Процессор это элемент матрицы дисплея формирующий изображение
Каждый день мы смотрим на наши телефоны, в экраны компьютеров, умных часов. Мы видим цветное изображение, сформированное с помощью жидких кристаллов, однако, не задумываемся, как работают жидкие кристаллы и ЖК-экраны наших устройств, и почему они так называются.
Капля теории. Жидкий кристалл
Жидкий кристалл – вещество, способное сохранять свойства текучести и твердого кристалла, и способно находиться в каплевидном состоянии.
Мыльный пузырь – самый простой пример, содержащий смектические жидкие кристаллы. Свойство жидких кристаллов известно человечеству с 1888 года
Мыльный пузырь – самый простой пример, содержащий смектические жидкие кристаллы. Свойство жидких кристаллов известно человечеству с 1888 года
Жидких кристаллов несколько видов, каждый имеет собственные характерные свойства.
Жидкий кристалл состоит из упорядоченного в кристаллический порядок массива молекул вытянутой формы, сохраняющих подвижность , и похож на вязкую жидкость.
При этом, молекулы меняют свое положение относительно друг-друга при воздействии , например, электрического поля .
Здесь и происходит та самая "техномагия", благодаря которому мы можем столь широко пользоваться ЖК-дисплеями. Но нам понадобится еще один важный элемент.
Поляризованный свет
Из школьного курса физики мы помним, что такое поляризованный свет – это свет, упорядоченный в пространстве в одной плоскости , например, специальным фильтром, отсекающим свет в ненужных направлениях.
Демонстрация блокирования света поляризационными фильтрами: первый фильтр пропускает вертикальный пучок, второй, при повороте горизонтально, уже не пропускает свет
Демонстрация блокирования света поляризационными фильтрами: первый фильтр пропускает вертикальный пучок, второй, при повороте горизонтально, уже не пропускает свет
В матрице ЖК дисплея все происходит по такому же принципу, ведь второй основой ЖК-матрицы являются 2 поляризационных фильтра, с поляризацией в 90 градусов относительно друг друга!
Например, в TN и TN-film матрицах используются нематические (нитевидные) кристаллические структуры ( T wisted N ematic). Молекулы выстроены в ряд друг за другом, как решетка в заборе, и закручены на 90 градусов в спираль. По умолчанию, эти кристаллы проводят свет сквозь свою структуру между поляризованными пластинами экрана и "поворачивают" его, для прохождения во вторую поляризационную пластину. В итоге, точка на экране подсвечивается .
Крайние молекулы тела жидкого кристалла упорядочиваются в специальных директорах (бороздках) на поляризаторах
Крайние молекулы тела жидкого кристалла упорядочиваются в специальных директорах (бороздках) на поляризаторах
Но когда через кристалл проходит электрическое поле, кристаллы поворачиваются – сжимаются в спирали на определенный уровень , теряют нужную упорядоченность и блокируют прохождение света – кристалл становится непрозрачным, а субпикель - темным .
Вся матрица дисплея состоит из множества субпикселей (их может быть несколько миллионов), каждый из которых управляется парой отдельных электродов на сетке из прозрачных тонкопленочных транзисторов .
От их названия происходит аббревиатура TFT – Thin Film Transistor и часто можно встретить наименование типа экрана как LCD (Liquid Crystal Display) TFT – что будет верно, как для TN , так и для других технологий ЖК-матриц.
Один пиксель содержит в себе 3 субпикселя красного, зеленого или синего цвета (RGB) , образованных с помощью цветовых фильтров. Их подсветка в определенном порядке дает пикселю конкретный цвет , а тонкое изменение напряжения субпикселя может дать оттенок – полное, неполное или отсутствие прохождения поляризованного света через тело жидкого кристалла.
Все вместе эти пиксели формируют изображение на экране.
Такой принцип работы у самого простого и популярного типа ЖК-дисплеев TN и TN-film. Впервые матрица TN была представлена еще в 1973 году и с тех пор получила ряд серьезных улучшений, благодаря которой технология еще не утратила своей актуальности.
А в одной из следующих статей мы также рассмотрим другие матрицы экранов и их преимущества, такие, как IPS, VA, OLED и сравним их с TN .
Интересно почитать:
Вы можете поставить лайк, и сделать репост, если статья была Вам интересна – это очень помогает в развитии канала.
Подписывайтесь на канал, чтобы не пропустить следующие публикации.
Мнение автора является его личным оценочным суждением. Автор не призывает никого следовать его примерам и пользоваться его советами или рекомендациями.
Прежде, чем стать изображением на мониторе, двоичные цифровые данные обрабатываются центральным процессором, затем через шину данных направляются в видеоадаптер, где они обрабатываются и преобразуются в аналоговые данные и уже после этого направляются в монитор и формируют изображение (рис. 4).
Рисунок 4 - Смеха структуры формирования изображения
Следует подробно рассмотреть состав видеоадаптера (видеокарты) более подробно.
Функционально видеокарта состоит из нескольких блоков:
с Графический процессор
с Цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП)
Также как и центральный процессор, графический процессор является "мозгом" для видеоадаптера и является самой важной частью видеокарты. Главной задачей графического процессора является обработка изображения, выводимого на экран монитора, освобождая от этой обязанности центральный процессор. Именно он является основой графической платы и от него зависит быстродействие устройства.
