Мониторы с электронно-лучевой трубкой. Что лучше — ЖК или ЭЛТ-монитор? Современные элт мониторы

3.5. ВИДЕОСИСТЕМА КОМПЬЮТЕРА

ЭЛТ-МОНИТОР

Мониторы на основе ЭЛТ – наиболее распространенные и старые устройства отображения графической 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.

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.Э лектронно-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 P 2 O 5 , 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=mV 2 /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.

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 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 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 – 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 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 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 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 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 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.

Сегодня наиболее распространенный тип мониторов - это CRT (Cathode Ray Tube) мониторы. Как видно из названия, в основе всех таких мониторов лежит катодно-лучевая трубка - электронно-лучевая трубка (ЭЛТ). CRT расшифровывается как Cathode Ray Terminal, что соответствует уже не трубке, а устройству, на ней основанному.

Используемая в этом типе мониторов технология была разработана немецким ученым Фердинандом Брауном в 1897г. и первоначально создавалась в качестве специального инструмента для измерения переменного тока, то есть для осциллографа.

Конструкция ЭЛТ - монитора.

Самым важным элементом монитора является кинескоп, называемый также электронно- лучевой трубкой (см. приложение А, рис 1.). Кинескоп состоит из герметичной стеклянной трубки, внутри которой находится вакуум, то есть весь воздух удален. Один из концов трубки узкий и длинный - это горловина, а другой - широкий и достаточно плоский - это экран. С фронтальной стороны внутренняя часть стекла трубки покрыта люминофором. В качестве люминофоров для цветных ЭЛТ используются довольно сложные составы на основе редкоземельных металлов - иттрия, эрбия и т.п. Люминофор - это вещество, которое испускает свет при бомбардировке его заряженными частицами. Заметим, что иногда люминофор называют фосфором, но это не верно, т.к. люминофор, используемый в покрытии ЭЛТ, ничего не имеет общего с фосфором. Более того, фосфор "светится" в результате взаимодействия с кислородом воздуха при окислении до P 2 O 5 и "свечение" происходит небольшое количество времени.

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. приложение А, рис 2.). Отклоняющие системы подразделяются на седловидно-тороидальные и седловидные. Последние предпочтительнее, поскольку создают пониженный уровень излучения.

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 в приложении Б, рис. 3. Сплошные линии - это активный ход луча, пунктир - обратный.

Частота перехода на новую линию называется частотой горизонтальной (или строчной) 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, часть из которой расходуется на свечение люминофора.

Электроны попадают на люминофорный слой, после чего энергия электронов преобразуется в свет, т.е. 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 (см. приложение Б, рис. 4).

Каждая пушка излучает электронный луч (или поток, или пучок), который влияет на люминофорные элементы разного цвета (зеленого, красного или синего). Электронный луч, предназначенный для красных люминофорных элементов, не должен влиять на люминофор зеленого или синего цвета. Чтобы добиться такого действия используется специальная маска структура которых зависит от типа кинескопов 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.

Самые распространенные типы масок - это теневые, а они бывают двух типов: "теневая маска" (shadow mask) и "щелевая маска" (slot mask).

Теневая маска - это 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 (см. приложение Б, рис. 5). 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 коэффициент 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. 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.

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 (см. приложение В, рис. 6). Шаг точек обычно измеряется в миллиметрах. 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.

Щелевая маска - это технология 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 1997г. 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.

Существует еще один вид трубок, в которых используется "апертурная решетка" (aperture grille). 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 (см. приложение В, рис. 7).

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. 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. Апертурная решетка используется в мониторах от ViewSonic, Radius, Nokia, LG, CTX, Mitsubishi, во всех мониторах от SONY.

Необходимо заметить, 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: 0.25 мм strip pitch приблизительно эквивалентно 0.27 мм dot pitch.

Оба типа трубок имеют свои преимущества и своих сторонников. Трубки с теневой маской дают более точное и детализированное изображение, поскольку свет проходит через отверстия в маске с четкими краями. Поэтому мониторы с такими CRT хорошо использовать при интенсивной и длительной работе с текстами и мелкими элементами графики, например в CAD/CAM-приложениях. Трубки с апертурной решеткой имеют более ажурную маску, она меньше заслоняет экран, и позволяет получить более яркое, контрастное изображение в насыщенных цветах. Мониторы с такими трубками хорошо подходят для настольных издательских систем и других приложений, ориентированных на работу с цветными изображениями. В CAD-системах мониторы с трубкой, в которой используется апертурная решетка, недолюбливают не потому, что они хуже воспроизводят мелкие детали, чем трубки с теневой маской, а потому что экран монитора типа Trinitron - плоский по вертикали и выпуклый по горизонтали, т.е. имеет выделенное направление.

Как уже упоминалось, кроме электронно-лучевой трубки внутри монитора есть еще и управляющая электроника, которая обрабатывает сигнал, поступающий напрямую от видеокарты вашего PC. Эта электроника должна оптимизировать усиление сигнала и управлять работой электронных пушек, которые инициируют свечение люминофора, создающего изображение на экране. Выводимое на экране монитора изображение выглядит стабильным, хотя, на самом деле, таковым не является. Изображение на экране воспроизводится в результате процесса, в ходе которого свечение люминофорных элементов инициируется электронным лучом, проходящим последовательно по строкам в следующем порядке: слева направо и сверху вниз на экране монитора. Этот процесс происходит очень быстро, поэтому нам кажется, что экран светится постоянно. В сетчатке наших глаз изображение хранится около 1/20 секунды. Это означает, что если электронный луч будет двигаться по экрану медленно, мы можем видеть это движение как отдельную движущуюся яркую точку, но когда луч начинает двигаться, быстро прочерчивая на экране строку хотя бы 20 раз в секунду, наши глаза не увидят движущейся точки, а увидят лишь равномерную линию на экране. Если теперь заставить луч последовательно пробегать по многим горизонтальным линиям сверху вниз за время меньшее 1/25 секунды, мы увидим равномерно освещенный экран с небольшим мерцанием. Движение самого луча будет происходить настолько быстро, что наш глаз не будет в состоянии его заметить. Чем быстрее электронный луч проходит по всему экрану, тем меньше будет заметно и мерцание картинки. Считается, что такое мерцание становится практически незаметным при частоте повторения кадров (проходов луча по всем элемента изображения) примерно 75 в секунду. Однако, эта величина в некоторой степени зависит от размера монитора. Дело в том, что периферийные области сетчатки глаза содержат светочувствительные элементы с меньшей инерционностью. Поэтому мерцание мониторов с большими углами обзора становится заметным при больших частотах кадров. Способность управляющей электроники формировать на экране мелкие элементы изображения зависит от ширины полосы пропускания (bandwidth). Ширина полосы пропускания монитора пропорциональна числу пикселей, из которых формирует изображение видеокарта компьютера.

Некоторые параметры, определяющие качество CRT-монитора:

Диагональ трубки и видимая диагональ

Одним из основных параметров CRT-монитора является размер диагонали трубки. Различают непосредственно размер диагонали трубки и видимый размер, который обычно примерно на 1 дюйм меньше, чем диагональ трубки, частично закрывающаяся корпусом монитора.

Коэффициент светопередачи

Коэффициент светопередачи определяется как отношение полезной световой энергии, излучаемой вовне, к энергии, излучаемой внутренним фосфоресцирующим слоем. Обычно этот коэффициент лежит в пределах 50-60%. Чем выше коэффициент светопередачи, тем меньший требуется уровень видеосигнала для обеспечения необходимой яркости. Однако при этом снижается контрастность изображения в силу снижения перепада между излучающими и неизлучающими участками поверхности экрана. При низком коэффициенте светопередачи улучшаются фокусировка изображения, однако требуется более мощный видеосигнал и соответственно усложняется схема монитора. Конкретное значение коэффициента светопередачи можно найти в документации производителя. Обычно 15-дюймовые мониторы имеют коэффициент светопередачи в пределах 56-58%, а 17-дюймовые -- 52-53%.

Горизонтальная развертка

Периодом горизонтальной развертки называют время, за которое луч проходит расстояние от левого до правого края экрана. Соответственно величина , обратная данной, называется частотой горизонтальной развертки и измеряется в килогерцах. При увеличении частоты кадров частота горизонтальной развертки должна быть также увеличена.

Вертикальная развертка

Вертикальной разверткой называется количество обновлений изображения на экране в секунду, этот параметр также называют частотой кадров.

Чем выше величина вертикальной развертки, тем меньше соответственно заметен для глаза эффект смены кадра, который проявляется в мерцании экрана. Считается, что при частоте 75 Гц мерцание практически незаметно для глаза, однако стандарт VESA рекомендует работу на частоте 85 Гц.

Разрешающая способность

Разрешающая способность характеризуется числом пикселов и числом строк. Например, разрешение монитора 1024 x 768 указывает на количество точек в строке -- 1024 и на количество строк -- 768.

Равномерность

Равномерность определяется постоянством яркости по всей поверхности экрана монитора. Различают «равномерность яркости» и «равномерность белого». Обычно мониторы имеют различную яркость в разных участках экрана. Отношения яркости в областях с максимальным и минимальным значением яркости называют равномерностью распределения яркости. Равномерность белого определяется как различие яркости белого цвета (при выводе изображения белого цвета).

Несведение лучей

Термин «несведение лучей» означает отклонение красного и синего от центрирующего зеленого. Подобное отклонение препятствует получению чистых цветов и четкого изображения. Различают статическое и динамическое несведение. Под первым понимается несведение трех цветов по всей поверхности экрана, которое обычно связано с погрешностями при сборке электронно-лучевой трубки. Динамическое несведение характеризуется погрешностями на краях при четком изображении в центре.

Чистота и четкость изображения

Оптимальной чистоты и четкости изображения можно добиться, когда каждый из RGB-лучей достигает поверхности в точно установленной точке, что обеспечивается при строгой взаимосвязи между электронной пушкой, отверстиями теневой маски и точками люминофора. Смещение луча, смещение центра пушки вперед или назад, а также отклонение луча, вызванное влиянием внешних магнитных полей, -- все это может влиять на ухудшение чистоты и четкости изображения.

Муар -- это вид дефекта, который воспринимается глазом как волнообразные разводы изображения, связанные с неправильным взаимодействием теневой маски и сканирующего луча. Фокус и муар являются связанными параметрами для CRT-мониторов, поэтому небольшой муар допускается при хорошем фокусе.

Дрожание

Под дрожанием обычно понимают колебательные изменения изображения с частотой выше 30 Гц. Они могут быть вызваны вибрацией отверстий маски монитора, что, в частности, может быть обусловлено неправильной организацией заземления. При частотах менее 30 Гц употребляется термин «плавание», а ниже 1 Гц -- «дрейф». Незначительное дрожание присуще всем мониторам. В соответствии со стандартом ISO допускается диагональное отклонение точки не более чем на 0,1 мм.

Деформация маски

Все мониторы с теневой маской в той или иной степени подвержены искажениям, связанным с термической деформацией маски. Термическое расширение материала, из которого выполнена маска, приводит к ее деформации и соответственно к смещению отверстий маски.

Предпочтительным материалом для маски является инвар -- сплав, имеющий малый коэффициент линейного расширения.

Экранное покрытие

Во время работы монитора поверхность его экрана подвергается интенсивной электронной бомбардировке, в результате чего может накапливаться заряд статического электричества. Это приводит к тому, что поверхность экрана “притягивает” большое количество пыли, а кроме того, при прикосновении рукой к заряженному экрану пользователя может неприятно “щелкнуть” слабый электрический разряд. Для уменьшения потенциала поверхности экрана на него наносят специальные проводящие антистатические покрытия, которые в документации обозначают сокращением AS - anti-static.

Следующая цель нанесения покрытий - устранение отражений окружающих предметов в стекле экрана, которые мешают при работе. Это так называемые антиотражающие покрытия (anti-reflection, AR). Для уменьшения эффекта отражения поверхность экрана должна быть матовой. Один из способов получения такой поверхности - травление стекла для получения не зеркального, а диффузного отражения (Диффузным называют отражение, при котором падающий свет отражается не под углом падения, а во все стороны). Однако при этом свет от люминофорных элементов также диффузно рассеивается, изображение становится расплывчатым и теряет яркость. В последнее время для получения антиотражающих покрытий используют тонкий слой двуокиси кремния, на котором травятся профилированные горизонтальные канавки, препятствующие попаданию отражения внешних предметов в поле зрения пользователя (при нормальном положении его около монитора). При этом подбирают такой профиль канавок, чтобы ослабление и рассеивание полезного сигнала было максимальным.

Еще один неблагоприятный фактор, с которым борются путем обработки экрана, - блики от внешних источников света. Для уменьшения этих эффектов на поверхность монитора наносится слой диэлектрика с малым показателем преломления, имеющим низкий коэффициент отражения. Такие покрытия называются антибликовыми или антиореольными (anti-glare, AG).Обычно применяют комбинированные многослойные покрытия, сочетающие защиту от нескольких мешающих факторов. Фирмой Panasonic разработано покрытие, в котором применены все описанные виды покрытий, и оно имеет название AGRAS (anti-glare, anti-reflection, anti-static). Для увеличения интенсивности проходящего полезного света между экранным стеклом и слоем с низким коэффициентом отражения наносится переходной слой, имеющий коэффициент преломления, средний между стеклом и внешним слоем (эффект просветления), обладающий еще и проводящими свойствами для снятия статического заряда.

Иногда используются другие комбинации покрытий - ARAG(anti-reflection, anti-glare) или ARAS (anti-reflection, anti-static). В любом случае покрытия несколько снижают яркость и контрастность изображения и влияют на цветопередачу, однако удобство работы с монитором, получаемое от применения покрытий, окупает эти недостатки. Проверить наличие антибликового покрытия можно визуально, рассматривая отражение от внешнего источника света при выключенном мониторе и сравнивая его с отражением от обычного стекла.

Наличие антибликовых и антистатических покрытий стало нормой для современных мониторов, а некоторые различия в качестве покрытий, определяющие их эффективность и степень искажения изображения, связанные с технологическими особенностями, практически не влияют на выбор модели.

История создания ЭЛТ - мониторов

ЭЛТ-мониторы – это мониторы, формирующие изображение с помощью электронно-лучевой трубки, из которой под действием электростатического поля исходит поток электронов, бомбардирующий внутреннюю поверхность экрана монитора, покрытую люминофором. Люминофор под воздействием электронов начинает светиться, формируя изображение на экране монитора.

Началом истории создания ЭЛТ-мониторов можно считать 1855 году. В то время немецким стеклодувом Генрихом Гейслером было сделано, на первый взгляд, не относящееся к монитором изобретение. Он создал вакуумный стеклянный сосуд.

Через несколько лет после этого изобретения другой немецкий ученый, физик и математик, друг Генриха Гейслера, - Юлиус Плюккер впаял в вакуумный сосуд два электрода и подал на них напряжение. В результате возникшей разности потенциала, от одного электрода к другому пошел ток, стремящийся выровнять разность потенциалов. Под действием тока в вакуумной трубке возникло свечение, характер которого зависел от глубины вакуума.

Свечение вызывалось столкновением атомов, оставшихся в сосуде газов, с электронами, идущими от электрода с большим потенциалом к электрону с меньшим потенциалом. Так как электрон с большим потенциалом называется катодом, а с меньшим потенциалом – анодом, то поток электронов, излучаемый катодом получил название – катодные лучи.

Итак, в 1859 году Юлиусом Плюккером было совершено знаковое открытие, позволившее в дальнейшем создать ЭЛТ-мониторы.

Исследования Юлиуса Плюккера продолжил Уильям Крукс, открывший, что катодные лучи исходят перпендикулярно к катоду и распространяются прямолинейно, но могут отклоняться под действием магнитного поля. Для доказательства этого явления Уильям Крукс в 1879 году создал газоразрядную трубку, названную трубкой Крукса. Опыты с газоразрядными трубками также показали, что, попадая на некоторые вещества, катодные лучи вызывают их свечение. Впоследствии такие вещества были названы катодолюминофорами.

Первое изображение с помощью электронно-лучевой трубки было сделано только через 18 лет после многочисленных опытов и исследований катодных лучей. И это открытие принадлежит Карлу Фердинанду Брауну. Именно он разработал принцип формирования изображения с помощью электронно-лучевой трубки, впоследствии названной трубкой Брауна.

В первой модели трубки Брауну не удалось получить полный вакуум, и использовался холодной катод, требующий сильного внешнего электрического поля для испускания электронов. Все это приводило к необходимости использовать большого ускоряющего напряжения (100 киловольт). К тому же магнитное отклонение луча осуществлялось только по вертикали. Отклонение по горизонтали (изменение сигнала по времени) осуществлялось с помощью вращающегося зеркала.

Свое изобретение Браун использовал, как осциллограф, для изучения электрических колебаний. Снаружи, вокруг узкой части стеклянной трубки между диафрагмой и экраном, располагался электромагнит. Исследуемый ток подводили к катушке электромагнита, в результате возникало электромагнитное поле, отклоняющее катодный луч. Катодный луч высвечивал на флуоресцирующем экране линию, соответствующую изменению магнитного поля под действием тока. Высвеченная линия позволяла определить изменение тока, подводимого к электромагниту.

Светящаяся линия проектировалась на внешний экран с помощью зеркала. Поворачивая зеркало, можно было наблюдать изменение сигнала по времени – двумерную кривую линию, форма которой зависела от амплитуды изменения подводимого к электромагниту тока и скорости поворота зеркала.

Фердинанд Браун не патентовал свое изобретение и демонстрировал его на всевозможных выставках и семинарах. В результате работу оценило множество ученых и вложило свой вклад в развитие и совершенствование электронно-лучевых трубок.

Так уже в 1899 году И. Ценнек, ассистент Брауна, добавил второе магнитное поле, перпендикулярное первому, и получил возможность отклонения катодного луча по вертикали.

В 1903 году Артур Венельт поместил в трубку цилиндрический электрод с отрицательным, относительно катода, потенциалом. Изменение потенциала позволяло менять интенсивность катодных лучей и тем самым яркость свечения люминофора.

В 1906 году М. Дикман и Г. Глаге доработали трубку Брауна и ввели возможность управления током, подаваемым на электромагниты. В результате они смогли отображать на экране не просто изменение тока от времени, а конкретные фигуры. В том же году они получили патент на использование трубки Брауна для передачи изображений букв и штрихов.

Электронно-лучевые трубки оказались незаменимыми в различных приборах, таких как осциллографы, позволяющих исследовать быстропротекающие процессы. Но на этом область их применения не ограничивалась. Возможность формирования изображения с помощью электронно-лучевых трубок заинтересовала множество ученых во всем мире, и вскоре стали появляться все более и более совершенные устройства.

Так в 1907 году русский физик Борис Львович Розинг разработал прибор на основе трубки Брауна, способный воспроизводить движущееся изображение, и получил патент на свою разработку в 1908-1910 гг. в России, Англии и Германии. Он же 9 мая 1911 года, на заседании Русского технического общества, продемонстрировал передачу, прием и воспроизведение на экране электронно-лучевой трубки телевизионных изображений - простых геометрических фигур.

В дальнейшем подобные приборы стали называться кинескопами, от греч. kinesis - движение и skopeo - смотреть.

Первые кинескопы были векторные. В таких кинескопах использовался один пучок катодных лучей, перемещающийся от одной точки к другой, оставляя на экране светящиеся линии, которые постепенно затухали. Затухание происходило очень быстро и обычно не превышало 0,1 секунды.

Для того, чтобы изображение оставалось на экране, его приходилось с частотой несколько десятков герц перерисовывать. Все это приводило к жестким ограничениям по количеству отображаемой на экране информации. Если требовалось отображение сложного объекта, то изображение могло начинать мерцать. Происходило это из-за того, что к концу прорисовки сложного объекта та часть его, которая выводилась первой, уже начинала гаснуть.

Так как векторные кинескопы не могли отображать сложные графические объекты, им быстро нашлась замена в виде растровых кинескопов. Но до сих пор в различных областях науки и техники используются векторные мониторы, в основном в виде измерительных приборов, таких как осциллографы, так как позволяют получить высокое разрешение, частоту регенерации и значительно проще устроены, а, следовательно, и дешевле, чем матричные кинескопы. Также именно векторные кинескопы стали первыми использоваться в качестве мониторов для ЭВМ.

В растровых кинескопах траектория перемещения луча по экрану всегда постоянна и не зависит от выводимых изображений. Луч пробегает по строкам экрана сверху вниз и с помощью модуляции яркости луча формирует изображение. В этом случае время вывода изображения не зависит от его сложности, но возникают ограничения по разрешению изображения, а именно по количеству и длине строк, пробегающих лучом, а также времени изменения модуляции яркости луча, определяющего сколько различных точек может быть выведено за время прохождения лучом одной строки.

Но, несмотря на эти ограничения, первые электронные телевизоры использовали именно растровые кинескопы, а вот в ЭВМ растровые мониторы стали использоваться значительно позже векторных, так как требовали значительного объема памяти для регенерации изображения и обладали маленькой разрешающей способностью.

Развитие электронно-лучевых трубок шло семимильными шагами, сильно этому способствовало и развитие телевидения. Так в 1935 году в Германии началось первое регулярное телевещание для электронных телевизоров. Регулярное телевещание для телевизоров с оптико-механической разверткой началось гораздо раньше, с 1927 года в Великобритании. В 1936 году электронное телевещание стало регулярным и в Англии, Италии, Франции, а затем инициативу подхватили и другие страны.

В скором времени ЭЛТ-телевизоры стали выпускаться серийно. Так уже в 1939 году был представлен первый электронный телевизор для массового производства. Эта модель, RCS TT-5, была разработана в США в научно-исследовательской лаборатории RCA, возглавляемой Владимиром Зворыкиным, русским эмигрантом, и представляла собой большой деревянный ящик с экраном с диагональю 5 дюймов.

Первый электронный телевизор в России ТК-1 был выпущен в конце 1938 года Ленинградским заводом имени Козицкого по американской документации (в Америке подобные телевизоры выпускались с 1934 года). Производство телевизоров было крайне трудоемким и сложным процессом, множество радиодеталей поставлялось из заграницы, и всего было выпущено около 6000 телевизоров, большинство из которых использовались в качестве экспериментальных установок в научно-исследовательских лабораториях.

Первый Российский серийный электронный телевизор был создан на ленинградском заводе «Радист» в конце 1939 года и назывался ""17ТН-1"". Он представлял собой громоздкую напольную тумбу с небольшим круглым экраном 17 дюймов. Производство телевизоров было все еще дорогостоящим и сложным процессом, поэтому до начала войны было выпущено всего 2000 экземпляров.

Первый массово-серийный и доступный простым потребителям в России стал телевизор КВН-49-1, разработанный в 1947 году в Ленинградском НИИ телевидения. Серийный выпуск телевизоров этой марки начался в 1949 году. Кстати, название КВН произошло от первых букв разработчиков телевизора: Кенигсона В.К, Варшавского Н.М и Николаевского И.А, ну а 49, как вы догадались, от года начала серийного выпуска.

В 1950 году произошел очередной прорыв в технологии. В США был разработан масочный цветной кинескоп с тремя электронными пушками.

Экран кинескопа был покрыт тремя типами люминофора, светящегося под действием электронных лучей красным, зеленым и синим цветом. Каждая точка изображения формировалась тремя участками люминофора разного типа, в совокупности воспринимающаяся глазом, как единая цветная точка.

В основании кинескопа располагалось три электронно-лучевые пушки. Если смотреть сверху на них, то они представляли собой вершины равностороннего треугольника. Лучи, излучаемые этими пушками, синхронно пробегали все строки развертки, также как это делал единственный луч в одноцветных кинескопах. Но каждый луч попадал на свой тип люминофора, и, модулируя интенсивность лучей, на экране можно было отобразить цветные точки.

Для того чтобы лучи, излучаемые электронными пушками, попадали на свой участок из трех типов люминофора и не засвечивали соседние участки, использовалась теневая решетка, состоящая из множества отверстий, через которые проходили лучи. Благодаря теневой решетке, повышалась контрастность изображения, так как лучи, переходя от одного участка экрана к другому, не задевали люминофоры чужого типа. Но, в свою очередь, уменьшалось количество проходящих электронов, что уменьшало яркость картинки.

В первых кинескопах в качестве маски использовался тонкий стальной лист с круглыми отверстиями. Такая маска назвалась теневой, она позволяла максимально точно позиционировать электронный лучи, но круглые отверстия задерживали достаточно большую часть электронов. Впоследствии отверстия стали делать коническими, что позволило увеличить их пропускную способность. Теневая маска обеспечивала высокую точность изображения, но меньшую яркость (по сравнению с щелевой и аппретурной решеткой). Такие маски чаще всего применялись в мониторах.

Впоследствии в телевизионных кинескопах электронные пушки стали располагать планарно, параллельно земле, что упрощало настройки кинескопа и позиционирование лучей. Для таких кинескопов в маске делались овальные отверстия, и называлась она – щелевая решетка. Щелевая решетка обеспечивает более насыщенные цвета, по сравнению с теневой маской, но менее насыщенные, чем у апертурной решетки. Но в то же время получаемое изображение более четкое, чем у апетурной решетки. Однако щелевая решетка склона к муарам. В результате основная область применения таких кинескопов – телевидение.

Впоследствии такие производители, как Sony или Mitsubishi в качестве маски стали использовать апертурную решетку – множество вертикально натянутых тонких проволок. При этом электронные лучи не ограничивались, как в двух предыдущих типах масок, а фокусировались в нужных точках экрана, за счет чего прозрачность апертурной решетки была в разы выше и достигала 80%, а соответственно была выше яркость и насыщенность изображения.

Первый цветной телевизор с электронно-лучевой трубкой был выпущен в США в марте 1954 года компанией Westinghouse и назывался H840CK15, и стоил 1295 долларов. Спустя несколько недель, в США был выпущен еще один цветной телевизор, но уже компанией RCA - RCA CT-100. Он был снабжен 15-ти дюймовым цветным кинескопом и стоил около 1000 долларов. В то время, к примеру, новый, шикарный автомобиль стоил 2000 долларов, так что цветные телевизоры рассчитывались не на массовое потребление, а скорее как дорогая игрушка для ограниченного круга элиты. Вскоре цветное телевидение перешло в массы, и во всех странах появилось огромное количество различных моделей цветных телевизоров. На сайте www.earlytelevision.org можно посмотреть фотографии и описания большинства первых цветных и монохромных телевизоров и мониторов.

Технология отображения на ЭЛТ-телевизорах совершенствовалась год от года, и, когда настала эра ЭВМ, электронно-лучевые трубки стали использоваться для отображения результатов их работы. Конечно, произошло это не сразу. Первые ЭВМ в качестве устройств вывода использовали, в основном, различные печатающие устройства или записывали результат вычислений на магнитную ленту. Но уже тогда многие ЭВМ оснащались электронно-лучевыми трубками, но использовались они не как мониторы, а как осциллографы, контролирующие исправность электрических цепей вычислительных машин или даже, как запоминающие устройства .

Ярким примером служит ЭВМ SSEM (Manchester Small-Scale Experimental Machine) – манчестерская малая экспериментальная машина, заработавшая в июне 1948 года.

В ней использовалось целых три электронно-лучевые трубки. Однако только одна из них отображала информацию, две других представляли собой оперативную память, позволившую избавиться от громоздких, трудоемких и опасных ртутных линий задержки.

На прообраз монитора в SSEM выводилась информация, содержавшаяся в двух других электронно-лучевых трубках.

ЭЛТ-мониторы для вывода информации использовались и в ЭВМ CSIRAC (Council for Scientific and Industrial Research Automatic Computer) - Автоматическом Компьютере Совета по Научным и Промышленным Исследованиям. CSIRAC был разработан в Австралии и заработал в ноябре 1949 года.

В этой ЭВМ вывод результатов работы осуществлялся все еще на телетайп, но для контроля процесса работы использовался ЭЛТ-монитор, отображавший состояние регистров ЭВМ, используемых при вычислении.

Еще один случай использования электронно-лучевой трубки для вывода результатов работы ЭВМ зафиксирован в 1950 году. Произошло это в Англии в Кембриджском университете. И использовалась она в электронно-вычислительной машине EDSAC (Electronic Delay Storage Automatic Computer).

Естественно, мониторы, используемые в EDSAC, SSEM, CSIRAC и в других ЭВМ того времени, сильно отличались от современных ЭЛТ-мониторов и больше походили на осциллографы. Но все же это были первые попытки вывода информации не на принтер, а на электронный монитор, в конечном итоге приведшие к созданию современного ЭЛТ-монитора.

Начиная с 50-х годов, практически все ЭВМ в том или ином виде использовали ЭЛТ-трубки. Наиболее показательной в этом плане является ЭВМ Whirlwind (Вихрь), созданная в 1951 году в США. Использовалась она в станции американской ПВО «SAGE 1» и предназначалась для обработки в режиме реального времени непрерывно поступающего потока данных о состояния воздушной обстановки и фиксации информации о вторжении самолетов в воздушное пространство США.

Естественно, просто обработать данные было недостаточно. Было необходимо в режиме реального времени отображать полученные данные, а именно положение обнаруженных воздушных объектов. Сделать это с помощью распространенного в то время телетайпа было невозможно. Во-первых, потребовалось бы огромное количество бумаги, а, во-вторых, распечатанная таким образом информация была ненаглядной и требующей значительных усилий и времени для принятия решений, которого у военных, в случае вторжения вражеской авиации, не было.

Поэтому было принято решение, в качестве основного устройства отображения, использовать ЭЛТ-монитор, позволяющий наглядно, а главное в режиме реального времени, отображать всю информацию, требующуюся для работы системы ПВО.

Демонстрация работы системы ПВО SAGE состоялась 20 апреля 1951 года. Данные с радара, установленного в заливе Кейп-Код, передавались в командный центр, где обрабатывались в ЭВМ Whirlwind, а затем отображались на экранах ЭЛТ-мониторов в виде движущихся точек, соответствующих положению обнаруженных самолетов.

В конечном итоге, в США была создана целая сеть из 23-х командных пунктов ПВО SAGE, обеспечивающих защиту воздушных границ США долгие годы.

В шестидесятых годах мониторами оснащались уже практически все ЭВМ, и их стали производить серийно. Для разгрузки центрального процессора ЭЛТ-мониторы оснащали своими вычислительными ресурсами, и они стали называться дисплейными станциями.

Первой такой дисплейной станцией была оснащена ЭВМ «DEC PDP-1». Дисплейная станция была монохромной, имела ЭЛТ-дисплей, диаметром 16 дюймов с разрешением 1024 х 1024 точки. Под разрешением в векторных мониторах понимается количество точек, которые могут быть заданы, в качестве граничных координат отображаемых отрезков.

Вскоре появился и первая коммерческая дисплейная станция IBM 2250. IBM 2250 была разработана в 1964 году и использовалась в ЭВМ серии System/360.

IBM 2250 имела дисплей размером 12х12 дюймов с разрешением 1024х1024 точки и поддерживала частоту обновления экрана в 40 Гц. Отображаемые символы, цифры и буквы состояли из отдельных отрезков и были максимально упрощены для увеличения производительности.

В памяти дисплейной станции были заложены специальные подпрограммы, отвечающие за форматирование символов на экране. Таким образом, центральному процессору ЭВМ требовалось только указать, какой символ и где вывести на экране. Расчет отображаемого символа и управление катодным лучом производилось уже в самой дисплейной станции, что сильно разгружало ЭВМ.

Описанные выше дисплейные станции, как и их прототипы, были векторными. Между тем популярность ЭВМ набирала рост. Многие предприятия использовали ЭВМ. Но в шестидесятых годах ЭВМ представляли собой дорогостоящие устройства, и обеспечить всех специалистов своей ЭВМ было невозможно. В результате, начали развиваться терминальные системы, в которых ЭВМ отдавалась в распоряжение сразу нескольким пользователям. Доступ к вычислительным ресурсам осуществлялись через специальные терминалы, оборудованные монитором, устройством ввода-вывода, и подключенные к удаленной ЭВМ.

Одной из первых терминальных систем, оборудованных терминалами с ЭЛТ-мониторами, была система IBM 2848. Разработана эта система была в 1964 году и состояла из одного устройства контроля IBM 2848, представляющего собой прообраз современных видеоадаптеров, к которому могло подключаться до 8 терминалов IBM 2260.

Терминалы системы были оснащены ЭЛТ-мониторами, способными отображать только текст с разрешением 12 строк по 80 символов в каждой строке. Всего отображалось 64 различных знака (26 букв, 10 цифр, 25 специальных символов и 3 контрольных символа). Причем текст отображался не на всей области ЭЛТ, а только на небольшом участке, размером 4 на 9 дюймов.

В основном эта терминальная система использовалась для работы с ЭВМ серии IBM system/360. Одна из таких систем функционировала с 1969 по 1972 года в компьютерном центре в Колумбии.

В 1972 был создан один из первых цветных терминалов - IBM 3279. Первоначально терминал IBM 3279 поддерживал 4 цвета: красный, зеленый, голубой и белый, и работал только в текстовом режиме. Причем при стандартных настройках вводимые символы окрашивались в зеленый или красный цвет, а выводимые - белым или голубым.

Позже были выпущены модификации, способные работать и в графическом режиме с поддержкой уже семи цветов. Примером такого терминала может служить IBM 3279G.

Но настоящий бум развития ЭЛТ- мониторов начался с появления персональных компьютеров. Например, ЭВМ IBM 5100, разработанная в 1975 году, имела встроенный пятидюймовый ЭЛТ- монитор, способный отображать 16 строк по 64 символа в каждой. Видеоадаптера, как такового, в ЭВМ не было, а изображение выводилось с помощью контроллера дисплея, имеющего прямой доступ к оперативной памяти по адресам 0x0200..0x05ff, где содержался текст для отображения.

Подобная технология отображения замедляла работу ЭВМ, так как для формирования изображения использовался центральный процессор. Также негативно сказывалось на быстродействие частое обращение к ОЗУ для считывания области, содержащей информацию для отображения.

Поэтому вскоре для отображения данных на мониторе были разработаны специальные видеоадаптеры, значительно разгружающие центральный процессор и ОЗУ, так как видеоадаптеры оснащались встроенным ОЗУ и не требовали постоянного обращения к основному ОЗУ для регенерации изображения.

Первый такой видеоадаптер был разработан в 1981 году, назывался он Monochrome Display Adapter (MDA) и использовался в IBM PC.

Как следует из названия, адаптер был монохромный, работал только в текстовом режиме с разрешением 80х25 символов (720х350 точек).

Стандартный видеоадаптер MDA основывался на чипе Motorola 6845 и содержал 4 КБ видеопамяти. Частота развёртки составляла 50 Гц.

Цвет выводимого текста определялся типом люминофора, используемого в кинескопе монитора. Обычно использовался люминофор P1 – зеленый цвет, люминофор P3 – светло-коричневый, или люминофор P4 – белый. В первых мониторах, выпускаемых для адаптера MDA, использовался зеленый люминофор, примером таких мониторы может быть IBM 5151.

Практически одновременно, в 1981 году, был выпущен цветной видеоадаптер CGA - Color Graphics Adapter. Видеоадаптер поддерживал максимальное разрешение 640х200 и палитру, состоящую из 16 цветов. Работал видеоадаптер в двух режимах – текстовом и графическом. В текстовом режиме можно было использовать все 16 цветов и разрешение, либо 40 на 25 символов, либо 80 на 25 символов.

В графическом режиме при разрешении 320 на 200 пикселей можно было использовать 4 цвета из стандартных политр: пурпурный, сине-зелёный, белый и черный или красный, зелёный, коричневый/жёлтый и черный. При разрешении 640х200 отображение было монохромным (черно-белым).

Дополнительные настройки позволяли формировать свои палитры из доступных 16 цветов и, например, делать отображение при разрешении 640х200 не черно-белым, а черно-зеленым и так далее.

В момент выпуска видеоадаптера не было мониторов, способных использовать все его возможности. Имеющиеся монохромные мониторы или NTSC-совместимый телевизор могли подключаться к видеоадаптеру только через композитный разъем. Но при этом качество отображения было ужасным, особенно при высоком разрешении (640х200).

Монитор, полностью поддерживающий все функции видеоадаптера, был выпущен компанией IBM только в 1983 году – это был 12-дюймовый монитор IBM 5153. Позже различными производителями было выпущено множество аналогов этого монитора.

