Элт мониторы характеристики кратко

Обновлено: 05.07.2024

Мониторы с ЭЛТ бывают плоские и выпуклые. Монитор содержит: видеоусилители сигналов, отклоняющую систему, цветоделительную маску, генератор развёрток, блок питания, схему управления узлами монитора. Параметры синхронизации зависят от выбранного разрешения. В цветных мониторах люминофор не однородный. Используется 3 типа частиц. Используется 3 электронные пушки, которые воздействуют на свои частицы. Если используется ЭЛТ CRT, то они выпуклые Trinitron. Выпуклость только в горизонтальном сечении Flatron (FDTrinitron).

Принцип действия: Для создания изображения в ЭЛТ-мониторе используется электронная пушка, откуда под действием сильного электростатического поля исходит поток электронов. Сквозь металлическую цветоделительную маску или решетку они попадают на внутреннюю поверхность стеклянного экрана монитора, которая покрыта разноцветными люминофорными точками.

Поток электронов (луч) может отклоняться в вертикальной и горизонтальной плоскости, что обеспечивает последовательное попадание его на все поле экрана. Отклонение луча происходит посредством отклоняющей системы. Отклоняющие системы подразделяются на седловидно-тороидальные и седловидные. Последние предпочтительнее, поскольку имеют пониженный уровень излучения.

Минимальный элемент изображения называется пиксель. Видеосигнал может быть аналоговым и цифровым. Химическое вещество характеризуется временем после свечения. Время после свечения должно соответствовать времени регенерации, частота регенерации более 85 Гц.

· Тип ЭЛТ и ее диагональ. Рабочая область [“ – дюймы]. Различают трубки четырех основных типов: сферические (чаще всего встречаются в недорогих 14-дюймовых мониторах), прямоугольные с почти плоским экраном (ими оборудованы практически все современные модели с диагональю 15-21 дюйм), трубки типа Trinitron (DiamondTron, SonicTron) и полностью плоская трубка PanaFlat фирмы Panasonic. Отличие трубок Trinitron заключается в том, что их экран представляет собой сегмент цилиндра, тогда как экраны других типов являются сегментами сферы.

· Шаг точек/полосок (dot/stripe pitch) [мм]. Каждый светящийся элемент экрана формируется тремя точками люминофора - красного, зеленого и синего свечения. Расстояние между центрами этих мельчайших элементов называется шагом точек (или шагом полосок для трубок с апертурной решеткой). У современных мониторов шаг точек, как правило, не превышает 0,28 мм, хотя в моделях с диагональю 20-21 дюйм он может быть и больше, так как в этом случае повышенная зернистость изображения не так заметна из-за большой площади экрана. Минимальный шаг зерна по горизонтали на текущий момент – 0,20 мм.

· Максимальное разрешение. По горизонтали и вертикали (H x V) – это кол-во зерен люминофора в строке и кол-во строк соответственно. На максимальное разрешение влияет диагональ ЭЛТ и шаг зерна/полосы. Максимальное разрешение на текущий момент – 2304х1440 при диагонали 24”.

· Тип маски (shadow mask/slot mask/aperture grille). Теневая маска - это своего рода фильтрующее "сито", расположенное на пути электронов перед люминофором и обеспечивающее точное попадание электронов в нужные точки люминофора. Большинство мониторов оснащено теневыми масками двух типов - дельтовидными масками, представляющими собой перфорированные решетки с треугольным расположением отверстий, и апертурными решетками (щелевыми масками), состоящими из тонких вертикально натянутых металлических нитей, стабилизируемых одной или двумя более толстыми горизонтальными нитями.

· Больше распространены кинескопы с дельтовидными масками. Подвергаясь электронной "бомбардировке", маска нагревается и от этого расширяется, что ведет к ухудшению фокусировки изображения. Во избежание подобных термических деформаций большинство современных дельтовидных масок изготавливаются из инвара (от invariabilis (лат.) - неизменный) - специального сплава, обладающего малым коэффициентом температурного расширения, в состав которого входят железо и никель. Апертурные решетки используются только в трубках типа Trinitron.

· Частота кадровой развертки (vertical refresh rate) [Hz]. С помощью фокусирующей и отклоняющей систем тонкий электронный луч "пробегает" построчно по экрану из верхнего левого угла в правый нижний. Число "пробегов" луча в единицу времени называется кадровой частотой монитора, или частотой регенерации (обновления). Так, кадровая частота в 60 Гц означает 60 перерисовок экрана в секунду. Нужно отметить, что при частоте кадров менее 70 Гц человеческий глаз, как правило, замечает некоторое мерцание экрана; в таком режиме с монитором можно работать не более часа в день, иначе это может отрицательно сказаться на зрении и привести к возникновению головных болей.

· Существует два режима работы монитора. Режим с чересстрочным (interlaced) сканированием экрана (при этом кадровая частота обычно составляет 87 Гц). В таких режимах электронный луч рисует изображение за два прохода, т. е. сначала воздействию электронного потока подвергаются только все нечетные строки, а затем - все четные. Чересстрочная развертка чрезвычайно вредна для глаз. Все современные мониторы даже при максимальном разрешении имеют построчную (non-interlaced, NI) кадровую развертку.

· Частота обновления зависит от текущего установленного разрешения. Чем больше разрешение, тем меньше частота развертки, так для большего разрешения требуется большего времени для сканирования каждой строки.