Видеоконтроллер
Видеоконтроллер отвечает за формирование изображения в видеопамяти, даёт команды RAMDAC на формирование сигналов развёртки для монитора и осуществляет обработку запросов центрального процессора. Существуют контроллеры внешних (PCI или AGP), внутренних шин данных, а также контроллер видеопамяти. Ширина внутренней шины и шины видеопамяти обычно больше, чем внешней (64, 128 или 256 разрядов против 16 или 32). Современные графические видеокарты обычно имеют несколько видеоконтроллеров, работающими независимо друг от друга. Основными производителями таких видеокарт являются компании ATI и nVidia.
Видеопамять
Видеопамять это промежуточная память, в котором храниться информация об изображении, генерируемая процессором, которая в последствии выводится на экран монитора.
Важную роль в повышении производительности видеоадаптера играют характеристики видеопамяти, определяемые ее типом, частотой работы, величиной задержек, шириной шины памяти. Центральный процессор компьютера направляет данные в видеопамять, а графический процессор видеокарты считывает оттуда информацию. Кроме того, в видеопамяти хранится кадровый буфер и промежуточные данные, потребные графическому процессору.
Цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП)
Графический процессор, получив информацию об изображении из видеопамяти, обрабатывает ее и передает либо в цифро-аналоговый преобразователь (RAMDAC) для вывода на аналоговый монитор, либо в микросхему формирования цифрового сигнала TMDS для вывода на цифровой монитор. Аппаратная структура RAMDAC практически описана в его названии, где RAM - это Random Access Memory (память с произвольной выборкой), а DAC - Digital to Analog Converter (цифро-аналоговый преобразователь). Память в модулях RAMDAC построена на статических элементах, поэтому по быстродействию примерно соответствует кэш-памяти процессоров.
ПЗУ - Постоянно-запоминающее устройство, память в которую записывается видео-BIOS. Видеоконтроллер не использует ПЗУ напрямую, к нему обращается только центральный процессор. Хранящийся в ПЗУ видео-BIOS используется системой в качестве инициализации работы видеокарты до загрузки операционной системы, а также содержит системные данные, которые читаются и интерпретируются видеодрайвером в процессе работы.
Видеодрайвер
Видеодрайвер это своего рода язык, с помощью которого устройство общается с компьютером. Видеодрайвер выполняет функции интерфейса между системой с запущенными в ней приложениями и видеокартой. Так же как и видео-BIOS, видеодрайвер организует и программно контролирует работу всех частей видеоадаптера через специальные регистры управления, доступ к которым происходит через соответствующую шину.
Если в общем охарактеризовать работу видеокарты, то ее суть заключается в том, чтобы принять двоичную информацию об изображении от центрального процессора, считать ее, преобразовать цифровой сигнал в аналоговый вид (т. е. к уровню микросхем) и передать его на дисплей.
Теперь подробнее о том, как аналоговый сигнал, дойдя до дисплея (в нашем случае ЖК-монитор) формирует изображение на нем.
Физическая природа жидких кристаллов достаточно сложна и поэтому управление ими не отличается особой простотой. Многие люди слышали, что в составе LCD-панели имеются строчные и столбцовые драйверы, и что именно они обеспечивают управление конкретными ячейками, путем выбора строки и столбца. И если глубоко не задумываться о принципах работы ЖК-ячеек, то все кажется очень простым - выбрали строку, выбрали столбец и все - получили светящуюся точку. На самом же деле существует множество различных нюансов при управлении LCD-матрицей, которые и накладывают отпечаток на построение и на функционирование TFT-панели.
Рисунок 5 - Активная матрица на TFT(тонкопленочных) - транзисторах (содержит по транзистору для каждого пикселя на экране.
При адресации жидкокристаллической (ЖК) ячейки, т. е. при выборе ее строки и столбца, в обязательном порядке используются напряжения различной полярности. То есть, другими словами, питание ЖК-ячейки осуществляется в разные моменты времени то положительным, то отрицательным напряжением. Поэтому иногда в литературе можно встретить ссылки на то, что ЖК-ячейки управляются переменным напряжением. Все это делается это для того, чтоб избежать явлений гидролиза и диссоциации сложных органических соединений, из которых состоит жидкокристаллический материал.
ЖК-материал, использующийся в современных TFT матрицах, представляет собой не какое-то однородное соединение, а является композитным материалом, состоящим из нескольких компонентов, каждый из которых обеспечивает соответствующее свойство материала (вязкость, дипольный момент, ориентацию доменов, температурные и электромагнитные свойства и т. д.). Если через этот материал будет протекать постоянный ток, то сложный композитный материал начинает распадаться на отдельные составляющие компоненты, что приводит к потере свойств ЖК-ячейками. Всего этого можно избежать, если полярность напряжения, приложенного к электродам ЖК-ячейки, будет периодически меняться, т. е. если ток, протекающий через ячейку, будет переменным.
Смена полярности может производиться по различным алгоритмам и с различной периодичностью, например:
с частотой кадровой развертки;
с частотой строчной развертки;
с программируемой периодичностью от 1 до 20 периодов строчной развертки.
Необходимость смены полярности напряжений, приложенных к электродам адресации ЖК-ячеек, приводит к усложнению схемы управления LCD-матрицы, и в первую очередь к усложнению архитектуры столбцовых драйверов панели. Современные микросхемы управления LCD-матрицей зачастую позволяют программировать период смены полярности в диапазоне от 1 до 20 периодов выборки строки.
