如何实现稳定的逐行扫描与自会聚原理

彩色显示器和电视机的显像管荧光屏上整齐地涂上几百万个红、绿、蓝三色荧光粉点，相邻的三种颜色的荧光小点组成一个色点，称为像素，它们是产生各种颜色的基本单元，但像素本身不会发光，只有通过电子束去轰击荧光粉才能发光。同时，电子束必须按一定规律去轰击荧光粉，才能形成文字、图形和图像。

（一）扫描方式

CRT显像管的作用是把电信号转化成光信号。显像管内部结构如图1-26所示。当显示器电路正常工作后，灯丝发热，点亮，使阴极受热并发射出电子，栅极控制电子的数量，阳极上有相当高的正电压，阳极与阴极之间形成电场，对阴极发射的电子束进行加速，使电子束以很高的速度射向荧光屏轰击荧光粉，荧光粉发光产生光点，如图1-27所示。

图1-26 显像管内部结构

图1-27 电子束射向荧光屏轰击荧光粉

在电子束未加偏转磁场的情况下，三个电子束在荫罩面相交并穿过荫罩孔射向相应的荧光粉点上，激发出红、绿、蓝三个基色，从理论上讲，在显像管中央会有一个纸白色的亮点。如果对电子束加偏转磁场，则从相应的偏转中心开始，三个电子束偏转后的交点将沿行扫描的方向移动，而被荫罩截获直至扫到下一个荫罩孔时三个电子束又分别打到相应的荧光粉点上，因此每一把电子枪都会扫出一个基色荧光点阵，这就是电子束在荧光屏上的扫描过程。扫描方式分为“逐行扫描”和“隔行扫描”两种。

1.逐行扫描

图1-28 逐行扫描方式示意图

如果显示器的每一帧图像均是由电子束顺序地一行接着一行连续扫描而成，那么构成一幅图像的625行一次显示完成的扫描方式就称为逐行扫描（Non-interlaced Scanner）。要得到稳定的逐行扫描的图像，每帧图像必须扫描整数行。由于每一幅完整画面由625条扫描线组成，观看时，扫描线几乎不可见。图1-28所示为逐行扫描方式示意图。该图是由6行扫描线组成的一幅光栅，或称一帧图像。其中实线为从左至右的行扫描线，是图像有效显示时间，称为行扫描正程；而虚线为每行的回扫线，不显示图像，称为行扫描的逆程。每一帧的回扫时间较长，图中帧扫描正程为5行时间，而第6行为帧扫描逆程即帧回扫时间。

图中，电子束首先射向荧光屏左上角1处开始向右扫描，到达荧光屏最右边1′处时，电子束终止，以很快的速度回扫到下一行起始点2处（从1′处回扫到2处期间为行消隐），开始下一行水平扫描。重复上述过程，直至达到荧光屏右下角6处，完成一帧扫描，再回到1处，开始下一帧的扫描，不断地重复上述过程。图中只显示出了6条扫描线，但实际中扫描线相当多，这些扫描线在荧光屏上形成一条条的亮线，称为“光栅”。

电子束在荧光屏上扫描又分为行扫描和场扫描两种，即电子束在水平方向的扫描称为行扫描，在垂直方向的扫描称为场扫描。

1）行扫描：电子束从左至右（见图中1～1′的实线）为行正程扫描，所需要的时间为行扫描正程时间，用T_HS表示；回扫过程（见图中1′～2的虚线）为行扫描逆程，所需时间为行逆程时间，用T_HY表示。行扫描正程时间与行扫描逆程时间之和为一个周期，用T_H表示。一个行周期的倒数称为行频（f_H=1/T_H），表示在1s内电子束能完成的扫描行数或线数。

2）场扫描：电子束从荧光屏上1处开始至右下角6处的全部扫描过程为场扫描正程，所需时间为场扫描工作正程时间，用T_VS表示。从6处返回到1处的过程为场扫描逆程，所需时间为场扫描逆程时间，用T_VY表示。场扫描正程与场扫描逆程之和为一个周期，用T_V表示。一个场周期的倒数为场频（f_V=1/T_V），表示在1s内所能扫描的场数。

2.隔行扫描

隔行扫描（Interlaced Scanner）是为了减少带宽的一种扫描方式。隔行扫描的原理是，将一帧画面分为两场扫描，也就是说将扫描线分为两组交叉进行扫描。电子束先扫描一帧的所有奇数行，构成奇数行光栅，称为奇数场（Odd Field）；然后再扫描那一帧的所有偶数行，构成偶数行光栅，称为偶数场（Even Field）。两场光栅在重现图像上精确镶嵌，构成一帧画面。这样图像带宽可以减少一半。由于整个画面的重现频率为50Hz，所以在一定距离上观看整体画面没有闪烁感。隔行扫描的优点是可以保证在图像分辨率无太大下降和画面无大面积闪烁的前提下，将图像信号带宽减少一半。

