CN1104803C - 显像管控制栅极电压的产生电路 - Google Patents

Abstract

一种显像管控制栅极电压的产生电路，包括高电压源、低电压源和放大器电路。高电压源与接地端间有一低阻抗回路，低电压源提供截止电子束的负电压。关机时，放大器电路通过低阻抗回路放电，切换到关闭状态，使得控制栅极电压输出负电压，以截止显像管中的电子束。显示器中的微控制器利用脉冲宽度调制信号调整控制栅极电压，垂直消隐信号在消隐期间内将放大器电路切换到关闭状态，使得控制栅极电压输出负电压，达到消隐的目的。

Description

显像管控制栅极电压 的产生电路

本发明涉及一种显像管(picture tube)的控制电路，特别涉及显像管中控制栅极电压(control grid voltage)的产生电路，使得此控制栅极电压能够在关机(power off)时迅速降到极低的负电压电平上来截止电子束，避免荧光屏上的荧光粉受到损害。

阴极射线管显示器(以下简称CRT显示器)是相当常见的显示装置，例如黑白/彩色电视机、黑白/彩色电脑显示器等等。CRT显示器由CRT显像管(cathode ray tube)以及其外围的处理电路构成，其工作原理主要是利用电子束(electron beam)撞击荧光材料而发光，外围电路则是用来控制电子束的行进路径。

图1表示一般阴极射线管的剖面结构示意图。参考图1，CRT的主要部分包括：用来产生及加速电子束的前端部(包括：灯丝10、阴极12、控制栅极13、帘栅极14、聚焦栅极15、超极16和偏转线圈18)、用来将电子束偏向加速的中间部(包括：空腔部20及高压嘴22)，以及实际发光的面板部(包括：铝膜30、荧光粉膜32和屏玻璃34)。其中，灯丝10受一灯丝电源(未图示)加热产生热电子，并由阴极12射出，一般的灯丝电压大约是6.3伏。接着，控制栅极13、帘栅极14、聚焦栅极15和超极16则利用电子聚焦的作用，将阴极12所射出的热电子聚焦为电子束40。另一方面，偏转线圈18则是利用电磁特性，引导电子束40改变其运动方向。在实际应用上，偏转线圈18一般具有两组，即水平偏转线圈(horizontal deflection yoke，H-DY)和垂直偏转线圈(vertical deflection yoke V～DY)。这两组偏转线圈分别根据水平扫描同步信号(horizontal scanning synchronization signal)和垂直扫描同步信号(vertical scanning synchronization signal)，来控制电子束的水平运动方向和垂直运动方向，使得电子束40能够进行图像显示的扫描。最后，受加速并偏向至扫描角度θ的电子束40，在CRT内的空腔部20内进行直线运动，直到撞击面板部的荧光粉膜32产生激光为止。而电子束40在空腔部20行进期间，仍受阳极高压22牵引加速。

上述CRT显像管中，控制栅极13用来控制阴极12所射出的电子数量，借以调整图像的显示亮度。在结构上，控制栅极13是整个盖住阴极12圆筒，仅在其顶端上留有一个可供电子束通过的小孔。控制栅极13上的电压一般标为G1。控制栅极电压G1相对于阴极12则呈现负的极性，用来控制阴极12上电子的电荷分布。详细地说，当控制栅极电压G1是较负的电压值，则会抑制阴极12所射出的电子数量，使得荧光屏上的显示亮度变暗。相对地，当控制栅极电压G1是较正的电压值，则会使得阴极12所射出的电子数量增加，因此荧光屏上的显示亮度也变得较亮。因此控制栅极电压G1可以调整显示亮度。

本发明所欲解决的是在CRT显像管关机(power off)时所发生的问题。在CRT显像管正常操作时，电子束40受偏转线圈18的控制，依次且反覆地撞击面板上的荧光粉膜32，产生图像。整个扫描过程中，电子束40由左而右、由上至下地依次对荧光粉膜32的各区域进行扫描，因此各区域的荧光粉间歇性地受到撞击。但是当突然关机时，阳极上由于存在滤波电容的效应，所以其电压并不会立即消失，另一方面，电子束40仍会在关机后一段时间内持续性地被射出。然而，此时的扫描线路已经停止动作，这将使得电子束40持续性地对荧光粉膜32上特定区域进行撞击，而破坏此特定区域上荧光粉的特性，倘若此种情况的持续时间太长，甚至可能烧毁荧光粉。因此，如何在CRT关机的同时截止电子束的射出，借以达到保护CRT荧光屏，便是相当重要的课题。

