阴极射线管(1)
阴极射线管原理
阴极射线管原理
阴极射线管原理是一种理论，用于描述固体物理学中的电子学特性，以及阴极射线管的实际操作。
它是电子器件中应用最广泛的机构，可以用来放大信号，发出橙红色的阴极射线管内部电子束，以及在计算机中发出脉冲信号，测量温度等等。
电子学特性可以用一个基本模型来概括。
在电容中，电荷被存储在一个物理的结构当中，它的大小是由电场的关系和物体的质量大小决定的，而电子学特性则由相互作用的电子影响着。
电子能量等级分布，由通switch输入一定的电压，在能量的第一段将有一系列的电子从原子内部甩出，从而形成阴极射线管内部的电子流。
在阴极射线管的实际操作中，电子施加一个横向电场，把电子流向物体尖端，将电子聚集在物体上，形成被称为电子束的储存能量，这将影响到射线管的发射行为，由此进而产生放大信号，发出灯泡的橙红色的光，也可以用来在计算机中发出脉冲信号和测量温度等应用。
当串联电容和电阻，可以使信号在电容上积累和放电，这样就可以产生持续的信号，也可以利用电子信号和测量温度等应用。
阴极射线管原理是一种重要的物理概念，它通过电荷和电子之间的关系了解了阴极射线管的工作原理和电子学特性。
它也是实现放大信号，发射光，检测温度等应用必不可少的一种理论化平台，它的应用有着极大的潜力。
阴极射线管原理
阴极射线管原理
阴极射线管是一种由玻璃制成的真空管，主要用于生成和控制电子流。
它是电子显像设备，如电视机和计算机显示器的核心部件。
阴极射线管的原理基于热电子发射现象，在封闭的真空环境中，阴极表面被加热，使其释放出自由电子。
这些自由电子受到阴极的负电场的作用，被加速向阳极移动。
阳极上设有一个小孔，只允许电子束通过，并将其聚焦成一细束。
电子束通过这个小孔后，经过一系列聚焦、偏转和加速装置的控制，最终照射到屏幕上。
屏幕上涂有荧光物质，当电子束击中荧光屏时，荧光物质被激发，发出可见光。
根据电子束的位置和强度控制，屏幕上就能呈现出图像和文字。
阴极射线管的聚焦、偏转和加速装置通过电场和磁场的作用实现。
聚焦装置通过调节电场的大小，使电子束在通过时保持一定的直径。
偏转装置则通过施加不同的电压和磁场来控制电子束的路径，从而使其扫描整个屏幕。
加速装置则通过增加阳极的电压，增加电子束的速度，从而增强图像的亮度。
总的来说，阴极射线管利用热电子发射、电场和磁场的协同作用，实现了电子束的生成、控制和聚焦，从而产生高速扫描的电子束，并将其投影到屏幕上，使得图像和文字得以显示。
阴极射线管
注意
关于电极电压有一点要特别注意：通常最后的阳极要接地以使偏转板不会处于高压附近，错误的方法会引起 光点漂移，甚至在某些情况中导致危险。示波管阴极末端处在相对于地几千伏的负电势上，它取决于示波管的零 点。因此，当示波管工作时，阴极、阴极加热装置，加热装置的电流变压器线圈，以及聚焦阳极（A2）对于操作 者而言是危险的。所以这些部件的相应旋钮中间都必须绝缘，始终保持与高压电源隔离。
显示器
阴极射线管显示器阴极射线管显示器（CRT），是实现最早、应用最为广泛的一种显示技术，具有技术成熟、 图像色彩丰富、还原性好、全彩色、高清晰度、较低成本和丰富的几何失真调整能力等优点，主要应用于电视、 计算机显示器、工业监视器、投影仪等终端显示设备。阴极射线管显示器（CRT）是一种使用阴极射线管 (Cathode Ray Tube)的显示器，主要有五部分组成：电子枪(Electron Gun)，偏转线圈(Deflection coils)， 荫罩(Shadow mask)，荧光粉层(Phosphor)及玻璃外壳。它是应用最广泛的显示器之一，CRT纯平显示器具有可 视角度大、无坏点、色彩还原度高、色度均匀、可调节的多分辨率模式、响应时间极短等LCD显示器难以超越的 优点，而且CRT显示器价格要比LCD显示器便宜不少。
种类
1.磁场偏向型：以磁场令电子束产生偏向，产生磁场的偏向线圈附加在阴极射线管颈部外侧。电视机使用此 种方式的显像管。
2.电场偏向型：以电场令电子束产生偏向，产生电场的偏向极板内建在阴极射线管内部。示波器使用此种方 式的显像管，以利应付不同的扫描频率，但此方式需要较长的管身。
3.威廉士管：具有记忆保持功能的特殊阴极射线管。
实验室