Как правило, в спецификациях на LCD-панели и на LCD-индикаторы оговаривается допустимый уровень постоянной составляющей в сигнале управления элементами изображения. Превышение этого значения способно вывести из строя ЖК-панель.
Для LCD-матриц с активной адресацией, к которым относятся все современные TFT-дисплеи, преимущественно используются три способа смены полярности управляющих напряжений:
Принципы смены полярности для каждого из этих способов представлены на рис. 6
Рисунок 6 - Принципы смены полярности
Формирование напряжения, прикладываемого к ЖК-ячейкам, является функцией столбцового драйвера. Хотя если быть более корректным, то столбцовый драйвер является лишь коммутатором напряжений, сформированных схемой опорных напряжений, которая также входит в состав LCD-панели. На рисунке 7 показана упрощенная схема управления каждым транзистором LCD-панели, а, соответственно, и каждым пикселем.
Цифровое изображение — массив данных, полученный путем дискретизации (аналого-цифрового преобразования) оригинала. Будучи закодированным с помощью особого алгоритма и записанным на носитель, этот массив данных становится файлом.
В современном процессе полиграфического производства все иллюстрации и элементы оформления представлены цифровыми изображениями различных типов. Цифровые изображения по способу дискретизации оригинала подразделяются на растровые, векторные и смешанного типа.
К растровым изображениям относятся двухмерные массивы данных (матрицы пикселей), каждый элемент которых представляет участок оригинала с усредненным цветовым показателем.
Основные характеристики растрового изображения — размер и глубина цвета.
Размер изображения в пикселях — это количество строк и столбцов матрицы, использующихся для хранения изображения. Глубина цвета — это характеристика, определяющая качество воспроизведения цвета, количество оттенков, которые могут отображать элементы матрицы пикселей. В интернет-изданиях для оформления сайтов могут использоваться изображения, глубина цвета которых составляет 4, 2, даже 1 бит, и этого бывает достаточно для воспроизведения технической графики (черно-белых схем, диаграмм и т.д.).
Основной недостаток растровых цифровых изображений — невозможность их масштабирования без потери качества.
Растровые изображения используются во всех случаях, когда необходимо воспроизвести аналоговый оригинал, будь то фотография, рисунок, сложный элемент оформления, который нерационально переводить в векторы.
Вторым видом цифровых изображений являются векторные изображения.
Наименьшими элементами векторного изображения являются вектор и кривая Безье. Вектор в компьютерной графике — это отрезок, соединяющий две точки с заданными координатами.
Основное достоинство векторного изображения — это возможность масштабирования без потери качества, сравнительно небольшой размер файлов, их содержащих. Главный недостаток векторных изображений — это то, что они почти всегда воспроизводят оригинал в упрощенном виде.
Цифровые изображения смешанного типа представляют собой массивы данных, содержащие информацию как в виде матрицы пикселей, так и в виде описания векторов, кривых Безье, примитивов и текстовых блоков.
В основе вертикальной структуры векторно-растровых изображений лежит понятие слоя. Слой — это область данных, содержащая информацию об отдельном элементе вертикальной структуры изображения.
Изображения смешанного типа сочетают в себе достоинства и недостатки тех типов изображений, которые присутствуют в них в виде элементов (слоев).Также следует отметить, что современные графические редакторы позволяют создавать многостраничные изображения.
Основным достоинством изображений смешанного типа является возможность свободного редактирования каждого слоя отдельно, а основным недостатком — большой объем массива данных и, соответственно, конечного файла.
Наиболее употребительными форматами хранения и формирования компьютерных изображений являются: векторное и растровое.
51. Современные графические редакторы. Классификация цветовых моделей.
К современным графическим редакторам относятся:
- редактор векторной графики- CorelDraw;
- редактор анимированной векторной графики-Macromedia Flash
- редактор растровой графики-Adobe Photoshop
Цветовой моделью называют способ предоставления информации о цвете. Это свойство изображений распространяется не только на растровые изображения но и на векторные. В этом разделе рассматриваются модели CMYK, RGB, Lab, Graysсale, Bitmap и Pantone. У каждой модели есть свои преимущества и недостатки и каждая из них имеет свое назначение.
- RGB — это аббревиатура английских названий цветов: Red (красный), Green(зеленый), Blue (голубой). Все множество цветов и оттенков в этой модели образуется полутонами красного, зеленого и голубого. Таким образом, например, формируется изображение на экране электронно-лучевой трубки мониторов и телевизоров, также формируется изображение при сканировании и цифровой фотографии. К изображениям в модели RGB, в полиграфии, следует относиться очень осторожно, поскольку весьма большую часть цветов RGB невозможно корректно передать при печати. Поэтому в полиграфии предпочтительнее использование изображений в представлении систем CMYK или LAB.
- СMYK от английских Cyan, Magenta, Yelow, blacK (голубой, малиновый, желтый, черный) именно из смешения этих основных цветов получаются все оттенки модели CMYK. Это наиболее распространенная модель в полиграфии поскольку точно соответствует цветам печати в офсете. Но и в эта модель не охватывает всех оттенков которые способен воспринять человеческий глаз. Поэтому сохранение изображений в CMYK хотя и вполне пригодно для использования в большинстве типографских процессов, те не менее приводит к потере части информации о цвете.