· Частота строчной развертки (horizontal refresh rate) [kHz]. Эта характеристика определяет скорость перемещения луча вдоль строки. От строчной частоты зависит разрешение по вертикали при фиксированной кадровой частоте. Разумеется, чем более высокую строчную частоту поддерживает монитор, тем качественнее изображение.

· Ширина полосы пропускания видеосигнала (bandwidth). Данная характеристика определяет максимальное количество элементов изображения, которые могут быть выведены в строке. Чем шире полоса пропускания, тем больше четкость изображения. Ширина полосы пропускания рассчитывается по формуле: W = Н х V x F,

где V - максимальное разрешение по вертикали, H - максимальное разрешение по горизонтали, F - кадровая частота, на которой способен работать монитор при максимальном разрешении (например, в режиме 1024х768 точек при частоте регенерации 60 Гц ширина полосы пропускания составит 47 МГц).

· Динамическая фокусировка (dynamic focus). Расстояние, которое необходимо преодолеть электрону до центра экрана, несколько меньше, чем расстояние до краев или углов. Вследствие этого по краям экрана пиксел искажается, принимая эллипсоидную форму и увеличиваясь в размерах. Для поддержания одинакового размера электронного пятна по всему полю кинескопа применяется динамическая фокусировка, которая достигается изменением ускоряющего или фокусирующего напряжений системы пушек кинескопа по параболическому закону в соответствии с перемещением электронного луча от центра к краям экрана. Мониторы, соответствующие европейскому стандарту ISO 9241-3, практически не имеют искажений по краям экрана.

· Антибликовое покрытие (anti-glare coating). Такое покрытие уменьшает отражение внешнего света от стеклянной поверхности экрана. Различают несколько типов покрытия: например, специальная, рассеивающая световой поток, гравировка экрана (etching); более эффективное кремниевое покрытие (silica coating), часто применяемое в стеклянных фильтрах; особые виды устанавливаемых на кинескоп антибликовых панелей (AR panel). Следует, однако, отметить, что первые два способа уменьшения отражающей способности экрана несколько снижают контрастность и ухудшают цветопередачу, поэтому мониторы с блестящими экранами обычно передают цвета ярче.

· Атистатическое покрытие (antistatic coating). Это покрытие препятствует возникновению на поверхности экрана электростатического заряда, притягивающего пыль и неблагоприятно влияющего на здоровье пользователя.

· Кол-во поддерживаемых цветов (палитра). Определяется разрядностью ЦАП (RAMDAC) видеокарты. При разрядности 24 бита (по 8 бит на канал цвета) – 16,7 млн. цветов.

Мониторы на основе ЭЛТ – наиболее распространенные устройства отображения информации. Используемая в этом типе мониторов технология была разработана много лет назад и первоначально создавалась в качестве специального инструментария для измерения переменного тока, т.е. для осциллографа.

Содержание

Конструкция ЭЛТ-монитора

Большинство используемых и выпускаемых ныне мониторов построены на электронно-лучевых трубках (ЭЛТ). В английском языке — Cathode Ray Tube (CRT), дословно — катодно-лучевая трубка. Иногда CRT расшифровывают как Cathode Ray Terminal, что соответствует уже не самой трубке, а устройству, на ней основанному. Электронно-лучевая технология была разработана немецким ученым Фердинандом Брауном в 1897 году и первоначально создавалась в качестве специального инструмента для измерения переменного тока, то есть для осциллографа. Электронно-лучевая трубка, или кинескоп, — самый важный элемент монитора. Кинескоп состоит из герметичной стеклянной колбы, внутри которой находится вакуум. Один из концов колбы узкий и длинный — это горловина. Другой — широкий и достаточно плоский — экран. Внутренняя стеклянная поверхность экрана покрыта люминофором (luminophor). В качестве люминофоров для цветных ЭЛТ используются довольно сложные составы на основе редкоземельных металлов — иттрия, эрбия и т. п. Люминофор — это вещество, которое при бомбардировке заряженными частицами испускает свет. Заметим, что иногда люминофор называют фосфором, но это не верно, так как люминофор, используемый в покрытии ЭЛТ, не имеет ничего общего с фосфором. Более того, фосфор светится только в результате взаимодействия с кислородом воздуха при окислении до P2O5, и ссвечение длится очень недолго (кстати, белый фосфор — сильный яд).

Для создания изображения в ЭЛТ-мониторе используется электронная пушка, откуда под действием сильного электростатического поля исходит поток электронов. Сквозь металлическую маску или решетку они попадают на внутреннюю поверхность стеклянного экрана монитора, которая покрыта разноцветными люминофорными точками. Поток электронов (луч) может отклоняться в вертикальной и горизонтальной плоскости, что обеспечивает последовательное попадание его на все поле экрана. Отклонение луча происходит посредством отклоняющей системы. Отклоняющие системы подразделяются на седловидно-тороидальные и седловидные. Последние предпочтительнее, поскольку итмеют пониженный уровень излучения.

Отклоняющая система состоит из нескольких катушек индуктивности, размещенных у горловины кинескопа. С помощью переменного магнитного поля две катушки создают отклонение пучка электронов в горизонтальной плоскости, а две другие — в вертикальной. Изменение магнитного поля возникает под действием переменного тока, протекающего через катушки и изменяющегося по определенному закону (это, как правило, пилообразное изменение напряжения во времени), при этом катушки придают лучу нужное направление. Сплошные линии — это активный ход луча, пунктир — обратный.

Частота перехода на новую линию называется частотой строчной (или горизонтальной) развертки. Частота перехода из нижнего правого угла в левый верхний называется частотой вертикальной (или кадровой) развертки. Амплитуда импульсов перенапряжения на катушках строчной развертки возрастает с частотой строк, поэтому этот узел оказывается одним из самых напряженных мест конструкции и одним из главных источников помех в широком диапазоне частот. Мощность, потребляемая узлами строчной развертки, также является одним из серьезных факторов, учитываемых при проектировании мониторов. После отклоняющей системы поток электронов на пути к фронтальной части трубки проходит через модулятор интенсивности и ускоряющую систему, работающие по принципу разности потенциалов. В результате электроны приобретают большую энергию (E=mV2/2, где E-энергия, m-масса, v-скорость), часть из которой расходуется на свечение люминофора.

Электроны попадают на люминофорный слой, после чего энергия электронов преобразуется в свет, то есть поток электронов заставляет точки люминофора светиться. Эти светящиеся точки люминофора формируют изображение, которое вы видите на вашем мониторе. Как правило, в цветном CRT мониторе используется три электронные пушки, в отличие от одной пушки, применяемой в монохромных мониторах, которые сейчас практически не производятся.

Известно, что глаза человека реагируют на основные цвета: красный (Red), зеленый (Green) и синий (Blue) и на их комбинации, которые создают бесконечное число цветов. Люминофорный слой, покрывающий фронтальную часть электронно-лучевой трубки, состоит из очень маленьких элементов (настолько маленьких, что человеческий глаз не всегда может различить их). Эти люминофорные элементы воспроизводят основные цвета, фактически имеются три типа разноцветных частиц, чьи цвета соответствуют основным цветам RGB (отсюда и название группы из люминофорных элементов — триады).

Люминофор начинает светиться, как было сказано выше, под воздействием ускоренных электронов, которые создаются тремя электронными пушками. Каждая из трех пушек соответствует одному из основных цветов и посылает пучок электронов на различные люминофорные частицы, чье свечение основными цветами с различной интенсивностью комбинируется и в результате формируется изображение с требуемым цветом. Например, если активировать красную, зеленую и синюю люминофорные частицы, то их комбинация сформирует белый цвет.

Для управления электронно-лучевой трубкой необходима и управляющая электроника, качество которой во многом определяет и качество монитора. Кстати, именно различие в качестве управляющей электроники, создаваемой разными производителями, является одним из критериев определяющих разницу между мониторами с одинаковой электронно-лучевой трубкой.

Итак, каждая пушка излучает электронный луч (или поток, или пучок), который влияет на люминофорные элементы разного цвета (зеленого, красного или синего). Понятно, что электронный луч, предназначенный для красных люминофорных элементов, не должен влиять на люминофор зеленого или синего цвета. Чтобы добиться такого действия используется специальная маска, чья структура зависит от типа кинескопов от разных производителей, обеспечивающая дискретность (растровость) изображения. ЭЛТ можно разбить на два класса - трехлучевые с дельтаобразным расположением электронных пушек и с планарным расположением электронных пушек. В этих трубках применяются щелевые и теневые маски, хотя правильнее сказать, что они все теневые. При этом трубки с планарным расположением электронных пушек еще называют кинескопами с самосведением лучей, так как воздействие магнитного поля Земли на три планарно расположенных луча практически одинаково и при изменении положения трубки относительно поля Земли не требуется производить дополнительные регулировки.

Типы ЭЛТ

В зависимости от расположения электронных пушек и конструкции цветоделительной маски различают ЭЛТ четырех типов, используемые в современных мониторах:

ЭЛТ с теневой маской(Shadow Mask)

ЭЛТ с теневой маской (Shadow Mask) наиболее распространены в большинстве мониторов, производимых LG, Samsung, Viewsonic, Hitachi, Belinea, Panasonic, Daewoo, Nokia. Теневая маска (shadow mask) — самый распространенный тип масок. Она применяется со времени изобретения первых цветных кинескопов. Поверхность у кинескопов с теневой маской обычно сферической формы (выпуклая). Это сделано для того, чтобы электронный луч в центре экрана и по краям имел одинаковую толщину.

Теневая маска состоит из металлической пластины с круглыми отверстиями, которые занимают примерно 25% площади. Находится маска перед стеклянной трубкой с люминофорным слоем. Как правило, большинство современных теневых масок изготавливают из инвара. Инвар (InVar) — магнитный сплав железа (64%) с никелем (36%). Этот материал имеет предельно низкий коэффициэнт теплового расширения, поэтому, несмотря на то, что электронные лучи нагревают маску, она не оказывает отрицательного влияния на чистоту цвета изображения. Отверстия в металлической сетке работают как прицел (хотя и не точный), именно этим обеспечивается то, что электронный луч попадает только на требуемые люминофорные элементы и только в определенных областях. Теневая маска создает решетку с однородными точками (еще называемыми триады), где каждая такая точка состоит из трех люминофорных элементов основных цветов — зеленного, красного и синего, которые светятся с различной интенсивностью под воздействием лучей из электронных пушек. Изменением тока каждого из трех электронных лучей можно добиться произвольного цвета элемента изображения, образуемого триадой точек.

Одним из слабых мест мониторов с теневой маской является ее термическая деформация. На рисунке ниже, как часть лучей от электронно-лучевой пушки попадает на теневую маску, вследствие чего происходит нагрев и последующая деформация теневой маски. Происходящее смещение отверстий теневой маски приводит к возникновению эффекта пестроты экрана (смещения цветов RGB). Существенное влияние на качество монитора оказывает материал теневой маски. Предпочтительным материалом маски является инвар.