实验室通常使用静电偏转式示波管，它的旁热式阴极需要1A的电流、4或6．3V的电压。阴极被离得较远的顶 部开孔的圆柱形金属筒罩着，圆筒相对于阴极加上负电势，电子受到它的排斥、形成通过小孔的电子束。这个圆 筒电极称为栅板或屏蔽栅，改变栅极电位能控制阴极发射电子，于是就改变了光点的辉度。相应的控制旋钮标记 为“辉度”。
《阴极射线管》课件
阴极射线管的发展历程
1
192 2 年
2
阴极射线管被首次应用于电视领域，开创了
电子显像的时代。
3
1 897年
卡尔·弗朗茨发现了阴极射线，为阴极射线 管的研究奠定了基础。
1 947年
发展出了彩色阴极射线管，进一步完善了图 像显示的质量。
《阴极射线管》PPT课件
本课程目标旨在深入了解阴极射线管，从定义、工作原理、结构和部件、应 用领域、发展历程以及优缺点等多个方面全面介绍。
阴极射线管的定义
阴极射线管指的是利用电子束通过真空管来产生或控制电子束的一种装置。 它是电子显像领域中重要的一部分。
阴极射线管的工作原理
阴极射线管通过加热阴极，使其释放出电子，然后通过一系列的磁场和电场 控制，将电子加速进入屏幕，从而形成可见的图像。
阴极射线管的优缺点
1 优点
高亮度、高对比度、响应速度快
2 缺点
体积庞大、能耗高、色彩还原有限
总结和展望
阴极射线管在现代科技中有着广泛的应用，但它的发展还远未结束。未来，我们可以期待更小巧、更高分辨率的显 示技术的出现。
极射线管的结构和部件
电子枪
电子枪包括阴极、阳极和聚焦极等部件，用于产生 和控制电子束。
荧光屏
荧光屏是用来显示电子束所产生的图像，由荧光物 质涂覆在玻璃表面上。
磁偏转系统
磁偏转系统使用磁场将电子束导引至屏幕的正确位 置。
控制电路
控制电路用于控制电子束的强度、聚焦和偏转等参 数。
阴极射线管的应用领域
阴极射线管
阴极射线管（Cathode ray tube，CRT），因为最广为人知的用途是用于构造显示系统，所以俗称显像管，它是利用阴极电子枪发射电子，在阳极高压的作用下，射向萤光屏，使萤光粉发光，同时电子束在偏转磁场的作用下，作上下左右的移动来达到扫描的目的。
早期的CRT 技术仅能显示光线的强弱，展现黑白画面。
而彩色CRT 具有红、绿色和蓝色三支电子枪，三支电子枪同时发射电子打在屏幕玻璃上磷化物上来显示颜色。
阴极射线管是由克鲁克斯首创，所以又被称为克鲁克斯管。
由于它笨重、耗电，所以在部分领域正在被轻巧、省电的液晶显示器取代。
液晶（Liquid Crystal，简称LC）是相态的一种，因为具有特殊的理化与光电特性，20世纪中叶开始被广泛应用在轻薄型的显示技术上。
人们熟悉的物质状态（又称相）为气、液、固，较为生疏的是等离子和液晶。
液晶相要具有特殊形状分子组合始会产生，它们可以流动，又拥有结晶的光学性质。
液晶的定义，现在以放宽而囊括了在某一温度范围可以是现液晶相，在较低温度为正常结晶之物质。
而液晶的组成物质是一种有机化合物，也就是以碳为中心所构成的化合物。
同时具有两种物质的液晶，是以分子间力量组合的，它们的特殊光学性质，又对电磁场敏感，极有实用价值。
液晶的历史在1850年，普鲁士医生鲁道夫·菲尔绍（Rudolf Virchow）等人发现神经纤维的萃取物中含有一种不寻常的物质。
1877年，德国物理学家奥托·雷曼（Otto Lehmann）运用偏光显微镜首次观察到了液晶化的现象，但他对此现象的成因并不了解。
奥地利布拉格德国大学的植物生理学家斐德烈·莱尼泽在1883年3月14日（Friedrich Reinitzer）借由在植物内加热安息香酸胆固醇酯（Cholesteryl Benzoate）研究胆固醇，观察到胆固醇苯甲酸酯在热熔时的异常表现。
该物质在145.5℃时熔化，产生了带有光彩的混浊物，温度升到178.5℃后，光彩消失，液体透明。
物理实验技术中的阴极射线管使用指南
物理实验技术中的阴极射线管使用指南阴极射线管（CRT）是一种重要的实验工具，在物理实验中广泛应用。
它的使用涉及到一些特定的技术和注意事项，本文将为大家介绍一些有关阴极射线管的使用指南。
一、阴极射线管的原理与组成阴极射线管是一种电子显像器件，由阴极、聚焦系统、偏转系统、荧光屏等部分组成。
当阴极受到加热后，会释放出电子。
这些电子经过聚焦系统的聚焦作用后，被偏转系统控制在荧光屏上形成图像。
二、阴极射线管的使用注意事项1.使用前的准备在使用阴极射线管之前，需要先确保阴极射线管处于正常工作状态。
检查电源和连接线是否正常，防止因为电力问题导致使用中的问题。
2.避免长时间使用长时间使用阴极射线管会导致它过热，进而影响其寿命和性能。