- LAB — достоинством этой модели является её независимость от способа воспроизводства цвета. В её системе измерения можно описывать как цвета печати, так и цвета, излучаемые монитором. Для построения LAB модели также используются три компонента. Если модель HSB оперируют понятиями Тон, Насыщенность и Яркость; модель RGB понятиями Красный, Зелёный и Голубой, то цветовая модель LAB использует понятия яркость (Lightness) и интенсивность (Chrome), которые вместе составляют информацию об освещённости (Luminance) в изображение, содержащуюся в канале L. Канал A хранит информацию о Тонах от зелёного до пурпурного, и, наконец, информация о Тонах от голубого до желтого приходится на канал B.
- Grayscale — градации серого.
Классификация и различия цветовых моделей
- Цветовые модели можно классифицировать по их целевой направленности:
- XYZ — описание восприятия; L*a*b* — то же пространство в других координатах
- Аддитивные модели — рецепты получения цвета на мониторе, например RGB
- Полиграфические модели (CMYK) — получение цвета при использовании разных систем красок и полиграфического оборудования
- Модели, не связанные с физикой оборудования, являющиеся стандартом передачи информации
- Математические модели, полезные для каких-либо способов цветокоррекции, но не связанные с оборудованием, например HSV.
52. Устройства ввода и отображения графической информации. создание изображений и анимация.
Устройства ввода графической информации находят широкое распространение благодаря компактности и наглядности способа представления информации для человека. По степени автоматизации поиска и выделения элементов изображения, устройства ввода графической информации делятся на 2 больших класса: автоматические и полуавтоматические. В полуавтоматических устройствах ввода графической информации функции поиска и выделения элементов изображения возлагаются на человека, а преобразование координат считываемых точек выполняется автоматически. В автоматических устройствах процесс поиска и выделения элементов изображения осуществляется без участия человека. Эти устройства строятся либо по принципу сканирования всего изображения с последующей его обработкой и переводом из растровой формы представления в векторную, либо по принципу слежения за линией, обеспечивающей считывание графической информации, представленной в виде графиков, диаграмм, контурных изображений. Основной областью применения устройств ввода графической информации являются системы автоматизированного проектирования, обработки изображений, обучения, управление процессами, мультипликации и др. К этим устройствам относятся сканеры, кодирующие планшеты (дигитайзеры), световое перо, сенсорные экраны, цифровые камеры, видеокамеры.
ПринтерыМатричные принтеры. Процесс печати в таких принтерах осуществляется следующим образом: печатающая головка принтера содержит вертикальный ряд тонких металлических стержней (иголок). Головка движется вдоль печатаемой строки, а стержни в нужный момент ударяют по бумаге, через красящую ленту.
Лазерные принтеры. В лазерных принтерах используется электрографический принцип создания изображений (примерно такой же используется в копировальных аппаратах). Этот процесс включает создание рельефа электростатического потенциала в слое полупроводника с последующей визуализацией этого рельефа с помощью частиц сухого порошка — тонера, наносимого на бумагу.
Сканер — устройство получения изображений высокого разрешения (до 11000 spi). Принцип работы состоит в последовательном освещении сканируемого материала ксеноновой или флюоресцентной лампой и регистрации отраженного цвета ПЗС3).
Цифровые фотоаппараты и видеокамеры аналогичны по принципам действия (система линз, проецирующая попадающий в объектив свет на небольшую плоскую площадку) традиционным аналоговым фото- и видеокамерам, соответственно. Основное различие состоит в том, что в аналоговых устройствах на этой площадке находится кадр светочувствительной пленки, а в цифровых устройствах — светочувствительная матрица ПЗС (англ. CCD) или КМОП (англ. CMOS) сенсоров. Так как эти сенсоры чувствительны только к яркости, то для получения цветного изображения применяют светофильтры.
Плазменные панели. В плазменных панелях, подобно ЖК-панелям, экран состоит из нескольких слоев; так же, как и у ЖК-панелей, с двух сторон подведены электроды, только между ними находятся уже не жидкие кристаллы, а смесь инертных газов неона и ксенона.
ПроекторыПроекторы используются для демонстрации изображений больших размеров. Для этого применяются системы линз, проецирующие маленькое изображение на большой экран. По технологии построения первичного изображения внутри проектора делятся на:
Проекторы на ЭЛТ . Эта технология рассмотрена выше в разделе про ЭЛТ-дисплеи.
Проекторы на ЖК. Эта технология рассмотрена выше в разделе про ЖК-дисплеи.
Проекторы на технологии DLP. DLP — Digital Light Processing (англ. Цифровая Обработка Света) — фирменная технология компании Texas Instruments. Для создания первичного изображения в таких проекторах используется лампа, освещающая систему микрозеркал (по одному на пиксель).
Следует заметить, что многие принтеры сами по себе могут иметь довольно сложные встроенные Процессоры Растровых Изображений (англ. RIP — Raster Image Processor), служащие для формирования растровых изображений.
Матричные принтеры Самой низкокачественной технологией печати обладают матричные принтеры. Печатающая головка, перемещающаяся в одном измерении по ширине страницы, состоит из нескольких игл (обычно 9 или 24). Краска нанесена на ленту, находящуюся между бумагой и головкой. При ударе иглы по бумаге на ней остается след от краски с ленты, таким образом и получается изображение.
Струйные принтеры Печатающая головка, перемещающаяся по ширине бумаги, состоит из множества микрокамер с микросоплами, при пропускании электрического импульса через микрокамеру в ней образуется пузырь, который выталкивает из сопла каплю краски на бумагу.