Недостатки теневой маски хорошо известны: во-первых, это малое соотношение пропускаемых и задерживаемых маской электронов (только около 20-30% проходит через маску), что требует применения люминофоров с большой светоотдачей, а это в свою очередь ухудшает монохромность свечения, уменьшая диапазон цветопередачи, а во-вторых, обеспечить точное совпадение трех не лежащих в одной плоскости лучей при отклонении их на большие углы довольно трудно. Теневая маска применяется в большинстве современных мониторов — Hitachi, Panasonic, Samsung, Daewoo, LG, Nokia, ViewSonic.

Минимальное расстояние между люминофорными элементами одинакового цвета в соседних строках называется шагом точек (dot pitch) и является индексом качества изображения. Шаг точек обычно измеряется в миллиметрах (мм). Чем меньше значение шага точек, тем выше качество воспроизводимого на мониторе изображения. Расстояние между двумя соседними точками по горизонтали равно шагу точек, умноженному на 0,866.

ЭЛТ с апертурной решеткой из вертикальных линий(Aperture Grill)

Есть еще один вид трубок, в которых используется Aperture Grille (апертурная решетка). Эти трубки стали известны под именем Trinitron и впервые были представлены на рынке компанией Sony в 1982 году. В трубках с апертурной решеткой применяется оригинальная технология, где имеется три лучевые пушки, три катода и три модулятора, но при этом имеется одна общая фокусировка.

Апертурная решетка — это тип маски, используемый разными производителями в своих технологиях для производства кинескопов, носящих разные названия, но одинаковые по сути, например, технология Trinitron от Sony, DiamondTron от Mitsubishi и SonicTron от ViewSonic. Это решение не включает в себя металлическую решетку с отверстиями, как в случае с теневой маской, а имеет решетку из вертикальных линий. Вместо точек с люминофорными элементами трех основных цветов, апертурная решетка содержит серию нитей, состоящих из люминофорных элементов выстроенных в виде вертикальных полос трех основных цветов. Такая система обеспечивает высокую контрастность изображения и хорошую насыщенность цветов, что вместе обеспечивает высокое качество мониторов с трубками на основе этой технологии. Маска, применяемая в трубках фирмы Sony (Mitsubishi, ViewSonic), представляет собой тонкую фольгу, на которой процарапаны тонкие вертикальные линии. Она держится на горизонтальной (одной в 15", двух в 17", трех и более в 21") проволочке, тень от которой видна на экране. Эта проволочка применяется для гашения колебаний и называется damper wire. Ее хорошо видно, особенно при светлом фоне изображения на мониторе. Некоторым пользователям эти линии принципиально не нравятся, другие же наоборот довольны и используют их в качестве горизонтальной линейки.

Минимальное расстояние между полосами люминофора одинакового цвета называется шагом полос (strip pitch) и измеряется в миллиметрах (см. рис. 10). Чем меньше значение шага полос, тем выше качество изображения на мониторе. При апертурной решетке имеет смысл только горизонтальный размер точки. Так как вертикальный определяется фокусировкой электронного луча и отклоняющей системой.

ЭЛТ со щелевой маской(Slot Mask)

Щелевая маска используется, помимо мониторов от NEC (где ячейки эллиптические), в мониторах Panasonic с трубкой PureFlat (ранее называвшейся PanaFlat). Заметим, что нельзя напрямую сравнивать размер шага для трубок разных типов: шаг точек (или триад) трубки с теневой маской измеряется по диагонали, в то время как шаг апертурной решетки, иначе называемый горизонтальным шагом точек, — по горизонтали. Поэтому при одинаковом шаге точек трубка с теневой маской имеет большую плотность точек, чем трубка с апертурной решеткой. Для примера, шаг полос 0.25 мм приблизительно эквивалентен шагу точек, равному 0.27 мм. Также в 1997 году компанией Hitachi — крупнейшим проектировщиком и изготовителем ЭЛТ — была разработана EDP — новейшая технология теневой маски. В типичной теневой маске триады размещены более или менее равносторонне, создавая треугольные группы, которые распределены равномерно поперек внутренней поверхности трубки. Компания Hitachi уменьшила расстояние между элементами триады по горизонтали, тем самым, создав триады, более близкие по форме к равнобедренному треугольнику. Для избежания промежутков между триадами сами точки были удлинены, и представляют собой скорее овалы, чем круг.

Оба типа масок — теневая маска и апертурная решетка — имеют свои преимущества и своих сторонников. Для офисных приложений, текстовых редакторов и электронных таблиц больше подходят кинескопы с теневой маской, обеспечивающие очень высокую четкость и достаточный контраст изображения. Для работы с пакетами растровой и векторной графики традиционно рекомендуются трубки с апертурной решеткой, которым свойственны превосходная яркость и контрастность изображения. Кроме того, рабочая поверхность этих кинескопов представляет собой сегмент цилиндра с большим радиусом кривизны по горизонтали (в отличие от ЭЛТ с теневой маской, имеющих сферическую поверхность экрана), что существенно (до 50%) снижает интенсивность бликов на экране.