本发明所采用的方法，是利用上述的控制栅极电压G1在关机瞬间截止(cut off)电子束。更重要的是，由于上述问题在关机瞬间发生，因此如何快速地产生足以截止电子束的控制栅极电压G1，即为本发明的重点。

有鉴于此，本发明的主要目的在于提出一种显像管控制栅极电压的产生电路，能够在关机瞬间，迅速地将控制栅极电压G1驱动至一能够截止电子束的负电压，达到保护CRT荧光屏的目的。

本发明的另一目的，在于使上述显像管控制栅极电压的产生电路同时采用亮度控制和消隐(blanking)的机制，借以满足控制栅极电压所能提供的显示特性。

根据上述目的，本发明提出一种显像管控制栅极电压的产生电路，主要包括高电压源、低电压源和偏压于两参考电压间的放大器电路。高电压源提供放大器电路的参考高电压，并且与接地端之间具有一低阻抗回路；而低电压源则提供放大器电路的参考低电压。放大器电路接收一输入电压，并放大产生控制栅极电压G1。当显像管关机时，放大器电路可以通过高电压源和接地端间的低阻抗回路进行放电，迅速地切换到关闭状态，使得控制栅极电压G1输出参考低电压，达到截止显像管中电子束的目的。在本发明中，高电压源可以采用灯丝电源，因为灯丝电路正可以提供上述的低阻抗回路。

另一方面，显示器中的微控制器可以利用脉冲宽度调制信号(pulse widthmodulation，PWM)来控制输入电压的大小，进而调整控制栅极电压G1。另外，垂直消隐信号可以通过一消隐控制电路，在消隐期间内将上述的放大器电路切换到关闭状态，借以使得控制栅极电压G1输出参考低电压，达到消隐的目的。

附图的简单说明：

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文配合附图详细说明一较佳实施例，其中：

图1表示一般阴极射线管(CRT)的剖面示意图。

图2表示本发明实施例中控制栅极电压产生电路的电路图。

符号说明：

10～灯丝；12～阴极；13～控制栅极；14～帘栅极；15～聚焦栅极；16～超极；18～偏转线圈；20～空腔部；22～高压嘴；30～铝膜；32～荧光粉膜；34～屏玻璃；40～电子束；1～放大器电路；3～分压控制电路；5～消隐控制电路。

本发明的显像管控制栅极电压产生电路，用来产生一般阴极射线管的控制栅极电压G1，并且能够在关机的瞬间，迅速地将控制栅极电压G1降低到一既定的负电压上，以截止电子束的射出，避免荧光屏上的荧光粉受持续性撞击而损坏或烧毁。另外，在本发明的控制栅极电压产生电路中，也同时采用了一般显示器中控制亮度和垂直消隐的机制。以下以一实施例，配合附图，说明本发明的控制栅极电压产生电路。

图2表示本实施例中的控制栅极电压产生电路的电路图。如图所示，此控制栅极电压产生电路包括放大器电路1、分压控制电路3、消隐控制电路5、以及作为偏压用的高电压源Vcc和低电压源Vbb。其中，分压控制电路3是让显示器中的微控制器(未图示)控制显示亮度(亦即发射热电子的多少)之用，消隐控制电路5则是用来提供垂直方向上的消隐(blanking)。而放大器电路1、高电压源Vcc和低电压源Vbb则是产生控制栅极电压G1的主要部分，以下先就此一部分加以描述，再就分压控制电路3和消隐控制电路5进行说明。