图1-29所示为隔行扫描示意图。简单地讲，隔行扫描是指每隔一行显示一行到底后再返回显示刚才未显示的行，它的一个周期为奇数场扫描（见图中1、3、5、7、9、11），另一个周期为偶数场扫描（见图中2、4、6、8、10），两场合在一起构成一屏完整的光栅。

显像管画面的连续感是由显像管的场扫描速度来决定的，场扫描越快，形成的单一图像就越多，画面就越流畅，而每秒钟可以进行多少次场扫描通常是衡量画面品质的标准。这种不断重复一个图像的过程称为“刷新”，图像每秒重复的次数称为刷新频率，单位为赫兹（Hz）。通过大量的实验发现，如果一幅图像每秒重复48Hz，可以基本消除闪烁现象，如果每秒重复70Hz，人眼看到的图像就完全没有闪烁感，画面相当稳定。(https://www.xing528.com)

图1-29 隔行扫描示意图

（二）自会聚原理

1.自会聚管的结构

自会聚彩色显像管（简称自会聚管）和一般彩色显像管的结构基本相同，也是由电子枪、玻壳、荧光屏和管脚等组成，但在具体结构上有一定的区别。

1）连接方式：电子枪由三个灯丝控制栅极、加速极、聚焦极组成，三个灯丝并联，所以显像管灯丝只有两个引出脚，栅极、加速极、聚焦极是三个电子束公用的，所以这三个极均只有一个引出脚。

2）混色功能：荧光屏玻壳内壁涂有红、绿、蓝三基色荧光粉，这些荧光粉小点有规则的排列，相邻三种颜色荧光小点组成一个色点（称为像素），它们是产生各种颜色的基本单元，荧光屏内壁荧光点的多少决定了显像管点距的大小。

3）荫罩功能：荫罩由很薄的金属片制成，上面开有很多的细小圆孔，安装在荧光屏内壁很近的地方并与阳极相连。自会聚管状方孔的数目约为荧光点数的1/3，小孔按正三角形排列，与荧光点组一一对应，能保证电子束打中与它相应的荧光粉小点上。

4）色纯功能：所谓色纯就是指单色纯净的程度，对于完全合格的显像管，红、绿、蓝三个电子束只能分别击中与之相对应的三基色荧光粉点上，当断开R和G阴极时，光栅呈纯蓝色；当断开R和B阴极时，光栅呈纯绿色；当断开G和B阴极时，光栅呈纯红色。但在实际应用中达不到这个要求，其原因是电子束的偏转中心与彩色中心的重合存在差异，必须对电子束的偏转中心进行修正，才能满足色纯的要求。

自会聚管利用套在管颈上的色纯磁铁来修正电子束的偏转中心，色纯磁铁由两个重叠的磁环组成，与黑白电视机的光栅中心位置调整片相似，通过转动两个磁铁的角度或它们的相对位置来改变合成磁场的大小和方向，从而达到色纯的目的。

2.自会聚管的优点

1）自会聚管采用三枪三束水平一字排列结构，三个电子束间距较小可以减少会聚误差，可以不用动会聚调整装置，使用起来很方便。

2）自会聚管采用黑玻璃制成，亮度和对比度都有所增加。

3）自会聚管管颈较短，启动开机即有图像在屏幕出现。

4）自会聚管采用槽孔状荫罩板和条状荧光屏，具有良好的会聚效果。

另外，CRT显示器与CRT彩电显像管不同，显示器的显像管是通过计算机上的显示卡进行显示的。显示卡是计算机主板与显示器之间的接口电路，起着连接、转换、控制作用。显示卡插在计算机主板上的扩展槽里，与显示器组成了计算机显示系统。计算机通过显示卡与显示器连接，如图1-30所示。

图1-30 计算机通过显示卡与显示器连接

计算机的视频信号是由计算机主板通过显示卡送到显示器显像管电路的。荧光屏上的稳定图像受到扫描与视频信号的同步控制。计算机主板上除了发送视频信号外，还要发送同步信号以控制电子束扫描，保证其同步。同步信号又分为行同步信号和场同步信号两种，在这两种同步信号的控制下，显示器才能显示出正常的图像。