因此，及时关闭电源，并让其自然冷却是非常重要的。
3.避免碰撞和振动阴极射线管内部部件非常精密，一旦受到碰撞或振动，容易出现故障。
在使用过程中要尽量避免任何形式的碰撞和振动。
4.阴极射线管应正确放置阴极射线管的使用姿势应正确。
如倒置放置或过度倾斜，可能会导致内部液体流动，进而导致阴极射线管无法正常工作。
5.防止潮湿环境和腐蚀性气体阴极射线管是一种精密的仪器，不应放置在潮湿的环境中，以免影响其正常工作。
此外，在实验过程中要注意避免使用腐蚀性气体，以防损坏阴极射线管。
6.调整和维护使用阴极射线管前，需要根据实验要求正确调整其参数。
对于频率、亮度、对比度等参数的调节，可以提升实验效果和图像质量。
同时，要定期清洁和校正它的偏转系统，以确保画面清晰。
三、阴极射线管的应用阴极射线管在物理实验中有着广泛的应用。
它可以用于显示显微镜、示波器、频谱仪等实验设备中，用来观察和分析物理现象。
同时，阴极射线管还可以应用于光谱分析、材料表征等领域，帮助科学家和工程师更好地研究和理解物质的特性。
四、阴极射线管的未来发展随着科学技术的不断发展，阴极射线管正逐渐被液晶和LED显示器等新技术所替代。
新一代的显示器具有更高的分辨率、更广的视角和更低的功耗，更适合现代实验技术的需求。
光电子发光与显示技术 第一章 阴极射线管显示PPT课件
❖ 在技术创新方面，这一时期的CRT电视品种已彻底告别黑白电视进入彩色世 界，并由模拟向数字化迈进，显示器由球面转向平面，以至于大屏幕等离子、 背投、立体、高清晰度等彩电技术大量涌现，创新的步伐越走越快。
▪ 荧光粉层完成显像管内的光电转换功能，黑白显像管要求在电子 轰击下荧光粉发白光，一般采用颜色互补的两种荧光粉混合起来 发白光。如将发蓝光的ZnS[Ag]与发黄光的ZnS、CdS[Ag]以55： 45的比例混合制得P4荧光粉，或直接采用单一白色荧光粉。荧光 粉的另一个重要参数是余辉时间，余辉时间定义为亮度减少到 1/10时所用的时间，余辉时间长于0.1秒的叫长余辉荧光粉，介于 0.1~0.001秒的称为中余辉荧光粉，短于0.001秒的称为短余辉荧 光粉。余辉太长运动画面会有拖影，余辉太短平均亮度降低，电 视采用中余辉荧光粉，示波器等则采用长余辉荧光粉。
一束发散角不大的带电粒子束，当它们在磁场B的方向上具有大致相同的速度分量时， 它们有相同的螺距。经过一个周期它们将重新会聚在另一点，这种发散粒子束会聚到一 点的现象与透镜将光束聚焦现象十分相似，因此叫磁聚焦。
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3.静电偏转
偏转角度在30度和53度两种
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4.磁偏转
飞出聚焦系统的电子束立即进入偏转区，在偏转磁场作用下发生偏转
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对穿过其间的电子束产生水平方向的作用力F，在屏幕上产生左右偏转。为得到比较 均匀的磁场，通过计算，线圈匝按余弦规律分布。因行输出管的输出功率较大，需 要较大的电流流过行偏转线圈，在偏转线圈外部套有铁氧体磁环，使磁力线通过磁 环形成闭合回路，可使内部磁场强度提高，磁环同时起屏蔽作用。为减小漏磁场线 匝形状做成马鞍形
阴极射线管原理
阴极射线管原理
阴极射线管是一种利用电子束来产生图像的设备。
它由一个真空玻璃管组成，内部有一个热阴极和一个阳极。
当加上适当的电压时，热阴极释放出电子，这些电子被加速电场引导，形成一个高速电子束。
电子束通过一对电偏转板被控制，可以在屏幕上形成图像。
电偏转板通过调节电压大小和极性，使得电子束能够沿着屏幕的不同位置进行扫描。
在屏幕的背面有一层荧光物质，当电子束撞击到屏幕上时，会激发荧光物质产生可见光。
这样，通过控制电子束的扫描轨迹，就能够在屏幕上形成图像。
阴极射线管的原理基于电子的物理性质。
热阴极通过加热被激发，释放出大量的自由电子。
这些电子受到电场的作用而加速，形成高速电子束。
通过调节电场强度和电偏转板的控制，可以控制电子束的运动轨迹，从而在屏幕上形成图像。
阴极射线管在电视和计算机显示器等设备中得到广泛应用。
它具有成本低、寿命长、响应时间快等优点，是一种重要的显示技术。