如图所示，放大器电路1耦合于高电压源Vcc和低电压源Vbb之间，用来将输入电压Va放大为控制栅极电压G1。放大器电路1由晶体管Q1、电阻R1和电阻R2构成。在本实施例中，晶体管Q1为一PNP型双极型晶体管(bipolar transistor)，其射极和集电极分别连接到电阻R1和电阻R2，而其基极则是受输入电压Va的控制，并且集电极所输出的控制栅极电压G1会随着输入电压Va的电平而反向变化。

在本发明中，高电压源Vcc必须与接地端间存在一低阻抗的回路，此低阻抗回路可以在CRT关机瞬间，提供晶体管Q1放电的路径，迫使晶体管Q1能够迅速地进入关闭(turn off)状态。在本实施例中，高电压源Vcc选择以灯丝电源来实施，如此做法具有两点好处。第一、灯丝电源是用来提供电子枪的灯丝电流，其电压值大约在6.3伏左右，而灯丝本身的阻抗大约在10欧姆左右，因此能够直接在灯丝电源和接地端之间作为上述的低阻抗回路。第二、灯丝电源是显示器中原本即存在的单元，因此不需要另外添加电源电路来作为本实施例中的高电压源，成本可以较低。另外，由于无须额外的元件，所以也不会有额外的电能消耗。因此，利用灯丝电源作为本实施例中高电压源的做法，无论在制作成本或是省能上，都是相当地适合。

另外，低电压源Vbb的要求，则是当以其所输出的参考低电压值作为控制栅极电压G1时，能够有效地截止阴极射出电子束。在本实施例中，参考低电压值设在-200伏左右，对于大多数的电子枪都可以适用。另外，此-200伏的低电压值则可以从显示器的回扫变压器(fly-back transformer)次级线圈中拉出。

根据以上所述，放大器电路1、高电压源Vcc和低高压源Vbb的动作可以描述如下。在正常操作模式下，晶体管Q1会被偏压在主动区(activeregion)，作为放大器之用。因此，此时的控制栅极电压G1会随着输入电压Va而调整，而阴极所射出的电子数量也随着控制栅极电压G1而变化。当CRT关机时，晶体管Q1即可以通过高电压源Vcc(灯丝电源)的低阻抗回路(灯丝)进行放电，迫使晶体管Q1迅速地切换到关闭状态。当晶体管Q1为关闭状态时，表示此时无集电极电流，因此控制栅极电压G1即会被降低到低电压源Vbb的电平，即-200伏。所以，阴极所射出的电子束即被截止，达到保护CRT荧光屏的目的。

分压控制电路3则是通过对输入电压Va的控制，进而对控制栅极电压G1进行控制，达到调整亮度的目的。如图2所示，本实施例的分压控制电路3包括电阻R3、电阻R4、电阻R5、电容C1和晶体管Q2。其中，电阻R3连接于高电压源Vcc和晶体管Q1的基极之间，电阻R4则连接于晶体管Q1的基极和接地端之间。电阻R3和电阻R4、电阻R5、晶体管Q2构成一分压电路，将高电压值Vcc分压为输入电压Va。在以上叙述中已说明输入电压Va的大小可以调整控制栅极电压G1，分压控制电路3则是利用电阻R5和晶体管Q2，对输入电压Va进行控制。

电阻R5和晶体管Q2的作用，是与电阻R3、R4分压电路中的电阻R4并联，通过分压比例的改变来调整输入电压Va。在晶体管Q2的基极上则输入一脉冲宽度调制信号P1。此脉冲宽度调制信号P1由显示器的微控制器产生，由一连串的脉冲组成，每个脉冲的宽度(即工作周期，duty cycle)则是微控制器根据使用者所设定的亮度参数而决定。当脉冲宽度调制信号P1在高电平时，晶体管Q2则呈导通状态，因此电阻R5并联上电阻R4并且改变了原来的分压比例。当脉冲宽度调制信号P1在低电平时，晶体管Q2则为关闭状态，并且电阻R5的部分呈开路状态，因此不会改变其分压比例。因此，通过脉冲宽度调制信号的不同脉冲宽度，即可以控制分压的比例，达到调整输入电压Va的目的。电容C1则作为滤波电容，用来滤除输入电压Va上因晶体管Q2的开关切换而产生的高频部分。