В 1984 году компанией Hercules Computer Technology был выпущен еще один видеоадаптер - Hercules Graphics Card (Hercules) - графический адаптер Геркулес. Он поддерживал не только текстовый режим, как MDA, с разрешением 80х25 символов, но и графический, с разрешением 720х348. Hercules все еще оставался монохромным, но поддержка более высокого, чем CGA разрешения, совместимость с широко распространенными мониторами стандарта MDA, такими как IBM 5151, сделали его популярной альтернативой видеоадаптера CGA.

Однако не видеоадаптеры CGA, не видеоадаптеры Hercules не удовлетворяли растущим потребностям пользователей ЭВМ. Поэтому в том же 1984 году появился видеоадаптер Enhanced Graphics Adapter (EGA), что в переводе означает - усовершенствованный графический адаптер.

Видеоадаптер EGA значительно превосходил по техническим возможностям своих предшественников. Он мог формировать графическое изображение, используя 16 цветов из 64 цветной палитры при разрешении 640х350 точек.

Но для полноценного использования нового видеоадаптера потребовались мониторы нового стандарта, позволяющие работать с цветным изображением высокого разрешения (естественно высокого для того времени).

Чтобы не оказаться в невыгодной позиции на рынке, разработчики нового видеоадаптера предусмотрели возможность поддержки различных цветовых режимов и разрешений, повторяющих возможности предыдущих стандартов и возможность вывода изображения на мониторы предыдущих стандартов. Естественно, при этом страдало качество изображения, либо уменьшалась разрешающая способность, либо количество цветов, но при этом открывались дополнительные возможности для пользователей, которые могли модернизировать свои системы постепенно, не затрачивая сразу большие суммы.

Перед подключением монитора на плате необходимо было настроить конфигурацию видеоадаптера для работы с выбранным стандартом монитора и режима формирования изображения (графическое, тестовое, разрешение картинки и т.д.). Для этого предназначались шесть переключателей, обычно, располагающихся на задней стороне видеоадаптера. В частности, поддерживались следующие стандарты мониторов:

монохромные мониторы стандарта MDA, такие как IBM 5151;
цветные мониторы стандарта CGA, такие как IBM 5153;
цветные мониторы стандарта EGA, такие как IBM 5154.

Стоит отметить, что большинство видеоадаптеров EGA выпускались всего лишь с 64 кб памяти, что было недостаточно для отображения 16-цветного изображения с разрешением 640x350 точек, а позволяло использовать только 4 цвета или 16 цветов, но при разрешении 640x200.

Естественно, были видеоадаптеры с 128 кб памяти и даже с 256 кб, но стоили они значительно дороже, и далеко не все могли их себе позволить, впрочем, как и новые EGA-мониторы. Так что на практике в большинстве случаев возможности нового видеоадаптера использовались не полностью, но, несмотря на это, он пользовался большой популярностью, и замена ему вышла только спустя три года. Это был новый стандарт видеоадаптеров MCGA.

MultiColor Graphics Adapter (MCGA) ? многоцветный графический адаптер, выпущенный в 1987 году. Он значительно превосходил все существующие на тот момент видеоадаптеры по количеству цветов в палитре, составляющим 262144.

Но объем видеопамяти был маленький, всего 64 Кб, что сильно снижало его возможности, но это положительно сказалась на его цене.

Единовременно адаптер мог отображать 256 цветов, выбранных из палитры, но из-за ограниченной видеопамяти разрешение экрана при этом составляло всего 320х200. При монохромном отображении или в текстовом режиме разрешение было несколько выше.

Основные характеристики графического адаптера следующие:

Объем памяти: 64 Кб;

Тестовое разрешение: 640x400 (80х50 символов при размере символа 8х8 или 80х25 символов при размере символа 8х16);

Количество цветов: 256, выбираемых из палитры 262144 цветов;

Разрешение экрана при отображении 256 цветов: 320x200;

Разрешение экрана в монохромном режиме: 640?480;

Частота строчной развертки: 31,5 KГц.

Впервые этот адаптер использовался в ЭВМ IBM PS/2 Model 30, представленной второго апреля 1987 года. Причем он представлял собой не отдельную плату, а встраивался в материнскую плату ЭВМ. Позже MCGA использовался в IBM PS/2 Model 25 тоже в виде интегрированной в материнскую плату системы.

Адаптер не успел завоевать широкую популярность, так как очень быстро был вытеснен сильно превосходящим его графическим адаптером VGA. И после снятия с производства ЭВМ IBM PS/2 25 и 30 перестал выпускаться и адаптер MCGA.

Графический адаптер VGA (Video Graphics Array) был разработан компанией IBM в 1987 и впервые был использован в ЭВМ IBM PS/2 Model 50. Вскоре VGA стал общепризнанным стандартом мониторов и видеоадаптеров.

Основное разрешение, поддерживаемое адаптером VGA, было 640х480 пикселей, при этом одновременно отображалось 16 цветов, выбираемых из палитры 262144 оттенка. Новое разрешение позволяло более качественно отображать картинку и имело отношение сторон 4:3, которое надолго стало стандартом, и только в последние годы было вытеснено широкоформатным отображением, как в мониторах, так и в телевизорах, которые в принципе с каждым днем все меньше и меньше отличаются от мониторов.

Видеоадаптер VGA поддерживал и другие расширения:

320x200 пикселей, 4 цвета;
320x200 пикселей, 16 цветов;
320x200 пикселей, 256 цветов;
640x200 пикселей, 2 цвета;
640x200 пикселей, 16 цветов;
640x350 пикселей, монохромный;
640x350 пикселей, 16 цветов;
640x480 пикселей, 2 цвета;
640x480 пикселей, 16 цветов,

и это не считая текстового режима отображения.

В отличие от предыдущих графических адаптеров, в VGA использовался аналоговый сигнал для передачи отображаемой информации монитору. Использование аналогового сигнала позволяло уменьшить количество проводов в кабеле, так как передавать требовалось только сигналы трех основных цветов и сигналы синхронизации, и отдельный канал выделялся для передачи служебной информации. Также новый аналоговый интерфейс связи между графическим адаптером и монитором позволял в дальнейшем увеличивать количество единовременно отображаемых цветов без изменения интерфейса связи с монитором и собственно без изменения самого монитора.

Но для работы с графическими адаптерами VGA были нужны новые многочастотные аналоговые мониторы. Эти мониторы могли работать с различной частотой кадров, что позволяло им поддерживать режимы с различной разрешающей способностью и практически неограниченное число цветов, и полностью обеспечивать весь потенциал графических адаптеров VGA.

Со временем графические интерфейсы операционных систем прочно вошли в нашу жизнь, появлялось огромное число видеоигр и различных приложений, требующих высокого разрешения и способности отображение более чем 256 цветов. Видеоадаптер VGA не был в состоянии удовлетворить возросшие потребности пользователей, в результате многие фирмы стали выпускать собственные расширенные версии видеоадаптера VGA, впоследствии получивших общее название Super VGA или SVGA. Со временем возможности видеоадаптеров SVGA росли. Стали поддерживаться режимы: High Color и True Color, в которых одновременно отображалось 32768 и более чем 16,7 миллионов различных цветов. Поддерживались разрешения: 800х600, 1024х760, 1280х1024, 1600х1200 и т.д.

Параллельно, с развитием видеоадаптеров SVGA, совершенствовались и мониторы. Увеличивалась частота развертки, поддерживаемые разрешения, качество цветопередачи и т.д.

Казалось, что ЭЛТ-мониторы прочно и надолго вошли в нашу жизнь, но буквально за несколько лет про них практически забыли, и сейчас мало у кого можно их встретить. Всему виной стали ЖК-мониторы, незаметно, в тени славы ЭЛТ-мониторов, достигнувшие вершин качества отображения, сравнимых с качеством отображения и цветопередачи ЭЛТ-мониторов. Но при этом ЖК-мониторы были более компактные и эргономичные. Естественно у них были свои недостатки, но они все менее и менее сказываются на их качестве. Но более подробно об истории ЖК-мониторов и их устройствах поговорим в одной из следующих статей.

Изготовители электронно-лучевых трубок еще не исчерпали своего потенциала и словно только пробуют силы, держа в руках давно испытанный, но по-прежнему дорогостоящий компонент, технологический прогресс которого идет болезненно медленно на фоне стремительно развивающихся новинок. Профессиональные мониторы становятся дешевле, и этот факт, несомненно, очень радует пользователей, нуждающихся в высоком качестве картинки на экране. Если раньше они предпочитали только мониторы brand name (от Sony или ViewSonic) - хорошие, конечно, но довольно дорогие, то теперь на рынке появляется все больше моделей, обладающих порой даже более высокими характеристиками и к тому же позволяющих сэкономить ощутимую сумму.

Как устроена электронно-лучевая трубка

Электронно-лучевая трубка (ЭЛТ; Cathode Ray Tube, или CRT) - это традиционная технология формирования изображения на «дне» герметично запечатанной стеклянной «бутылки». Мониторы получают сигнал от компьютера и преобразуют его в форму, воспринимаемую электронно-лучевой пушкой, расположенной в «горлышке» огромной колбы. Пушка «стреляет» в нашу сторону, а широкое дно (куда мы, собственно, и смотрим) состоит из «теневой маски» и люминесцентного покрытия, на котором создается изображение. Электромагнитные поля управляют пучком электронов: отклоняющая система изменяет направление потока частиц таким образом, что они достигают нужного места на экране, проходя через теневую маску, падают на фосфоресцирующую поверхность и формируют изображение (активизированный электронным лучом участок экрана испускает свет, видимый глазом; рис.1). Такая технология называется «эмиссионной».Экран монитора представляет собой матрицу, состоящую из гнезд-триад, определенной структуры и формы (зависящей от конкретной технологии изготовления - см. далее). Каждое такое гнездо состоит из трех элементов (точек, полос или других структур), формирующих RGB-триаду, в которой основные цвета располагаются настолько близко друг к другу, что отдельные элементы неразличимы для глаза.

Таким образом, электронно-лучевые трубки, используемые в современных мониторах, имеют следующие основные элементы:

электронные пушки (по одной на каждый цвет RGB-триады или одну, но испускающую три пучка);
отклоняющую систему, то есть набор электронных «линз», формирующих пучок электронов;
теневую маску, обеспечивающую точное попадание электронов от пушки каждого цвета в «свои» точки экрана;
слой люминофора, формирующий изображение при попадании электронов в точку соответствующего цвета.

С этими элементами и связана непрерывная борьба производителей за качество изображения.

Электронная пушка состоит из подогревателя, катода, испускающего поток электронов, и модулятора, ускоряющего и фокусирующего электроны.

В современных кинескопах применяются оксидные катоды, в которых электроны испускаются эмиссионным покрытием из редкоземельных элементов, нанесенным на никелевый колпачок с расположенной внутри него нитью накала. Подогреватель обеспечивает нагревание катода до температуры 850-880 °C, при которой и происходит испускание (эмиссия) электронов с поверхности катода. Остальные электроды трубки используются для ускорения и формирования пучка электронов.

Соответственно каждая из трех электронных пушек создает пучок электронов для формирования своего цвета. При этом различают ЭЛТ с дельтовидным и планарным расположением пушек.

В случае дельтовидного расположения электронные пушки размещаются в вершинах равностороннего треугольника под углом 1° к оси кинескопа.

Ошибка в значении угла наклона не должна превышать 1’. Наклон пушек выбирается таким образом, чтобы электронные лучи пересекались в некоторой точке (точке схождения) и дальше, расходясь на определенный угол, образовывали на маске небольшой круг, в пределах которого одновременно может находиться только одно отверстие теневой маски и одна RGB-триада (три точки люминофора основных цветов). Соответственно точки люминофора при этом также располагают по вершинам равностороннего треугольника, образующего эту триаду. Центр каждого отверстия в теневой маске расположен напротив оси симметрии данной триады точек люминофора.

Электронные лучи, расходясь после теневой маски, попадают на точки люминофора соответствующего цвета и заставляют их светиться.

Теневая маска

Электронный луч достигает экрана, пройдя через теневую маску, которая может иметь различную (точечную или линейную) структуру. Теневая маска, выполненная из тонкого сплава, направляет электронный луч на флуоресцирующий материал определенного цвета.

При этом маска задерживает 70-85% всех электронов, испускаемых катодами, в результате чего она нагревается до высокой температуры.

Раньше маски изготавливали из сплавов на основе железа, и при сильном нагревании они деформировались, в результате чего отверстия смещались относительно триад люминофора. Для компенсации смещений маска крепилась к экрану при помощи системы «замков» из материала со специально подобранным коэффициентом температурного расширения; при нагревании эти «замки» перемещали маску вдоль оси ЭЛТ в сторону экрана.

В современных моделях применяется теневая маска из инвара - специального сплава с оченьнебольшим коэффициентом температурного расширения, поэтому смещение масок при нагреве остается минимальным.

В кинескопах с планарным расположением пушек используются щелевые маски, а люминофор трех основных цветов наносится на экран в виде вертикальных чередующихся полосок таким образом, чтобы одному щелевидному отверстию соответствовала своя RGB-триада. В таких ЭЛТ все три электронные пушки соосны друг другу, расположены в одной вертикальной плоскости и наклонены под небольшим углом к горизонтальной плоскости. Такое расположение в значительной мере позволяет скомпенсировать воздействие на пучки электронов магнитного поля Земли и упростить сведение лучей.

Расходясь после точки схождения, лучи образуют эллипс, охватывающий одновременно только одно отверстие щелевой маски и соответственно три находящиеся за ней полоски люминофора. Отверстие щелевой маски находится напротив средней (зеленой) полоски люминофора.

Отношение площади отверстий к общей площади маски в электронно-лучевых трубках такого типа значительно выше, чем у теневой маски, поэтому та же яркость свечения может быть достигнута при значительно меньшей мощности электронных пучков и, следовательно, срок службы таких кинескопов существенно больше.

Экран монитора

По достижении поверхности экрана луч взаимодействует с ним, при этом энергия электронов преобразуется в световую. Экран представляет собой обладающую особыми оптическими свойствами стеклянную поверхность, на которой распылен специальный фосфоресцирующий материал. Высокое качество изображения достигается правильным выбором материалов и технологии. Фосфоресцирующий материал должен обеспечивать требуемую энергетическую эффективность, разрешающую способность, долговечность, точную цветопередачу и послесвечение.

Антибликовая панель (AR panel)

Для минимизации отражающих свойств экрана используются специальные антибликовые панели. Не ухудшая изображения, они ослабляют блики, а также уменьшают электромагнитное излучение монитора. Однако, ввиду высокой стоимости таких панелей, они используются в дорогих мониторах с большим разрешением, например в 21-дюймовых. В последнее время вместо антибликовой панели на мониторах с диагональю 21 дюйм и меньше используют антибликовое покрытие. Такое покрытие, как и панели, ограничивает излучение в соответствии со стандартами ТСО. Новые технологии позволяют перейти к коммерческому использованию мониторов с антибликовым покрытием.

Антистатическое покрытие

Антистатическое покрытие экрана обеспечивается с помощью напыления специального химического состава для предотвращения накопления электростатического заряда. Оно требуется в соответствии с рядом стандартов по безопасности и эргономике, в том числе MPR II.

Светопередача монитора

Отношение полезной световой энергии, прошедшей через переднее стекло монитора, к излученной внутренним фосфоресцирующим слоем называется коэффициентом светопередачи. Как правило, чем темнее выглядит экран при выключенном мониторе, тем ниже этот коэффициент. При высоком коэффициенте светопередачи для обеспечения требуемой яркости изображения требуется небольшой уровень видеосигнала и упрощаются схемотехнические решения. Однако при этом уменьшается перепад между излучающими участками и соседними, что влечет за собой ухудшение четкости и снижение контрастности изображения и, как следствие, - ухудшение его общего качества. В свою очередь, при низком коэффициенте светопередачи улучшаются фокусировка изображения и качество цвета, однако для получения достаточной яркости требуется мощный видеосигнал и усложняется схема монитора. Обычно 17-дюймовые мониторы имеют коэффициент светопередачи 52-53%, а 15-дюймовые - 56-58%, хотя в зависимости от конкретно выбранной модели эти значения могут варьироваться. Поэтому при необходимости определения точного значения коэффициента светопередачи следует обращаться к документации производителя.

Горизонтальная развертка

Время горизонтального перемещения луча от левого до правого края экрана называется периодом горизонтальной развертки. Величина, обратно пропорциональная этому периоду, называется частотой горизонтальной развертки, или просто горизонтальной разверткой (иногда встречаются названия «частота строчной развертки», или «строчная частота»), и измеряется в килогерцах (кГц). Например, для монитора с разрешением 1024 x 768 пикселов горизонтальная развертка обратно пропорциональна времени, за которое луч сканирует 1024 пиксела. При увеличении разрешающей способности за тот же период времени лучом должно быть отсканировано большее число пикселов. При увеличении частоты кадров частота горизонтальной развертки также должна быть увеличена.

Вертикальная развертка, или частота кадров

Монитор с электронно-лучевой трубкой обновляет изображение на экране десятки раз в секунду. Это число называется частотой вертикальной развертки, или частотой обновления экрана, и измеряется в герцах (Гц).

Монитор с вертикальной разверткой 60 Гц имеет такую частоту мерцания, как лампа дневного света в США (несколько выше, чем в Европе, где частота сети 50 Гц). Обычно при частотах выше 75 Гц мерцание незаметно для глаза (режим без мерцания). Стандарт VESA рекомендует работу на частоте 85 Гц, считая это важным потребительским показателем эргономичности монитора.

Расчет частоты горизонтальной развертки исходя из частоты кадров: Горизонтальная развертка = (число строк) x (вертикальная развертка) x 1,05. Например, требуемая горизонтальная развертка при вертикальной частоте 85 Гц и разрешении 1024 x 768 составляет: 768 x 85 x 1,05 = 68 500 Гц = = 68,5 кГц.

Разрешение

Разрешающая способность характеризует качество воспроизведения изображения монитором. Для получения высокого разрешения в первую очередьвысококачественным должен быть видеосигнал. Электронные цепи должны обработать его таким образом, чтобы обеспечить правильные уровни и сочетания фокусировки, цвета, яркости и контраста. Разрешающая способность характеризуется числом точек, или пикселов (dot) на число строк (line). Например, разрешение монитора 1024 x 768 означает возможность различить до 1024 точек по горизонтали при числе строк до 768.

Частота пикселов

Например, если горизонтальное разрешение 820 точек, а период отображения данных по горизонтали 10,85 нс = 10,85 x 10-6 с, то требуется частота пикселов (pixel rate) примерно 76 МГц. Монитор с высоким разрешением может выводить на экран в 24 раза больше информации, нежели телевизор.

Контраст, равномерность

Контраст характеризует яркость экрана по сравнению с темной зоной в отсутствие видеосигнала. Контраст можно настроить регулировкой «Усиление», воздействуя на входной видеосигнал.

Под равномерностью понимается постоянство уровня яркости по всей поверхности экрана монитора, которое обеспечивает пользователю комфортные условия для работы. Временная неравномерность цвета может быть устранена размагничиванием экрана. Принято различать «равномерность распределения яркости» и «равномерность белого».

Сведение: статическое, динамическое

Для получения четкого изображения и чистых цветов на экране монитора красный, зеленый и синий лучи, исходящие из всех трех электронных пушек, должны попадать в точно заданное место на экране. Термин «несведение лучей» означает отклонение красного и синего от центрирующего зеленого.

Под статическим несведением понимается несведение трех цветов (RGB), одинаковое на всей поверхности экрана, вызванное незначительной погрешностью при сборке электронной пушки. Изображение на экране может быть откорректировано регулировкой статического сведения.

В то время как в центре экрана монитора изображение остается четким, на его краях может проявиться несведение. Оно вызывается ошибками в обмотках или при их установке и может быть устранено с помощью магнитных пластин.

Динамическая фокусировка

Электронный луч, если не предприняты специальные меры, расфокусируется (увеличивается в диаметре) по мере удаления его от центра экрана. Для компенсации искажения формируется специальный компенсирующий сигнал. Величина компенсирующего сигнала зависит от свойств ЭЛТ и ее отклоняющей системы. Чтобы устранить смещение фокуса, вызванное различием в путях пробега луча (расстоянии) от электронно-лучевой пушки до центра и до краев экрана, требуется увеличивать напряжение с ростом отклонения луча от центра с помощью высоковольтного трансформатора, как показано на рис. 4.

Чистота изображения

Чистота и четкость изображения достигается, когда каждый из электронных лучей RGB падает на поверхность экрана в строго определенной точке. Отсюда следует, что требуется выверенная взаимосвязь между электронной пушкой, отверстиями теневой маски и точками фосфоресцирующей поверхности (люминофора) экрана. Нарушение чистоты и четкости изображения могут быть обусловлены следующими причинами:

наклоном электронной пушки или смещением луча;
смещением центра пушки вперед или назад;
отклонением луча, вызванным влиянием внешних магнитных полей, включая магнитное поле Земли.

Мерцание

Монитору свойственно мерцание. Оно связано с тем, что по истечении определенного времени происходит ослабление излучения света фосфором. Чтобы поддерживать свечение, экран должен быть подвержен периодическому воздействию луча от электронно-лучевой трубки. Мерцание становится заметным, если интервал времени между воздействиями слишком велик или недостаточно время послесвечения фосфоресцирующего вещества экрана.

Эффект мерцания может также усугубляться ярким экраном и большим углом зрения к нему. Устранению мерцания как проблеме эргономики в последнее время уделяется все больше внимания - мерцание экрана, таким образом, становится ключевым коммерческим показателем товара. Уменьшение мерцания достигается увеличением частоты регенерации (обновления) экрана на каждом уровне разрешения. Стандарт VESA рекомендует использовать частоту не менее 85 Гц.

Дрожание (Jitter)

Дрожание изображения возникает вследствие высокочастотных вибраций отверстий маски монитора, вызванных как взаимовлиянием сети, сигналов видео, смещения, блока управления микропроцессорными цепями, так и неправильной организацией заземления. Термин «дрожание» относится к колебаниям с частотами выше 30 Гц. При частотах от 1 до 30 Гц чаще употребляют термин «плавание», а ниже 1 Гц - «дрейф». Дрожание в той или иной степени свойственно всем мониторам. Хотя незначительное дрожание может остаться для пользователя незаметным, оно все же вызывает утомление глаз и должно быть отрегулировано. В части 3 ISO 9241 (Предписания по эргономике) допускается диагональное отклонение точки не более 0,1 мм.

Классификация мониторов по типу маски

Современные мониторы с любой маской имеют практически плоскую форму экрана, благодаря которой существенно снижаются искажения геометрии, особенно по углам. Поэтому тип маски по форме экрана определить не так просто.

На сегодняшний день в ЭЛТ-дисплеях используются три основные технологии формирования матриц и масок для RGB-триад:

трехточечная теневая маска (DOT-TRIO SHADOW-MASK CRT);
щелевая апертурная решетка (APERTURE-GRILLE CRT);
гнездовая маска (SLOT-MASK CRT).

Тип маски можно определить, посмотрев на экран в 10-20-кратную лупу. Однако при создании мониторов помимо масок используются различные отклоняющие системы и другая электроника. Хотя сам экран и является наиболее важным фактором, определяющим эксплуатационные параметры дисплея, отклоняющая система и видеоусилитель также играют важную роль. Поэтому не следует думать, что при использовании одного и того же типа матрицы изготовители получают мониторы с одинаковыми параметрами.

Изготовители различных моделей говорят о больших преимуществах именно своей технологии, но тот факт, что на рынке предлагается несколько моделей и, кроме того, многие производители мониторов выпускают модели с различными типами матриц, показывает, что однозначного выбора не бывает. Предпочтения определяются только вкусами пользователя и его задачами.

ЭЛТ-мониторы с трехточечной теневой маской

Наиболее старая и широко используемая технология с так называемой теневой маской использует перфорированную металлическую пластину, помещаемую перед люминофором. Она маскирует три отдельных луча, каждый из которых управляется собственной электронной пушкой. Маскирование обеспечивает необходимую концентрацию каждого луча и обеспечивает его попадание только на нужный цветовой участок люминофора. Однако практика показывает, что ни один из мониторов не обеспечивает идеального выполнения этой задачи по всей поверхности экрана.

Ранние ЭЛТ-дисплеи с теневой маской имели выраженную криволинейную (сферическую) поверхность. Это позволяло добиваться лучшей фокусировки и уменьшало нежелательные эффекты и отклонения, вызываемые нагревом. В настоящее время большинство профессиональных и специализированных мониторов имеет практически плоский прямоугольный экран (типа FST).

Мониторы с теневой маской имеют свои преимущества:

текст выглядит лучше (особенно при малом размере точек);
цвета «натуральнее» и точнее (что особенно важно для компьютерной графики и в полиграфии);
отлаженная технология обеспечивает лучшее соотношение стоимости и эксплуатационных качеств.

Из недостатков можно отметить меньшую яркость таких мониторов, недостаточную контрастность изображения и более короткий срок службы, по сравнению с другими типами дисплеев.

ЭЛТ-мониторы с щелевой апертурной решеткой

Новую технологию изготовления CRT-дисплеев - с апертурной решеткой вместо традиционной точечной маски - впервые предложила фирма Sony, выпустив мониторы с трубкой Trinitron. В электронных пушках этих трубок используются динамические квадрупольные магнитные линзы, позволяющие формировать очень тонкий и точно направленный пучок электронов.

Благодаря такому решению значительно снижается астигматизм - рассеивание электронного пучка, приводящее к недостаточной резкости и контрастности изображения (особенно по горизонтали). Но главное отличие от технологии с теневой маской здесь состоит в том, что вместо металлической пластины с круглыми отверстиями, выполняющей функции маски, здесь используется вертикальная проволочная сетка (апертурная решетка) и люминофор наносится не в виде точек, а в виде вертикальных полос.

Мониторы с апертурной решеткой имеют следующие преимущества:

в тонкой сетке меньше металла, что позволяет использовать больше энергии электронов на реакцию с люминофором, а значит, меньше рассеивается на решетке и уходит в тепло;
увеличенная площадь покрытия люминофором позволяет повысить яркость излучения при той же интенсивности пучка электронов;
в связи со значительным общим повышением яркости можно использовать более темное стекло и получать на экране более контрастное изображение;
экран монитора с апертурной решеткой более плоский, чем у дисплеев с теневой маской, а в последних моделях даже не цилиндрический, как раньше, а почти абсолютно ровный, что гораздо удобнее в работе и уменьшает количество бликов и отражений.

Из недостатков можно отметить только «неприятные» горизонтальные нити - ограничители, используемые в таких мониторах для придания проволочной сетке дополнительной жесткости. Хотя проволочки в апертурной решетке туго натянуты, в процессе работы они могут вибрировать под воздействием пучков электронов. Демпферная нить (а в экранах больших размеров - две нити) служит для ослабления колебаний и гашения вибрации. По этим нитям мониторы с трубкой Trinitron можно отличить от других моделей. Кроме того, если в процессе работы такого монитора его слегка качнуть, колебания изображения будут видны даже невооруженным глазом. Именно поэтому мониторы с этими трубками не рекомендуется ставить на системные блоки типа desktop.

Остается добавить, что в электронно-лучевых трубках Sony Trinitron используется система трех пучков электронов, излучаемых одной пушкой, а в трубках с подобной апертурной решеткой компании Mitsubishi - Diamondtron - система из трех лучей с тремя пушками.

ЭЛТ-мониторы с гнездовой маской

И, наконец, последний, комбинированный тип электронно-лучевой трубки, так называемый CromaСlear/OptiClear (впервые предложенный фирмой NEC) - это вариант теневой маски, в которой используются не круглые отверстия, а щели, как в апертурной решетке, только короткие - «пунктиром», и люминофор наносится в виде таких же эллиптических полосок, а полученные таким образом гнезда для большей равномерности расположены в «шахматном» порядке.

Такая гибридная технология позволяет сочетать все преимущества вышеописанных типов при отсутствии их недостатков. Четкий и ясный текст, натуральные, но достаточно яркие цвета и высокая контрастность изображения неизменно привлекают к этим мониторам все группы пользователей.

В статье использованы некоторые материалы с русскоязычного Web-сайта компании Samsung Electronics (http://www.samsung.ru).

КомпьютерПресс 5"2000

Телевизоры, имеющие в своей конструкции кинескопы, давно сменились плазменными и жидкокристаллическими устройствами. Однако есть люди, в домах которых ещё можно увидеть эти приборы. Из-за долгого срока службы они часто выходят из строя, поэтому, несмотря на развитие технологий, ремонт кинескопных телевизоров до сих пор является востребованной услугой.

Устройство кинескопа

Роль главной детали в телевизионном приёмнике старого образца выполняет электронно-лучевая трубка (ЭЛТ), называемая кинескопом. Принцип её действия основывается на электронной эмиссии. Механизм такой трубки включает в себя:

электронные пушки;
фокусирующие и отклоняющие катушки;
анодный вывод;
теневую маску для разделения цветных изображений;
слой люминофора с разными зонами свечения.

Кинескоп, изготовленный из стекла, внутри покрывают дискретным люминофором. Покрытие состоит из триад - совокупности трёх точек, каждая из которых соответствует красному, синему и зелёному цвету.

Точка, входящая в триаду, принимает на себя луч, исходящий от конкретной электронной пушки, и начинает испускать свет разной интенсивности. Для достижения необходимого оттенка в конструкцию трубки встраивают специальные металлические решётки теневого, щелевого или апертурного типа.

Принцип работы

Чтобы изображение появилось на экране телевизора, луч, выпущенный электронной пушкой, должен последовательно коснуться всех точек в направлении слева направо и сверху вниз, вызвав их свечение. Скорость распространения луча по экрану должна достигать 75 раз в секунду , иначе точки будут гаснуть. Если скорость снизится до 25 раз в секунду, это вызовет мерцание картинки.

Чтобы лучи, коснувшиеся люминофорного покрытия, отражались от него, на горловину кинескопа крепится система, состоящая из четырёх катушек. Создающееся на них магнитное поле способствует отражению лучей в нужном направлении. Отдельные светящиеся точки складываются в единое изображение под действием управляющих сигналов. За каждое направление движения луча отвечает конкретная развёртка:

строчная обеспечивает прямой горизонтальный ход;
кадровая отвечает за вертикальное движение.

Кроме прямых траекторий имеются зигзагообразные (от верхнего левого к нижнему правому углу монитора) и обратные ходы. За движение в обратном направлении отвечают сигналы с выключенной яркостью.

Основной технической характеристикой кинескопного экрана считается кадровая частота, измеряемая в герцах. Чем она выше, тем устойчивее будет изображение. Произведение частоты вертикальной развёртки на число строк, выводимых в одном кадре, определяет параметр частоты строк в килогерцах. В зависимости от способа форматирования картинки (построчного или чересстрочного) чётные и нечётные строки могут появляться по очереди либо сразу в течение одного периода кадровой развёртки.

Другой важный параметр - размер люминофорных точек . Он влияет на чёткость выводимого изображения. Чем мельче точки, тем лучше. Чтобы картинка на экране была качественной, расстояние между ними должно составлять 0,26-0,28 мм.

В чёрно-белых телевизорах экран электронно-лучевой труби полностью покрывается люминофором, испускающим только белый свет. Электронный прожектор, закреплённый в горловине трубки, формирует тонкий луч, который производит сканирование экрана по строкам и способствует свечению люминофора. Интенсивность такого свечения регулируется силой видеосигнала, содержащего всю информацию об изображении.

Возможные проблемы

При работе кинескопного телевизора могут возникать разные неполадки. Причина их возникновения кроется в поломке деталей электронно-лучевого механизма.

Выход из строя питающего блока приведёт к тому, что прибор не будет включаться. Для проверки его работоспособности нужно сначала отключить каскад строчной развёртки, выполняющий роль нагрузки, затем впаять в схему бытовую лампу. Отсутствие света в лампе говорит о том, что блок питания неисправен.

Выявление проблем в строчной развёртке осуществляется с применением такой же лампы. Постоянное её свечение сигнализирует о неисправности выходного транзистора. В нормальном состоянии лампа должна вспыхивать и гаснуть.

При светящейся горизонтальной полосе следует обратить внимание на развёртку кадров. Чтобы восстановить её работу, потребуется снизить уровень яркости, тем самым защитив люминофорный слой. Дополнительно нужно проверить исправность задающего генератора и выходного каскада. При этом обязательно следует учитывать, что их рабочее напряжение находится в диапазоне 24-28 вольт.

Полное отсутствие свечения чаще всего может быть вызвано проблемами с питанием кинескопа. В процессе диагностики потребуется проверить нить накала и уровень напряжения на ней. Если целостность нити не нарушена, тогда выходом станет наматывание обмотки . Замены трансформатора в этом случае не потребуется.

При проблемах с блоком цветности и видеоусилителем пропадает звук. Противоположная ситуация, когда при наличии звука не будет изображения, означает наличие неполадки в низкочастотном усилителе. Если вместе со звуком исчезнет изображение, тогда причину стоит искать в неисправно работающем радиоканале , запускающем видеопроцессор и тюнер.

Услуги по ремонту телевизоров

Для устранения неполадок в работе телевизионного приёмника своими силами необходимо иметь соответствующие знания об устройстве и работе кинескопа. Если таких знаний нет, лучше всего обратиться к квалифицированным специалистам. Найти фирму, производящую ремонт ЭЛТ телевизоров, не составит труда.

Большинство таких фирм предоставляет клиентам удобный способ ремонта (в мастерской или на дому) и бесплатную диагностику. Опытные мастера быстро диагностируют проблему и устраняют её, используя для этого качественные детали, рекомендованные производителями телевизоров, и современное оборудование. На все проведённые работы даётся гарантия. Все проблемы, возникшие в период действия гарантийного срока, устраняются бесплатно

Интернет

Windows 7, XP

Windows 8

Windows 10

Безопасность

Советы

Программы

Гаджеты

Настройка Wi-Fi

Телевизоры

Speed Dial – визуальные закладки для FireFox

Mozilla Firefox – мощный и удобный браузер, функционал которого можно значительно расширить за счет специальных дополнений, которые можно загрузить из магазина, встроенного в браузер. В этой статье я хочу вам рассказать о дополнении Speed Dial – удобной и

Открытие файла DMG на разных платформах

С расширением dmg чаще всего встречаются пользователи операционной системы Mac OS. Файл dmg представляет собой классический образ диска. В файле с текущим расширением могут храниться любые данные по аналогии с . Дополнительно нужно . Данная статья расскаж

Обзор iPhone X: дизайн, цвета, характеристики, цены, старт продаж в России

Существует такое мнение, что лучше купить прошлогодний флагман, чем новую модель среднего класса. В мире Android-смартфонов это правило работает безотказно, но можно ли его применить к царству Apple? Для этого мы взяли прошлогодний iPhone X и новейший iPh

Самые читаемые материалы

Speed Dial – визуальные закладки для FireFox

Открытие файла DMG на разных платформах

Обзор iPhone X: дизайн, цвета, характеристики, цены, старт продаж в России

Как перенести приложения с внутренней памяти на SD карту в Android

Выбираем альтернативу Microsoft Office Word

Samsung GT-I9300 Galaxy S3 — Обновление ПО и ROOT-права

Что такое рут права на Андроид

Последние материалы

Как перенести приложения с внутренней памяти на SD карту в Android

Система Андроид устроена таким образом, что обычно файлы сохраняются на внутреннем накопителе. Как правило, поэтому удобнее хранить данные на внешнем устройстве.Если фотографии занимают слишком много места на внутреннем накопителе, то вы можете перенести.

Выбираем альтернативу Microsoft Office Word

Сегодня рассмотрим , ведь не так давно вышел новый офисный пакет Office 2013 от компании Microsoft и поступил в свободную продажу. Цена самой простой версии Office 2013 – 140$, а профессиональный вариант обойдется пользователю в 400$. Новый оф.

Samsung GT-I9300 Galaxy S3 — Обновление ПО и ROOT-права

Как прошить Galaxy S3? Очень часто обладатели корейского смартфона фирмы Samsung стремятся увеличить производительность аппарата и его функциональные возможности за счет перепрошивки. Обновление программного обеспечения помогает улучшить.

Что такое рут права на Андроид

Мобильная платформа Android относится к операционным системам закрытого типа. Это означает, что в обычном режиме у пользователей отсутствует возможность вносить какие-либо изменения в ее корневой каталог. Подобные запреты несколько уменьшают функциональн.

winseven.ru

Задать вопрос эксперту Связь с администрацией