principle ；Characteristic ；Brea

3、kdown；Maintenance ；Vertical scanning frequency；Horizontal scanning frequency; Electronic gun.目 录0.引 言.31.CRT 显示器的原理.41.1 常用术语简介.41.2 CRT显示器的工作原理.51.3 CRT显示器的特点.112.CRT 显示器的维护.132.1 影响CRT显示器工作的因素.132.2 CRT显示器常见故障与维修.140.引 言:曾经有人把显示器喻为“桌面上的风景”，此语颇为传神的描述了这一至关重要的计算机外设配件给我们带来的视觉享受和情感愉悦。自个人电脑诞生之日起，显示器在我们眼

4、前展现着“摩尔定律”指引下硬件技术的狂飙突进，展现着磁盘操作系统从单调乏味的字符界面到精致华美的图形界面的不断演变，展现着日趋成熟的人机交互技术，展现着经历了由粗糙简陋到令人眩目的变化过程的游戏画面某种程度上，我们甚至可以把显示器称作反映着信息技术所有成就的一面镜子 ！对于计算机用户来说，显示器是最能体现计算机价值的部分，也是用户与计算机交流的重要途径。因此对显示器的深入了解也就显得格外重要。本文就 CRT 显示器的原理及其维护作了一些阐述，希望对计算机用户能有所帮助。因本人水平有限，文中难免有不足及谬误之处，还望多多批评指正 ！1.CRT 显示器的原理1.1 常用术语简介 对于CRT显示器来

5、说，其常用术语可分为三部分：第一是表示显示器性能的技术指标术语；第二是国际上有关机构对显示器综合性能的认证标准，而所派生的一些常用术语；第三是其所采用的显像管类型。1.1.1 技术指标（1）、点距：它是指显示器的显像管上相邻的两个同色荧光像素点之间的间距。对于采用柱面显像管的显示器，用栅距来表示。从某种意义上讲，点距决定了一台显示器的显示效果。点距越小，显示效果越好！（2）、分辨率：是显示器的显像管上所有像素点的一个量化指标，定义了显示器的画面解析度，通常用水平方向的像素点数与垂直方向的像素点数的乘积来表示。每台显示器通常都有多种分辨率模式，如640480、800600、1024768等，但其

6、最大分辨率是由点距和显像管面积决定的。如一台点28的15英寸显示器上，其水平方向最多只有1155个像素点，垂直方向只有866个像素点，因此其最大分辨率只能达到1024768。（3）、扫描方式：CRT显示器的扫描方式，有隔行扫描与逐行扫描两种。隔行扫描指显像管在显示一幅图像时，电子枪先扫描奇数行，全部完成后再扫描偶数行，因此每幅画面需扫描两次才能完成，造成画面闪烁较大。而逐行扫描是从屏幕左上角的第一行起逐行扫描，显示一幅图像只需扫描一次，显示效果好。（4）、可视面积：习惯用多少英寸来表示显示器的大小，实际上指的是显像管对角线长度，而可视面积指的是显像管长与宽的乘积。（5）、场频：场频也称为垂直扫

7、描频率或刷新频率，指显示器每秒钟所能显示的图像次数，以赫兹（Hz）为单位。（6）、行频：行频也称为水平扫描频率，指的是显像管电子枪每秒在荧光屏上扫描过的水平线的数量，其数值等于垂直方向像数与场频的乘积，以千赫兹（KHz）为单位。（7）、带宽：带宽指的是显像管电子枪每秒钟所扫描的像素点的数量，其数值等于水平像素点数垂直像素点数场频额外损耗，以兆赫兹（MHz）作为单位。带宽比行频更能反映显示器的性能，带宽越宽，预示着分辨率及场频也越大，即表示它所能处理的频率越高，图像的失真越小，图像的质量越好。112 认证标准（1）、MPR 、MPR ：MPR系列认证标准是由瑞典技术认证委员会在90年代初，针对显