Основные характеристики ЭЛТ-мониторов

Диагональ экрана монитора

Размер зерна экрана

Размер зерна экрана определяет расстояние между ближайшими отверстиями в цветоделительной маске используемого типа. Расстояние между отверстиями маски измеряется в миллиметрах. Чем меньше расстояние между отверстиями в теневой маске и чем больше этих отверстий, тем выше качество изображения. Все мониторы с зерном более 0,28 мм относятся к категории грубых и стоят дешевле. Лучшие мониторы имеют зерно 0,24 мм, достигая 0,2 мм у самых дорогостоящих моделей.

Разрешающая способность монитора

Разрешающая способность монитора определяется количеством элементов изображения, которые он способен воспроизводить по горизонтали и вертикали. Мониторы с диагональю экрана 19" поддерживают разрешение до 1920* 14400 и выше.

Потребляемая мощность монитора

Покрытия экрана

Покрытия экрана необходимы для придания ему антибликовых и антистатических свойств. Антибликовое покрытие позволяет наблюдать на экране монитора только изображение, формируемое компьютером, и не утомлять глаза наблюдением отраженных объектов. Существует несколько способов получения антибликовой (не отражающей) поверхности. Самый дешевый из них — протравливание. Оно придает поверхности шероховатость. Однако графика на таком экране выглядит нерезко, качество изображения низкое. Наиболее популярен способ нанесения кварцевого покрытия, рассеивающего падающий свет; этот способ реализован фирмами Hitachi и Samsung. Антистатическое покрытие необходимо для предотвращения прилипания к экрану пыли вследствие накопления статического электричества.

Защитный экран (фильтр)

Защитный экран (фильтр) должен быть непременным атрибутом ЭЛТ-монитора, поскольку медицинские исследования показали, что излучение, содержащее лучи в широком диапазоне (рентгеновское, инфракрасное и радиоизлучение), а также электростатические поля, сопровождающие работу монитора, могут весьма отрицательно сказываться на здоровье человека.

По технологии изготовления защитные фильтры бывают: сеточные, пленочные и стеклянные. Фильтры могут крепиться к передней стенке монитора, навешиваться на верхний край, вставляться в специальный желобок вокруг экрана или надеваться на монитор.

Сеточные фильтры

Сеточные фильтры практически не защищают от электромагнитного излучения и статического электричества и несколько ухудшают контрастность изображения. Однако эти фильтры неплохо ослабляют блики от внешнего освещения, что немаловажно при длительной работе с компьютером.

Пленочные фильтры

Пленочные фильтры также не защищают от статического электричества, но значительно повышают контрастность изображения, практически полностью поглощают ультрафиолетовое излучение и снижают уровень рентгеновского излучения. Поляризационные пленочные фильтры, например фирмы Polaroid, способны поворачивать плоскость поляризации отраженного света и подавлять возникновение бликов.

Стеклянные фильтры

Плюсы и минусы

Условные обозначения: (+) достоинство, (~) допустимо, (-) недостаток

Исчерпывающее изложение основ электронно-лучевых мониторов. Максимальное сосредоточенье справочных данных.

Электронно-лучевая трубка, или кинескоп, — самый важный элемент монитора. Кинескоп состоит из герметичной стеклянной колбы, внутри которой находится вакуум (основные конструкционные узлы кинескопа показаны на рис. 1). Один из концов колбы узкий и длинный — это горловина. Другой — широкий и достаточно плоский — экран. Внутренняя стеклянная поверхность экрана покрыта люминофором (luminophor). В качестве люминофоров для цветных ЭЛТ используются довольно сложные составы на основе редкоземельных металлов — иттрия, эрбия и т. п. Люминофор — это вещество, которое при бомбардировке заряженными частицами испускает свет. Заметим, что иногда люминофор называют фосфором, но это не верно, так как люминофор, используемый в покрытии ЭЛТ, не имеет ничего общего с фосфором. Более того, фосфор светится только в результате взаимодействия с кислородом воздуха при окислении до P₂O₅, и ссвечение длится очень недолго (кстати, белый фосфор — сильный яд).

Рисунок 1. Конструкция электронно-лучевой трубки.

Для создания изображения в ЭЛТ-мониторе используется электронная пушка, откуда под действием сильного электростатического поля исходит поток электронов. Сквозь металлическую маску или решетку они попадают на внутреннюю поверхность стеклянного экрана монитора, которая покрыта разноцветными люминофорными точками.
Поток электронов (луч) может отклоняться в вертикальной и горизонтальной плоскости, что обеспечивает последовательное попадание его на все поле экрана. Отклонение луча происходит посредством отклоняющей системы (см. рис. 2). Отклоняющие системы подразделяются на седловидно-тороидальные и седловидные. Последние предпочтительнее, поскольку итмеют пониженный уровень излучения.

Конструкция отклоняющей системы

Рисунок 2. Устройство отклоняющей системы ЭЛТ.

Отклоняющая система состоит из нескольких катушек индуктивности, размещенных у горловины кинескопа. С помощью переменного магнитного поля две катушки создают отклонение пучка электронов в горизонтальной плоскости, а две другие — в вертикальной.
Изменение магнитного поля возникает под действием переменного тока, протекающего через катушки и изменяющегося по определенному закону (это, как правило, пилообразное изменение напряжения во времени), при этом катушки придают лучу нужное направление. Путь электронного луча на экране схематично показан на рис. 3. Сплошные линии — это активный ход луча, пунктир — обратный.

Путь электронного луча

Рисунок 3. Схема развертки электронного луча.

