Как устроен элт-монитор. Мониторы с электронно-лучевой трубкой Потребляемая мощность монитора

ЭЛТ-Мониторы: выбор Стоит вопрос о покупке монитора? Замечательно. Есть с чем Вас поздравить. Побродите по просторам интернет-магазинов, выберите, купите. Можете и прайсами из нашей газеты воспользоваться. Вот только правильный выбор сделать достаточно сложно, если не знаешь, что такое монитор и с какой стороны к его выбору подойти. И вот чтобы потом не каяться о неправильном вложении своих кровных, вам нужно прочитать эту статью, так как тут речь именно о выборе монитора и пойдет.

Из собственных и не только наблюдений могу сказать, что, как правило, покупка монитора финансируется по остаточному принципу, т.е. выбрали шустрый проц, крутую материнскую плату, громадный винт и супермного рама, а затем уже на то, что осталось, приглядывается монитор, причем единственными критериями выбора является диагональ, иногда мультимедийные примочки и, главное, цена. Я сторонником такого подхода не являюсь. Монитор немодернизируемое устройство: что купили - с тем и придется сидеть до очередной покупки, так просто поменять его, как рама нарастить, не получится. Поэтому никогда не гонитесь за дешевизной. Лучше, если вы не в состоянии купить нормальный монитор к компьютеру, отложите покупку компьютера до лучших времен, ведь монитор - устройство, с которым вы будете постоянно взаимодействовать при работе на компьютере, не зависимо от того, что вы будете делать. И от качества и безопасности монитора зависит самое главное - ваше здоровье, и, прежде всего, ваше зрение. Надеюсь, мне удалось вас убедить в необходимости тщательнейшего выбора монитора, поэтому закончим затянувшееся введение и приступим непосредственно к выбору.

Каковы же критерии выбора?

Первое - электронно-лучевая трубка (ЭЛТ). ЭЛТ бывают разные. Бывают разных типов, характеризуются размером диагонали и видимой области, размером точки или щели в маске, и материалом, из которого маска изготавливается, различными покрытиями экрана и прочими параметрами, среди которых названные все же главные.

Вкратце о том, зачем вообще нужна маска. Три электронные пушки, расположенные в основании горловины, обеспечивают свечение точек люминофора трех основных цветов. Чтобы электронный луч каждой пушки попадал на люминофор только одного какого-либо цвета и не возбуждал другие точки, доступ к ним преграждается теневой маской, которая устанавливается перед экраном и представляет собой тонкий лист из некоторого материала с отверстиями. От качества отверстий и поверхности маски зависят четкость изображения и чистота его цветов.

Маски бывают двух типов: теневые и щелевые, причем более распространены первые.

Теневая маска (shadow mask) используется в большинстве мониторов, производимых LG, Samsung, Viewsonic, Hitachi, Belinea, Panasonic, Daewoo, Nokia и др. Как выглядит теневая маска и ход лучей через нее, вы можете видеть на рисунке, а описание этого процесса дано было выше. Остается лишь заметить, что минимальное расстояние между люминофорными элементами одинакового цвета называется шагом точки (dot pitch) и является оценочным индексом качества изображения. Шаг точки обычно измеряется в миллиметрах (мм). Чем меньше значение шага точки, тем выше качество воспроизводимого на мониторе изображения. Лучшие теневые маски изготавливают из инвара, который, нагреваясь под ударами электронов, не деформируется. Вообще встречаются маски из массы других веществ.

Есть и еще один вид теневой маски - щелевая (slot mask). Вид и ход лучей также смотрите на рисунках. Как видно, люминофорные элементы расположены в вертикальных ячейках, а маска сделана из вертикальных линий. Вертикальные полосы разделены на ячейки, которые содержат группы из трех люминофорных элементов трех основных цветов. Минимальное расстояние между двумя ячейками называется щелевой шаг (slot pitch). Естественно, чем меньше значение шага щели, тем выше качество изображения на мониторе. Применяется этот тип маски фирмами NEC (CromaClear) и Panasonic (Panaflat, Pureflat).

Следующий тип маски - аппертурная решетка (Aperture Grill). Это решение 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. По этой технологии производятся трубки Sony Trinitron и Mitsubishi Diamondtron. Различия между Trinitron и Diamondtron заключаются в том, что Sony использует лишь один катод и получает три луча из одного методом электронно-оптического разделения. Mitsubishi применяет три независимые системы генерации электронов, считая преимуществом возможность фокусировки каждого электронного луча по отдельности.

Трубки, произведенные по этой технологии, имеют стабилизационные нити, которые хорошо видны, особенно при светлом фоне изображения на мониторе.