Лазерные принтеры являются самыми эффективными с точки зрения стоимости печати страницы. В настоящее время преобладают в черно-белой печати.Принцип действия следующий:
Сначала на всю поверхность барабана с фотопроводящим покрытием наносится положительный заряд, обычно с помощью коронирующего электрода. Потом некоторые участки барабана освещаются лазерным лучом, что приводит к снятию заряда в этих местах. Затем поверхность барабана проходит через порошкообразный тонер, положительно заряженные частички которого отталкиваются от заряженных участков барабана и прилипают к незаряженным. После этого тонер с барабана переносится на бумагу, которая для этого предварительно заряжается отрицательно с помощью другого коронирующего электрода. Бумага потом подвергается нагреву, при котором частички тонера прочно приплавляются к ней.
Создание изображений и анимации на примере графического редактора Gimp.
Для создания и обработки растровой графики. Частично поддерживается векторная графика. Проект основан в 1995 году Спенсером Кимбеллом и Питером Маттисом как дипломный проект, в настоящий момент поддерживается группой добровольцев. Распространяется на условиях GNU General Public License.
Работа с фотографиями
В GIMP присутствует достаточно неплохой набор инструментов цветокоррекции:
При помощи фильтров, инструментов, масок и слоёв с разными типами наложения (всего 22) можно:
выравнивать заваленный горизонт;
убирать искажения, вносимые оптикой;
выполнять клонирование объектов с учётом перспективы;
удалять дефекты вроде пыли на матрице (штамп, лечебная кисть);
имитировать использование различных цветофильтров;
«вытаскивать» потерянную детализацию в тенях;
Создание анимации в GIMP.
Анимационные изображения в формате gif встречаются повсеместно в Internet. Банеры, кнопки, логотипы, все они, используя даже небольшую анимацию, вносят в содержание страницы некую динамику. Существует множество различных программ, направленных специально на создание анимационных gif-изображений.
Основные принципы создания:
1. Каждый кадр анимации представляет собой отдельный слой изображения.
2. Каждому кадру можно указать два параметра: время показа в микросекундах и его тип, combine (объединение) или replace (замещение). Параметры задаются в имени слоя и заключаются в скобки, например: Слой1 (1000ms)(combine).
3. Оптимизация слоев позволяет заметно уменьшить размеры анимационного изображения.
Статьи к прочтению:
Фиксики , Новогоднее представление , Новомосковск , КДЦ Азот
Похожие статьи:
Все известные форматы представления изображений (как неподвижных, так и движущихся) можно разделить на растровые и векторные. В векторном формате…
Графическую информацию можно представлять в двух формах: аналоговой или дискретной. Путем разбиения графического изображения на большое количество…
Для того чтобы починить ЖК монитор своими руками, необходимо в первую очередь понимать, из каких основных электронных узлов и блоков состоит данное устройство и за что отвечает каждый элемент электронной схемы. Начинающие радиомеханики в начале своей практики считают, что успех в ремонте любого прибора заключается в наличии принципиальной схемы конкретного аппарата. Но на самом деле, это ошибочное мнение и принципиальная схема нужна не всегда.
Итак, вскроем крышку первого попавшегося под руку ЖК монитора и на практике разберёмся в его устройстве.
ЖК монитор. Основные функциональные блоки.
Жидкокристаллический монитор состоит из нескольких функциональных блоков, а именно:
Жидкокристаллическая панель представляет собой завершённое устройство. Сборкой ЖК-панели, как правило, занимается конкретный производитель, который кроме самой жидкокристаллической матрицы встраивает в ЖК-панель люминесцентные лампы подсветки, матовое стекло, поляризационные цветовые фильтры и электронную плату дешифраторов, формирующих из цифровых сигналов RGB напряжения для управления затворами тонкоплёночных транзисторов (TFT).
Рассмотрим состав ЖК-панели компьютерного монитора ACER AL1716. ЖК-панель является завершённым функциональным устройством и, как правило, при ремонте разбирать её не надо, за исключением замены вышедших из строя ламп подсветки.
Маркировка ЖК-панели: CHUNGHWA CLAA170EA
На тыльной стороне ЖК-панели расположена довольно большая печатная плата, к которой от основной платы управления подключен многоконтактный шлейф. Сама печатная плата скрыта под металлической планкой.
ЖК-панель компьютерного монитора Acer AL1716
На печатной плате установлена многовыводная микросхема NT7168F-00010. Данная микросхема подключается к TFT матрице и участвует в формировании изображения на дисплее. От микросхемы NT7168F-00010 отходит множество выводов, которые сформированы в десять шлейфов под обозначением S1-S10. Эти шлейфы довольно тонкие и на вид как бы приклеены к печатной плате, на которой находиться микросхема NT7168F.
Печатная плата ЖК-панели и её элементы
Микропроцессор SM5964 выполняет довольно небольшое число функций. К нему подключена кнопочная панель и индикатор работы монитора. Этот процессор управляет включением/выключением монитора, запуском инвертора ламп подсветки. Для сохранения пользовательских настроек к микроконтроллеру по шине I2C подключена микросхема памяти. Обычно, это восьмивыводные микросхемы энергонезависимой памяти серии 24LCxx.
Основная плата (Main board) ЖК-монитора.
Вторым микропроцессором на плате управления является так называемый мониторный скалер (контроллер ЖКИ) TSU16AK. Задач у данной микросхемы много. Она выполняет большинство функций, связанных с преобразованием и обработкой аналогового видеосигнала и подготовке его к подаче на панель ЖКИ.
В отношении жидкокристаллического монитора нужно понимать, что это по своей сути цифровое устройство, в котором всё управление пикселями ЖК-дисплея происходит в цифровом виде. Сигнал, приходящий с видеокарты компьютера является аналоговым и для его корректного отображения на ЖК матрице необходимо произвести множество преобразований. Для этого и предназначен графический контроллер, а по-другому мониторный скалер или контроллер ЖКИ.
Мониторный скалер TSU16AK взаимодействует с управляющим микроконтроллером SM5964 по цифровой шине. Для работы ЖК-панели графический контроллер формирует сигналы синхронизации, тактовой частоты и сигналы инициализации матрицы.
Микроконтроллер TSU16AK через шлейф связан с микросхемой NT7168F-00010 на плате ЖК-панели.
При неисправностях графического контроллера у монитора, как правило появляются дефекты, связанные с правильным отображением картинки на дисплее (на экране могут появляться полосы и т.п). В некоторых случаях дефект можно устранить пропайкой выводов скалера. Особенно это актуально для мониторов, которые работают круглосуточно в жёстких условиях.
При длительной работе происходит нагрев, что плохо сказывается на качестве пайки. Это может привести к неисправностям. Дефекты, связанные с качеством пайки нередки и встречаются и у других аппаратов, например, DVD плееров. Причиной неисправности служит деградация либо некачественная пайка многовыводных планарных микросхем.
Блок питания и инвертор ламп подсветки.
Наиболее интересным в плане изучения является блок питания монитора, так как назначение элементов и схемотехника легче в понимании. Кроме того, по статистике неисправности блоков питания, особенно импульсных, занимают лидирующие позиции среди всех остальных. Поэтому практические знания устройства, элементной базы и схемотехники блоков питания непременно будут полезны в практике ремонта радиоаппаратуры.
Блок питания ЖК монитора состоит из двух. Первый – это AC/DC адаптер или по-другому сетевой импульсный блок питания (импульсник). Второй – DC/AC инвертор. По сути это два преобразователя. AC/DC адаптер служит для преобразования переменного напряжения сети 220 В в постоянное напряжение небольшой величины. Обычно на выходе импульсного блока питания формируются напряжения от 3,3 до 12 вольт.
Инвертор DC/AC наоборот преобразует постоянное напряжение (DC) в переменное (AC) величиной около 600 — 700 В и частотой около 50 кГц. Переменное напряжение подаётся на электроды люминесцентных ламп, встроенных в ЖК-панель.
Вначале рассмотрим AC/DC адаптер. Большинство импульсных блоков питания строится на базе специализированных микросхем контроллеров (за исключением дешёвых зарядников для мобильного, например).
Так в блоке питания ЖК монитора Acer AL1716 применена микросхема TOP245Y. Документацию (datasheet) по данной микросхеме легко найти из открытых источников.
В документации на микросхему TOP245Y можно найти типовые примеры принципиальных схем блоков питания. Это можно использовать при ремонте блоков питания ЖК мониторов, так как схемы во многом соответствуют типовым, которые указаны в описании микросхемы.
Вот несколько примеров принципиальных схем блоков питания на базе микросхем серии TOP242-249.
Рис 1 .Пример принципиальной схемы блока питания
В следующей схеме применены сдвоенные диоды с барьером Шоттки (MBR20100). Аналогичные диодные сборки (SRF5-04) применены в рассматриваемом нами блоке монитора Acer AL1716.
Рис 2. Принципиальная схема блока питания на базе микросхемы из серии TOP242-249
Заметим, что приведённые принципиальные схемы являются примерами. Реальные схемы импульсных блоков могут несколько отличаться.
Микросхема TOP245Y представляет собой законченный функциональный прибор, в корпусе которого имеется ШИМ – контроллер и мощный полевой транзистор, который переключается с огромной частотой от десятков до сотен килогерц. Отсюда и название — импульсный блок питания.
Блок питания ЖК монитора (AC/DC адаптер)
Схема работы импульсного блока питания сводится к следующему:
Выпрямление переменного сетевого напряжения 220В.
Эту операцию выполняет диодный мост и фильтрующий конденсатор. После выпрямления на конденсаторе напряжение чуть больше чем сетевое. На фото показан диодный мост, а рядом фильтрующий электролитический конденсатор (82 мкФ 450 В) – синий бочонок.
Преобразование напряжения и его понижение с помощью трансформатора.
Коммутация с частотой в несколько десятков – сотен килогерц постоянного напряжения (>220 B) через обмотку высокочастотного импульсного трансформатора. Эту операцию выполняет микросхема TOP245Y. Импульсный трансформатор выполняет ту же роль, что и трансформатор в обычных сетевых адаптерах, за одним исключением. Работает он на более высоких частотах, во много раз больше, чем 50 герц.
Поэтому для изготовления его обмоток требуется меньшее число витков, а, следовательно, и меди. Но необходим сердечник из феррита, а не из трансформаторной стали как у трансформаторов на 50 герц. Те, кто не знает, что такое трансформатор и зачем он применяется, сперва ознакомьтесь со статьёй про трансформатор.
В результате трансформатор получается очень компактным. Также стоит отметить, что импульсные блоки питания очень экономичны, у них высокий КПД.
Выпрямление пониженного трансформатором переменного напряжения.
Эту функцию выполняют мощные выпрямительные диоды. В данном случае применены диодные сборки с маркировкой SRF5-04.
Для выпрямления токов высокой частоты используют диоды Шоттки и обычные силовые диоды с p-n переходом. Обычные низкочастотные диоды для выпрямления токов высокой частоты менее предпочтительны, но используются для выпрямления больших напряжений (20 – 50 вольт). Это нужно учитывать при замене дефектных диодов.
У диодов Шоттки есть некоторые особенности, которые нужно знать. Во-первых, эти диоды имеют малую ёмкость перехода и способны быстро переключаться – переходить из открытого состояния в закрытое. Это свойство и используется для работы на высоких частотах. Диоды Шоттки имеют малое падения напряжения около 0,2-0,4 вольт, против 0,6 – 0,7 вольт у обычных диодов. Это свойство повышает их КПД.
Есть у диодов с барьером Шоттки и нежелательные свойства, которые затрудняют их более широкое использование в электронике. Они очень чувствительны к превышению обратного напряжения. При превышении обратного напряжения диод Шоттки необратимо выходит из строя.
Обычный же диод переходит в режим обратимого пробоя и может восстановиться после превышения допустимого значения обратного напряжения. Именно это обстоятельство и является ахиллесовой пятой, которое служит причиной выгорания диодов Шоттки в выпрямительных цепях всевозможных импульсных блоках питания. Это стоит учитывать в проведении диагностики и ремонте.
Для устранения опасных для диодов Шоттки всплесков напряжения, образующихся в обмотках трансформатора на фронтах импульсов, применяются так называемые демпфирующие цепи. На схеме обозначена как R15C14 (см.рис.1).
При анализе схемотехники блока питания ЖК монитора Acer AL1716 на печатной плате также обнаружены демпфирующие цепи, состоящие из smd резистора номиналом 10 Ом (R802, R806) и конденсатора (C802, C811). Они защищают диоды Шоттки (D803, D805).
Демпфирующие цепи на плате блока питания
Также стоит отметить, что диоды Шоттки используются в низковольтных цепях с обратным напряжением, ограниченным единицами – несколькими десятками вольт. Поэтому, если требуется получение напряжения в несколько десятков вольт (20-50), то применяются диоды на основе p-n перехода. Это можно заметить, если просмотреть datasheet на микросхему TOP245, где приводятся несколько типовых схем блоков питания с разными выходными напряжениями (3,3 B; 5 В; 12 В; 19 В; 48 В).
Диоды Шоттки чувствительны к перегреву. В связи с этим их, как правило, устанавливают на алюминиевый радиатор для отвода тепла.
Отличить диод на основе p-n перехода от диода на барьере Шоттки можно по условному графическому обозначению на схеме.
Условное обозначение диода с барьером Шоттки.
Условное обозначение диода на основе p-n перехода.
После выпрямительных диодов ставятся электролитические конденсаторы, служащие для сглаживания пульсаций напряжения. Далее с помощью полученных напряжений 12 В; 5 В; 3,3 В запитываются все блоки LCD монитора.
По своему назначению инвертор схож с электронными пуско-регулирующими аппаратами (ЭПРА), которые нашли широкое применение в осветительной технике для питания бытовых осветительных люминесцентных ламп. Но, между ЭПРА и инвертором ЖК монитора есть существенные различия.
Инвертор ЖК монитора, как правило, построен на специализированной микросхеме, что расширяет набор функций и повышает надёжность. Так, например, инвертор ламп подсветки ЖК монитора Acer AL1716 построен на базе ШИМ контроллера OZ9910G. Микросхема контроллера смонтирована на печатной плате планарным монтажом.
Микросхема контроллера OZ9910G
Инвертор преобразует постоянное напряжение, значение которого составляет 12 вольт (зависит от схемотехники) в переменное 600-700 вольт и частотой 50 кГц.
Контроллер инвертора способен изменять яркость люминесцентных ламп. Сигналы для изменения яркости ламп поступают от контроллера ЖКИ. К микросхеме-контроллеру подключены полевые транзисторы или их сборки. В данном случае к контроллеру OZ9910G подключены две сборки комплементарных полевых транзисторов AP4501SD (На корпусе микросхемы указано только 4501S).
Сборка полевых транзисторов AP4501SD и её цоколёвка
Также на плате блока питания установлено два высокочастотных трансформатора, служащих для повышения переменного напряжения и подачи его на электроды люминесцентных ламп. Кроме основных элементов, на плате установлены всевозможные радиоэлементы, служащие для защиты от короткого замыкания и неисправности ламп.
Плата инвертора и её элементы
Информацию по ремонту ЖК мониторов можно найти в специализированных журналах по ремонту. Так, например, в журнале “Ремонт и сервис электронной техники” №1 2005 года (стр.35 – 40), подробно рассмотрено устройство и принципиальная схема LCD-монитора “Rover Scan Optima 153”.
Среди неисправностей мониторов довольно часто встречаются такие, которые легко устранить своими руками за несколько минут. Например, уже упомянутый ЖК монитор Acer AL1716 пришёл на стол ремонта по причине нарушения контакта вывода розетки для подключения сетевого шнура. В результате монитор самопроизвольно выключался.
После разборки ЖК монитора было обнаружено, что на месте плохого контакта образовывалась мощная искра, следы которой легко обнаружить на печатной плате блока питания. Мощная искра образовывалась ещё и потому, что в момент контакта заряжается электролитический конденсатор в фильтре выпрямителя. Причина неисправности — деградация пайки.
Деградация пайки, вызвавщая неисправность монитора
Также стоит заметить, что порой причиной неисправности может служить пробой диодов выпрямительного диодного моста.
Светочувствительные матрицы используются во многих устройствах. Самое известное из них — фотокамера. Цифровые сенсоры заменили собой пленку, сделав съемку существенно проще и дешевле, открыв для масс возможность делать тысячи снимков, платя лишь раз — при покупке фотоаппарата.
Откуда берется цвет
Матрица фотоаппарата — весьма непростое устройство, хотя на первый взгляд представляет собой просто ряды светочувствительных фотодиодов. Ее основная задача заключается в преобразовании полученных импульсов в электрический ток. Причем сделать это нужно так, чтобы в итоге получилось цветное изображение с высокой детализацией.
Когда фотографы спорят о том, матрица чьего фотоаппарата более точно и глубоко передает цвет, они даже не задумываются, что каждый из пикселей — монохромный. Цвет появляется благодаря хитрым системам. Таким, как мозаичные фильтры. Это самая распространенная технология получения цветного изображения. Матрица накрыта тончайшим фильтром, который делит сенсор на субпиксели. Каждому из них присваивается свой цвет, в дальнейшем таким образом формируется общая картинка. Существует целый ряд подтипов, наиболее известным из которых является фильтр Байера, названный в честь сотрудника компании Kodak, доктора Брайса Э. Байера (Bryce Bayer), создавшего эту технологию в 1976 году. Данный светофильтр делит каждый пиксель на два зеленых, красный и синий субпиксели. Таким образом изображение делится на точки, но метод не лишен недостатков. Главный из них — потеря четкости, так как недостающую информацию приходится интерполировать, то есть вычислять, дорисовывать. Тем не менее сегодня проблема потеряла остроту, поскольку пиксели стали настолько маленькими,что увидеть потерю резкости крайне сложно.
Впрочем, существуют и альтернативные системы получения цветного изображения. Например, матрица Foveon, которую использует в своих фотокамерах компания Sigma. Foveon X3 по сути состоит из трех матриц (не путать с трехматричными системами 3CCD!), расположенных друг над другом, но не пропускает свет определенного спектра. Поэтому нет необходимости применять интерполяцию — то, что попало на матрицу, записывается в файл. Но и эта система не идеальна: главным образом Foveon Х3 страдает из-за высоких шумов. Дело в том, что идеально распределить получаемый свет по слоям крайне непросто, и некоторая часть света поглощается «чужим» слоем. Разумеется, изображение от этого не улучшается.
Система 3CCD используется в видеокамерах, скажу о ней кратко — специальная призма делит свет на три составляющие и каждая матрица формирует свое изображение, объединяющееся в одно силами процессора.
Какие есть типы матриц
Существует два основных типа: ПЗС (прибор с зарядовой связью — Charge-Coupled Device, CCD) и КМОП (комплементарная структура «металл-оксид-полупроводник» — Complementary Metal-Oxide-Semiconductor, CMOS). Вдаваться в технические подробности я не стану — принципиальная разница заключается в методе снятия заряда со светочувствительного элемента сенсора. На тематических форумах можно прочесть не одну сотню страниц, написанных пользователями, которые пытаются доказать, что ПЗС лучше КМОП и наоборот. Если же взглянуть на механизм формирования изображения, становится ясно, что на цветопередачу влияют многие параметры и способ передачи электрического сигнала от пикселя к процессору — далеко не главный. Вы наверняка замечали, что разные модели фотокамер имеют свою фирменную цветопередачу и даже уровень шумов. При этом производителей матриц немного. Безусловным лидером считается компания Sony, чьи матрицы используют также Nikon и Pentax. Взгляните на необработанные JPEG от Pentax K10D, Nikon D80 и Sony А100. Характерные особенности картинки хорошо видны, несмотря на то, что во всех трех стоит один и тот же ПЗС-сенсор разрешением 10 Мп.
Да что там разные производители! Во времена сотрудничества Samsung и Pentax разница в изображении «клонов» была весьма значительной. Изображения, формируемые на 14-Мп матрице корейского производства более грамотно формировались в «родном» Samsung GX-20, нежели в Pentax K20D, поэтому и цветопередача была точнее, и шумы меньшими. Все это доказывает: гораздо важнее правильно обработать сигнал.
Последним доводом в пользу того, что ПЗС «круче» КМОП является то, что средний формат до последнего времени использовал только матрицы первого типа. Но это происходило скорее из-за того, что данный рынок развивается медленнее, ведь спрос на дорогущие и не универсальные среднеформатные камеры не исчисляется миллионами. А несколькими годами ранее КМОП пришел и в высший сегмент — именно эти матрицы установлены в Pentax 645Z, а также в цифровом заднике Phase One IQ250.
Сколько мегапикселей достаточно
Чем больше — тем лучше. В идеале, конечно. Ведь каждый пиксель —это дополнительная информация, которая повышает резкость, а в конечном итоге и детализацию. Но не все так просто.
Прежде всего, хочу разочаровать всех жаждущих заполучить фотокамеру с условными тремя мегапикселями и рабочими ISO 102400. Дело ведь не в том, что производители не хотят считаться с энтузиастами, которым не нужно сверхвысокое разрешение при отсутствии шумов. Такую матрицу сделать даже с современными технологиями непросто.
Читайте также: