CRT显示器的PCB抄板和设计案例

　　CRT显示器是力思在仿制开发领域中的典型案例之一，目前，我们不仅实现了多种品牌型号CRT显示器的仿制克隆，对部分型号已经成功实现二次开发，并投入使用，反响良好。在此，力思反向研究工程师为您揭秘CRT显示器的相关技术原理及故障检修法则：
　　CRT显示器(学名为“阴极射线显像管”)是就是这样一种装置，它主要由电子枪(Electron gun)、偏转线圈(Deflection coils)、荫罩(Shadow mask)、荧光粉层(phosphor)和玻璃外壳五部分组成。其中我们印象最深的肯定是玻璃外壳，也可以叫做荧光屏，因为它的内表面可以显示丰富的色彩图像和清晰的文字。CRT显示器是怎样将三原色原理用在其中的呢？当然，并不是直接将这三原色画在荧光屏上，而是用电子束来进行控制和表现的。
　　1.电子枪是如何工作的
　　这首先有赖于荧光粉层，在荧光屏上涂满了按一定方式紧密排列的红、绿、蓝三种颜色的荧光粉点或荧光粉条，称为荧光粉单元，相邻的红、绿、蓝荧光粉单元各一个为一组，学名称之为像素。每个像素中都拥有红、绿、蓝(R、G、B)三原色，根据我们刚才所说的三原色理论，这就有了形成千变万化色彩的基础。然而，怎样把这三原色混合成丰富的色彩呢？
　　我们通过电子枪(Electron gun)来解决这个问题，没错，电子枪就好像手枪一样，可以发射，不过发射的不是子弹，而是非常高速的电子束。其工作原理是由灯丝加热阴极，阴极发射电子，然后在加速极电场的作用下，经聚焦极聚成很细的电子束，在阳极高压作用下，获得巨大的能量，以极高的速度去轰击荧光粉层。这些电子束轰击的目标就是荧光屏上的三原色。为此，电子枪发射的电子束不是一束，而是三束，它们分别受电脑显卡R、 G、 B三个基色视频信号电压的控制，去轰击各自的荧光粉单元。受到高速电子束的激发，这些荧光粉单元分别发出强弱不同的红、绿、蓝三种光。根据空间混色法(将三个基色光同时照射同一表面相邻很近的三个点上进行混色的方法)产生丰富的色彩，这种方法利用人们眼睛在超过一定距离后分辨力不高的特性，产生与直接混色法相同的效果。用这种方法可以产生不同色彩的像素，而大量的不同色彩的像素可以组成一张漂亮的画面，而不断变换的画面就成为可动的图像。很显然，像素越多，图像越清晰、细腻，也就更逼真。可是，怎样用电子枪来同时激发这数以万计的像素发光并形成画面呢？
　　2.画面是如何形成的
　　科学家们想到了一个很聪明的办法，其原理是利用了人们眼睛的视觉残留特性和荧光粉的余辉作用，这就是我们即使只有一支电子枪，只要我们的三支电子束可以足够快地向所有排列整齐的像素进行激发，我们还是可以看到一幅完整的图像的。大家不要怀疑，我们现在的CRT显示器中的电子枪能发射这三支电子束，然后以非常非常快的速度对所有的像素进行扫描激发。
　　要形成非常高速的扫描动作，我们还需要偏转线圈(Deflection coils)的帮助，通过它，我们可以使显像管内的电子束以一定的顺序，周期性地轰击每个像素，使每个像素都发光，而且只要这个周期足够短，也就是说对某个像素而言电子束的轰击频率足够高，我们就会看到一幅完整的图像。我们把这种电子束有规律的周期性运动叫扫描运动。
　　3.显示器的扫描方式
　　理解了三原色，聪明的你一定会想到，可以用这样一个原理来制作彩色显示器呀。没错，我们今天的色彩丰富的CRT显示器正是由这个三原色原理制造出来的。刚才我们提到，三原色的选择在原则上是任意的，但是通过实验研究发现，人们的眼睛对红、绿、蓝三种颜色反应最灵敏，而且它们的配色范围比较广，用这三种颜色可以随意配出自然界中的大部分颜色，因此在CRT显示器中，选用红、绿、蓝三种颜色作为三原色，还分别用R、G、B三个字母来表示。现在问题来了，怎样可以把这三原色的光表现出来呢，我们需要一个机电装置来完成这一表现过程
　　没错，因为有大量排列整齐的像素需要激发，必然要求有规律的电子枪扫描运动才显得高效，通常实现扫描的方式很多，如直线式扫描，圆形扫描，螺旋扫描等等。其中，直线式扫描又可分为逐行扫描和隔行扫描两种，相信大家都经常听到，事实上，在CRT显示系统中两种都有采用。逐行扫描是电子束在屏幕上一行紧接一行从左到右的扫描方式，是比较先进的一种方式。而隔行扫描中，一张图像的扫描不是在一个场周期中完成的，而是由两个场周期完成的。在前一个场周期扫描所有奇数行，称为奇数场扫描，在后一个场周期扫描所有偶数行，称为偶数场扫描。无论是逐行扫描还是隔行扫描，为了完成对整个屏幕的扫描，扫描线并不是完全水平的，而是稍微倾斜的，为此电子束既要作水平方向的运动，又要作垂直方向的运动。前者形成一行的扫描，称为行扫描，后者形成一幅画面的扫描，称为场扫描。
　　有了扫描，就可以形成画面，然而在扫描的过程中，怎样可以保证三支电子束准确击中每一个像素呢？这就要借助于荫罩(Shadow mask)，它的位置大概在荧光屏后面(从荧光屏正面看)约10mm处，厚度约为0.15mm的薄金属障板，它上面有很多小孔或细槽，它们和同一组的荧光粉单元即像素相对应。三支电子束经过小孔或细槽后只能击中同一像素中的对应荧光粉单元，因此能够保证彩色的纯正和正确的会聚，所以我们才可以看到清晰的图像。
　　至于画面的连续感，则是由场扫描的速度来决定的，场扫描越快，形成的单一图像越多，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质量的标准，我们通常用帧频或场频(单位为Hz，赫兹)来表示，帧频越大，图像越有连续感。我们知道，24Hz场频是保证对图像活动内容的连续感觉，48Hz场频是保证图像显示没有闪烁的感觉，这两个条件同时满足，才能显示效果良好的图像。其实，这就跟动画片的形成原理是相似的，一张张的图片快速闪过人的眼睛，就形成连续的画面，就变成动画.
　　故障与维修
　　对于计算机用户来讲，最亲近的莫过于显示器了，可以说它是计算机系统不可或缺的组成部分。目前大家常用的还是CRT显示器，而CRT显示器也极易出现故障，那么如何才能检查和排除这些故障呢？
　　出现黑屏故障应如何排除？
　　答：计算机显示器出现黑屏是用户在使用计算机中经常遇到的问题。其实，只要稍对计算机硬件中主板、CPU、内存、显示卡等几大部件有一定的了解，非元器件的损坏的简单故障完全可以自己动手排除。出现这种情况，你可以按照以下的维修步骤和方法进行分析和简单的维修：
　　1．检查主机电源是否工作；电源风扇是否转动？用手移到主机机箱背部的开关电源的出风口，感觉有风吹出则电源正常，无风则是电源故障：主机电源开关开启瞬间键盘的三个指示灯(NumLock、CapsLock、ScrollLock)是否闪亮一下？是，则电源正常；主机面板电源指示灯、硬盘指示灯是否亮？亮，则电源正常。因为电源不正常或主板不加电，显示器没有收到数据信号，显然不会显示。
　　2．检查显示器是否加电；显示器的电源开关是否已经开启？显示器的电源指示灯是否亮？显示器的亮度电位器是否关到最小？显示器的高压电路是否正常？用手移动到显示器屏幕是否有"咝咝"声音、手背汗毛是否竖立？
　　3．检查显示卡与显示器信号线接触是否良好。
　　可以拔下插头检查一下，D形插口中是否有弯曲、断针、有大量污垢，这是许多用户经常遇到的问题。在连接D形插口时，由于用力不均匀，或忘记拧紧插口固定螺丝，使插口接触不良，或因安装方法不当用力过大使D形插口内断针或弯曲，以致接触不良等。
　　4．打开机箱检查显示卡是否安装正确；与主板插槽是否接触良好。
　　显示卡或插槽是否因使用时间太长而积尘太多，以至造成接触不良；显示卡上的芯片是否有烧焦、开裂的痕迹；因显示卡导致黑屏时，计算机开机自检时会有一短四长的"嘀嘀"声提示。
　　安装显示卡时，要用手握住显示卡上半部分，均匀用力插入槽中，使显示卡的固定螺丝口与主机箱的螺丝口吻合，未插入时不要强行固定，以免造成显卡扭曲。如果确认安装正确，可以取下显示卡用酒精棉球擦一下插脚或者换一个插槽安装。如果还不行，换一块好的显卡试一下。
　　5．检查其他的板卡(包括声卡、解压卡、视频捕捉卡)与主板的插槽接触是否良好。
　　注意检查硬盘的数据线、电源线接法是否正确？更换其他板卡的插槽，清洁插脚。这一点许多人往往容易忽视。一般认为，计算机黑屏是显示器部分出问题，与其他设备无关。实际上，因声卡等设备的安装不正确，导致系统初始化难以完成，特别是硬盘的数据线、电源线插错，也容易造成无显示的故障。
　　6．检查内存条与主板的接触是否良好，内存条的质量是否过硬。
　　把内存条重新插拔一次，或者更换新的内存条。如果内存条出现问题，计算机在启动时，会有连续四声的"嘀嘀"声。
　　AST(VGA)彩色CRT显示器显示垂直幅度正常，但水平幅度缩小。
　　故障分析与维修方法：显示的内容完整，表明场扫描电路、视频放大电路、 高压电路都基本工作正常，可能损坏的电路是行扫描电路、电源电路。检查维修方法如下：
　　1.关机断电,静态测量行扫描电路主要元器件有无硬损坏。实测Q502、 Q503、Q505以及外围电路的阻容元器件，均未发现明显异常。
　　2.通电测量行扫描电路主要元器件各极电压。当测量行振荡集成电路芯片TDA1180P第1脚电压时，发现由12V上升为18V。TDA1180P第1脚电压是由开关电源提供的，因此，应检查电源电路的工作情况(参见图1)。
　　3.检查电源的12V输出电压为18V左右。进一步检查发现，该机的12V稳压电路是由U801(UA7812)担负的，由于U801没有彻底损坏，所以静态测量损坏不明显，换一新品，开机试验故障现象解除。
　　AST(VGA)彩色CRT显示器无光栅显示。
　　故障分析与维修方法：无光栅、无显示，表明显示器没有工作。可能损坏的部位或是电源电路或是主要负载电路。由于负载电路较复杂，一般应先检查电源电路。检查维修方法如下：
　　1.检查保险丝F801，完好。
　　2.拔下消磁线圈插头，合上电源开关，测量电源线两端阻值很大，说明可以加电进行检查。
　　3.检查整流滤波电路。测量整流桥堆PR801输出两端电压约为308V，说明整流电路无故障。
　　4.检查电源振荡电路。实测开关管Q801基极电压为0.5V左右，说明电路没有振荡，可能振荡电路有故障。
　　5.静态测量振荡电路的主要元器件。在线测试未发现明显异常。断开C808测量该电容器时，用R＊10K档测试表针纹丝不动，可能C808失效，换一同参数的新品，加电开机试验，显示器恢复正常。
　　AST(VGA)彩色CRT显示器开机很短时间后，显示内容左右扭曲，上下晃动。
　　故障分析与维修方法：开机时显示的内容正常，说明机器各部分工作正常。过一会儿发生显示内容左右扭曲、上下晃动，说明电路有不稳定的元器件。这种元器件只能在低温条件下正常工作，当其温度上升到一定值时，就不能正常工作，维修时常称之为“活”故障。
　　遇到“活”故障，可采用人为“降温”的方法找到故障器件。具体办法有两个：
　　1.取一个吹头发用的“电吹风”，将其功能选到冷风档，对着可疑的元器件吹冷风，当吹到某一个元器件时故障解除，表示该元器件损坏，应更换。
　　2.用一棉球沾上无水酒精擦拭可疑元器件表面，让酒精加速元器件散热，如果擦试某一元器件表面时故障现象解除，说明该元器件损坏，应予更换。
　　但是机内元器件有几百个，要做到每个元器件都采用“降温”法来处理既不现实又不安全，因此，在采用“降温”法之前，最好先确定一下故障范围和可能损坏的元器件，然后再谨慎实施“降温法”。本例故障现象说明扫描电路或电源电路有不稳定的元器件。用“降温”法对行振荡集成电路TDA1180P、场振荡集成电路TDA1670A、电源整流桥堆PR801等元器件进行“降温”处理，当对整流桥堆PR801实施“降温”时，故障现象有瞬间解除，说明PR801有软损坏。取下PR801，换上一个同型号的新品，显示器恢复正常。参见图3。
　　AST(VGA)彩色CRT显示器光栅成比例地缩小。
　　故障分析与维修方法：光栅成比例地缩小，即光栅的上下左右均有规律地缩小，这可能是行扫描与场扫描电路存在问题。但是，行扫描与场扫描电路同时出问题是很少见的。仔细观察故障现象，发现行扫描与场扫描电路工作过程没有问题，只是扫描的电压不足，导致光栅成比例地缩小，最大的可能是电源供电不正常。检查维修方法如下：
　　1.检查电源整流滤波电路。测量桥式整流电路的输出电压为300V，证明电源的整流滤波电路没有问题。
　　2.检查直流电压输出电路。测量电容器C204的正极，电压为5V，正常；测量电容器C802的正极，电压为18V，正常；测量V801的输出极，电压为12V，正常；测量电容器C816的正极，电压为60V，比正常值低30V(正常值90V)。这点电压异常，说明这条支路有故障，可能损坏的元器件有：C816、L805、C817、D805以及开关变压器在该支路绕组。
　　将上述元器件逐个焊下测量，发现电容器C817无充放电过程，D805正反向电阻相差不大，其它元器件均完好。更换一只新的电容器C817和整流二极管D805，重新焊好电路各元器件，加电开机试验，显示器恢复正常。
　　温馨提示：目前力思长期提供各种类型CRT显示器全套技术资料的转让，有意进行技术交流与项目合作者请致电力思商务中心进行咨询。