8、示器的磁场和电场产生的放射对人体的影响，而所制定的安全标准。其主要内容包括显示器的刷新速度、亮度、辐射强度、抗反射性能。该认证标准由于提出时间较早，相对于近年来的显示器的技术发展已不适应，并对健康、环保等存在着考虑不足，现已过渡到TCO系列认证标准。（2）、TCO9X系列认证标准：由瑞典专家联盟制定，它对产品的辐射值、环境保护、人体工程学、生物工程、能源消耗等指标，作出了严格的规定，是目前业界通用的世界标准。其针对的产品除显示器外，还包括键盘、主机、笔记本电脑。该认证标准目前有三个层次：TCO92、TCO95、TCO99。113 显像管类型（1）、球面管：即荫罩式显像管，其表面呈凸起的球面状。

9、采用球面管的显示器，球面的弧度造成图像有较大失真，在屏幕的水平和垂直方向的四个边角，都呈弯曲的圆弧状，并使实际的显示面积缩小，而且凸起的屏幕易产生反光，现已基本淘汰。（2）、平面直角管：该种显像管是为了克服球面管的缺点而发展起来的，该管也称为普通管。它并不是真正的平面管，相对于球面管而言，其曲率半径大于2000毫米，屏幕表面接近平面，四个角都是直角。（3）、柱面管：该类显像管基于荫栅式显像管，在垂直方向已实现完全的笔直，只在水平方向仍有一点弧度。由于其采用栅式设计等多种革新技术，故在显示质量、色彩还原、细节表现等方面大大优于平面直角管。（4）、纯平显像管：纯平管是近年才大量出现的，其不论在水平

10、还是垂直方向，都已实现完全的平面。失真、反光等已减少到最低程度，因此也称为镜面管。纯平管的材质和表面涂层都比普通管要求要高。它采用特殊技术使显像管外壁平整，内壁则微呈球面，通过特殊的曲率设计，可达到视觉上的完全平面，也使其可视面积大于同样尺寸的其它非平面管。12 CRT 显示器的工作原理121 单色 CRT CRT 是一种电真空显示器件，它主要由电子枪、偏转系统和荧光屏三部分组成。其基本工作原理是：阴极受热后发出电子，经电子枪将电子聚成一道很细的高速电子束，经过偏转系统，在电场（或磁场）的作用下发生偏转，并轰击荧光屏，使荧光屏上的荧光材料发光，在屏上产生光点。偏转电场（或磁场）强弱的变化，引起

11、光点在屏幕上位置的改变。因此通过控制偏转信号可以使电子束在屏幕上形成各种不同的图像。CRT 有两种不同的电子束偏转方式。通过电场控制电子束偏转的称为静电式CRT，利用磁场控制电子束偏转的为电磁式CRT。其结构如图1-1所示。组成部分简介：电子枪是CRT的心脏部分，它的作用是产生电子束，进行强度控制，聚焦及电子加速。灯丝因通过电流而发热，利用热辐射使阴极加热而发射电子。若让阴极接地，控制极加负几十伏电压，阳极加正几千伏甚至几万伏电压，则在电子枪内各极之间构成电场。电子在正电场内加速运动，电子通过电子枪内的电场，使电子会聚于一个轴线，截面成一点即焦点。为了改善聚焦特性，通常在阳极（A）与控制极（G

12、1）之间增加一个筒形电极（G2），它具有对阳极和控制极之间的电场起隔离屏蔽作用，通常称之为屏蔽极（又称第二栅极），为了使电子束在屏面上有很好的聚焦特性，并产生高亮度的光点，又将阳极一分为二，并在此极间加入了一个聚焦极（A1），构成了一个具有五个极的电子枪（五极枪）。其中聚焦极和控制极可以分别调节互不影响。 (a) (b)图 1-1 CRT 结构示意图* 图 1-1 说明：(a) 静电式CRT 1-阴极（k） 2-控制极（G1） 3-屏蔽极（G2） 4-第一阳极（A1） 5-第二阳极（A2） 6-垂直偏转板 7-水平偏转板 8-荧光屏（Z） (b) 电磁式CRT 1-阴极（k） 2-控制极（G1

