Электронно-лучевые мониторы

Дисплей (монитор) является наиболее популярным устройством вывода информации. Существуют монохромные (черно-белые) и цветные дисплеи. Вначале рассмотрим принцип действия черно-белых мониторов.

Основным узлом дисплея является электронно-лучевая трубка (ЭЛТ). Порой для обозначения ЭЛТ используют аббревиатуру CRT — Cathode Ray Tube. Одна из возможных конструкций ЭЛТ показана на рисунке.

Экран

Растр

Поток электронов

Колба

Вертикальные отклоняющие пластины

Горизонтальные отклоняющие пластины

Анод

Модулятор

Катод

Перечислим основные детали, из которых состоит ЭЛТ: катод, анод, модулятор, горизонтальные отклоняющие пластины, вертикальные отклоняющие пластины, экран, колба.

Катод, анод и модулятор образуют электронный прожектор, который иногда называют электронной пушкой. Горизонтальные и вертикальные отклоняющие пластины образуют отклоняющую систему. Такая отклоняющая система называется электростатической. Существуют магнитные отклоняющие системы, в которых для изменения траектории движения электронного потока вместо пластин используют катушки.

В ЭЛТ используется поток электронов, сфокусированных в узкий пучок, управляемый по интенсивности и по положению в пространстве и взаимодействующий с экраном трубки. Электронный пучок испускается электронным прожектором (точнее, катодом), а изменение положения пучка на экране производится отклоняющей системой.

Перемещение электронного луча по экрану ЭЛТ в соответствии с определенным законом называется разверткой, а рисунок, прочерченный следом пучка электронов на экране, — растром. Развертка осуществляется подачей на отклоняющую систему ЭЛТ периодически изменяющихся напряжений. В ходе развертки электронный пучок последовательно обегает по строчкам поверхность экрана ЭЛТ.

В процессе формирования растра поток электронов движется по зигзагообразной траектории от левого верхнего угла экрана к нижнему правому углу. На рисунке сплошными линиями показан растр, пунктирными линиями — траектория движения электронного луча, на которой он «гасится» (делается невидимым).

8

7

6

5

4

3

2

1

Экран покрыт люминофором, поэтому в местах падения электронного пучка появляется свечение, яркость которого пропорциональна интенсивности пучка. Интенсивность потока электронов изменяется в соответствии с сигналами, подаваемыми на управляющий электрод — модулятор. Именно эти сигналы формируют необходимое изображение на экране дисплея.

На рисунке показано в большом масштабе изображение буквы «И». В данном случае для изображения буквы потребовалось восемь строк растра. На следующем рисунке показаны временные диаграммы для управляющих сигналов, подаваемых на модулятор. Высокий потенциал соответствует белым участкам экрана, низкий – черным.

С помощью отклоняющей системы модулированный пучок электронов развертывается в растр, высвечивая на экране строку за строкой, воспроизводя таким образом изображение кадр за кадром. Благодаря инерционности зрения человек видит на экране слитное, часто динамическое, изображение.

Любое изображение на экране монитора состоит из множества дискретных точек, называемых пикселями (pixel — picture element).

Дисплей взаимодействует со своим адаптером, который может также называться видеокартой, видеоадаптером или контроллером. Дисплей и адаптер очень тесно связаны между собой и совместно определяют качество изображения — разрешение, количество воспроизводимых цветов, скорость регенерации (число кадров в единицу времени).

Разрешение зависит от размеров экрана и минимального элемента изображения (так называемого «зерна», равного для лучших мониторов 0,24—0,28 мм). Для 14-дюймовых мониторов разрешение обычно не более 800 600 элементарных точек (пикселей), для 15-дюймовых — 1024 768, для 21-дюймовых — 1280 1024 точек.

Способность адаптера выводить на экран монитора изображение с заданным разрешением и глубиной цвета (т. е. числом цветовых оттенков) определяется объемом установленной оперативной памяти на плате адаптера. Для отображения 16,7 миллиона оттенков цветов (24 бита на пиксель) нужно установить в адаптер не менее 1,37 Мбайт памяти при разрешении 800 600 элементарных точек, 3,75 Мбайт при разрешении 1280 1024 и 5,49 Мбайт при разрешении 1600 1200.

Для комфортного восприятия изображения, без утомляющего зрения мерцания, нужны достаточно высокие частоты кадровой развертки (рекомендуется не менее 85 Гц).

Принцип работы цветного монитора сходен с принципом действия монохромного монитора, однако конструкция цветного монитора существенно сложнее. Цветной дисплей содержит три электронные пушки с отдельными схемами управления. Экран выполняется в виде мозаичной структуры (прямоугольной матрицы), состоящей из зерен люминофора трех цветов свечения: красного (Red), зеленого (Green) и синего (Blue). Зерна расположены тройками (триадами) так, чтобы электроны каждой из трех пушек попадали только на зерна «своего» цвета. Для обеспечения этого на пути движения электронов устанавливают маски.

Принцип действия цветного дисплея базируется на физиологической особенности зрения человека. Так, при одинаковой интенсивности свечения трех разноцветных маленьких соседних зерен этот участок экрана воспринимается как белая точка. Свечение соседних красного и зеленого зерен воспринимается как желтая точка, а свечение синего и зеленого зерен дает голубую точку и т. д. Изменяя интенсивность свечения трех основных цветов (RGB), можно получить любой цвет или оттенок. Такой способ получения любых цветов является одной из систем цветопередачи и назван RGB-системой (по первым буквам соответствующих английских слов).