что такое crt монитор
Crt (элт) монитор: конструкция, принцип работы, плюсы и минусы
Что такое ЭЛТ монитор?
ЭЛТ (CRT) монитор — устройство, которое создано для отображения различной информации (графика, видео, текст, фото). Картинка CRT (Cathode Ray Tube) монитора формируется благодаря специальной электро-лучевой трубки, которая является основным компонентом данного прибора. Как правило, подобные мониторы используются для вывода изображения с компьютеров, выступая в качестве дисплея.
Краткая история появления CRT мониторов
Прародителем CRT-мониторов можно считать Фердинанда Брауна, который в 1897 году, который разработал основополагающий принцип формирования изображения благодаря электронно-лучевой трубке. Этот немецкий ученый очень много уделял времени исследованиям, которые связаны с катодными лучами. 
С самого начала трубка Брауна (ЭЛТ) применялась в качестве осциллографа, чтобы экспериментировать с электрическими колебаниями. Она представляла собой стеклянную трубку с электромагнитом, который находился с внешней стороны. Хоть Браун и не патентовал свое уникальное изобретение, но именно оно стало мощным толчком для создания ЭЛТ-мониторов. Первые серийные телевизоры с электро-лучевыми трубками появились в 1930-х годах. При этом именно ЭЛТ-мониторы стали применяться уже в 1940-х годах. В дальнейшем технология постоянно дорабатывалась, а черно-белая картинка была заменена на высококачественное цветное изображение.
Конструкция ЭЛТ монитора
Если рассматривать характеристики ЭЛТ мониторов, то их основных звеном является электро-лучевая трубка. Это самый важный элемент, который еще называется кинескопом. Присутствуют отклоняющие и фокусирующие катушки, направляющие лучи электронов. Стоит отметить теневую маску и внутренний магнитный экран, через которые проходят лучи, чтобы отобразить картинку.
Каждый CRT монитор обладает хомутом с монтажным креплениями для надежной защиты внутренней конструкции. Имеется и люминофорное покрытие, которое и создает необходимые цвета. Не обошлось и без стекла, ведь именно его пользователь постоянно видит перед собой.
Принцип работы ЭЛТ монитора
Герметичная электро-лучевая трубка реализована из стекла. Внутри нее абсолютно нет воздуха. Горловина трубки является не только длинной, но и достаточно узкой. Другая ее часть называется экраном, а также имеет широкую форму. Стеклянная трубка спереди покрывается люминофором (смесь редких металлов). При помощи электронной пушки создается изображение. Именно из нее электроны начинают свой стремительный путь к поверхности дисплея, минуя теневую маску. Так как луч должен попасть на всю экранную поверхность, то он начинает отклоняться в плане плоскости.
Поэтому движение луча электронов может быть вертикальным или горизонтальным. Когда же электроны попадают на слой люминофоров, то их энергия трансформируется в свет. Благодаря этому мы видим различные цветовые оттенки.
Так происходит формирование изображения в ЭЛТ мониторах. Причем человеческий глаз способен четко распознавать красный, зеленый и синий цвет. Все остальное — комбинация данных цветов между собой. По этой причине CRT мониторы последнего поколения оснащаются тремя электронными пушками, каждая из которых излучает определенный свет.
Настройки ЭЛТ монитора
Когда пользователи приобретают новый дисплей, то часто задаются вопросом, а как настроить ЭЛТ монитор максимально правильно? Конечно же, можно воспользоваться профессиональными калибраторами. Но для этого нужно быть настоящим специалистом, чтобы данное оборудование принесло необходимый эффект. Либо же можно воспользоваться услугами соответствующих мастеров, которые приедут к вам с калибратором для качественной настройки монитора.
Существует куда более дешевый и простой вариант в виде ручной корректировки изображения. Практически каждый монитор обладает соответствующим меню настроек, которые можно изменять.
Достоинства и недостатки ЭЛТ мониторов
Основные достоинства CRT монитора:
Основные недостатки CRT монитора:
Чем опасны ЭЛТ мониторы, так это своим вредным электро-лучевым излучением. Оно создает мощное электромагнитное поле, которое негативно влияет на здоровье. Крайне не рекомендуется находиться сзади такого экрана, ведь вредное поле распространяется назад на полутораметровое расстояние. Также необходимо правильно утилизировать подобные мониторы, чтобы оксид свинца и другие вредные вещества не портили окружающую среду.
Где применяются ЭЛТ мониторы?
CRT мониторы практически всегда используются в связке с системным блоком. Их основная задача состоит в выводе на экран текстовой и графической информации, которая поступает от компьютерного устройства. Они зачастую применяются в домашних условиях, а также их можно встретить в офисах и кабинетах. Такие дисплеи используются в самых разных сферах жизнедеятельности. На данный момент они активно вытесняются ЖК-мониторами.
Сравнение ЭЛТ и ЖК мониторов
К сожалению, эра ЭЛТ мониторов постепенно близится к концу. Их вытесняют более совершенные и прогрессивные жидкокристаллические дисплеи, которые занимают на наших столах гораздо меньше свободного места.
Вот чем отличаются между собой ЭЛТ и ЖК мониторы:
Энергопотребление. ЖК экраны потребляют меньше энергии, нежели это делают CRT мониторы.
Частота обновления. Если ЖК мониторы имеют стабильную и безопасную частоту обновления экрана, то мониторы с электро-лучевой трубкой позволяют выбирать частоту кадровой развертки в меньшую или большую сторону.
Безопасность. Здесь выигрывают ЖК модели, так как выделяют гораздо меньше вредного излучения.
Качество изображения. ЭЛТ мониторы более точно передают натуральные цвета, а также могут похвастаться глубокими оттенками черного.
Углы обзора. С углами обзора лучше обстоят дела у CRT экранов. При этом некоторые дорогие ЖК-матрицы стараются нивелировать отставание.
Время отклика. Одной из самых известных проблем ЖК мониторов является медленное время отклика. Тут преимущество на стороне CRT дисплеев.
Габариты. ЖК мониторы обладают компактными физическими размерами, что нельзя сказать об аналогичных устройствах с CRT-технологией. Особенно разница заметна в плане толщины.
Диагональ. Сейчас жидкокристаллические дисплеи получают самые разные диагонали, доходя до 37 дюймов и более. В этом плане ЭЛТ-варианты предлагают более ограниченные решения до 21 дюйма.
Хоть ЭЛТ мониторы и можно назвать устаревшими, но они до сих пор могут порадовать пользователя высококачественной картинкой, быстрым откликом и другими немаловажными преимуществами.
ЭЛТ-мониторы. С самого начала. Без белых пятен
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 (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 P2O5, и ссвечение длится очень недолго (кстати, белый фосфор — сильный яд).
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.
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.
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.
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.
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
Есть еще один вид трубок, в которых используется Aperture Grille (апертурная решетка). Эти трубки стали известны под именем Trinitron и впервые были представлены на рынке компанией Sony в 1982 году. В трубках с апертурной решеткой применяется оригинальная технология, где имеется три лучевые пушки, три катода и три модулятора, но при этом имеется одна общая фокусировка (см. рис. 9).
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.
Почему 20-летний CRT-монитор лучше современного 4K LCD-дисплея?
Есть и ещё один вариант. Можно рискнуть, отправиться на eBay и потратить похожую сумму на CRT-монитор, выпущенный два десятка лет назад.
Последний вариант, на первый взгляд, может показаться противоречащим здравому смыслу. Но, на самом деле, не всё так просто. В кругах любителей компьютерных игр есть люди, которые уверены в том, что мониторы с электронно-лучевой трубкой отлично подходят для игр. Такие мониторы, по мнению этих людей, быстрее реагируют на действия игрока, а изображение на них смазывается меньше, чем на LCD-дисплеях. Этих людей совершенно не пугает то, что старые мониторы, в сравнении с новыми, имеют более низкое разрешение, меньшие размеры экранов, то, что они занимают очень много места на рабочем столе. Спор приверженцев CRT и LCD идёт уже много лет. Но недавно к этой теме было привлечено внимание проекта Digital Foundry, выпустившего видео о сильных сторонах CRT-мониторов.
Создатели современных дорогих игровых LCD-мониторов очень стараются вновь достичь того, что уже достигнуто CRT-мониторами. Это — низкая задержка вывода, высокие частоты обновления экрана, мгновенная реакция на действия пользователя. Но, как бы хороши ни были многие из этих новых дисплеев, ни один из них, даже самый лучший, не способен, в сфере компьютерных игр, обойти хороший старомодный CRT-монитор.
Взамен тот, кто купил ЭЛТ-монитор, получит практически незаметную задержку вывода, отсутствие размытия движущихся объектов и, возможно, приятное чувство того, что спас престарелый монитор от кладбища электронных отходов. Пожалуй, PC-геймеры уже бывали в ситуациях, когда получали за свои деньги меньше, чем всё то, что способен дать хороший CRT-монитор.
Сильные стороны CRT-гейминга
Экран CRT-монитора покрыт миллионами люминофорных точек. Каждый пиксель, формируемый монитором, состоит из трёх цветных точек — красной, зелёной и синей. Для того чтобы точки, из которых состоят пиксели, испускали свет, то есть — фотоны, по ним проходятся потоком электронов, выходящим из электронной пушки. Чем интенсивнее поток электронов — тем ярче изображение.
На самом деле, если серьёзно разбираться с технологией формирования изображений на CRT-мониторах, то тут много о чём можно поразмыслить, но если выделить из всего этого то, что интересует нас больше всего, то окажется, что люминофор мгновенно испускает фотоны под воздействием электронов. В CRT-мониторах, конечно, происходят процессы, способные вызывать задержки вывода изображения. Например, определённое время нужно на буферизацию кадра, и на то, чтобы электронный луч прошёлся бы по внутренней поверхности экрана сверху донизу. Но эти задержки измеряются милисекундами. Поэтому, когда игрок нажимает на клавишу мыши или клавиатуры, результат его действий мгновенно виден на экране.
Бэрри Янг, который уже давно занимается изучением CRT-дисплеев и является CEO в OLED Association, называет это «таинством люминофора». «Люминофор, когда на него попадает электрон, мгновенно испускает фотон», — говорит Бэрри Янг.
А вот LCD-дисплеи, если сравнить принципы их работы с превращением электронов в фотоны, вынуждены физически перемещать жидкие кристаллы, что требует гораздо большего времени и приводит к задержке вывода. Кроме того, из-за этого движущиеся объекты выглядят смазанными.
Реймонд Сонейра, президент компании DisplayMate, занимающейся исследованием дисплеев, обнаружил, что подобный недостаток характерен даже для мониторов, частота обновления экранов которых выше, чем обычные 60 Гц. Это может объяснить слова Джона Линнемана из Digital Foundry, говорящего о том, что работать с CRT-монитором гораздо приятнее, чем даже с лучшими представителями LCD-мониторов.
«Проблема тут в том, что мы сравниваем процесс превращения электрона в фотон и физические изменения в жидких кристаллах», — говорит Бэрри Янг. «Чем быстрее изображение движется по экрану — тем тяжелее LCD-дисплею успевать за этим движением», — продолжает он.
Справедливости ради стоит отметить, что производители LCD-дисплеев сделали очень многое для того чтобы закрыть разрыв между LCD- и CRT-мониторами. Бэрри Янг указывает на то, что жидкие кристаллы, используемые в современных мониторах, движутся быстрее, чем раньше, и на то, что задержки и размытие изображений можно уменьшить путём буферизации дополнительных кадров, или путём вставки в видеопоток особых, специально сгенерированных кадров.
Он, как CEO OLED Association, также утверждает, что OLED-дисплеи дают такое же время отклика, что и CRT-мониторы, так как в них тоже используется эффект превращения электронов в фотоны, но эффект этот достигается благодаря воздействию электрического тока на органические соединения. Собственно, поэтому аббревиатура OLED и расшифровывается как Organic Light Emitting Diode (органический светодиод).
Бэрри Янг говорит, что между OLED-дисплеями и CRT-мониторами нет никакой разницы.
Поиск святого Грааля CRT-мониторов
Если вы уверились в том, что CRT-монитор — это именно то, что нужно для компьютерных игр, вам ещё надо будет немало постараться для того чтобы найти хороший монитор.
Главное достоинство GDM-FW900, по словам Тейлора, заключается в том, что этот монитор имеет соотношение сторон экрана 16:10. То есть — его экран гораздо шире, чем у большинства CRT-мониторов, у которых соотношение сторон экрана обычно составляет 4:3. Хотя в современных LCD-мониторах чаще встречается соотношение сторон экрана 16:9, большинство игр поддерживают соотношение 16:10, а значит — способны заполнить весь экран FW900. Максимальное разрешение, поддерживаемое этим монитором, составляет 2304×1440 при частоте обновления экрана в 80 Гц. Это очень хорошо даже по современным стандартам. А если снизить разрешение в два раза, то монитор способен выдавать частоту обновления экрана в 160 Гц, что очень хорошо влияет на плавность отображения движущихся объектов.
Тейлор говорит, что этот монитор способен творить удивительные вещи и при этом подходит для работы с современными приложениями, так как имеет соотношение сторон экрана 16:10.
По словам Тейлора, мониторы, идентичные FW900, производились другими компаниями и имели другие названия. Среди них — HP A7217A, SGI GDM-FW9011 и Sun GDM-FW9010. Но найти их так же сложно, как и FW900. Существует и несколько мониторов с соотношением сторон экрана 16:9. Это, например, InterView 28HD96 (знаменитый тем, что Джон Кармак работал за ним во время создания Quake) и 24HD96, но встречаются они ещё реже.
Если вам всё же удастся найти такой монитор, то вам понадобится ещё и видеокарта, поддерживающая аналоговый выход. Например — Nvidia 900 серии или AMD 300 серии. В качестве альтернативного решения может выступить цифро-аналоговый конвертер видеосигнала. Покупая старый монитор нужно быть готовым к тому, что долго он не прослужит. По мере того, как люминофор в электронно-лучевой трубке стареет, он теряет свои свойства. И это — далеко не единственная неприятность, которая может случиться с CRT-монитором. Ремонт такого монитора может оказаться сложным и опасным делом, говорит Тейлор, а мастерские по ремонту таких устройств практически полностью исчезли.
По словам Тейлора, CRT-монитор — это такой прибор, которым нельзя пользоваться вечно. Это понимают те, кто ищет такие мониторы, так как это — очень старые устройства, сильно подверженные разного рода проблемам и нуждающиеся в обслуживании.
Но лучше, чтобы эти CRT-мониторы попали бы к людям, которые хотят на них играть, а не лежали бы кучами на специальных складах, ожидая переработки, которая никогда не начнётся.
«Не существует механизмов, по меньшей мере, в США, направленных на переработку подобной техники. Поэтому я очень рад тому, что люди пользуются CRT-мониторами, экспериментируют с ними. Это — куда лучше, чем если бы такие мониторы превратились бы в куски стекла и металла, разбросанные по улицам», — говорит Тейлор. По его словам, в использовании таких мониторов есть некий налёт элитарности, стремления к чему-то «самому лучшему». Но он считает, что по-настоящему важно то, что люди пользуются такими мониторами, и то, что людям это нравится.