第7章 电视原理与接收技术(赵坚勇)

7.1显像管显示7.2液晶显示7.3等离子体显示7.6数字电视显示器标准第7章图像显示技术7.4有机电致发光彩色平板显示7.1.1彩色显像管彩色显像管功能是完成电／光转换和三个基色分量信号的混合，即相加混色在显像管的荧光屏实现。1、彩色显象管的结构荫罩式彩色显像管由荧光屏、荫罩、电子枪、玻壳和管外组件构成。电子枪：发射电子，并使其加速、聚焦成为可以轰击荧光屏的电子束。荧光屏：成像，其上涂复三种基色荧光粉，三种荧光粉点按一定规律成品字状或成条状，每三个点构成一个色组，代表一个像素。7.1显像管显示荫罩：位于电子枪和屏幕之间的一块布满数10万个小孔的薄钢板，它具有选色功能，即保证每注电子束都能准确地轰击到相应的荧光粉点上。在此过程中，首先要保证三注电子束通过一个荫罩孔、即会聚在荫罩孔。彩色显象管的三注电子束，分别受图像信号的三个基色分量信号(R、G、B)调制，然后准确地轰击荧光屏上相应的荧光粉点，产生相应颜色(R、G、B)光。由于每个色组相距非常近，人的视觉感受到由三色混合形成的色彩。管外组件：主要是色纯调整和会聚调整磁件。2、自会聚彩色显像管自会聚彩色显像管采用一字型一体化电子枪，并配置精密环形偏转线圈，直线排列的三注电子束通过以特定形式分布的偏转磁场后会聚于整个荧光屏。⑴一字型一体化电子枪一字型：是指电子枪三个阴极在水平方向精密排列成一字型。彼此间的距离很小。一体化：是指电子枪的控制栅极、加速极、聚焦极都连成一体，各个电极都开有三个小孔(三个小孔排成一字型)，以便让三注电子束通过。故电子束之间的距离取决于制作栅极所用模具精度，而不受电子枪安装操作的影响。⑵自会聚管工作原理由于电子枪采用一字型一体化精密结构，消除了产生垂直方向会聚误差的主要因素。1.静态会聚静态会聚是指无偏转时的会聚，是三注电子束在荧光屏中心区域的会聚。电子枪、槽形荫罩和条状荧光粉示意如图7-1所示。图7-1一字形电子枪、槽形荫罩和条状荧光粉荫罩板BGR电子枪荧光粉条静态会聚调整采用两对环形永久磁铁安装在显像管的管颈上，一对为四极磁环，一对为六极磁环。可以对三注电子束出现的各种偏移进行校正，使它们位于同一水平面内，且两边的电子束与中心束保持等距离。（a）产生动会聚误差的原因（b）失聚时光栅的特点图7-2动会聚误差GRB会聚面荫罩面屏幕RGBRGBRGB2.动态会聚动会聚是指偏转过程中的会聚，是三注电子束在荧光屏四周的会聚。产生动会聚误差如图7-2所示，由图可以看出，偏转角越大，离屏幕中心越远，动会聚误差（失聚）越严重。进行动态会聚校正所需要的垂直偏转磁场为桶形分布；水平偏转磁场为枕形分布。自会聚管采用环形精密偏转线圈、磁分路器和磁增强器来消除动会聚误差。偏转线圈：匝数分布恰好能产生电子束会聚所需要的磁场分布，从而使三条电子束就能自动在整个荫罩上良好会聚，两个边束有所散开，会聚点向屏幕方向位移。即实现三注电子束会聚到荫罩的同一槽孔中。这种偏转线圈又称为动会聚自校正型偏转线圈。利用偏转磁场的不均匀性，可以校正两条边束的会聚，但中心束扫出的光栅的水平和垂直幅度都稍小，为使三色光栅重合，在电子枪顶部设置磁分路器和增强器，如图7-3所示。磁场分路：位于电子枪顶部，与两边的电子束同心的磁环形成磁场分路，使两边的电子束的光栅尺寸有所减小，故称为磁分路器。磁增强器：位于电子枪顶部，中心束位置上、下的两个小磁环是磁增强器，使中心束光栅尺寸有所增加。图7-3磁增强器和磁分路器的作用边束磁分路器屏蔽帽中心束水平磁增强器7.1.2偏转线圈显像管偏转系统由扫描电路、偏转线圈和其它附加元件构成，偏转系统作用是实现电子束偏转，把时间轴连续变化信号转换为二维图像。工作原理：当电子束在切割磁力线方向上运动时，其运动轨迹将发生偏移。当向一个线圈供给电流，此线圈将产生磁场，合理设计线圈结构，可形成所需磁力线方向，即通过这个磁场改变电子束方向，电子束偏转如图7-4所示。偏转方向(a)左手定则(b)水平偏转原理(c)垂直偏转原理图7-4电子束磁偏转原理电子枪磁场方向磁环偏转电流偏转电流磁力线电流方向磁场方向电子束偏转方向电流方向显像管偏转线圈有行偏转和场偏转线圈两种。行偏转线圈由两个绕组组成，它们呈马鞍型，上、下相对紧紧地贴在玻壳外壁上。它形成一个垂直方向磁场，对电子束起到水平偏转的作用。场偏转线圈位于行偏转线圈外部，它是绕在一个铁淦氧磁杯上，两个绕组同样是上、下分布，形成水平方向磁场，对电子束起到垂直方向偏转的作用。行、场偏转线圈通常是复合在一起构成一个部件。其结构如图7-5所示。图7-5偏转线圈组件7.1.3扫描电路扫描电路的基本功能是向行、场偏转线圈提供锯齿波电流。使之产生偏转磁场。控制电子束沿水平和垂直方作匀速运动，在屏幕上形成光栅。由于行、场偏转线圈的工作频率差别很大，它们呈现的阻抗特性不同，所需的推动功率也不同，所以行、场同步扫描电路差异很大。行、场扫描系统基本组成如图7-6所示。图7-6行、场扫描系统基本组成方框图场振荡器锯齿波形成场激励级振荡器场输出级振荡器场偏转线圈AFPC电路行激励级行输出级行振荡器行偏转线圈场消隐行消隐枕形校正自动亮度限制高压形成X射线保护场同步行同步场扫描IC行扫描IC⑴场扫描电路场扫描由电路场振荡器、场电压锯齿波形成电路、场激励级和场输出级等几部分组成。场偏转线圈工作频率为50Hz，表现为纯电阻性。场输出电路向其提供锯齿波电压即可。场输出级工作在线性放大状态。在场扫描集成电路中，都采用OTL(OutputTransformerLess，无输出变压器)的互补对称电路。⑵行扫描电路由AFPC(自动频率相位控制)电路、行振荡器、行激励级、行输出级及高压形成等电路组成。由于行偏转线圈在行频(15625Hz)时呈电感性，必须向其供给脉冲电压，才能使行偏转线圈中有锯齿电流流过。由于行激励级向行输出级，行输出级向负载偏转线圈提供的都为矩形脉冲，故行激励级、行输出级实际工作在开关状态。行输出管集电极的逆程脉冲经高压变压器升压，整流形成显像管所需的高压和中压。同时行频信号被反馈到AFPC电路，与行同步信号比较。如果两者的频率和相位存在差别，则输出与误差成比例的电压来控制行振荡器的频率和相位与行同步信号同步。扫描电路中采用专用集成电路完成行、场扫描功能。如日立公司的HA11235、东芝公司的TA7609P等扫描电路。而行激励和行输出电路由于功率较大、仍采用分立器件构成完整的同步扫描电路。这样整机可靠性提高，电路设计简化。专门的行扫描集成电路如飞利浦公司的TDA1180、Motorola公司的MC1391等，专门的场扫描集成电路如飞利浦公司的TDA1170、TDA1675等。2、行激励和行输出电路要使行输出管充分饱和、截止，需要的基极电流相当大，用行振荡级产生的脉冲电压直接推动行输出管工作是困难的，需要加激励级进行功率放大。如果行输出管直接作为行振荡器的负载，由于行输出管饱和导通时输入阻抗较低，会影响行振荡器的工作稳定。插入行激励级以后，当行输出管饱和导通时，激励管是截止的，可减小两级之间的相互影响，使振荡频率稳定。行激励级和行输出电路如图7-7所示，图中V1是行激励管，V2是行输出管，T1是行推动变压器，VD是阻尼二极管，CS是S形校正电容，LY是行偏转线圈，LT为行线性调节器，C是逆程电容，T2为行输出变压器。行激励级对行输出级是反极性激励，激励管和输出管交替导通和截止，激励变压器初、次级电路中始终有一个电路是导通的，变压器中磁通缓慢变化，在线圈中不会感应出很高的电压。图7-7行激励级和行输出级电路C1C3R2V1RCC2R3V2ECLPLSib2CLYCST1VDLTET2C1、C2、R2可吸收振荡。C3作用是消除高频干扰，加速V2截止，降低行输出级能耗。行输出管导通时电流构成扫描电流正程后半段；阻尼二极管导通时电流构成扫描电流正程前半段，电子束从荧光屏左边向中心作水平扫描。4.行输出变压器行输出变压器也叫逆程变压器，它的初级线圈为行输出管提供集电极直流电源通路，次级线圈将行输出级产生的逆程脉冲进行电压变换，整流后提供显像管20～28kＶ的第二阳极高压以及聚焦极电压、灯丝电压、视放电路直流电压和中放、解码、伴音电路的12V低压。逆程变压器提供行扫描电路中的AFC脉冲信号、PAL开关双稳电路的触发脉冲、自动亮度限制电路(ABL)电压和开关稳压电源行频开关脉冲。一体化一次升压逆程变压器是把高压整流管、逆程变压器以及部分电阻、电容紧凑地装在一起，用环氧树脂灌封形成一个整体。液晶显示器(LCD)是基于液晶电光效应的显示器件。扭曲向列型(TN)LCD。显示器如图7-9(a)所示。TNLCD在涂有透明导电层的两片玻璃基板间填充10μm厚的液晶，液晶分子在基板间排列成多层，在同一层内，液晶分子长轴取向平行于基板；不同层间，液晶分子长轴沿基板平行平面连续扭转90°；然后上下各加一片偏振片，入射光侧的偏振片称为起偏振器，出射光侧的偏振片称为检偏器。起偏器的偏光方向与该侧表面的液晶分子轴方向一致，检偏器的偏光方向与起偏器的偏光方向相互垂直。7.2液晶显示7.2.1液晶显示器原理入射光出射光(a)检偏器起偏器入射光(b)(c)(d)图7-9扭曲向列型显示器的工作原理(a)常亮模式透光(b)常亮模式遮光(c)常暗模式遮光(d)常暗模式透光入射光入射光出射光起偏器起偏器检偏器检偏器入射光出射光(a)检偏器（1）液晶材料在常温下即处于液晶状态。当液晶两端的外加电压升高时，电场强度E随之升高，使液晶分子排列方向与电场垂直改变为与电场平行时的电压称为阀值电压VTH。一般扭曲向列型液晶的VTH约为2～3V。（2）透明导电玻璃基板为表面极其平整的薄玻璃片，表面涂有ITO(掺入锡氧化铟)膜，ITO膜常温下具有良好的导电性和透光率，并经光刻加工成透明电极图形，这些图形由像素图形和外引线图形组成，因此外引线不能用传统的锡焊，必须通过导电橡胶带进行连接。3、液晶显示器分类按电光效应的机理可分为：扭曲向列型(TN)、宾主型(GH)、电控双折射型(ECB)、相变型(PC)、动态散射型(DS)、热光型(TO)、电热光型(ETO)。按显示光的类型可分为：(1)透射型显示：光源位于液晶显示板之后，用信号电压改变液晶显示板的光学传递特性来调制光源透过液晶发出的光强度来显示信号电压的信息。液晶电视机多采用透射式显示方式。(2)反射型显示：光源位于液晶板之前，在液晶层的底面基板上设有反光板。当信号电压调制液晶的光学传递特性时，由反射光的强弱显示信号电压的信息。(3)投影型显示：将液晶屏看作幻灯片，透过此幻灯片的光被图像信号调制，再经光学透镜放大后，投射到屏幕上。观众可以在投射侧的投影屏幕上观看到放大的图像，也可以在投射面之后的投影屏幕上观看放大的图像。4、液晶显示器的特点液晶显示利用液晶电光效应，用信号电压改变液晶光学特性，造成对入射光调制。液晶显示器具有的特点：(1)液晶显示器件本身不发光，它必须有外来光源。这种光源可以是高照度的荧光灯、太阳光、环境光等。(2)液晶材料的电阻率高，流过液晶的电流很微小，所以液晶显示器电源电压低，一般为3～5V左右。驱动功率小，一般为W／cm2级，能用MOS集成电路驱动。(3)液晶光学特性对信号电压响应速度慢(TN型液晶的响应时间为80ms，薄膜晶体管有源矩阵的响应时间为50ms)，但最新出品的大屏幕液晶显示模块的响应时间已达到8～25ms(4)直流电压驱动液晶屏会引起液晶分子电化学反应，故必须使用交流电压驱动液晶屏，交流驱动电压波形应无平均直流成份。(5)电视台广播的电视信号针对显像管的非线性作了非线性预先校正，而液晶显示屏的电光转换特性近似线性。为此，应将接收到的电视信号经过非线性校正，即液晶电视机视频放大级应有一个γ＝2.2的非线性校正电路，然后再送到液晶屏上显示。(6)液晶显示器件是由两层透明电极板之间夹一层液晶组成，与电容器的结构相似。对于驱动信号源来说，液晶器件是容性负载。液晶电视接收机均采用矩阵驱动方式。矩阵驱动方式分为简单矩阵方式和有源矩阵方式，目前多采用有源矩阵驱动方