13、） 3-屏蔽极（G2） 4-第一阳极（A1） 5-第二阳极（A2） 6-偏转线圈 7-荧光屏（Z） 各电极电位分布使电场对于电子的会聚聚焦控制与光学中透镜对光线的控制十分类似，故通常称为电子透镜。图1-2是五极枪内电子透镜及其等效的光学透镜。 G1 G2 K A2 A1 A2 Z(a) (b)（a）-电子透镜 （b）-等效光学透镜图1-2 五极枪内电子透镜示意图它共有三个静电透镜，第一个由阴极（K）、控制极（G1）和屏蔽极（G2）组成的会聚透镜，第二个是由屏蔽极（G2）和左边的第二阳极（A2）组成的顶聚焦透镜，第三个是由聚焦极（A1）和右边的第二阳极（A2）组成的主聚焦透镜。除了静电聚焦外，还

14、有电磁聚焦。它的基本原理是在电子枪管颈的适当位置上套一个通有直流电的螺管线圈，它形成的聚焦磁场代替了静电聚焦中的主聚焦透镜部分。这是两种聚焦方法的不同之点，除此以外的其余部分完全相同。荧光屏是用沉积法将荧光粉涂敷在显示屏的玻璃内壁上制成的。通常将激发时发出的光叫做荧光。在工程技术上把电子束停止轰击后，亮度下降至其初始值的1%所经过的时间定义为余辉时间。在选用CRT作显示器件时，余辉时间是要考虑的指标之一。它和显示器的刷新频率有关。典型的CRT实际供电电路如图1-3所示，聚焦电压常要求在0400 V范围内变化，它从电位器R1中心抽头取得，视频信号以阴极馈入，而栅极则处于零电位固定不变，因此亮度调

15、节只能改变阴极电位，阴极电压在20140V范围内变化。利用行扫描逆程期的脉冲电压，经逆程变压器提升获得高压脉冲，再经整流滤波形成9KV-15KV高压提供给阳极（A1）。 视频信号 K A2 A3 CRT 行消隐 G A1 915KV R1图1-3 CRT供电电路122 彩色CRT 显示器中采用的彩色CRT通常用有两种，一种是荫罩式CRT，另一种是穿透式CRT。而穿透式彩色CRT就是使用单电子束和多层荧光粉来产生不同彩色的显像管，因篇幅有限，本文只论述最为常见的荫罩式CRT的工作原理。 荫罩式CRT 显示器所使用的荫罩式CRT和普通彩色电视机所使用的CRT一样都是根据“三基色原理”，利用空间混色

16、法来构成彩色。所谓“三基色原理” 它是建立在人眼辨色的生理事实上的。即任何一种彩色都可由三种独立的基本色彩配成，红、绿、蓝通常作为三基色，它们分别以R、G、B表示。典型的混色结果可以用色三角形来说明。（图1-4）色三角形中三个顶点代表投射光，各边中点是该边两端所代表的投射光混合而得到的彩色。而三角形的重心代表白色，白色可由红、绿、蓝三色组成，或由青与红（或紫与绿、黄与蓝）组成。不同比例的R、G、B将构成自然界中各种不同的彩色。这就是三基色原理。为了在屏幕上构成三个基色光点，CRT将产生三个电子束，根据电子枪的结构原理不同，它可分为三枪三束式彩色CRT，单枪三束式彩色CRT及自会聚CRT等。以下

17、就三枪三束式彩色CRT和单枪三束式彩色CRT的原理作简单论述。绿 青 黄 白 蓝 紫 红图1-4 色三角形荫罩或荫栅是一块有各种形状孔的薄钢板或钢丝栅栏。主要作用是在荫罩或荫栅上加2万伏以上高压后，可以对电子枪发出的扫描电子束产生较强的吸引力，使得通过罩孔的电子束具有足够的力量来激活屏幕上的荧光粉发光，另外是控制电子束准确地打在屏幕三基色荧光粉上，还可吸收发散的少数电子，防止杂散荧光干扰。显像管中的荫罩或荫栅保证了屏幕图像的鲜艳度、清晰度、高亮度、对比度和色饱和度，所以荫罩或荫栅是显示器的核心。三枪三束显像管即是传统荫罩式显像管。传统的荫罩式显像管屏幕上涂的RGB三基色荧光像素点是一个紧挨一个

