Transcript Monitory kineskopowe CRT

Opis działania monitorów CRT
CRT (ang. Cathode-Ray Tube) czy też monitory CRT - to przyjęte w języku
polskim potoczne oznaczenie dla modeli monitorów komputerowych, których ekran
oparty jest na kineskopie od którego pochodzi nazwa CRT.
Właściwe określenie to monitory kineskopowe.
W monitorach tego rodzaju do wyświetlania obrazu używa się wiązki elektronów
wystrzeliwanej z działa elektronowego (najczęściej katoda), która odchylana
magnetycznie (przy pomocy płytek odchylania poziomego i pionowego) pada na
luminofor, powodując jego wzbudzenie do świecenia.
Określenie CRT zaistniało w języku polskim po wprowadzeniu na rynek
alternatywnych sposobów wyświetlana obrazu w monitorach komputerowych oraz
odbiornikach telewizyjnych.
Działo katodowe w kineskopie
wyrzuca
elektrony,
które,
odchylone
w
polu
elektromagnetycznym, bombardują
fosforyzujące plamki zawierające
triady barw. Tor lotu elektronów
jest
zaburzany przez cewki
elektromagnetyczne,
które
odchylają go pod odpowiednim
kątem w lewo, w prawo, w górę lub
w dół, tak aby strumień elektronów
uderzał w odpowiednie miejsce na
ekranie.
Cewki
odchylające,
zbudowane z pasm materiału
elektromagnetycznego ułożonych
w odpowiedni wzór, pod wpływem
sygnału
elektrycznego
o
odpowiednim przebiegu czasowym
kierują
początkowo
strumień
elektronów od lewego górnego
rogu ekranu poziomo do prawego
końca pierwszego wiersza. Potem
następuje wygaszanie strumienia i
wiązka (w danej chwili nieobecna)
wraca do lewego końca, ale o
jeden rząd plamek niżej, skąd
znów
jest
przenoszona
do
prawego końca. W ten sposób
omiatany jest cały ekran z lewej na
prawą stronę i z góry na dół. Kiedy
wiązka znajdzie się w prawym
dolnym rogu, znów następuje
wygaszanie i powrót do punktu
wyjścia. Operacja jest powtarzana
tyle razy w ciągu sekundy, aby oko
ludzkie widziało stabilny obraz.
Kineskop
Kineskop jest rodzajem lampy obrazowej. Cechą odróżniającą kineskop od lampy
oscyloskopowej jest magnetyczne odchylanie elektronów. Elektrony emitowane
przez katodę są formowane w wąską wiązkę przez działo elektronowe następnie
przyśpieszane przez anodę i uderzają w powierzchnię ekranu pokrytą luminoforem
wywołując jego świecenie. Aby dało się rozświetlić każdy punkt powierzchni ekranu
wiązka musi być odchylana w dwóch kierunkach - pionowym i poziomym.
Do odchylenia wiązki elektronów wykorzystywane jest pole magnetyczne
wytwarzane przez cewki odchylające. Kąt odchylenia wiązki elektronów od linii
prostej jest proporcjonalny do natężenie pola magnetycznego, czyli do natężenia
prądu elektrycznego płynącego przez cewki. Aby uzyskać liniowy przebieg wiązki po
powierzchni ekranu (stałą prędkość przesuwania) pole a zatem i prąd w cewkach
musi narastać liniowo. (ponieważ powierzchnia ekranu nie jest wycinkiem kuli, to
kształt prądu musi nieco odbiegać od prostej)
Zaletą odchylania magnetycznego jest możliwość uzyskania bardzo dużego kąta
odchylenia, niemalże o 90°. umożliwia tworzenie to bardzo krótkich lamp o dużej
powierzchni ekranu, odwrotnie niż w lampach oscyloskopowych. Wadą z kolei jest
duża moc pobierana przez cewki w celu odchylenia strumienia oraz konieczność
używania coraz wyższych napięć wraz ze wzrostem częstotliwości odchylania i
rozmiaru ekranu - prędkość poruszania się plamki zależy od szybkości zmian pola
magnetycznego, a zmieniające się pole generuje w cewkach odchylających
napięcie - tym wyższe im szybciej się zmienia.
