Какими характеристиками обладают мониторы на основе электронно лучевой трубки

Обновлено: 18.05.2024

Мониторы на основе электронно-лучевых трубок (ЭЛТ, кинескопов) в настоящее время наиболее распространены. В них происходит преобразование энергии луча электронов в энергию видимого света. Собственно свет излучают кусочки люминофора на фронтальной поверхности ЭЛТ, если на них падает электронный луч. Люминофор может светиться с различной яркостью в зависимости от энергии падающих на него электронов. В цветных мониторах используются люминофоры трех цветов — красного, зеленого и синего. Варьируя яркость каждого из трех люминофоров, можно создавать различные цвета.

Источником электронов в мониторе является так называемая электронная пушка. В ней имеется электрод, называемый катодом. В схеме электронно-лучевой трубки катод имеет отрицательный заряд. Катод разогревают, чтобы он излучил электроны (отрицательно заряженные частицы). В результате образуется облако из электронов. Электроны, имеющие одинаковые заряды, отталкиваются друг от друга, но их энергия недостаточно велика, чтобы электронное облако могло распространиться далеко. Это облако является исходным аморфным материалом, из которого надо создать узкий луч. Иначе говоря, электроны нужно разогнать, сфокусировав в узкий пучок, и доставить на другой конец трубки, покрытый слоем люминофоров — особого вещества, способного излучать видимый свет. В месте падения электронного луча на слой люминофоров возникает световое пятно в результате взаимодействия электронов с люминофором. Если с помощью специальной отклоняющей системы изменять направление луча по вертикали и горизонтали, то на экране будет оставаться след его перемещения. Это происходит от того, что люминофоры инерционны: они не сразу гаснут при прекращении бомбардировки электронами, так что пока они светятся, можно успеть добавить новую информацию или подготовиться к воспроизведению следующей.

Электронный луч сканирует фронтальную поверхность ЭЛТ, покрытую люминофорами, смещаясь по горизонтали слева направо и создавая тем самым строку изображения. Затем быстро возвращается в левый край, но чуть ниже, чтобы приступить к прорисовке следующей строки. Спустившись до нижней кромки экрана, электронный луч быстро возвращается в левый верхний угол, чтобы начать прорисовку нового кадра изображения. В исправных мониторах обратный ход луча незаметен. Описанный процесс называется созданием растра изображения путем его горизонтальной (строчной) и вертикальной (кадровой) развертки. Он характеризуется частотами соответственно горизонтальной и вертикальной разверток.

Рис. 111. Монитор на основе ЭЛТ

Рис. 112. Схема ЭЛТ

Горизонтальная и вертикальная развертки характеризуются частотами, которые еще называют частотами строчной и кадровой синхронизации. Чем больше их значения, тем выше качество изображения. Частота горизонтальной развертки принимает значения несколько десятков кГц и показывает, сколько тысяч раз в секунду пробегает луч слева направо. Частота вертикальной развертки принимает значения в диапазоне от 50 до 200 Гц и показывает, сколько раз в секунду луч обегает весь экран. Например, для 15 - 17-дюймовых мониторов с разрешением 800x600 или 1024x768 оптимальное значение частоты вертикальной развертки — 85 Гц. При меньшем значении возможно заметное мерцание изображения. Чтобы проверить это, посмотрите на изображение в затемненном помещении с расстояния 3 - 5 метров. Едва уловимое или даже практически незаметное мерцание изображения все же улавливается нашим зрением (но не фиксируется сознанием) и вызывает усталость глазных мышц. В конце концов это приводит к ослаблению зрения.

Рис. 113. Теневая маска

Минимальное расстояние между люминофорными элементами (зернами) одинакового цвета, расположенными в соседних строках экрана, называется шагом (dot pitch) люминофорного покрытия и измеряется в миллиметрах. Из-за того что разноцветные люминофоры расположены в вершинах треугольника, минимальное расстояние между одноцветными люминофорами в соседних строках оказывается меньше, чем в одной строке. Чтобы вычислить расстояние между соседними одноцветными зернами в одной строке, следует шаг умножить на 0,866. Шаг является важной характеристикой ЭЛТ, существенно влияющей на качество отображаемого изображения. Чем меньше шаг, тем выше качество отображения. По существу, шаг определяет размер экранного пиксела (трехцветной точки).