18、有规则地排列着，且相邻RGB三基色荧光点组成一个小三角形的色点组。这三个相互独立电子枪分别发射出能激活荧光屏上三基色的红绿蓝三色电子束，所以对于一个性能优良的三枪三束显像管，它的每一电子束都能击中屏幕上与自己对应的彩色荧光点。为了实现这种满屏的高色纯度，三个电子束的偏转中心必须与彩色中心重合，要求偏转线圈能在管颈部沿轴线方向前后移动。重现彩色图像还必须使三个重现的基色图像重合在一起，要求扫描时三个电子束同时穿过同部位荫罩孔，到达同一部位的荧光彩色像素点上。由于电子束截面往往大于荫罩孔，一个电子束可同时覆盖三四个荫罩孔，由于荫罩所起的选色作用，在色纯调好后，就可使某一电子束只能轰击自己的荧光粉像

19、素，其它孔所对应的色粉点则处在荫罩板阴影中而不受激励。单枪三束显像管是一种三电子束呈直线排列的单枪显像管，由于它使用的非均匀偏转场具有能使三条电子束自己会聚的特点，所以又叫自会聚彩色显像管。在单枪三束显像管中，在一个电子枪中的三个电子束按一字形水平排列，并包括三束公共调制栅极、加速极、聚焦极和第二阳极等，在各极片上还开有三个对应阴极的小孔，从而形成单枪三电子透镜，以保证电子束间距的高精度。增加它着屏点的准确型，减小会聚误差。由于电子束是按水平方向一字形排列，所以荧光屏的三色荧光粉及荫罩也是排列成小条状，有利于减小地磁的水平分量影响，并有较高的电子束穿透率，单枪三束显像管实现自会聚。单枪三束显像

20、管对应的荫罩孔是矩形长条状，荧光屏的三色荧光粉也与荫罩孔相对应为小条状，因此具有较高的电子穿透率，显示器亮度和对比度都较高，单枪三束比三枪三束显像管的显示器亮度及对比度方面性能好。另外，荫栅式显像管采用了柱状管技术，使得一组绷紧的金属丝形成荧光线而不是荧光点，比起普通荫罩式显像管，在不损失聚焦的情况下极大地提高了亮度和对比度，同时还具有更好的彩色饱和度。三枪三束电子枪较单枪三束电子枪更能改善色收敛值，而金属丝状结构的荫栅可以使得电子枪发射电子束的电子透过率更高。13 CRT显示器的特点131 显示器与彩电不能互换通用 现在电脑显示器屏幕越来越大、越来越清晰，但基本的阴极射线管技术仍然是以普通电

21、视技术为基础。电脑显示器主要用作文字及静止图像显示，其画面在有效显示区域内不能有失真，而彩电的隔行扫描方式使静止图像文字显示产生抖动，因此沿用彩电技术不能作为电脑信息显示。其次彩电的分辨率满足不了电脑1024768或者800600的像素水准。反之，用电脑显示器作为彩电视频信号显示由于电脑显示器的荧光粉余辉较彩电的长，因此不适合用来作活动图像显示，如用电脑欣赏VCD/DVD或看TV，会在快速变化的图像产生拖尾现象，另外逐行扫描方式的电脑显示器成本远高于彩电。因此电脑与彩电虽然都可作为文字、图像显示，但并不能互换通用取得最佳效果。132 显示器的控制方式 显示器连接电脑后可以让使用者直接更改显示器

22、的刷新率和分辨率，或无需重新启动电脑来选择所需显示器。显示器的控制方式可以分为模拟式与数字式两种。模拟控制一般是通过旋钮来进行各种设置，控制功能单一，故障率较高，而且模拟控制不具备存储功能，每次改变显示模式（分辨率、颜色数等）后，都要重新进行设置。数字控制大都采用按钮或飞梭式设计，操作简单方便，故障率也较低。另外，数控方式可以存储各种显示模式下的屏幕参数，在切换显示模式时无需重新进行设置。而根据操作界面的不同，数控方式又可分为普通数字调节和OSD（屏幕菜单显示）两种，其中OSD可以直接在屏幕中显示功能选项和调节状态，因此操作更为直观，调节精度也更高。OSD方式已为越来越多显示器所采用，现在的控