Частота перехода на новую линию называется частотой строчной (или горизонтальной) развертки. Частота перехода из нижнего правого угла в левый верхний называется частотой вертикальной (или кадровой) развертки. Амплитуда импульсов перенапряжения на катушках строчной развертки возрастает с частотой строк, поэтому этот узел оказывается одним из самых напряженных мест конструкции и одним из главных источников помех в широком диапазоне частот. Мощность, потребляемая узлами строчной развертки, также является одним из серьезных факторов, учитываемых при проектировании мониторов.
После отклоняющей системы поток электронов на пути к фронтальной части трубки проходит через модулятор интенсивности и ускоряющую систему, работающие по принципу разности потенциалов. В результате электроны приобретают большую энергию (E=mV 2 /2, где E-энергия, m-масса, v-скорость), часть из которой расходуется на свечение люминофора.

Теневая маска

Теневая маска (shadow mask) — самый распространенный тип масок. Она применяется со времени изобретения первых цветных кинескопов. Поверхность у кинескопов с теневой маской обычно сферической формы (выпуклая). Это сделано для того, чтобы электронный луч в центре экрана и по краям имел одинаковую толщину.

Конструкция теневой маски

Рисунок 5. Конструкция теневой маски (увеличенно).

Теневая маска состоит из металлической пластины с круглыми отверстиями, которые занимают примерно 25% площади (см. рис. 5, 6). Находится маска перед стеклянной трубкой с люминофорным слоем. Как правило, большинство современных теневых масок изготавливают из инвара. Инвар (InVar) — магнитный сплав железа (64%) с никелем (36%). Этот материал имеет предельно низкий коэффициэнт теплового расширения, поэтому, несмотря на то, что электронные лучи нагревают маску, она не оказывает отрицательного влияния на чистоту цвета изображения. Отверстия в металлической сетке работают как прицел (хотя и не точный), именно этим обеспечивается то, что электронный луч попадает только на требуемые люминофорные элементы и только в определенных областях. Теневая маска создает решетку с однородными точками (еще называемыми триады), где каждая такая точка состоит из трех люминофорных элементов основных цветов — зеленного, красного и синего, которые светятся с различной интенсивностью под воздействием лучей из электронных пушек. Изменением тока каждого из трех электронных лучей можно добиться произвольного цвета элемента изображения, образуемого триадой точек.

Конструкция теневой маски 2

Рисунок 6. Конструкция теневой маски (общий вид).

Одним из слабых мест мониторов с теневой маской является ее термическая деформация. На рис. 7 показано, как часть лучей от электронно-лучевой пушки попадает на теневую маску, вследствие чего происходит нагрев и последующая деформация теневой маски. Происходящее смещение отверстий теневой маски приводит к возникновению эффекта пестроты экрана (смещения цветов RGB). Существенное влияние на качество монитора оказывает материал теневой маски. Предпочтительным материалом маски является инвар.

Конструкция отклоняющей системы 2

Рисунок 7. Конструкция отклоняющей системы.

Шаг теневой маски

Рисунок 8. Шаг теневой маски.

Минимальное расстояние между люминофорными элементами одинакового цвета в соседних строках называется шагом точек (dot pitch) и является индексом качества изображения (см. рис. 8). Шаг точек обычно измеряется в миллиметрах (мм). Чем меньше значение шага точек, тем выше качество воспроизводимого на мониторе изображения. Расстояние между двумя соседними точками по горизонтали равно шагу точек, умноженному на 0,866.

Апертурная решетка

Конструкция апертурной решетки

Рисунок 9. Конструкция апертурной решетки.

Апертурная решетка — это тип маски, используемый разными производителями в своих технологиях для производства кинескопов, носящих разные названия, но одинаковые по сути, например, технология Trinitron от Sony, DiamondTron от Mitsubishi и SonicTron от ViewSonic. Это решение не включает в себя металлическую решетку с отверстиями, как в случае с теневой маской, а имеет решетку из вертикальных линий (см. рис. 10). Вместо точек с люминофорными элементами трех основных цветов, апертурная решетка содержит серию нитей, состоящих из люминофорных элементов выстроенных в виде вертикальных полос трех основных цветов. Такая система обеспечивает высокую контрастность изображения и хорошую насыщенность цветов, что вместе обеспечивает высокое качество мониторов с трубками на основе этой технологии. Маска, применяемая в трубках фирмы Sony (Mitsubishi, ViewSonic), представляет собой тонкую фольгу, на которой процарапаны тонкие вертикальные линии. Она держится на горизонтальной (одной в 15", двух в 17", трех и более в 21") проволочке, тень от которой видна на экране. Эта проволочка применяется для гашения колебаний и называется damper wire. Ее хорошо видно, особенно при светлом фоне изображения на мониторе. Некоторым пользователям эти линии принципиально не нравятся, другие же наоборот довольны и используют их в качестве горизонтальной линейки.

Существует 6 видов компьютерных мониторов, которые отличаются типом установленных в них экранов. Последние определяют способ вывода изображения на дисплей, влияют на энергопотребление и безопасность для глаз. Расскажем обо всех видах мониторов, выделим их достоинства и недостатки.

ЭЛТ-мониторы

В этих мониторах используют электронно-лучевые трубки (кинескопы). Технология была запатентована в 1897 году, а в 1906 она помогла впервые вывести изображение на экран. Как это работает:

Заднюю стенку экрана покрывают люминофором — веществом, начинающим светиться после попадания на него электронов.
Электроны формируют 3 пушки, установленные в вакуумной колбе, расположенной в основании дисплея.
Каждая пушка выстреливает определенным цветом: красным, зеленым, синим (RGB). Они проходят через теневую маску, которая не дает одному цвету засветить другой. Направление “выстрелов” корректируют магниты, установленные вокруг пушек.
Поскольку условный луч один, изображение формируется построчно сверху вниз и слева направо.

ЭЛТ-мониторы с высокой частотой развертки (Гц), ценятся среди геймеров и киноманов за счет минимальной задержки.

Достоинства технологии:

Скорость отклика.
Отсутствие битых пикселей.
Высокое качество картинки под любым углом.

Недостатки:

Габариты.
Мерцание, вредное для глаз.
Повышенное энергопотребление.

Сегодня такие мониторы не производятся, поэтому купить их проблематично.

ЖК-мониторы (LCD)

В основе этой технологии лежат жидкие кристаллы, открытые в 1888 году. Первые попытки с их помощью вывести изображение были приняты в 1960-ых, но получалось добиться только монохромной картины. В 1987 компания Sharp выпустила первый цветной экран с использованием LCD. Об особенностях работы:

Жидкокристаллические экраны состоят из нескольких слоев, основными из них являются 2 стекла (поляризаторы), между которыми нанесен слой жидких кристаллов.
В экране размещают люминесцентную лампу, свет от который с помощью световода равномерно распределяется по всей диагонали монитора и направляет лучи в сторону пользователя.
Свет проходит через первый становясь поляризованным.
Далее, свет проходит через слой жидких кристаллов, которые направляют его на второй поляризатор. Оттуда он попадает на цветной фильтр красного, зеленого или синего цвета, создавая соответствующее изображение для 1 пикселя.

Положение жидких кристаллов определяют транзисторы, ток на которые подает специальная микросхема — все это для каждого из миллионов пикселей на мониторе. Является основным видом мониторов, но с разными типами матриц.

Достоинства:

Насыщенные цвета.
Высокая энергоэффективность.
Не подвержены выгоранию пикселей.

Недостатки:

Ограниченный угол обзора, максимальная яркость.
Из-за подсветки отображение черного цвета ненасыщенное.
Качество изображения зависит от установленного контроллера кристаллов.

Плазменные-мониторы (PDP)

Внешне, плазменные мониторы не отличаются от жидкокристаллических, но используют совершенно другую технологию воспроизведения картинки:

Основной модуль экрана состоит из двух стекол, наполненных пикселями.
Пиксели делятся на 3 субпикселя: красный, зеленый, синий. Все они заполнены газом, которые при подаче на него электрического тока запускают движение свободных электронов, образуя плазму.
Остывая, плазма возвращается в газообразное состояние. Вместе с ней это делают электроны, которые излишек полученной энергии преобразуют в ультрафиолетовые лучи.
Ультрафиолетовые лучи возбуждают субпиксели, на стенки которых нанесен специальный раствор. Из-за этого они начинают светиться, образуя изображение.

Достоинства:

Широкие углы обзора.
Отсутствует мерцание.
Высокий уровень яркости и контрастности.

Недостатки:

Технология не получила широкого распространения из-за дороговизны производства, и сегодня купить такие устройства проблематично.

LED-мониторы

Это прямое развитие ЖК-панелей, где вместо люминесцентных ламп используют светодиоды. Источники света могут располагать как по краям панели, так и по всей ее площади, избегая засветов.

Преимущества:

Меньший вес, по сравнению с LCD.
Высокий уровень глубины и контрастности цветов.
Натуральное изображение, без “кислотных” оттенков.

Недостатки:

Неравномерная подсветка при размещении светодиодов по краям панели.

OLED-мониторы

Технология кардинально отличается от конкурирующей ЖК/LED и имеет больше общего с плазменной панелью. Принцип работы следующий:

Органическую пленку на углеродной основе вставляют между двумя панелями, проводящими электрический ток.
При подаче электричества на пиксель, тот источает красное, зеленое или синее свечение.

Главное отличие от других технологий в том, что все пиксели излучают свет независимо друг от друга. Проблемы с такими панелями в неравномерной работе пикселей: один может оказаться ярче второго, третий темнее и подобное. Это заставляет производителей добавлять субпиксели или расставлять пиксели в особом порядке.

Преимущества:

Высокая яркость.
Минимальное энергопотребление.
Насыщенный черный цвет — пиксели просто отключаются.

Недостатки:

Выгорание пикселей спустя время.
Высокий уровень вредной для глаз пульсации на низких уровнях яркости.

Технология производства OLED матрицы дорога, поэтому мониторов с ней практически нет.

QLED-мониторы

Это вариация ранее упомянутых LED-мониторов. Все отличие сводится к установке дополнительного слоя — представляет собой металлический нанофильтр на основе квантовых точек. Последние, поглощают излучение светодиодов и транслируют его с четко выверенной длиной волны, которую определяет размер точки, и цвета не смешиваются.

Как итог, пользователи получают более насыщенные и яркие цвета. Относительно названия — его придумала и запатентовала Samsung, хотя у LG есть аналог названный NanoCell.

Преимущества:

Реалистичная цветопередача.
Более насыщенные цвета, по сравнению со стандартными LCD и LED.

Недостатки:

Заключение

Из 6 видов мониторов самым популярным считаются ЖК-модели, получившие развитие с изменением типа подсветки (LCD LED) и добавлением нанофильтра (QLED). Самыми дорогим остаются OLED-варианты. Навсегда вышли из производства громоздкие ЭЛТ-мониторы.