Благодаря меньшему расстоянию между точками теневая маска теоретически обеспечивает более высокое разрешение, а следовательно, и большую четкость деталей изображения, чем аппертурная решетка. Однако трубки с аппертурными решетками, в меньшей степени затеняющими электронный луч, чем теневые маски, отличаются повышенной контрастностью картинки и насыщенностью красок. Их недостатками являются тонкие, но хорошо заметные на светлом фоне экрана тени, отбрасываемые двумя поперечными металлическими нитями, которые стабилизируют аппертурную решетку, а главное, худшее, чем в случае применения теневой маски, качество сведения лучей. Выбор типа трубки является делом личного вкуса и решаемых задач.

Еще. Сравнение шага аппертурной решетки с шагом щелевой или теневой маски некорректно ввиду особенностей их измерения. В крайнем случае необходим перерасчет. Это все, что вам нужно знать о масках.

Теперь перейдем к размерам. Здесь все предельно просто: запомните, что видимая область и диагональ экрана это не одно и то же. Причем, как ни странно:-), видимая область существенно меньше диагонали использованного кинескопа, а большую важность для нас имеет именно первая. У монитора с диагональю 17" видимая область может находиться в интервале от 15 с копейками до, самое большое, что я видел, 16.2 дюйма. Естественно, чем больше видимая область, тем лучше. Лучший способ узнать, у какого монитора большая видимая область, - включить и измерить (что вряд ли кто-либо из вас станет делать). Ориентироваться по паспортным данным трудно, так как замеряют этот параметр разные производители по-разному - одни вытягивают изображение до предела, а другие - оставляют по краям. Размер экрана следует выбирать исходя из предназначения.

Сегодня на рынке предлагаются модели с диагоналями от 15 до 21 дюйма. Поискав можно найти и 14", но вряд ли можно считать его приобретение оправданным сейчас (любопытно то, что именно на четырнадцатке я пишу эти строки:))).

Не стоит рассчитывать на многое при приобретении 15-дюймового монитора. Максимальное разумное разрешение, которое я могу рекомендовать для него, - 800х600. Иногда в мануале указывается рекомендуемое разрешение, т.е. разрешение, которое рекомендует использовать производитель. Для пятнадцатидюймовых моделей очень и очень редко этот параметр превышает уже названное мною 800х600. А вот в рекламных проспектах часто говорится о разрешениях в 1280х1024. Это разрешение, конечно, можно использовать, но вот только изображение будет крайне мелким. Здесь еще и частоту кадров вспомнить надо бы, но до нее мы доберемся позднее. Если все же вы не можете позволить себе ничего покрупнее, то приобретайте пятнадцатку. На ней вполне возможно решение проблем насущных. Для нормальной работы пятнадцатки подойдет практически любая видеокарта.

На следующей, более высокой ступени находятся 17-дюймовые мониторы, которые уже успели стать офисным стандартом де-факто. Если вы много времени проводите за компьютером и можете себе позволить приобретение семнадцатки, то вам просто необходимо это сделать (если, конечно, вы не можете позволить себе что-то побольше:-). Для этих мониторов можно рекомендовать разрешение 1024х768 для комфортной работы. С комфортом можно использовать и макинтошевское 1152х864. Обеспечить отличное качество изображения при высоких разрешениях (1024х786 и больше) может уже значительно меньшее число видеокарт, нежели 800х600. Поэтому, приобретая монитор, такое разрешение поддерживающий, проследите еще и за тем, чтобы в вашей машине стояла хорошая видеокарта, иначе толку от дорого монитора со сверхсовершенной электроникой не будет никакого. При этом производительность платы также должна быть на высоте.

Для тех, кому было мало семнадцатки, а приобретение 21" монитора было не по карману, появился промежуточный, так сказать любительский вариант, - 19". Такому монитору под силу разрешение в 1280х1024, но при этом вы можете испытывать одно неудобство: соотношения сторон монитора (4:3) и разрешений по горизонтали и вертикали (5:4) не совпадают. Много удобнее использовать промежуточные режимы, например 1280х960, однако они поддерживаются не каждым драйвером видеокарты. Естественно, видеокарта должна быть шустрой и качественной.

Вершиной являются мониторы с диагональю экрана 21 и 24 дюйма. Этими мониторами поддерживаются разрешения 1600х1200 и выше. Но очень и очень небольшое число карт способны справиться с таким разрешением, причем дело здесь не в скорости, а в качестве изображения, которое многие видеокарты на таких разрешениях и при высоких частотах кадровой развертки просто замыливают.

Покрытия. Важно обратить внимание на наличие антибликовых и антистатических покрытий. Антибликовое покрытие позволит вам наблюдать на экране монитора только изображение, формируемое компьютером, и не утомлять глаза наблюдением отраженных объектов.

Существует несколько способов получения неотражающей поверхности. Самые дешевые из них - протравливание и придание шероховатости. Однако они ухудшают качество изображения. Наиболее популярен способ нанесения кварцевого покрытия (Hitachi, Samsung), рассеивающего падающий свет. Фирма NEC предлагает четвертьволновую компенсацию, обеспечиваемую с помощью отдельной стеклянной пластины. В любом случае, чем оно лучше, тем дороже.

Антистатическое покрытие нужно для предотвращения прилипания к экрану пыли и прочей гадости вследствие накопления статического электричества.

Теперь еще один важный момент по материалам Infoart: "Электронно-лучевые трубки в основном имеют японское происхождение. Для некоторых серий мониторов Acer, Daewoo, LG Electronics, Nokia, Philips, Samsung и ViewSonic трубки изготавливает концерн Hitachi. В изделиях ADI, Daewoo и Nokia устанавливаются трубки Toshiba. Компании Apple, Compaq, IBM, MAG и Nokia применяют известные ЭЛТ Sony Trinitron. Наконец, Mitsubishi поставляет ЭЛТ для фирм CTX, Iiyama и Wyse, а трубки Panasonic (Matsushita) можно встретить в мониторах CTX, Philips и ViewSonic. Зачастую изготовители трубок бывают перегружены заказами, поэтому в производство мониторов одной и той же серии вносят вклад различные поставщики. "

На этом оставим в покое электронно-лучевую трубку, коей не единой жив монитор, и двинемся дальше.

В большинстве случаев рекламе указывается максимально поддерживаемое монитором разрешение, даже если нормально при нем работать просто невозможно (например, частота кадровой развертки маленькая, детали слишком мелкие и пр). Работать нужно с таким разрешением, при котором не будет заметно мерцания экрана ввиду низкой частоты кадров. Я придерживаюсь мнения, что для продолжительной комфортной работы нужно иметь минимум 85 Гц, но каждый по-своему чувствителен к этому. Некоторые перестают замечать мерцание экрана уже при 70 Гц, я же, например, вижу его и при 85. Минимально безопасной считается 75 Гц. Исследования показали, что при частоте вертикальной развертки выше 110 Hz глаз человека уже не может заметить никакого мерцания. Но имейте в виду, что при слишком высокой частоте кадровой развертки люминофор из-за инерционности может не успевать полностью гаснуть, и в этом случае белые тона на экране будут выглядеть как серые. Мораль - выше лучше, но в меру.

Важно также, чтобы детали изображения были достаточно крупными, так как при мелких деталях приходится всматриваться в изображение, что увеличивает нагрузку на глаза и очень быстро их утомляет, а также серьезно препятствует нормальной работе. Профессиональные мониторы способны обеспечить с легкостью 85 Гц при разрешении 1600х1200. Ограничения на частоту кадров накладывают параметры блока развертки монитора. Вот теперь пришла пора перейти к электронике, от которой тоже много чего зависит.

Довольно часто в технической литературе и в рекламных проспектах (в последних все же достаточно редко) бывает указана полоса пропускания видеоусилителя. Для получения качественного изображения полоса пропускания видеоусилителя должна быть на треть больше произведения количества точек по горизонтали и вертикали на частоту кадров. Т.е. если вы выбрали монитор с полосой пропускания 65 МГц (обычный 14" монитор с неплохими характеристиками) и собираетесь работать в разрешении 1024х768, то четкое изображение вы получите при частоте кадров не более 65000000/(1024*768*1.33) = 62 Гц. У профессиональных моделей полоса пропускания видеоусилителя достигает 250 Мгц и более.

Диапазон строчной развертки показывает, какое количество строк изображения способен воспроизвести за одну секунду блок строчной развертки, упомянутый выше. Считается, что запас по этому параметру должен составлять 5-15%. Т.е. если у монитора диапазон строчной развертки 30-54 КГц и работать вы хотите при все том же разрешении 1024х768, максимальная частота кадровой развертки должна быть не выше 54000/(768*1.1) = 64 Гц (запас был выбран 10%). У профессиональных моделей этот параметр на уровне 115 КГц.

Это критерии, лежащие на поверхности. Глубже зарыто еще много чего. В частности, сильное искривление поверхности экрана обусловливает искажение изображения. Нежелательный эффект устраняют так называемые плоские трубки, которые опять-таки требуют искусно сконструированного отклоняющего устройства, одинаково четко фокусирующего пучки электронов и в середине экрана, и в угловых точках экрана (динамическая фокусировка).

Еще одна проблема заключается в том, чтобы добиться точного сведения лучей в каждой точке изображения. Если три электронных пучка, обеспечивающие основные цвета - красный, зеленый и синий, - позиционируются неточно, качество изображения ухудшается. Тогда белые линии картинки расплываются в радужные полоски, что особенно заметно в углах экрана, причем может быть даже невооруженным глазом.