因此，分压控制电路3的动作可以叙述如下。当脉冲宽度调制信号P1上脉冲宽度较长时，晶体管Q2的导通时间变长，所以输入电压Va下降。最后，控制栅极电压G1会升高而使显示亮度增加。相反地，当脉冲宽度调制信号P1上脉冲宽度较短时，晶体管Q2的导通时间也变短，所以输入电压Va会上升。最后，控制栅极电压G1会下降而使显示亮度降低。因此，本实施例中的控制栅极电压G1可以由微控制器加以调整。

消隐控制电路5则是根据垂直消隐信号V_BLK，让控制栅极电压G1也能够在消隐期间截止电子束，达到消隐的效果。垂直消隐信号V_BLK是在图像场(field)中最后一条扫描线回扫到最初一条扫描线的期间内，用来消隐图像的输出。一般在消隐期间内，垂直消隐信号V_BLK为高电平，而非消隐期间则是低电平。图2的消隐控制电路5包括电阻R6、电阻R7和晶体管Q3，其构成一开关电路。当垂直消隐信号V_BLK为高电平时(即消隐期间)，晶体管Q3呈导通状态，因此晶体管Q1的射极被拉至接地电位而呈关闭状态，使得控制栅极电压G1下降到低电压源Vbb的电压电平(-200伏)，达到消隐的效果。而在非消隐期间，晶体管Q3呈关闭状态，不会影响到放大器电路1的正常操作。另外，本实施例中虽以垂直消隐的情况说明，但是并非用以限定本发明，同样的处理方式亦可以适用在水平消隐的情况。

总结上述的说明，图2的控制栅极电压产生电路可以操作在三种不同的模式下，分述如下：

1.正常模式：在此正常开机模式下，控制栅极电压G1由输入电压Va所决定，而输入电压Va则可以由显示器的微控制器根据使用者所设定的亮度参数而进行调整。当脉冲宽度调制信号P1的脉冲宽度较长时，输入电压Va下降而控制栅极电压G1则上升，使得显示亮度增加；当脉冲宽度调制信号P1的脉冲宽度较短时，输入电压Va上升而控制栅极电压G1则下降，使得显示亮度降低。因此，CRT显示亮度可以通过本实施例的电路进行调整。

2.消隐模式：在对应的消隐信号为高电平时(即消隐期间)，可以使得放大器电路1中的晶体管Q1呈关闭状态，控制栅极电压Va则降至-200伏的电平，截止电子束的输出，达到消隐的目的。

3.关机模式：在关机时，晶体管Q1可以通过灯丝的放电路径，迅速地让晶体管Q1呈关闭状态。同样地，此时的控制栅极电压Va也会被降至-200伏的电平，截止子电束的输出，达到保护CRT荧光屏的目的。

本发明虽是以一较佳实施例来描述的，然其并非用以限定本发明，任何本技术领域的人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以进行任何修改与润饰，因此本发明的保护范围仅由所附权利要求限定。

Claims (4)

1.一种显像管控制栅极电压的产生电路，其包括：

一高电压源，用以提供一参考高电压，并且所述高电压源与接地端之间具有一低阻抗回路；

一低电压源，用以提供一参考低电压；以及

一放大器电路，耦合于所述高电压源和所述低电压源，并且偏压于所述参考高电压和所述参考低电压之间，其接收一输入电压用以放大产生所述控制栅极电压，当显像管关机时，所述放大器电路通过所述高电压源和接地端间的所述低阻抗回路进行放电，切换至关闭状态，使得所述控制栅极电压输出所述参考低电压，借以截止显像管中电子束的输出。

2.如权利要求1所述的产生电路，其中所述高电压源为提供至显像管的灯丝电源。

3.如权利要求1所述的产生电路，其中所述参考低电压由一回扫变压器的次级线圈产生。

4.如权利要求1所述的产生电路，其中所述放大器电路包括：

一第一电阻，其第一端耦合至所述高电压源；

一第二电阻，其第一端耦合至所述低电压源；以及

一第一晶体管元件，其射极耦合至所述第一电阻的第二端，其集电极耦合至所述第二电阻的第二端，其基极耦合至所述输入电压，并在其集电极输出所述控制栅极电压。

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