Рис. 114. Шаг люминофорного покрытия в ЭЛТ с обычной теневой маской

Теневые маски рассмотренного выше вида применяют с момента изобретения цветных мониторов. Их обычно изготавливают из магнитного сплава железа с никелем (инвара). Он имеет низкий коэффициент теплового расширения. А это очень важно. Дело в том, что значительная часть (70—80%) электронов наталкивается на маску и нагревает ее. Это приводит к изменению размеров и смещению отверстий и, как следствие, — к ухудшению качества изображения.
Другой тип теневой маски называется апертурной решеткой (aperture grille). Она применяется в ЭЛТ с пленарным (в одной плоскости) расположением электронных пушек. Такое расположение облегчает задачу поворота электронных лучей на большой угол, а также делает их фокусировку независимой от магнитного поля земли. Другими словами, лучше решается задача сведения лучей. ЭЛТ с планарным расположением пушек и апертурной решеткой называют еще «трубками с самосведением лучей».

Рис. 115. Апертурная решетка

Рассмотрим принцип устройства ЭЛТ с апертурной решеткой. Люминофоры трех базовых цветов в такой трубке наносятся на экран в виде сплошных вертикальных полос. Апертурная решетка, играющая роль теневой маски, представляет собой тонкую металлическую фольгу с вертикальными щелями. Для стабилизации решетки (гашения колебаний) к ней прикрепляются тонкие проволочные струны (damper wire). В мониторах с размером по диагонали 15 дюймов применяется одна такая струна, в 17-дюймовых — две, а в 21-дюймовых — три и более. Они заметны на светящемся экране, но это не дефект (как кто-то думает), а конструктивная особенность. Некоторым пользователям это не нравится, а другие используют их в качестве линеек при рисовании.

Минимальное расстояние между полосами люминофора одинакового цвета называется шагом полос (strip pitch) и измеряется в миллиметрах. Чем меньше значение шага полос, тем выше качество изображения на мониторе. Обратите внимание, что шаг в случае ЭЛТ с апертурной решеткой измеряется по горизонтали в отличие шага в ЭЛТ с обычной теневой маской, измеряемого по диагонали.

Третий тип теневой маски называется щелевой маской. Это решение представляет собой комбинацию идей, лежащих в основе теневой маски и апертурной решетки. В данном случае люминофорные элементы имеют форму вытянутых по вертикали овалов и расположены вдоль воображаемых вертикальных линий. Напомним, что в трубках с обычной теневой маской люминофоры расположены в вершинах равносторонних треугольников. Собственно щелевая маска представляет собой множество вертикальных прямоугольных прорезей в металлическом экране. Таким образом, экранный пиксел (трехцветная точка) приобретает прямоугольную форму. В данный момент эта технология обеспечивает ширину пиксела 0,21 мм против 0,25 в случае апертурной решетки.

Рис. 116. Шаг люминофорного покрытия в ЭЛТ с апертурной решеткой

Возникает вопрос: какая маска лучше? Маска — всего лишь один из элементов монитора, очень важный, но не полностью определяющий его потребительские свойства. Электронные блоки регулировок тоже совершенствуются, и многое из того, что недоделано в механике, они виртуозно компенсируют. Обычные теневые маски, изобретенные раньше других, не сошли со сцены. Так, сейчас можно встретить мониторы с обычными теневыми масками, которые не уступают, а подчас и превосходят мониторы с апертурными решетками. В конце концов мы покупаем монитор, а не теневую маску.

Рассмотрим особенности некоторых наиболее популярных современных ЭЛТ. При этом следует учитывать, что технологии в области производства ЭЛТ быстро развиваются и, возможно, к моменту выхода в свет этой книги указанные технические характеристики будут превозойдены.

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 (slot mask) широко применяется компанией NEC под именем «CromaClear». Это решение на практике представляет собой комбинацию теневой маски и апертурной решетки. В данном случае люминофорные элементы расположены в вертикальных эллиптических ячейках, а маска сделана из вертикальных линий. Фактически вертикальные полосы разделены на эллиптические ячейки, которые содержат группы из трех люминофорных элементов трех основных цветов.

