Конструкция монитора Возможности вывода на экран изображений и иной информации постоянно совершенствовались по мере того, как повышалось быстродействие процессоров, росли объемы оперативной памяти и емкости жестких дисков и улучшалисьдругие параметры, определяющие производительность компьютера в целом. Хотя основные принципы работы мониторов остались неизменными, крошечные тусклые монохромные дисплеи всего за десятилетие почти полностью были вытеснены высококачественными мониторами с высоким разрешением и стабильным изображением, способными выводить цветные изображения фотографического качества (рис. 2.1). Сегодня монитор — это не просто устройство для отображения информации. Он стал настоящим окном в сложный виртуальный мир, созданный компьютерами. В этой главе описывается устройство типичных цветных мониторов, и приводятся рекомендации по их эксплуатации.
Рис. 2.1
Современный монитор с ЭЛТ (СТХ Intl., Inc.)
Конструкция монитора
Как следует из рис. 2.2, конструкция типичного монитора не столь уж сложна, хотя размеры этого устройства, если сравнивать его с портативными компьютерами или настольными системными блоками, весьма внушительны. И это не случайно — мониторы в процессе работы потребляют значительное количество энергии, большая часть которой выделяется в виде тепла. Дополнительное пространство внутри корпуса позволять избежать перегрева и выхода из строя электронных компонентов монитора, а большое количество вентиляцион ных отверстий обеспечивает лучший теплообмен с окружающей средой. Еще одна причина, по которой мониторы собираются в просторных корпусах — это необходимость защиты от высоких напряжений. Во многих мониторах в процессе работы вырабатывается напряжение свыше 30 кВ (чем больше монитор — тем выше напряжение), й обычная полимерная изолирующая оболочка кабелей в таких условиях становится весьма ненадежным средством обеспечения безопасности. Поэтому для подачи высоких напряжений на соответствующие узлы монитора (в первую очередь на анод электронно-лучевой трубки) используются специальные кабели с высоковольтной изоляцией и, кроме того, они прокладываются на большом удалении как от печатных плат, так и от крышки корпуса монитора. Благодаря этому удается избежать возникновения разрядов между кабелями высокого напряжения и схемами управления монитора (а также — что, пожалуй, более важно — телом пользователя!). Обычный монитор состоит из пяти основных узлов: корпуса, электронно-лучевой трубки (ЭЛТ), платы управления ЭЛТ, платы разверток и источника питания.
Корпус
Корпус монитора состоит из двух частей. К передней панели корпуса 3 (рис. 2.2) крепится ЭЛТ и размагничивающая катушка. Эта конструкция привинчивается к раме 12, являющейся основной несущей деталью монитора. К ней крепятся печатные платы и прочие узлы. Задняя крышка корпуса 17 играет роль защитного кожуха для всего устройства. В большинстве случаев ее можно снять, вывернув всего четыре крепежных винта 18. В некоторых мониторах обе части корпуса дополнительно скрепляются пластмассовыми защелками. Если задняя крышка почему-то не снимается, то проверьте, нет ли на ней потайной защелки или дополнительных винтов крепления в нижней части корпуса.
Сигнальный кабель g 20 Сетевой кабель
Рис. 2.2. Конструкция монитора на примере модели VG200 (Tandy)
Электронно-лучевая трубка
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 (рис. 2.3) и монохромной ЭЛТ аналогичны: испускаемые нагретыми катодами электроны под воздействием высокой разности потенциалов фокусируются в пучки, ускоряются и направляются к экрану, покрытому люминофором. У цветной ЭЛТ 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 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 промоделированные 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 (рис. 2.4). Отметим, что на рисунке расстояние между теневой маской и слоем люминофора преувеличено. Зерна красного, зеленого и синего люминофоров расположены таким образом, что соответствующие электронные пучки попадают только нате зерна триад, для которых они предназначены. Эти зерна находятся настолько близко друг к другу, что каждая триада выглядит как единая точка (элемент изображения). Размагничиваюшая катушка (рис. 2.2), устанавливаемая непосредственно перед экраном ЭЛТ, предназначена для снятия остаточной намагниченности теневой маски. В момент включения монитора по ней протекает переменный ток с затухающей амплитудой.
Рис. 2.4
Взаимное расположение теневой маски и слоя люминофора (масштаб не соблюден)
В цветных ЭЛТ необходимо очень точно управлять электронными пучками. Поскольку зерна люминофора расположены триадами, очень важно обеспечить попадание каждого электронного пучка только на предназначенное для него зерно (а не на соседнее, другого цвета). 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.
Плата управления ЭЛТ
Плата управления ЭЛТ (поз. 31 на рис. 2.2) 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 поступаете видеоадаптера) до уровня 30 В (управляющее напряжение, подаваемое на катоды). В цветных мониторах таких видеоусилителей три — по одному для сигналов каждого из основных цветов. При осмотре монитора (после отключения питания и снятия остаточного заряда с ЭЛТ) вы должны убедиться в том, что плата управления надежно и без перекосов закреплена на трубке.
Проблемы, связанные со схемами управления ЭЛТ, могут проявляться по-разному, но есть некоторые общие признаки, по которым их легко распознать. Если с экрана исчезла картинка, но растр формируется (убедиться в его существовании можно по слабому свечению экрана, заметному при выведении регулятора яркости на максимум), то это означает, что, скорее всего, на монитор не поступают сигналы с видеоадаптера. Если в изображении внезапно 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. Подключите к компьютеру заведомо исправный монитор. Если на нем появится нормальное изображение, то это означает, что выходные сигналы видеоадаптера формируются правильно, и неисправность надо искать в мониторе. Если на заведомо исправном мониторе изображение по-прежнему искажено, то можно предположить, что вышел из строя видеоадаптер компьютера. 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.
Плата 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 иа 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, 73 и 83 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 влюбом 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 может сжаться в горизонтальную линию, расположенную посередине экрана (кадровая развертка отсутствует, а схема строчной развертки продолжает работать). В большинстве мониторов во избежание выгорания люминофора в подобных ситуациях блокируется работа генератора строчной развертки. В результате прекращается подача высокого напряжения на анод трубки и экран просто гаснет. 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 от 15 до 95 кГц. Столь широкий диапазон частот необходим потому, что существует множество типов видеоадаптеров и режимов их работы. Например, при работе в классическом режиме CGA (Color Graphics Adapter — цветной фафический адаптер) частота развертки составляет 15,75 кГц, а в режиме с высоким разрешением (1600x1200 точек) она повышается до 93,7 кГц. В табл. 2.1 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 интефальных 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 нафузку) в них формируется линейно нарастающий ток. После завершения прямого хода строчной развертки вырабатываются им пульсы 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 нафузкой. 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.
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 (обычно это: +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.
Если прочитаная статья из нашей обширной энциклопедия компьютера - "Конструкция монитора компьютера", оказалась полезной или интересной, Вы можете поставить закладку в социальной сети или в своём блоге на данную страницу:
Так же Вы можете задать вопрос по статье через форму обратной связи, в сообщение обязательно указывайте название или ссылку на статью!
Обсудить статью на форуме