Не упомянутым осталось еще обеспечение правильности геометрических форм (линейность). О том, как это все проверить, мы поговорим в следующий раз. А пока...

Энергосбережение. Большинство производителей используют промышленный стандарт VESA DPMS (Display Power Management Signaling). Он определяет нормированные методы поддержки мониторами трех энергосберегающих режимов.

Stand-by - экономит до 40% мощности и позволяет быстро восстановить работоспособность;

Suspend - отключает цепи накала трубки монитора и имеет большее время восстановления работоспособности;

Active-off - еще большее время восстановления работоспособности, но отключает все, кроме средств восстановления работоспособности и блока питания. В этом режиме мониторы обычно потребляют менее 5 Вт.

Правда, кроме монитора, поддерживающего DPMS, нужна и соответствующая видеокарта. E 2000 - нормативы, действующие в Швейцарии по снижению потребления тока у мониторов в режиме Оff.

Удобство настройки. Любой современный монитор имеет внутренний микропроцессор и систему экранного меню (OSD, On Screen Display) либо возможность цифровой настройки параметров и сохранения их. Возможна также комбинированная цифро-аналоговая система настройки. Современные мониторы запоминают параметры настройки при различных разрешениях. Таким образом, при смене режимов картинка всегда остается четкой, и необходимость в дополнительной регулировке отпадает. Если не хотите выставлять настройки каждый раз заново - интересуйтесь, сколько пользовательских режимов может запомнить монитор. Кроме настраиваемых монитор может помнить несколько фиксированных режимов.

Важную роль играет и количество настроек. Нет смысла переплачивать, если только, конечно, вы не занимаетесь чем-либо серьезным, за большое количество настроек. К основным можно отнести яркость, контрастность, размер и положение изображения, подушкообразное, трапециидальное и параллелограммное искажение растра, размагничивание. К продвинутым - вращение, температура и калибровка цвета, муар, сведение, линейность. В принципе, чем больше возможностей настройки, тем лучше.

В плане обозримости, удобства и количества параметров системы настройки мониторов различных марок заметно различаются. При всей важности удобного управления и богатых возможностей настройки качество экранного меню не может служить решающим критерием выбора монитора: не следует забывать, что процедуру настройки монитора мы выполняем относительно редко, зато от плохого качества изображения страдаем постоянно.

Обратите внимание и на конструкцию корпуса, а также на достаточность регулировок угла наклона и поворота монитора. Главное, чтобы вам нравился ваш монитор.

Подключение к ПК. Позволю себе привести большую цитату инфоарта: "Технология plug & play для Windows 95 позволяет графической плате получать необходимые данные непосредственно с монитора по нескольким незанятым проводам VGA-кабеля. Способ взаимодействия графической платы и монитора реализован через коммуникационный канал Display Data Channel (DDC), стандартизованный Ассоциацией VESA. Стандарт DDC должен поддерживаться не только монитором, но и графической платой, ее BIOS и драйверами. Простейший вариант DDC - DDC1 - допускает лишь однонаправленную передачу информации о способе и поддерживаемых частотах синхронизации, видеодиапазоне, трехцветных компонентах люминесцирующего слоя, коэффициенте нелинейности монитора, энергосберегающих режимах DPMS и других идентификационных данных от монитора графической плате. Существуют и расширенные варианты DDC2B и DDC2AB, допускающие двустороннюю коммуникацию. Вариант DDC2AB включает в себя дополнительные команды Access.bus для управления и настройки монитора с компьютера. Таким образом, пользователь по желанию сможет изменить параметры монитора с помощью клавиатуры или мыши. В большинстве имеющихся в продаже мониторов реализован стандарт DDC1/ 2B; устройств, поддерживающих DDC2AB, пока выпускается немного

Некоторым покупателям важно наличие у выбранной модели дополнительного входа, чтобы иметь возможность подключить монитор к двум компьютерам. Такие устройства снабжаются одним VGA-входом для стандартного 1,8-м 15-контактного кабеля HD Mini D-Sub и одним RGB-входом с разъемами BNC для 5-штекерного 1,8-м коаксиального кабеля (отдельный штекер для каждой из RGB-составляющих плюс по одному штекеру для вертикальной и горизонтальной синхронизации). RGB-кабель обладает принципиальным преимуществом перед VGA-кабелем, заключающимся в более высоком соотношении сигнала и шума. Однако оно становится ощутимым лишь при режимах от 1024х768х75 Гц в мониторах высшего ценового класса. Правда, задействовать коммуникационный канал DDC между монитором и графической платой при использовании BNC невозможно, поскольку в BNC-кабеле не предусмотрены необходимые сигнальные шины. Некоторые модели мониторов оснащаются универсальным последовательным портом USB."

Добавлю, что большое количество продающихся BNC-кабелей являются не коаксиальными, а простыми экранированными и не дают серьезного улучшения качества изображения, если вообще дают. По поводу USB-хаба (который помимо того, что служит по-своему прямому назначению, может позволять настраивать монитор из панели управления окон) можно сказать следующее: есть - хорошо, нету - тоже неплохо.

Безопасность. Говоря о выборе монитора, безусловно, нельзя обойти стороной и вопрос безопасности. Вот вкратце стандарты, столкновение с которыми наиболее вероятно.

MPR 1990:10 - монитор соответствует шведскому стандарту по излучениям, а также по переменным электрическому и магнитным полям.

ISO 9241-3 обозначает международный стандарт, который удовлетворяет эргономическим требованиям к дисплеям и стоит на страже вашего зрения.

TCO (расшифровываются как соответствие требованиям Шведского союза профессиональных служащих по визуальным эргономическим параметрам и переменным электрическим полям). В сравнении с MPRII в ТСО"92 (был разработан специально для мониторов и определяет величину максимально допустимых электромагнитных излучений при работе монитора и функции энергосбережения) допустимые уровни электромагнитного излучения более жесткие, т.к. замер показателей производится не в 50 см от экрана, как в MPRII, а в 30. TCO 95 и TCO 99 представляют собой универсальные стандарты, регулирующие воздействие всех вредных факторов. В ТСО"95 и ТСО"99 представлены электромагнитные параметры, эргономические, энергосберегающие и экологические. Стандарт TCO"95 существует вместе с TCO"92 и не отменяет последний. TCO"99 предъявляет более жесткие требования, чем TCO"95 в области эргономики, энергии, излучений, экологии, пожарной, электрической безопасности.

EN 55022 Европейский стандарт по методам измерений и допустимым значениям излучений для изделий информационных технологий.

EN 50082-1 Европейский стандарт по электромагнитной совместимости.

EN 60950 Европейский стандарт по безопасности для изделий информационных технологий (электро- и пожаробезопасность), является частью TÜV/GS-рекомендации.

TÜV/GS Маркировка, подтверждающая прохождение испытаний по безопасности. Изделия с маркировкой GS соответствуют требованиям EN 60950, ZH1/618.

СЕ Европейская маркировка, которая определяет соответствие изделия требованиям стандартов EN 50081-1 (европейский стандарт по электромагнитной совместимости), EN 55022, EN 50082-1 и EN 60950.

Многие стараются защититься, заставляя все пространство около компьютера кактусами. Говорят, они поглощают излучения, но, по-моему, если не хотите остаться одиноким импотентом в зарослях кактусов, то соберите копейку и купите хороший монитор.

Мультимедийные примочки. Не знаю почему, но некоторым очень нравятся мультимедийные мониторы, то бишь оборудованные колонками и еще чем-нибудь этаким. Если учесть качество звучания такой акустики и цену такого монитора, то это решение мне не кажется привлекательным.

При подготовке данной статьи были использованы материалы Infoart и Monitorbyersguide, поэтому вполне возомжно, что отдельные мысли и фразы вам покажутся знакомыми.

Ну и напоследок нужно сказать, что каждый монитор является уникальным изделием. Поэтому покупать мониторы в нераспакованном виде без предварительного осмотра довольно рискованно.

Конструкция ЭЛТ-монитора

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Типы ЭЛТ

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

ЭЛТ с теневой маской(Shadow Mask)

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

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

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

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

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

ЭЛТ с апертурной решеткой из вертикальных линий(Aperture Grill)

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

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

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

ЭЛТ со щелевой маской(Slot Mask)

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

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

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

Основные характеристики ЭЛТ-мониторов

Диагональ экрана монитора

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

Размер зерна экрана

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

Разрешающая способность монитора

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

Потребляемая мощность монитора

Покрытия экрана

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

Защитный экран (фильтр)

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

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

Сеточные фильтры

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

Пленочные фильтры

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

Стеклянные фильтры

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

Плюсы и минусы

Условные обозначения: (+) достоинство, (~) допустимо, (-) недостаток
	ЖК-мониторы	ЭЛТ-мониторы
Яркость	(+) от 170 до 250 Кд/м2	(~) от 80 до 120 Кд/м2
Контрастность	(~) от 200:1 до 400:1	(+) от 350:1 до 700:1
Угол обзора (по контрасту)	(~) от 110 до 170 градусов	(+) свыше 150 градусов
Угол обзора (по цвету)	(-) от 50 до 125 градусов	(~) свыше 120 градусов
Разрешение	(-) Одно разрешение с фиксированным размером пикселей. Оптимально можно использовать только в этом разрешении; в зависимости от поддерживаемых функций расширения или компрессии можно ис-пользовать более высокое или более низ-кое разрешение, но они не оптимальны.	(+) Поддерживаются различные разреше-ния. При всех поддерживаемых разреше-ниях монитор можно использовать опти-мальным образом. Ограничение наклады-вается только приемлемостью частоты регенерации.
Частота вертикальной развертки	(+) Оптимальная частота 60 Гц, чего дос-таточно для отсутствия мерцания	(~) Только при частотах свыше 75 Гц от-сутствует явно заметное мерцание
Ошибки совмещения цветов	(+) нет	(~) от 0.0079 до 0.0118 дюйма (0.20 - 0.30 мм)
Фокусировка	(+) очень хорошая	(~) от удовлетворительной до очень хоро-шей>
Геометрические/линейные искажения	(+) нет	(~) возможны
Неработающие пиксе-ли	(-) до 8	(+) нет
Входной сигнал	(+) аналоговый или цифровой	(~) только аналоговый
Масштабирование при разных разрешениях	(-) отсутствует или используются методы интерполяции, не требующие больших накладных расходов	(+) очень хорошее
Точность отображения цвета	(~) Поддерживается True Color и имитиру-ется требуемая цветовая температура	(+) Поддерживается True Color и при этом на рынке имеется масса устройств калиб-ровки цвета, что является несомненным плюсом
Гамма-коррекция (подстройка цвета под особенности человече-ского зрения)	(~) удовлетворительная	(+) фотореалистичная
Однородность	(~) часто изображение ярче по краям	(~) часто изображение ярче в центре
Чистота цвета/качество цвета	(~) хорошее	(+) высокое
Мерцание	(+) нет	(~) незаметно на частоте выше 85 Гц
Время инерции	(-) от 20 до 30 мсек.	(+) пренебрежительно мало
Формирование изображения	(+) Изображение формируется пикселями, число которых зависят только от конкретного разрешения LCD панели. Шаг пикселей зависит только от размера самих пикселей, но не от расстояния между ними. Каждый пиксель формируется индивидуально, что обеспечивает великолепную фокусировку, ясность и четкость. Изображение получается более целостным и гладким	(~) Пиксели формируются группой точек (триады) или полосок. Шаг точки или ли-нии зависит от расстояния между точками или линиями одного цвета. В результате четкость и ясность изображения сильно зависит от размера шага точки или шага линии и от качества ЭЛТ
Энергопотребление и излучения	(+) Практически никаких опасных электромагнитных излучений нет. Уровень потребления энергии примерно на 70% ниже, чем у стандартных CRT мониторов (от 25 до 40 Вт).	(-) Всегда присутствует электромагнитное излучение, однако их уровень зависит от того, соответствует ли ЭЛТ какому-либо стандарту безопасности. Потребление энергии в рабочем состоянии на уровне 60 - 150 Вт.
Размеры/вес	(+) плоский дизайн, малый вес	(-) тяжелая конструкция, занимает много места
Интерфейс монитора	(+) Цифровой интерфейс, однако, большинство LCD мониторов имеют встроенный аналоговый интерфейс для подключения к наиболее распространенным аналоговым выходам видеоадаптеров	(-) Аналоговый интерфейс

Устройство прибора:

Основным элементом монитора является кинескоп, называемый также электронно-лучевой трубкой. Кинескоп представляет собой герметичную стеклянную трубку из которой удален воздух (вакуум). Один из концов трубки узкий и длинный - это горловина, в которой находится электронная пушка. 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 (электронами). Между электронной пушкой и экраном находится управляющая система (электромагниты).

Непосредственно на экран с внешней стороны наносятся многослойное антибликовое и антистатическое покрытия, первое из которых минимизирует количество бликов, не ухудшая при этом фокусировку монитора, и уменьшает электромагнитное излучение, а второе - предотвращает накопление электростатического заряда, что обеспечивается напылением специального химического состава.

Принцип действия:

Электронная пушка испускает потоки электронов, траектория которых изменяется благодаря воздействию электромагнитов управляющего устройства и они попадают в заданную часть экрана монитора, вызывая свечение люминофора, нанесенного на этот экран. 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.

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.

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.

Электронный луч проходит последовательно по всем точкам экрана слева направо и сверху вниз. Электроны попадают на люминофорный слой, после чего энергия электронов преобразуется в свет, т.е. поток электронов заставляет точки люминофора светиться. Эти светящиеся точки формируют изображение, Луч должен двигаться с такой скоростью, чтобы точки не успевали погаснуть.

Время горизонтального перемещения луча от левого до правого края экрана называется периодом горизонтальной развертки. Величина, обратно пропорциональная этому периоду, называется частотой горизонтальной развертки, (названия «частота строчной развертки») и измеряется в килогерцах (кГц).

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). Практически все современные мониторы мультичастотные, то есть обладают способностью настраиваться на произвольные значения частот синхросигналов из некоторого заданного диапазона, например 30-84 кГц для строчной и 50-120 Гц для кадровой развертки.

Цветное изображение на ЭЛТ – мониторе построено на принципе смешивания основных цветов: красный (Red), зеленый (Green) и синий (Blue). Их комбинации создают бесконечное число цветов. Люминофорный слой, покрывающий фронтальную часть электронно-лучевой трубки, состоит из очень маленьких элементов (человеческий глаз не всегда может их различить). Используются три типа разноцветных частиц, чьи цвета соответствуют основным цветам RGB (отсюда и название группы из люминофорных элементов - триады).

У цветного монитора имеются три электронные пушки с отдельными схемами управления, а на поверхность экрана нанесен люминофор трех основных цветов: красный (Red, R), зеленый (Green, G), синий (Blue, B). Четкость изображения на мониторе тем выше, чем меньше размеры точек люминофора на внутренней поверхности экрана. Обычно говорят не о размерах самих точек, а о расстоянии между ними (dot pitch). Этот параметр для различных моделей мониторов может лежать в диапазоне от 0,41 до 0,19 мм. Нормальным уровнем для стандартного монитора считается 0,23-0,26 мм. 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.

Существующие сегодня мониторы отличаются устройством, размером диагонали экрана, частотой обновления картинки, стандартами защиты и многим другим. Первые электронно-лучевые мониторы были векторными. В мониторах этого типа электронный пучок создает линии на экране, перемещаясь непосредственно от одного набора координат к другому. Из-за этого нет необходимости разбивать экран на пиксели. Позднее появились мониторы с растровым сканированием. В них электронный пучок сканирует экран слева направо и сверху вниз, пробегая каждый раз всю поверхность экрана. Следующим шагом в развитии электронно-лучевых мониторов стало цветное изображение, для получения которого необходимо было использовать не один, а три электронных пучка. Каждый из них высвечивал определенные точки на поверхности дисплея.

Именно эти мониторы получили наибольшее распространение.

Для электронно-лучевых (CRT) мониторов существуют свои характеристики, которые либо улучшают работу с компьютером, либо ухудшают ее. Одной из основных характеристик такого монитора является частота обновления экрана. Для электронно-лучевых мониторов достаточной частотой обновления экрана считается 85Гц. Эта величина показывает сколько раз в секунду будет обновляться картинка на экране. Если эта скорость маленькая, то глаза начинают улавливать мерцание экрана и из-за этого быстро устают. Самой лучшей частотой обновления экрана считается 100Гц, если она больше, то человеческий глаз уже не воспринимает разницы между 100Гц и 200Гц. Еще для работы с компьютером очень важно разрешение экрана. Ведь если разрешение слишком мало, то значки на экране очень большие и не умещаются на дисплее, а если слишком большое разрешение, то иконки и знаки слишком маленькие. Из-за этого глаза быстро устают. Ниже приводится таблица рекомендуемых и максимальных разрешений.

*Разрешение показывает, сколько точек располагается по вертикали и сколько по горизонтали. Здесь по горизонтали располагается 800 точек, а по вертикали - 600.

Так же существует еще один параметр монитора - это «шаг маски» или «зерно». Дело в том, что в цветных мониторах и телевизорах экран изнутри покрыт мельчайшими частицами люминофора трех цветов - красного, зеленого и синего свечения. Три расположенных рядом частицы образуют триаду. Если рассмотреть в лупу экран, светящийся белым светом, мы увидим, что на самом деле светятся частицы трех цветов, которые сливаются в белый. Все остальные цвета получаются за счет триады и интенсивности их свечения, например если светится только красный и зеленый элемент триады, то мы видим желтый цвет. Для управления свечением отдельных элементов триады используются три электронных луча, обегающие все триады с частотой развертки. Что бы каждый луч попадал точно на свой элемент триады, над люминофорным покрытием экрана помещается специальная сетка, попадая на которую луч отклоняется точно на свой элемент триады.

В результате мы видим, что экран цветного монитора, в отличие от монохромного, где покрытие люминофором сплошное и однородное, имеет зернистую структуру. Размер этих «зерен» отвечает за то, насколько четким будет изображение - чем меньше «зерно», тем изображение четче и наоборот. Первые цветные мониторы имели размер «зерна» - 0, 42мм. С появлением графических режимов высокого разрешения использовать такие мониторы стало невозможно: мелкие детали, например, тонкие вертикальные полосы, стали рябить и переливаться всеми цветами радуги. Позже появились трубки с «зерном» 0,31мм, а затем и 0,28мм. Сегодня самое распространенное значение - 0,27мм, но в более дорогих моделях применяют трубки с еще меньшей зернистостью - 0,2-0,24мм.

Очень важным параметром монитора является безопасность. Если бы не применялись специальные меры безопасности, то монитор награждал бы нас различными вредными для здоровья излучениями. Электронно-лучевая трубка монитора создает, например, рентгеновское излучение. Но в современных мониторах оно незначительно, так как надежно экранируется. А ведь совсем недавно в продаже было очень много защитных экранов, что для старых мониторов вовсе не роскошь, а средство защиты. Как и любой электроприбор, монитор создает также электромагнитное излучение. Кроме того, он создает также электростатическое поле, которое способствует оседанию пыли на лице, шее, руках. Это может вызывать у человека аллергические реакции. К счастью, сейчас защита от этих вредных воздействий стала более совершенной, так как был принят ряд стандартов. Если на мониторе есть надпись или наклейка ТСО 95 , ТСО 99, ТСО 03, то с ним можно работать, не опасаясь за своё здоровье (в разумных пределах). На сегодняшний день стандарты 1995-99годов уже устарели, и наиболее безопасным является стандарт ТСО 03(2003год).

Впервые уровень электромагнитного излучения был ограничен пределами, безопасными для человека, в стандарте MPR II. В следующих стандартах они были ужесточены. Начиная со стандарта ТСО 95 к монитору предъявляются экологические и эргономические требования. Начиная со стандарта ТСО 99, также накладываются жесткие требования к качеству изображения по параметрам яркости, контрастности, мерцанию и свойствам антибликового покрытия экрана. Монитор должен иметь возможность регулировки параметров изображения. Кроме того, монитор также обязан соответствовать европейским стандартам пожарной и электрической безопасности. Еще одна характеристика ЭЛТ-мониторов - это несведение лучей. Этот термин означает отклонение электронных лучей красного и синего цвета от центрирующего зеленого. Такое отклонение препятствует получению чистых цветов и четкого изображения. Различают статическое и динамическое несведение. Статическое несведение это несведение трех цветов по всей поверхности экрана, которое обычно возникает из-за ошибки при сборке электронно-лучевой трубки. Динамическое несведение это несведение трех цветов по краям и четком изображении в центре. Так же в мониторе важно экранное покрытие и форма экрана (сферическая или плоская, которая меньше искажает изображение). Экраны электронно-лучевых мониторов могут иметь различные покрытия, улучшающие качество изображения и потребительские свойства монитора. Электронно-лучевые мониторы сегодня - довольно совершенные и недорогие устройства. У них отличная яркость и контрастность изображения, низкая цена, а, следовательно, и доступность. Но есть у них и минусы. Это довольно большие вес и габариты, значительное энергопотребление и вредное излучение.

Электронно-лучевая трубка, или кинескоп, - самый важный элемент монитора. Кинескоп состоит из герметичной стеклянной колбы, внутри которой находится вакуум (основные конструкционные узлы кинескопа показаны на рис. 1). Один из концов колбы узкий и длинный - это горловина. Другой - широкий и достаточно плоский - экран. Внутренняя стеклянная поверхность экрана покрыта люминофором (luminophor). В качестве люминофоров для цветных ЭЛТ используются довольно сложные составы на основе редкоземельных металлов - иттрия, эрбия и т. п. Люминофор - это вещество, которое при бомбардировке заряженными частицами испускает свет. Заметим, что иногда люминофор называют фосфором, но это не верно, так как люминофор, используемый в покрытии ЭЛТ, не имеет ничего общего с фосфором. Более того, фосфор светится только в результате взаимодействия с кислородом воздуха при окислении до P 2 O 5 , и ссвечение длится очень недолго (кстати, белый фосфор - сильный яд).

Конструкция ЭЛТ

Рисунок 1. Конструкция электронно-лучевой трубки.

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

Конструкция отклоняющей системы

Рисунок 2. Устройство отклоняющей системы ЭЛТ.

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

Путь электронного луча

Рисунок 3. Схема развертки электронного луча.

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

Комбинации цветов

Теневая маска

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

Конструкция теневой маски

Рисунок 5. Конструкция теневой маски (увеличенно).

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

Конструкция теневой маски 2

Рисунок 6. Конструкция теневой маски (общий вид).

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

Конструкция отклоняющей системы 2

Рисунок 7. Конструкция отклоняющей системы.

Шаг теневой маски

Рисунок 8. Шаг теневой маски.

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

Апертурная решетка

Конструкция апертурной решетки

Рисунок 9. Конструкция апертурной решетки.

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

Шаг апертурной решетки