Конструкция и принцип работы ЭЛТ - монитора

 

Чебоксарский химико-механический техникум

 

 

 

 

 

 

ОТЧЕТ

 

по технологической  практике

Тема: «Конструкция и принцип работы ЭЛТ - монитора»

 

специальность	230106 "Техническое обслуживание  средств вычислительной техники  и компьютерных сетей"
Студент	Максимов Д.И.
курс  4	группа 10-КО-114
Место практики	минобазования ЧР
Время практики	02.09-05.10.2013
Руководитель практики от техникума	Вернигора Е.В.
Руководитель практики от организации	Андреева т.с

 

Новочебоксарск 2013

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Сегодня самый распространенный тип  мониторов - это CRT (Cathode Ray Tube) мониторы. Как видно из названия, в основе всех подобных мониторов лежит катодно-лучевая  трубка, но это дословный перевод, технически правильно говорить электронно-лучевая трубка (ЭЛТ). Иногда CRT расшифровывается и как Cathode Ray Terminal, что соответствует уже не самой 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.

 

1. Конструкция ЭЛТ-мониторов:

 

Самым важным элементом монитора является кинескоп, называемый также электронно- лучевой трубкой (основные конструкционные узлы кинескопа показаны на рис 1.1). 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 (luminophor). 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 2O 5и "свечение" происходит небольшое количество времени (кстати, белый фосфор - сильный яд).

 

 
Рисунок 1. 1 - Основные конструкционные узлы кинескопа

 

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

 Поток электронов (луч) может  отклоняться в вертикальной и  горизонтальной плоскости, что  обеспечивает последовательное  попадание его на все поле  экрана. Отклонение луча происходит посредством отклоняющей системы [см. рис 1.2]. Отклоняющие системы подразделяются на седловидно-тороидальные и седловидные. Последние предпочтительнее, поскольку создают пониженный уровень излучения.

 

Рисунок 1.2.

 

 

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 другие две - в вертикальной.

 Изменение магнитного поля  возникает под действием переменного тока, протекающего через катушки и изменяющегося по определенному закону (это, как правило, пилообразное изменение напряжения во времени), при этом катушки придают лучу нужное направление. Путь электронного луча на экране схематично показан на рис. 1.3. Сплошные линии - это активный ход луча, пунктир - обратный.

 

Рисунок 1.3.

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 [см. формулу 1.1], часть из которой расходуется на свечение люминофора.

 

, где E-энергия, m-масса, v-скорость.

 

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).

 

Рисунок 1.4.

 

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.

 

2. Теневая маска

 

Теневая маска (shadow mask) - 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.

Рисунок 1.5. 

 

Теневая маска состоит из металлической  пластины с круглыми отверстиями, которые занимают примерно 25% площади [см. рис. 1.5, 1.6]. Находится маска перед стеклянной трубкой с люминофорным слоем. Как правило, большинство современных теневых масок изготавливают из инвара. Инвар (InVar) - магнитный сплав железа [64%] с никелем [36%].

 

Рисунок 1.6.

 

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 [см. рис. 1.7]. 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.

 

Рисунок 1.7.

 

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 [см. рис. 1.8]. Шаг точек обычно измеряется в миллиметрах (мм). Чем меньше значение шага точек, тем выше качество воспроизводимого на мониторе изображения. Расстояние между двумя соседними точками по горизонтали равно шагу тачек, умноженному на 0,866.

 

Рисунок 1.8.

 

3. Апертурная решетка

 

Есть еще один вид трубок, в  которых используется "Aperture Grille" (апертурная решетка). Эти трубки стали  известны под именем Trinitron и впервые  были представлены на рынке компанией Sony в 1982 году. В трубках с апертурной решеткой применяется оригинальная технология, где имеется три лучевые пушки, три катода и три модулятора, но при этом имеется одна общая фокусировка [см. рис. 1.9].

 

Рисунок 1.9.

 

Апертурная решетка - это тип маски, используемый разными производителями в своих технологиях для производства кинескопов, носящих разные названия, но одинаковые по сути, например, технология Trinitron от Sony, DiamondTron от Mitsubishi и SonicTron от ViewSonic. Это решение не включает в себя металлическую решетку с отверстиями, как в случае с теневой маской, а имеет решетку из вертикальных линий [см. рис. 1.10]. Вместо точек с люминофорными элементами трех основных цветов, апертурная решетка содержит серию нитей, состоящих из люминофорных элементов выстроенных в виде вертикальных полос трех основных цветов. Такая система обеспечивает высокую контрастность изображения и хорошую насыщенность цветов, что вместе обеспечивает высокое качество мониторов с трубками на основе этой технологии. Маска, применяемая в трубках фирмы Sony (Mitsubishi, ViewSonic), представляет собой тонкую фольгу, на которой процарапаны тонкие вертикальные линии. Она держится на горизонтальной (одной в 15", двух в 17", трех и более в 21") проволочке, тень от которой видна на экране. Эта проволочка применяется для гашения колебаний и называется damper wire. Ее хорошо видно, особенно при светлом фоне изображения на мониторе. Некоторым пользователям эти линии принципиально не нравятся, другие же наоборот довольны и используют их в качестве горизонтальной линейки.

 Минимальное  расстояние между полосами люминофора  одинакового цвета называется  шагом полос (strip pitch) и измеряется  в миллиметрах (мм) [см. рис. 1.10]. 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.

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

Рисунок 1.10.

 

4. Щелевая маска

 

Щелевая маска (slot mask) - 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 [см. рис. 1.11]. Фактически вертикальные полосы разделены на эллиптические ячейки, которые содержат группы из трех люминофорных элементов трех основных цветов.