然而，由于阴极射线管存在较高的功耗和辐射问题，近年来逐渐被液晶显示器等新技术所替代。
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第二组
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1
阴极射线管
目录
1.阴极射线管的历史 2.阴极射线管的原理 3.CRT显示器 4.CRT的优缺点 5.CRT的应用及发展前景 6.总结
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2
阴极射线管的历史
• 威廉·克鲁克斯(William.Crookes)
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3
阴极射线管的历史
• 菲利普·莱纳德 （Philipp Eduard Anton von Lénárd）
G
的距离；L 为电子枪的束
荫罩 L
பைடு நூலகம்
B R
荧光体
间距；P S 为电子束排列方
G
向的荫罩孔距；P M 为电子
B
束排列方向的荧光屏上同
屏幕玻璃 一色荧光体的点间距。
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16
CRT显示器
4、CRT的性能及表征
余辉时间：持续发光时间，电子束离开某点后，该点
的亮度值衰减到初始值
余辉时间长于0.1s的称为长余辉发光;介于0.1s至0.001s
证明了阴极射线有某些化学效应，例如使 照相底片感光、使空气变成臭氧、使气 体电离导电等等。还发现射线在气体中 散射，散射随气体的密度而增加；射线 对不同物体的穿透本领不同，吸收率和 物体密度有直接的关系。勒纳证明了阴 极射线即使在真空中也带负电，还发现 阴极射线有不同的类型，它们在磁场中
偏转的程度不同。
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9
CRT显示器
1、基本概念
CRT显示器学名为“阴极射线显像管”，是一种使用阴极 射线管的显示器。主要由电子枪、加速系统、聚焦系统、 偏转系统、荧光屏及玻璃外壳。它是应用最广泛的显示器 之一。
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10
CRT显示器
电子枪
阴极：由灯丝加热发射电子。
控制栅 a).加上负电压后，能够控制通过其中小孔的电子束的强弱 b).通过调节负电压的高低来控制电子数量 c).即可控制屏幕上相应点的亮度
像素(Pixel)：构成屏幕（图像）的最小元素 荧光粉的发光效率是指每瓦电功率能获得
多大的发光强度
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18
CRT显示器
屏幕的亮度取决于荧光粉的发光效率、余辉时间 及电子束轰击的功率。
从上式可以看出，欲增大亮度可以加大
电流密度和电压。两者中以提高电压更
为有效。
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CRT的优点
CRT最大的优势是性价比很高，即在相对低的价格下获得所必 需的各种功能和性能。而且，可以进行大画面高密度显示。
彩色CRT与单色CRT在装置的布局上无本质变化，可进行无级 辉度调节的全色显示。特别是CRT采用电子束扫描方式，与其他 电子显示采用矩阵阵列的扫描方式不同，所需要的驱动电极数极 少。
1895年11月8日，阴极射线的研究，伦琴把玻璃管 用黑纸紧紧地蒙上，通电后阴极射线发出的光被遮 住了，氰化铂钡却依然发亮。断电时就不见了，伦 琴用10张黑纸包着玻璃管或以铝板把玻璃管和荧光 屏隔开，荧光屏仍亮着；把厚铅板夹在里面试试， 亮光突然消失，铅板一拿开，又重新发亮。伦琴把 手插进去一看，在荧光屏上模模糊糊有手骨的形象， 手的轮廓也隐约可见，由于这是一种性质不明的新 射线，就姑且称为“X线”。
2、CRT的工作原理
由阴极放出的电子通过控制栅极后变成电子束，该 电子束在聚焦系统的作用下进一步聚焦，形成很细 的束，然后在超高压电场(通常为15000—20000V) 的加速下轰击屏幕表面的荧光体从而发光。
阴 极
电 子
控电 制子 栅束 极
聚 焦
聚
系焦
统
偏 转 系 统
方 向
加 速
轰
电击
场
荧 光 屏
.
的称为中余辉发光；短于0.001s的称为短余辉发光
刷新(Refresh)：要保持显示一幅稳定的画面，必须不
断地发射电子束
刷新频率：每秒钟重绘屏幕的次数
某种CRT产生稳定图像所需要的最小刷新频率
=1秒/荧光物质的持续发光时间
（例如）=1000/40=25Hz
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CRT显示器
分辨率(Resolution)：CRT在水平或竖直方向单位长 度上能识别的最大像素个数，单位通常为dpi（dots per inch)。 在假定屏幕尺寸一定的情况下，也可用整个屏幕所能 容纳的像素个数描述 如640*480，800*600，1024*768，1280*1024等等
1901年他成为诺贝尔奖金第一位物理学奖金获得者
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6
阴极射线管的 历史 卡尔·费迪南德·布劳恩
（Karl Ferdinand Braun)
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阴极射线管的原理
1、基本概念
阴极射线管CRT：它是可以发出射线，将电信号转变成光学图像的一类电 子束管，主要由电子枪、偏转系统、荧光屏、管壳构成。
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8
阴极射线管的原 理 2、工作原理
13
CRT显示器
3、CRT的分类
CRT可以分为单色CRT和彩色CRT两类
单色CRT只有单一的电子枪，仅能产生黑白两种 颜色。它的主要用途是在电视机中显示图像，以 及在工业控制设备中用作监视器。
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14
CRT显示器
彩色CRT电子枪中设有三个阴极，分别发射电子 束，主要采用荫罩型结构，通过红(R)、绿(G)、 蓝(B)三原色组合产生彩色视觉效果
阴极射线管由玻璃制作，在真空排气时密封，加热时 高速的电子束由电子枪发出，经过磁偏转系统就会到 达荧光屏的特定位置。由于荧光物质在高速电子的轰 击下会发生电子跃迁，即电子吸收到能量从低能态变 为高能态。由于高能态很不稳定，在很短的时间内荧 光物质的电子会从高能态重新回到低能态，这时将发
出荧光，屏幕上的那一点就会亮了。
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CRT显示器
聚焦系统：通过电场和磁场控制电子束变细，保证亮点足够小， 提高分辨率 加速系统：加正的高压电（几万伏）使电子束高速运动 偏转系统：控制静电场或磁场，使电子束产生偏转，最大偏转 角是衡量系统性能的最重要的指标，显示器的长短与此有关。 荧光屏：电子束轰击时发出光辉。
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CRT显示器
获得1905年的诺贝尔物理学奖
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4
阴极射线管的历史
约瑟夫·约翰·汤姆逊 （Joseph John Thomson，1856-1940）
Eq=Bqv Bqv=mv^2/r or Eq=mv^2/r
氢原子的荷质比值大1700倍
1906年的诺贝尔物理学奖
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5
阴极射线管的历史
威廉·康拉德·伦琴 Wilhelm Röntgen
荫罩：为了防止每个电 子束轰击另外两个颜色 的荧光体，在荧光面内 侧设的选色电极
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15
CRT显示器
荫罩与荧光屏的距离可根据几何关系由下式确定：
qLPM 3Sg
电子枪
q
静态聚焦面
R
PM
G
P S/P ML/(Lq)
Sg
B
R
PS
式中：q 为荫罩与荧光屏
G B R
的距离； 为孔距放大率；
S g 为从电子枪到荧光面