Kineskopy mogą być wykonywane jako monochromatyczne, zwane też 'czarnobiałymi' (choć niekoniecznie muszą świecić na biało, w użyciu są też inne kolory, np.
zielony) lub kolorowe, czyli świecące jednocześnie w trzech kolorach
podstawowych - czerownym, zielonym i niebieskim, co zgodnie z addytywną teorią
barw umożliwia uzyskanie wszystkich kolorów z bielą włącznie. Kineskop o takiej
konstrukcji zawiera trzy niezależne działa elektronowe, po jednym dla każdego
koloru. Wiązki odchylane są przez to samo pole w taki sposób, że trafiają w ten sam
punkt na powierzchni ekranu. W środku tuż przed powierzchnią ekranu
umieszczona jest blacha z małymi otworkami (tzw. maska), która rozdziela trzy
strumienie i kieruje do trzech oddzielnych plamek luminoforu 1 - czerwonego,
zielonego i niebieskiego - umieszczonych bardzo blisko siebie.
Kineskopy są to bańki szklane "wypełnione" próżnią. Najczęściej mają kształt
wycinka kuli. Związane jest to z drogą którą ma przebyć strumień elektronów. Jest
wtedy równa. Efekt płaskiej części obrazowej uzyskuje się poprzez powiększanie
promienia kuli oraz nadlewania szkłem powierzchni czołowej
1. Luminofor – substancja chemiczna wykazująca luminescencję (tzw. zimne świecenie, jarzenie - zjawisko
emisji fal świetlnych przez ciała).
CRT monochromatyczny
1. Cewki odchylające
2. Wiązka elektronów
4. Luminofor
CRT kolorowy
Zasada działania monitora kineskopowego
Elementem wykonawczym (zamieniającym sygnały w obraz) monitora CRT jest
kineskop, czyli próżniowa bańka szklana zaopatrzona w działo elektronowe i płaską
powierzchnię prezentacyjną (ekran). Wysyłane przez działo elektrony rozświetlają
kolorowe plamki na ekranie, tworząc obraz.
Proces zaczyna się już w karcie graficznej, która odpowiednio interpretuje dane
wysyłane do niej przez procesor i przekształca je w sygnały sterujące monitorem.
Ponieważ sygnały generowane przez kartę graficzną są z natury rzeczy cyfrowe, a
monitor wykorzystuje sygnały analogowe, gdzieś po drodze odbywa się konwersja.
Jest ona realizowana przez zawarty w karcie graficznej układ konwersji analogowocyfrowej RAMDAC (ang. RAM digital-to-analog converter). Tak uzyskany sygnał
analogowy jest przesyłany za pomocą kabli do monitora.
Główny element monitora to działo emitujące strumień elektronów. Strumień ten
uderza w ekran. Działo uwalnia elektrony z ujemnej elektrody (katody) dzięki ciepłu dlatego właśnie monitor nie jest zaraz po włączeniu gotowy do pracy i musi się
rozgrzać. W rzeczywistości kineskop zawiera nie jedno działo, a trzy, i każde z nich
wysyła strumień elektronów. Ale więcej informacji na ten temat nieco dalej.
Podstawowe parametry
Jednym z najważniejszych parametrów monitora,
określającym jego rzeczywistą wartość, jest rozdzielczość
z jaką może on wyświetlać obraz. Jest ona ściśle związana
z maksymalną częstotliwością odchylania poziomego i
pionowego monitora, dlatego więc te parametry odgrywają
największą rolę. Częstotliwość odchylania poziomego
określa prędkość, z jaką strumień elektronów wyświetla
jedną linię poziomą na ekranie (stanowi ona odwrotność
czasu jaki upływa na narysowanie jednego punktu).
Natomiast
częstotliwość
odchylania
pionowego
(odświeżania obrazu) określa liczbę kompletnych ekranów,
które monitor jest w stanie wyświetlić w czasie 1 s. Im obie
powyższe częstotliwości są większe, tym rozdzielczość
monitora może ulec zwiększeniu. Należy jednak pamiętać
aby obraz (o danej rozdzielczości) był wyświetlany z
odpowiednią częstotliwością odświeżania. Luminofor,
zastosowany w kineskopach świeci tylko krótką chwilę gdy wiązka elektronów przestaje padać na dany punkt,
ulega on wygaszeniu. Jeśli częstotliwość odświeżania jest
zbyt niska, możemy zauważyć zjawisko migotania obrazu,
które jest bardzo męczące i szkodliwe dla oczu. W celu
zapewnienia odpowiedniej stabilności obrazu strumień
musi w odpowiednio krótkich odstępach czasu przebiegać
przez całą powierzchnię ekranu. W nowoczesnych
monitorach częstotliwość odświeżania nie powinna być
mniejsza niż 75-82 Hz.
Odchylanie
Tor przelotu elektronów przez rurę kineskopu jest odchylany pod odpowiednim kątem (w lewo, w
prawo, w górę lub w dół) przez prostopadłe do trajektorii zmienne pole elektromagnetyczne
wytwarzane przez uzwojenia cewek sterujących, tak aby strumień elektronów padał na
odpowiednie miejsce na ekranie. Cewki odchylające, zbudowane z pasm materiału
elektromagnetycznego ułożonych w odpowiedni sposób w przestrzeni, pod wpływem sygnału
elektrycznego o zadanym przebiegu czasowym kreują obraz.
W górnej części leja kineskopu umiejscowiona jest anoda wysokonapięciowa. Fakt
wykorzystywania w monitorach wysokich napięć jest głównym powodem, dla którego nie powinno
się nigdy samodzielnie otwierać monitora (porazić prądem może nawet monitor odłączony od
zasilania!). Dodatnio naładowana anoda ściąga do siebie ujemne ładunki wytwarzane przez działo.
Elektrony podążają w jej kierunku ze stałą prędkością, jednak nigdy do niej nie docierają. Są
bowiem kierowane siłą cewek odchylających w stronę ekranu ulokowanego naprzeciw działa.
Moduł odchylania kieruje strumień kolejno z lewej strony na prawą, z powrotem do lewej krawędzi i
znów z lewej strony na prawą, tylko jeden rząd niżej, zapewniając w ten sposób całkowite pokrycie
ekranu strumieniem. Kiedy strumień dotrze do prawego dolnego rogu, cała zabawa zaczyna się od
nowa od lewego górnego rogu.
Omiatanie ekranu strumieniem jest na tyle szybkie i częste, że triady fosforyzujące nie zdążą
jeszcze zgasnąć, kiedy są znów rozświetlane. Dzięki temu unika się migotania obrazu. Parametr
decydujący o tym, ile razy obraz jest rysowany w ciągu sekundy, nazywa się częstotliwością
odświeżania ekranu. Tak więc częstotliwość 75 Hz oznacza siedemdziesięciopięciokrotne
odświeżanie obrazu w ciągu każdej sekundy.
Ostrość
Aby zapewnić większą dokładność, z jaką zapalane są punkty świetlne na wewnętrznej
powierzchni ekranu, potrzebny jest jakiś mechanizm blokujący błądzące elektrony (strumień nie
jest mocno skupiony). Najczęściej stosuje się siatkę maskującą, czyli arkusz metalowy z
oczkami wytrawionymi kwasem, przez które mogą przenikać elektrony.
Siatka maskująca podczas działania rozgrzewa się i rozciąga, przez co strumieniowi trudniej
jest trafiać we właściwe miejsca. Z tego powodu siatka jest zaokrąglana, aby łatwiej było
uwzględnić jej rozszerzanie. Dawniej wiązało się to z zakrzywianiem również samego szkła
ekranu.
Firma Sony, walcząc z zaokrąglonymi kineskopami, opracowała rozwiązanie alternatywne dla
siatki maskującej - kratę szczelinową. Zamiast podziurawionego arkusza metalu stosuje się
naprężone, gęsto rozmieszczone druty rozciągnięte od górnej do dolnej krawędzi ekranu.
Pozwala to większej ilości elektronów na dotarcie do materiału fosforyzującego, a więc daje
większą jaskrawość, gwarantując przy tym odpowiednie trafianie strumieniem w kolorowe
plamki. Rozwiązanie to firma Sony promuje pod nazwą Trinitron. Licencję na kineskopy o takiej
budowie kupiła firma Mitsubishi sprzedająca zaopatrzone w nie monitory pod nazwą
Diamondtron.
Wszystkie kineskopy trinitronowe mają pewną wadę, z którą trzeba się pogodzić.
Do utrzymania kraty szczelinowej we właściwym miejscu potrzebne są dwa
cienkie, ale widoczne gołym okiem druty biegnące pionowo z góry na dół, mniej
więcej w 1/3 i 2/3 szerokości kineskopu. Dlatego w każdym kineskopie
trinitronowym, jeśli się bliżej przyjrzeć, widać dwie cienkie pionowe szare linie.
Niektórzy użytkownicy ich nie zauważają, innych one irytują. Jedynym sposobem
sprawdzenia, do której kategorii się należy, jest wypróbowanie monitora (najlepiej
przed kupnem!).
Inna ujemna strona tego rozwiązania to wrażliwość na pola elektromagnetyczne.
Jeśli w pobliżu ekranu położy się głośniki, obraz zacznie się deformować.
Kolejne rozwiązanie alternatywne zaproponowała firma NEC. Maska szczelinowa
stanowi połączenie siatki maskującej i kraty szczelinowej, bo jest zbudowana z
jednolitego arkusza materiału, ale ma otwory w kształcie podłużnym,
przypominającym bardziej szczeliny niż koła. Technologia ta dopuszcza więcej
światła, ale pozwala uniknąć problematycznych zaokrągleń, typowych dla siatki
maskującej.
Kineskopy możemy podzielić na cztery podstawowe typy:
Kineskopy typu Delta – inwarowe
W
kineskopie
tego
typu
zastosowano
maskownicę (maską) perforowaną. Jest nią
cienka, czarna folia posiadająca określoną liczbę
okrągłych otworów. Nazwa "Delta" odzwierciedla
sposób położenia poszczególnych pikseli: jeden
kolorowy punkt na ekranie tworzą trzy leżące
obok siebie jednobarwne punkty, tworzące trójkąt
równoboczny. Tak samo względem siebie
umiejscowione są trzy działa elektronowe.
KineskopTrinitron
Został skonstruowany dużo później przez firmę Sony. Podstawową różnicą
między nim a "Deltą" jest inna konstrukcja maskownicy. Tworzą ją cienkie,
czarne pionowo rozpięte, metalowe druciki grubości 0,1 mm. Dzięki takiemu
rozwiązaniu wyświetlane na ekranie punkty mają kształt prostokątny, co
zapewnia większy kontrast i ostrość oraz lepszą geometrię obrazu. Dodatkową
zaletą tego kineskopu jest fakt, iż jest on wycinkiem walca (a nie kuli , jak w
przypadku kineskopów Delta), co w efekcie sprawia, że ekran jest bardziej
płaski, przez co zniekształcenia geometryczne obrazu są mniejsze, a także
posiadają lepsze właściwości przeciwodblaskowe.
Kineskop Diamondtron
Stosowany w monitorach firmy Mitsubishi, jest
to pewna modyfikacja konstrukcji Sony, maska
jest również szczelinowa, ale zastosowane
zostały trzy działa elektronowe (po jednym dla
każdego koloru) - w kineskopie Trinitron
zastosowane jest jedno działo.
Kineskop CromaClear
Wprowadzony przez firmę NEC, jest połączeniem dwóch wyżej
opisanych technologii. W masce kratowej istnieją również szczeliny, są
jednak o wiele krótsze niż w przypadku maski szczelinowej,
pogrupowane w triady i przesunięte względem siebie. Dzięki temu kolory
są żywsze, obraz bardziej stabilny i kontrastowy.
Siatka maskująca:
ludzkie oko postrzega lekko zaokrąglone powierzchnie jako płaskie. Jeśli
krzywizna jest zbyt duża, obraz robi się wypukły. Jeśli powierzchnia jest
zbyt płaska, obraz może wydawać się wklęsły.
Trinitron:
technologia opracowana w firmie Sony; optymalizuje wewnętrzną
krzywiznę ekranu i pozwala uzyskać prawie płaską powierzchnię
zewnętrzną, dającą obraz płaski (dla ludzkiego oka).
Najczęstsze wady obrazu
monitorów CRT
Zniekształcenia poduszkowo-beczkowe (po lewej) i tzw. poduszkowozbalansowane (po prawej) należą do najczęstszych defektów obrazu,
dlatego w OSD niemal każdego monitora znajdziemy opcje pozwalające
je usunąć.
Obrócony obraz (po lewej) to typowy objaw zbyt "brutalnego" potraktowania
monitora - np. gdy upadł on nam podczas transportu. Opcja regulacji
odkształceń narożników obrazu (po prawej) występuje w ok. połowie spośród
testowanych modeli.
Zniekształcenia trapezowe (po lewej) i równoległoboczne (po prawej) są
stosunkowo łatwe do wyregulowania. Odpowiednie opcje znajdziemy w menu
każdego monitora.