23、制项目多分为三种：基本控制、几何形状控制、以及色温控制。可以使不同解析度下的影象达到最佳状态，另外它们还可以用来消除磁场所造成的影响，所有的显示器都提供了一个三排共15针的“D”型VGA接口方式，用来连接显示卡，传送图像数字信号。随着USB设备的普及，现在越来越多的大屏幕显示器也提供USB接口，带有USB接口的显示器可用软件直接调节，较以前更方便直观。133 新型CRT显示器的典型产品 现在的电脑显示器全部使用逐行扫描方式，其屏幕尺寸的增加同步引起的是分辨率、行频、场频、视频带宽等技术指标的提升。分辨率不仅与显示尺寸有关，还要受显像管点距、视频带宽等因素的影响。以下将按照从技术指标对照分析的角

24、度上，介绍两种市场上常见的品牌纯平显示器，以供参考。三 星（SAMSUNG） 平面显示器不仅在图像平面上取得突破，在性能指标上也大大改善。由于荫罩是很薄的布满孔状的合金板，荫罩不稳定导致电子束发生晃动，这种晃动人的眼睛是感觉不到的，但长时间看这样的图像以后会发生疲劳。三星使用采用了可靠性的压缩荫罩，并采用拱形稳定结构，其稳定程度比一般平面显示器高15倍以上。三星采用了表面屏幕玻璃“外平内曲”的补偿技术，确实解决了平面显示器“面平图像不平”的技术难题。为什么要采用内面补偿技术呢？这是由光学原理决定的。显示器的图像实际成像在屏幕内表面，透过玻璃显示出来的。光线在透过屏幕时发生了折射，玻璃越厚折射越

25、明显，就象水中筷子发生了弯曲的道理一样。当我们面对显示器屏幕时，屏幕中央折射影响小，图像是凹进去，而边缘折射影响大，图像有些“浮”出来。这样整个图像看上去是向内凹的一个凹面。三星平面显示器精确计算每一点，设计出内面球形曲面补偿技术，屏幕外表面平整如镜，但内面向外凸，象一个球的一部分。屏幕中央薄，边缘厚，显示的图像是真正的平面，实现了真正意义上的纯平面（图1-6）。外围弧度看到的影像内围弧度（a）优化的内弧设计，图像不会凹陷 （b）光线折射，图像有凹陷感图1-6 采用内曲面设计，避免图像凹陷LG 电子 公司的“未来窗”显像管，是近年“纯平”显像管技术的代表之一。该显像管的特点是使用了槽状荫罩，它

26、结合了特丽珑栅状荫罩和传统电状荫罩的优点，比起传统点状荫罩来间隙更多，可得到更大的电子流通量，让更多的光线到达屏幕，从而获得更亮更清晰的画面；而槽状荫罩网面比SONY特丽珑栅状荫罩来，在栅条中间又多了许多细小的横格，这使得荫罩网面的受力及稳定情况更好，从而免除了使用SONY特丽珑显像管栅条结构为支撑网面而不得不添加的让人心烦的小细线。2.CRT显示器的维护21 影响CRT显示器工作的因素显示器易受到环境影响的因素包括温度、湿度、清洁度、电磁干扰、静电和电源等，下面就从影响显示器工作的环境因素的角度，简述显示器的维护。（1）、湿度因素：室内湿度保持在30%80%之间，显示器都能正常工作。一旦室内

27、湿度高于80%，显示器内部就会产生结露现象，其内部的电源变压器和其它线圈在受潮后易产生漏电，甚至有可能会霉断连线；显示器的高压部位则极易产生发电现象；机内元器件易生锈、腐蚀，严重时会使电路板发生短路。当室内湿度30%时，会使显示器机械摩擦部分产生静电干扰，元器件被静电破坏的可能性增大，会影响显示器正常工作。因此，显示器必须注意防潮，特别在梅雨季节，更要注意。长时间不用的显示器 ，可定期通电工作一段时间，让显示器产生热量来驱潮。（2）、光照因素：显示器受阳光或强光照射时间长了，易加速显像管荧光粉的老化，降低发光效率。因此，用户不要把显示器摆放在日光照射较强的地方或光线必经的地方，或挂块深色的布以

28、减轻对它的光照强度。（3）、灰尘因素：由于显示器内的高压高达10KV30KV，故极易吸引空气中的尘埃粒子。灰尘对电脑的威胁是很明显的，维修实践表明，在灰尘大的环境中工作，印刷电路板会吸附灰尘，灰尘的沉积会影响电子元器件的热量散发，使电路板上元器件的温度上升，产生漏电而烧坏元器件。灰尘也会吸收水分，腐蚀电子线路，造成一些问题。在预防灰尘危害时，首先应放置显示器在干净清洁的环境中。除保持环境清洁以外，还应该给显示器备用一个防尘罩。平时清除显示器屏幕上灰尘时，应关闭显示器的电源，然后用柔软的干布小心地从屏幕中心向外擦拭，千万不能用酒精之类的化学溶液擦拭，更不能用粗糙的布、纸之类的物品来擦拭显示屏，也

29、不要将液体直接喷到屏幕上，以免水气侵入显示器内部。除显示屏以外，要常用毛刷、小型吸尘器清除显示器机壳上的灰尘与污垢，尽量不要用沾水的湿布抹擦。由于显示器内部有高电压，若想清除其内部的灰尘，必须请专业人员操作，以免发生意外！（4）、磁场因素：电磁干扰是指电路或环境中出现了不该出现的电压电流。电磁干扰的来源有电源、元器件、导线、接头、散热风扇、日光灯、雷电和静电放电等，电视机、电冰箱、电风扇等耗电量大的家用电器的周围，或非屏蔽的扬声器，或电话机都存在着电磁场。这些器件产生的电磁干扰，时间久了，会使显示器显示混乱。长期暴露在磁场中可能会磁化或损坏显示器，故应把显示器放在离电磁场较远的地方。若有条件，

30、可用显示器上的消磁按钮，但注意不要反复地使用它，也不能用力过猛，否则会损坏显示器。（5）、温度因素：显像管在过高的环境温度下，其工作性能和使用寿命将会大打折扣，某些虚焊的焊点可能由于焊锡熔化脱落而造成开路，使显示器工作不稳定，同时元器件也会加速老化，轻则导致显示器“罢工”，重则击穿或烧毁元器件。因此，要在显示器周围留下足够的空间，来让它“呼吸”。22 CRT显示器常见故障及维修221 单色CRT显示器常见故障及维修：注：因单色CRT显示器现已基本淘汰，所以其故障及维修将不再赘述。222 彩色CRT显示器常见故障及维修：（1）、故障现象：底色灰度失调。底色就是在显示器不作色彩图形显示时的底颜色，

31、这个底色基本上是白色，当出现偏红，偏蓝或偏绿，特别是左边白色条纹较为明显，可认为是白平衡不佳，造成这种情况的原因是：显像管经过长期使用后，三种荧光粉的发光效率发生了变化，使合成的光不再是白色，而偏一种颜色，另外是白平衡调整电路的电阻未调整好或相关的三极管有故障，以及R、G、B三基色视频驱动电路失调。需细找三路驱动电路中各测试点基色信号幅度的变化。（2）、故障现象：彩条颜色不对，缺少基色。 图2-2是标准彩条信号中R、G、B三种基色信号的波形图，当缺少一种基色信号，则分别有表2-3中给出不同的彩色，就可推断是哪种颜色有故障，除适配器有故障原因外，显示器部分则分别查三基色视频电路中的一种，以排除故障。 白 黄 青 绿 紫 红 蓝 黑 1 R 0 1 0 G 1 B 0 图2-2 标准彩色基条信号表2-3 显 示 颜 色 表正常彩条白黄青绿紫红蓝黑缺G基色后紫红蓝黑紫红蓝黑缺R基色后