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

Диагональ экрана монитора – расстояние между левым нижним и правым верхним углом экрана, измеряемое в дюймах. Размер видимой пользователю области экрана обычно несколько меньше, в среднем на 1", чем размер трубки. Производители могут указывать в сопровождающей документации два размера диагонали, при этом видимый размер обычно обозначается в скобках или с пометкой «Viewable size», но иногда указывается только один размер — размер диагонали трубки. В качестве стандарта для ПК выделились мониторы с диагональю 15", что примерно соответствует 36-39 см диагонали видимой области. Для работы в Windows желательно иметь монитор размером, по крайней мере, 17". Для профессиональной работы с настольными издательскими системами (НИС) и системами автоматизированного проектирования (САПР) лучше использовать монитор размером 20" или 21.".

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

Стеклянные фильтры производятся в нескольких модификациях. Простые стеклянные фильтры снимают статический заряд, ослабляют низкочастотные электромагнитные поля, снижают интенсивность ультрафиолетового излучения и повышают контрастность изображения. Стеклянные фильтры категории «полная защита» обладают наибольшей совокупностью защитных свойств: практически не дают бликов, повышают контрастность изображения в полтора-два раза, устраняют электростатическое поле и ультрафиолетовое излучение, значительно снижают низкочастотное магнитное (менее 1000 Гц) и рентгеновское излучение. Эти фильтры изготавливаются из специального стекла.

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.

Краткая история появления CRT мониторов

Прародителем CRT-мониторов можно считать Фердинанда Брауна, который в 1897 году, который разработал основополагающий принцип формирования изображения благодаря электронно-лучевой трубке. Этот немецкий ученый очень много уделял времени исследованиям, которые связаны с катодными лучами.

С самого начала трубка Брауна (ЭЛТ) применялась в качестве осциллографа, чтобы экспериментировать с электрическими колебаниями. Она представляла собой стеклянную трубку с электромагнитом, который находился с внешней стороны. Хоть Браун и не патентовал свое уникальное изобретение, но именно оно стало мощным толчком для создания ЭЛТ-мониторов. Первые серийные телевизоры с электро-лучевыми трубками появились в 1930-х годах. При этом именно ЭЛТ-мониторы стали применяться уже в 1940-х годах. В дальнейшем технология постоянно дорабатывалась, а черно-белая картинка была заменена на высококачественное цветное изображение.

Конструкция ЭЛТ монитора

Если рассматривать характеристики ЭЛТ мониторов, то их основных звеном является электро-лучевая трубка. Это самый важный элемент, который еще называется кинескопом. Присутствуют отклоняющие и фокусирующие катушки, направляющие лучи электронов. Стоит отметить теневую маску и внутренний магнитный экран, через которые проходят лучи, чтобы отобразить картинку.

Принцип работы ЭЛТ монитора

Герметичная электро-лучевая трубка реализована из стекла. Внутри нее абсолютно нет воздуха. Горловина трубки является не только длинной, но и достаточно узкой. Другая ее часть называется экраном, а также имеет широкую форму. Стеклянная трубка спереди покрывается люминофором (смесь редких металлов). При помощи электронной пушки создается изображение. Именно из нее электроны начинают свой стремительный путь к поверхности дисплея, минуя теневую маску. Так как луч должен попасть на всю экранную поверхность, то он начинает отклоняться в плане плоскости.

Настройки ЭЛТ монитора

Когда пользователи приобретают новый дисплей, то часто задаются вопросом, а как настроить ЭЛТ монитор максимально правильно? Конечно же, можно воспользоваться профессиональными калибраторами. Но для этого нужно быть настоящим специалистом, чтобы данное оборудование принесло необходимый эффект. Либо же можно воспользоваться услугами соответствующих мастеров, которые приедут к вам с калибратором для качественной настройки монитора.

Существует куда более дешевый и простой вариант в виде ручной корректировки изображения. Практически каждый монитор обладает соответствующим меню настроек, которые можно изменять.

Достоинства и недостатки ЭЛТ мониторов

Основные достоинства CRT монитора:

Натуральные цвета передаются максимально корректно и без искажений.
Качественная картинка под любыми углами.
Отсутствует проблема с битыми пикселями.
Высокая скорость отклика, что особенно понравится поклонникам игр и кино.
По-настоящему глубокий черный цвет.
Повышенная контрастность, а также яркость изображения.
Возможность использования коммутационных 3D-очков.