Монитор персонального компьютера представляет собой поистине важную составляющую для каждого вида компьютера.

Без монитора отсутствует возможность оценить в полной мере характеристики, а также функции, возможности предоставляемого программного обеспечения, ведь ни одна разновидность информации не будет отображаться визуально. Только через используемый монитор можно получать до 100% сведений.

В настоящее время мониторы с электронно-лучевой трубкой перестали быть обычными и распространенными. Такую технику можно увидеть только у редких пользователей. ЭЛТ успешно заменили жидкокристаллические мониторы.

Несмотря на такую ситуацию, присутствует потребность разобраться во всех важных преимуществах и нюансах выпускаемой техники, ведь лишь в этом случае появляется возможность по достоинству оценить прежнюю продукцию и понять, почему она утратила актуальность. Действительно ли причина заключается только в больших габаритах и чрезмерно значительном весе, высоком энергопотреблении и потенциально вредном излучении для пользователей?

Какими были прежние ЭЛТ мониторы?

Все ЭЛТ мониторы можно подразделить на три вида.

Электронно-лучевые мониторы с теневой маской. Подобный вариант оказывался одним из самых популярных и поистине достойных у производителей. Техника обладала выпуклым монитором.
ЛТ с апертурной решеткой, которая включает в себя несколько вертикальных линий.
Мониторы, обладающие щелевой маской.

Какие технические характеристики ЭЛТ мониторов нужно принимать во внимание? Как разобраться в том, насколько достойна техника своего применения?

Диагональ экрана. Данный параметр принято считать от противоположных углов с верхней и нижней части: правый нижний угол – левый верхний. Значение нужно измерять в дюймах. В большинстве случаев модели обладали диагональю в 15 и 17 дюймов.
Размер зерна экрана монитора. В этом случае предполагается рассмотрение специальных отверстий, расположенных в цветоделительной маске монитора на определенных расстояниях. Если это расстояние оказывается меньше, можно рассчитывать на повышение качества изображения. Размер зерна должен свидетельствовать о расстоянии между ближайшими отверстиями. По данной причине можно ориентироваться на следующий показатель: меньшая характеристика – это доказательство высокого качества компьютерного дисплея.
Потребляемая мощность, измеряемая в Вт.
Тип покрытия дисплея.
Наличие или отсутствие защитного экрана. Научные исследователи успели доказать, что вырабатываемое излучение является вредным для человеческого здоровья. По данной причине ЭЛТ мониторы начали предлагаться со специальной защитой, которая может быть стеклянной, пленочной, сеточной. Основной задачей было стремление к снижению уровня излучения.

Преимущества ЭЛТ мониторов

Несмотря на особенности и специфику ЭЛТ мониторов, сохраняется возможность для того, чтобы оценить по достоинству преимущества предлагаемой прежней продукции:

ЭЛТ модели могут работать с коммутационными (затворными) стереоочками. При этом даже самые совершенные ЖК дисплеи не приобрели подобного умения. Если человек мечтает отметить, насколько многогранным и совершенным может быть полноценное 3D стерео видео, лучше всего отдать предпочтение ЭЛТ модели, которая будет 17-дюймовой. При таком подходе на покупку можно выделить 1500 – 4500 рублей, но получить возможность для наслаждения от 3D в коммутационных стереоочках. Самое важное – это проверить, ориентируясь на паспортные данные выпущенной техники, ее характеристики: разрешение должно составлять 1024х768. Кадровая частота развертки – от 100 Гц. Если эти данные не соблюдены, появляется риск мерцания стереоизображения.
ЭЛТ монитор при установке современной видеокарты может успешно отображать изображения различного разрешения, в том числе тонкие линии и наклонные буквы. Эта характеристика зависит от разрешающей способности люминофора. ЖК дисплей будет правильно и качественно воспроизводить текст только, если произойдет установка разрешения, равного числу строк и столбцов самого ЖК монитора, стандартному разрешению, ведь иные версии будут интерполироваться электроникой используемой техники.
Высококачественные ЭЛТ мониторы могут порадовать динамическими (переходными) характеристиками, позволяющими наслаждаться наблюдением динамично меняющихся сюжетов в играх и фильмах. Предполагается возможность для успешного и легкого устранения нежелательного смазка у деталей изображения, которые меняются быстро. Это можно объяснить следующим нюансом: переходное время отклика у люминофора ЭЛТ не может превосходить 1 – 2 мс по критерию спада полной яркости до нескольких процентов. ЖК дисплеи обладают переходным откликом в 12 – 15 мс, причем 2, 6, 8 мс представляют собой чисто рекламный трюк, в результате чего в динамичных сюжетах может быть смазка быстроменяющихся деталей.
ЭЛТ мониторы, отвечающие высоким критериям и правильно настроенные по цветам, могут гарантировать корректную цветовую передачу наблюдаемых сцен. Эту характеристику ценят художники и дизайнеры. ЖК мониторы не могут порадовать идеальной цветовой передачей.

Недостатки ЭЛТ мониторов

Крупные габариты.
Высокий уровень энергопотребления.
Наличие вредного электромагнитного излучения.

Возможно, ЖК дисплеи по своим техническим характеристикам и догонят ЭЛТ, ведь современные производители стараются сочетать удобство и практичность, функциональность в предлагаемой продукции.

Читайте также: