Устройство электронно-лучевой трубки

В состав монитора входит ряд электронных узлов, вырабатывающих управляющие сигналы, питающие напряжения и т.п. Но самим своим появлением современные мониторы обязаны именно цветной ЭЛТ, от конструкции которой во многом зависит качество изображения и возможности устройства в целом. Основные принципы работы цветной и монохромной ЭЛТ аналогичны: испускаемые нагретыми катодами электроны под воздействием высокой разности потенциалов фокусиру ются в пучки, ускоряются и направляются к экрану, покрытому люминофором. У цветной ЭЛТ (рисунок 2) три электронных пушки со своими катодами — по одному для каждого из основных цветов. Управляющая, экранирующая и фокусирующая сетки выполняют те же функции, что и в монохромной

Рисунок 1 - Конструкция монитора

ЭЛТ. Изменяя напряжение, подаваемое на управляющую сетку, можно регулировать общую интенсивность электронных пучков (т.е. яркость свечения экрана). Напряжением, подаваемым на экранирующую сетку, осуществляется первичное ускорение электронов на пути к экрану, а фокусирующая сетка предназначена для «сжатия» электронных пучков, т.е. уменьшения их поперечного сечения. Сфокусированные и промодулированные по интенсивности электронные пучки с помощью магнитных полей, формируемых вертикальной и горизонтальной отклоняющими системами, направляются в различные точки на экране трубки. По сравнению с монохромными ЭЛТ, в цветных трубках имеется дополнительный элемент конструкции — теневая маска. Это тонкая металлическая пластина, в которой проделаны сотни тысяч микроскопических отверстий — по одному на каждый элемент изображения на экране. Маска расположена в непосредственной близости от экрана. Люминесцентные покрытия цветных и монохромных ЭЛТ также существенно различаются. Если в монохромной трубке слой люминофора однороден на всей поверхности экрана, то в цветной ЭЛТ используются три разных типа люминофоров, зерна которых сгруппированы в триады (рисунок 3). Зерна красного, зеленого и синего люминофоров расположены таким образом, что соответствующие электронные пучки попадают только на те зерна триад, для которых они предназначены. Эти зерна находятся настолько близко друг к другу, что каждая триада выглядит как единая точка (элемент изображения).

Рисунок 2 - Устройство цветной ЭЛТ

Размагничивающая катушка (рисунок 1), устанавливаемая непосредственно перед экраном ЭЛТ и предназначена для снятия остаточной намагниченности теневой маски. В момент включения монитора по ней протекает переменный ток с затухающей амплитудой.

Рисунок 3. Принцип формированитя цветного изображения

В цветных ЭЛТ необходимо очень точно управлять электронными пучками. Так какзерна люминофора расположены триадами, очень важно обеспечить попадание каждого электронного пучка только на предназначенное для него зерно. От точности наведения электронных пучков зависит такая характеристика монитора, как чистота цвета. Для повышения точности их юстировки предназначен установленный на горловине трубки магнит чистоты цвета. Кроме того, поскольку теневая маска пропускает электроны только через микроскопические отверстия, все три пучка должны пересекаться именно в этих отверстиях. Для решения этой задачи предназначен установленный на горловине трубки магнит сведения. Регулируя его положение (или ток через обмотку в случае использования электромагнита), можно добиться точного сведения пучков в центре экрана (так называемое статическое сведение). Для сведения пучков по краям экрана (динамического сведения) используется катушка сведения, сигнал на которую подается со схемы управления разверткой.