Основные недостатки CRT монитора:

Существенные физические габариты.
Проблема с отображением геометрических фигур и их пропорций.
Большая невидимая область в плане выбора диагонали.
Достаточно вредное излучение.
Повышенное потребление электроэнергии.

Чем опасны ЭЛТ мониторы, так это своим вредным электро-лучевым излучением. Оно создает мощное электромагнитное поле, которое негативно влияет на здоровье. Крайне не рекомендуется находиться сзади такого экрана, ведь вредное поле распространяется назад на полутораметровое расстояние. Также необходимо правильно утилизировать подобные мониторы, чтобы оксид свинца и другие вредные вещества не портили окружающую среду.

Где применяются ЭЛТ мониторы?

CRT мониторы практически всегда используются в связке с системным блоком. Их основная задача состоит в выводе на экран текстовой и графической информации, которая поступает от компьютерного устройства. Они зачастую применяются в домашних условиях, а также их можно встретить в офисах и кабинетах. Такие дисплеи используются в самых разных сферах жизнедеятельности. На данный момент они активно вытесняются ЖК-мониторами.

Сравнение ЭЛТ и ЖК мониторов

К сожалению, эра ЭЛТ мониторов постепенно близится к концу. Их вытесняют более совершенные и прогрессивные жидкокристаллические дисплеи, которые занимают на наших столах гораздо меньше свободного места.

Вот чем отличаются между собой ЭЛТ и ЖК мониторы:

Энергопотребление. ЖК экраны потребляют меньше энергии, нежели это делают CRT мониторы.

Частота обновления. Если ЖК мониторы имеют стабильную и безопасную частоту обновления экрана, то мониторы с электро-лучевой трубкой позволяют выбирать частоту кадровой развертки в меньшую или большую сторону.

Безопасность. Здесь выигрывают ЖК модели, так как выделяют гораздо меньше вредного излучения.

Качество изображения. ЭЛТ мониторы более точно передают натуральные цвета, а также могут похвастаться глубокими оттенками черного.

Углы обзора. С углами обзора лучше обстоят дела у CRT экранов. При этом некоторые дорогие ЖК-матрицы стараются нивелировать отставание.

Время отклика. Одной из самых известных проблем ЖК мониторов является медленное время отклика. Тут преимущество на стороне CRT дисплеев.

Габариты. ЖК мониторы обладают компактными физическими размерами, что нельзя сказать об аналогичных устройствах с CRT-технологией. Особенно разница заметна в плане толщины.

Диагональ. Сейчас жидкокристаллические дисплеи получают самые разные диагонали, доходя до 37 дюймов и более. В этом плане ЭЛТ-варианты предлагают более ограниченные решения до 21 дюйма.

Хоть ЭЛТ мониторы и можно назвать устаревшими, но они до сих пор могут порадовать пользователя высококачественной картинкой, быстрым откликом и другими немаловажными преимуществами.

Параметры монитора определяются характеристиками электронно-лучевой трубки (ЭЛТ) и качеством элементов, управляющих видеотрактом. Причем основная доля ответственности здесь лежит на ЭЛТ. Нередко на основе одной трубки производители выпускают мониторы для разных ценовых категорий, лишь меняя их электронную начинку. В свою очередь, параметры ЭЛТ во многом зависят от избранной технологии производства. Причем сложность современных технологий производства ЭЛТ такова, что освоить их, а затем и продолжить исследования могут только крупные производители. Именно поэтому изготовителей собственно ЭЛТ во всем мире можно пересчитать по пальцам. Остальные фирмы, выпускающие мониторы, устанавливают на свои изделия уже готовые трубки.

Принципиально конструкция ЭЛТ для монитора совпадает с телевизионным кинескопом. В горловине стеклянной колбы, дно которой покрыто слоем люминофора, установлена электронная пушка, испускающая поток электронов. Такой поток отклоняется в нужном направлении электромагнитным полем отклоняющей системы и затем, проходя через теневую маску, установленную перед дном колбы, попадает на люминофор, вызывая его свечение.

В цветных мониторах для формирования изображения применяют отдельные пушки для каждого из основных цветов (красный, зеленый, синий), а слой люминофора составляют из близко расположенных группами по три (так же в сочетании красный, зеленый, синий) точек цветного люминофора.

Для точного попадания в заданную точку люминофора слишком широкий электронный луч необходимо сузить до заданных пределов. Это осуществляется установкой перед люминофорным покрытием теневой маски, имеющей отверстия с размерами, близкими к поперечному размеру единичной точки люминофора. В зависимости от типа маски и характера отверстий различают три основных технологии:

· Трехточечная (дельтовидная) теневая маска

Каждая из технологий имеет свои преимущества и свои недостатки.

Трехточечная теневая маска относится к наиболее старым техническим решениям, однако она не утратила своей актуальности. Физически представляет собой перфорированный металлический лист, расположенный перед люминофором. Расстояние между группами соседних точек таково, что маскируются все паразитные излучения, обеспечивается попадание луча от каждой электронной пушки в свой люминофор. Экран (то есть дно колбы и маска) такой трубки как бы вырезан из гигантской сферы для обеспечения некоторой расходимости лучей. В последнее время за счет улучшения отклоняющих систем удается выпускать трубки с практически плоской поверхностью экрана. Традиционно считается, что мониторы с трехточечной теневой маской лучше воспроизводят текст, имеют высокую контрастность. К недостаткам относят пониженную точность цветопередачи и меньшую яркость. Однако в современных моделях таких трубок от известных производителей эти недостатки сведены к минимуму.

Апертурная решетка обязана своим появлением фирме Sony. Функции маски в ЭЛТ выполняют расположенные вертикально сверхтонкие проволочные нити (апертурная решетка). Поперек размещают всего две нити, обеспечивающие жесткость конструкции. Соответственно и люминофор на дне колбы располагается в виде вертикальных чередующихся сверхтонких полосок разных цветов. В результате экран получается как бы вырезанным из огромного вертикального цилиндра. Особенности технологии позволяют увеличить процент электронов, попадающих на люминофор, и добиться лучшей яркости изображения.

Мониторы с трубками на основе апертурной решетки традиционно привлекают специалистов при работе с графикой, требующей ярких и чистых цветов. Однако некоторые профессионалы считают недостатком сравнительно невысокую контрастность и наличие двух темных полосок на экране (тень от поперечных проволочек).

Последней по времени разработки явилась технология щелевой маски, продвигаемая фирмой NEC. Под торговой маркой ChromaClear были выпущены ЭЛТ, в которых теневая маска образована продольными щелями. Соседние триады рядов таких щелей смещены по вертикали, образуя решетку с расположением элементов в шахматном порядке. По сути дела, в технологии щелевой маски удалось совместить достоинства предыдущих конструкций, почти избавившись от их недостатков. Специалисты признают, что решение NEC является наилучшим для всех групп пользователей.

Традиционно количественным выражением качества изготовления маски и люминофора служит размер так называемого «зерна». Для трехточечной теневой маски принято измерять расстояние между двумя соседними точками люминофора по диагонали. Для апертурной и щелевой масок расстояние меряют по горизонтали. Нормальным сегодня считается шаг 0,28 мм, качественные мониторы имеют шаг 0,25 мм, профессиональные – 0,22 мм. Величина шага заметно сказывается на контрастности и четкости изображения.

Максимальная частота вертикальной развертки монитора может отличаться от максимальной частоты развертки видеокарты обычно в меньшую сторону. То есть, если видеокарта предоставляет возможность работать, скажем, с разрешением 1200х1024 с частотой развертки 100 Гц, то не обязательно, что монитор сможет работать в таком видеорежиме. Нормальной рабочей частотой, не утомляющей глаза, считается частота 85 Гц. Монитор просто обязан обеспечивать эту частоту кадровой развертки в следующих режимах:

· Для 15-дюймового монитора – 800х600 и 1024х768

· Для 17-дюймового монитора – 800х600, 1024х768 и 1200х1024

Важным элементом монитора является его электронный тракт, а ядром электронного тракта является видеоусилитель. Полоса пропускания видеоусилителя фактически определяет возможности монитора по разрешению и кадровой развертке. Она должна обеспечить беспрепятственное прохождение генерируемых видеокартой сигналов. Минимально необходимую полосу пропускания легко рассчитать по необходимым параметрам видеорежима. Для этого нужно перемножить число точек по горизонтали, число точек по вертикали и частоту кадровой развертки, затем умножить все это на 1,3 и разделить на миллион. В результате мы получим необходимую полосу пропускания видеоусилителя для заданного видеорежима в мегагерцах.

Читайте также: