计算机图形|阴极射线示波器|阴极射线管（视频显示技术）

计算机图形学已成为当今现代世界的常见元素。无论是用户界面，还是数据可视化、电影等，计算机图形都发挥着重要作用。图形系统中的主要输出设备是视频监视器。尽管存在许多技术，但大多数视频监视器的操作基于标准阴极射线管 (CRT) 设计。阴极射线管是一种称为阴极射线示波器的设备中使用的核心技术，它是您父母或祖父母过去观看的电视类型的学名。

阴极射线管 (CRT) –
阴极射线管 (CRT) 是一种特殊的真空管，当电子束撞击磷光表面时会在其中产生图像。它调制、加速和偏转电子束到屏幕上以创建图像。大多数台式计算机显示器使用 CRT 来显示图像。

图片来源——physics.usyd

阴极射线示波器电路

1. 立式放大器
2. 卧式放大器
3. 时基电路
4. 电源
5. 阴极射线管
   

建造 CRT –

1. 主要部件是加热的金属阴极和控制栅。
2. 热量提供给阴极（通过使电流通过灯丝）。通过这种方式，电子被加热并开始从阴极灯丝中弹出。
3. 通过提供高正电压，这种带负电的电子流被加速朝向荧光屏。
4. 这种加速通常是通过加速阳极产生的。
5. 下一个组件是聚焦系统，用于强制电子束会聚到屏幕上的小点。
6. 如果没有任何聚焦系统，电子会因为自身的排斥力而被散射，因此我们将无法获得物体的清晰图像。
7. 这种聚焦可以通过静电场或磁场的方式进行。

偏转类型：

1. 静电偏转 –
   电子束（阴极射线）穿过一个带正电的金属圆柱体，形成一个静电透镜。这种静电透镜将阴极射线聚焦到屏幕中心，其方式与光学透镜聚焦光束的方式相同。两对平行板安装在 CRT 管内。阴极射线管的静电偏转灵敏度是在板之间施加 1V 电压时电子束中产生的偏转量。
2. 磁偏转 –
   这里使用了两对线圈。一对安装在 CRT 管的顶部和底部，另一对安装在相对的两侧。由这两个对产生的磁场使得在与磁场方向和电子束流动方向都垂直的方向上在电子束上产生力。一对水平安装，另一对垂直安装。

现在，当这种高能光束撞击屏幕表面时，这些电子被停止，它们的动能被荧光屏（原子）吸收。一些能量也浪费在热量上，但大部分动能被转移到磷原子上。当这些原子接收到如此巨大的能量时，它们会被激发到更高的能级。

不久后，这些原子开始恢复到原来的能级。原始能级比激发能级低，因此原子在下降时释放一些能量。这种额外的能量以小量子光的形式消散。因此，去激励会在屏幕上产生一个亮色点。斑点的频率（颜色）取决于两个能级（激发能级和基态能级）之间的差异。

CRT 中使用了不同种类的荧光粉。差异是基于在 CRT 光束被移除后磷光体继续发光的时间。此属性称为持久性。基本上，持久性是指发射光需要多少时间才能降低到其原始强度的十分之一。现在，具有较低持久性的磷光体需要更高的刷新率才能在屏幕上保持画面无任何闪烁。

参考资料： Pauline Baker 的计算机图形学