Блок управления ЭЛТ

Плата управления ЭЛТ 31 (рисунок 1) устанавливается непосредственно на выводах трубки (с помощью кольцевого разъема). Напряжения на управляющую, экранирующую и фокусирующую сетки подаются именно с этой платы. На плате управления ЭЛТ расположены также видеоусилители, сигналы с которых подаются на катоды электронных пушек красного, зеленого и синего цветов. Поскольку в состав управляющих схем цветных мониторов входит большее количество электронных компонентов, чем в состав аналогичных схем монохромных дисплеев, платы управления цветными ЭЛТ обычно гораздо больше по размеру. С помощью аналоговых электронных схем (видеоусилителей), смонтированных на плате управления ЭЛТ, модулируется ток каждого из электронных пучков (за счет изменения напряжения, подаваемого на катод соответствующей электронной пушки). Коэффициент усиления видеоусилителей обычно равен 70-100, что необходимо для повышения размаха видеосигнала с 0,7 В (такой сигнал поступает с видеоадаптера) до примерно 50 В (управляющее напряжение, подаваемое на катоды). В цветных мониторах таких видеоусилителей три — по одному для сигналов каждого из основных цветов.

Проблемы, связанные со схемами управления ЭЛТ, могут проявляться по-разному, но есть некоторые общие признаки, по которым их можно распознать. Если с экрана исчезла картинка, но растр, то это означает, что на монитор не поступают сигналы с видеоадаптера. Если внезапно в изображении стал наблюдаться недостаток (или избыток) красного, зеленого или синего цвета, то это означает, что вышел из строя либо соответствующий аналого-цифровой преобразователь (АЦП) на плате видеоадаптера, либо видеоусилитель на плате управления ЭЛТ. Если экран монитора не светится, не регулируется его яркость (как при наличии входного сигнала, так и без него) или изображение не фокусируется, то вполне вероятно, что в ЭЛТ возникло межэлектродное замыкание (пробой) в цепи одной из сеток.

Блок разверток

На плате разверток обычно располагаются генераторы вертикальной (кадровой) и го­ризонтальной (строчной) развертки, а также высоковольтные преобразователи, предна­значенные для питания анодной и сеточных цепей ЭЛТ, и вспомогательные схемы управления положением лучей на экране. В зависимости от конструкции конкретного монитора, на плате разверток может быть смонтирован источник питания или его часть, а также микроконтроллер, с помощью которого осуществляется настройка параметров изображения. Почти во всех мониторах плата разверток крепится к раме в горизонтальном положении под горловиной ЭЛТ. Иногда ее бывает довольно трудно снять, поскольку мешают ЭЛТ, отклоняющая система, а также соединительные провода, идущие от источника питания, от расположенных на лицевой панели органов управления и от трансформатора строчной развертки.

Схема кадровой развертки предназначена для формирования тока в катушках верти­кальной отклоняющей системы. Ее основой является перестраиваемый генератор, выра­батывающий колебания пилообразной формы с несколькими фиксированными частотами (как правило, 60, 70, 75 и 85 Гц, но, в принципе, набор частот может быть другим). Начало «пилы» соответствует верхней части экрана, а конец — нижней. После окончания прямого хода «пилы» формируются импульсы гашения экрана и обратного хода кадровой развертки. Период кадровой развертки обратно пропорционален частоте, но в любом случае он меньше 1/60 с.

Неисправности в схеме кадровой развертки возникают, как правило, в выходном кас­каде. Он обычно строится по двухтактной схеме на двух мощных транзисторах, и при выходе из строя одного из них верхняя или нижняя часть изображения исчезает. Если выходят из строя оба плеча выходного каскада или задающий генератор, то изображение сжимается в горизонтальную линию, расположенную посередине экрана (кадровая развертка отсутствует, а схема строчной развертки продолжает работать). Другая неприятность, часто возникающая в схеме кадровой развертки — это искажение формы пилообразного напряжения на его конечном участке. В результате нижняя часть изображения сжимается или «заворачивается» сама на себя. В последнем случае перекрываемая область выглядит белесой. Причина описанного явления — неисправность задающего генератора кадровой развертки.

Еще одним устройством, ответственным за формирование растра, является генератор строчной развертки, который предназначен для формирования тока в катушках горизонтальной отклоняющей системы. Он представляет собой перестраиваемый генератор, вырабатывающий колебания пилообразной формы в диапазоне частот примерно от 15 до 95 кГц. В таблице 1 приведены частоты кадровой и строчной развертки при различных разрешениях экрана. Генератор строчной развертки может быть собран на транзисторах, но в последнее время их чаще строят на базе специализированных интегральных схем, более стабильных на высоких частотах. Синхронизация генератора осуществляется импульсами, поступающими с видеоадаптера. В отличие от генератора кадровой развертки, генератор строчной развертки вырабатывает прямоугольные импульсы, передний фронт каждого импульса соответствует положению электронного пучка у левого края экрана. При подаче прямоугольных импульсов напряжения на строчные отклоняющие катушки (представляющие собой индуктивную нагрузку) в них формируется линейно нарастающий ток. После завершения прямого хода строчной развертки вырабатываются импульсы гашения и обратного хода. При частоте развертки 31,5 кГц период колебаний генератора составляет примерно 31,7 мкс.

Неисправности в схеме строчной развертки возникают, как правило, в выходном каскаде, поскольку именно этот узел монитора работает с наибольшей нагрузкой. При выходе из строя этого каскада (собранного на мощном полевом или биполярном транзисторе) или задающего генератора строчной развертки изображение на экране пропадает вообще, поскольку перестает вырабатываться высокое напряжение, подаваемое на анод ЭЛТ (оно формируется за счет выпрямления импульсов обратного хода). Поэтому найти неисправность в схеме строчной развертки сложнее, чем в схеме кадровой развертки.

Таблица 1 Частоты кадровой и строчной развертки

Формирователь высокого напряжения является частью схемы строчной развертки. Дело в том, что источник питания монитора вырабатывает только относительно низкие напряжения (обычно не выше 140 В). Необходимое высокое напряжение (от +15 до +30 кВ) поступает на анод ЭЛТ с выхода умножителя напряжения (выпрямителя), на который, в свою очередь, поступают высоковольтные импульсы обратного хода с вторичной обмотки устройства, называемого трансформатором строчной развертки (английское назва­ние —flyback transformer или FBT).

Источник питания

Источник питания монитора, как правило, весьма компактен и предназначен для пре­образования переменного сетевого напряжения в ряд постоянных напряжений (обычный набор — +135, +20, +12, +6,3 и +87 В), используемых для питания различных подсистем. Как уже было сказано выше, высокое напряжение в нем не вырабатывается. Сетевое напряжение поступает на плату источника питания через высокочастотный фильтр и плавкий предохранитель, которые устанавливаются обычно на основании монитора. В некоторых мониторах источник питания не выделен в отдельный узел, а смонтирован на плате разверток. Автономный источник питания обычно крепится в вертикальном положении к раме. Металлическая рама не только обеспечивает жесткость конструкции, но и играет роль экрана для радиочастотных помех, создаваемых монитором.

Настройка изображения

В течение достаточно длительного времени мониторы были чисто аналоговыми уст­ройствами с ручными регуляторами параметров изображения. С ростом размеров мониторов и их разрешающей способности у пользователей появилась потребность в настройке гораздо большего количества параметров изображения, чем это было раньше. Внедрение микроконтроллеров позволяет в больших современных мониторах регулировать с помощью расположенных на лицевой панели кнопок многие из тех параметров, для изменения которых раньше нужно было вскрывать устройство, а сама процедура их настройки была кропотливой и весьма длительной. После завершения настройки установленные параметры могут быть сохранены в запоминающем устройстве монитора. Поскольку настройки для каждого из режимов работы (с различными разрешениями экрана) выполняются и сохраняются независимо, нет необходимости перенастраивать монитор при переходе от одного режима вывода изображения к другому. При настройке изображения с помощью кнопок регулируемые параметры отображаются на экране в виде значков (пиктограмм).