CRT’NİN (CHATOD RAY TUBE) ÇALIŞMA PRENSİBİ

CRT’NİN (CHATOD RAY TUBE) ÇALIŞMA PRENSİBİ

Çalışma prensibi televizyonla aynı olan katod ışınlı ekranlar, günümüzde en çok kullanılan ekran çeşididir. İlk zamanlarda sadece siyah üzerine yeşil yazı yazabilen ekranlar yerini artık milyonlarca renkle gösterebilen ekranlara bırakmış durumdadır.

CRT monitörlerin çalışma prensibi hemen hemen tüm monitörlerde (monochrom, renkli) aynıdır.
CRT, elektron parçacıklarının hareketini kolaylaştırmak için havası alınmış bir tüpten ibarettir. Katod tarafından seri halde yollanan elektron parçacıkları, tüpün değişik kesimlerine doğru hızla çarpar. Renkli monitörlerin çalışma ilkeleri de temelde aynıdır. Ama renkli monitörlerde 3 adet katod (elektron tabancası) bulunur. Yeşil, mavi ve kırmızı ile bütün renkler elde edilebildiğinden, renkli monitördeki her bir elektron tabancası, ekranın berisindeki tabakada bulunan bir fosfor noktacığına ateş eder. Elektron fosfora çarptığında onu parlatır, ama bu parlaklık çok uzun sürmez. Onun içindir ki, görüntü değişmese bile aynı işlemin tekrar tekrar yapılması gerekir; katodlar ekranı sürekli olarak tazeler. Tarama ve tazeleme işlemi, ekranda satır satır yapılır. Yüksek çözünürlükte (1024*768) ve daha fazla renk kullanımında, "interlaced" adı verilen monitörlerde rahatsız edici bir görüntü oluşmaktadır. Interlaced monitörlerdeki bu durum, hareketli görüntülerde fark edilmediğinden bu tür uygulamalarda kullanılabilir. Interlaced monitörlerde, "interlacing" adı verilen görüntü oluşturma işlemi sırasında önce tek numaralı satırlar, sonra da çift numaralı satırlar taranarak çizilir. Bu işlem çok hızlı olduğu için fark edilmez ancak belirli bir hız kaybı ortaya çıktığı için görüntü titrer. Bu nedenle, daha iyi olan "Non-interlaced" monitörler üretilmiştir. Bu monitörler, sabit ve hareketli görüntü ortamlarında, titremeyen, daha kaliteli görüntüler sunarlar. Monitörlerdeki görüntü kalitesini doğrudan belirleyen ölçütler arasında, "dot pitch" yer almaktadır. Dot pitch, ekran üzerinde bulunan aynı renkte iki nokta arasındaki mesafeyi tanımlar. Bir ekranda "dot pitch" ne kadar küçükse görüntü o kadar iyidir. Bu değerler 0.39, 0.28, 0.26mm arasında değişmektedir. Monitör büyüklüğü "inç" olarak ifade edilir. Yaygın olarak 14" lik monitörler kullanılmaktadır. Monitörlerde görüntü kalitesi, çözünürlüğe bağlı olarak da değişmektedir. Bu çözünürlük standart monitör için 640*480 pixel'dir. Ekran çözünürlüğünde sınır, grafik kartına da bağlı olarak, 800*600, 1024*768 ve 1280*1024 pixel arasında değişmektedir. Görüntü kalitesini belirleyen son bir unsur da, ekran tazeleme hızıdır. Bu hız 50-90 Hz arasındadır. Monitörler TV'de olduğu gibi bir radyasyon yaymaktadır. Radyasyon oranı en aza indirilmiş, "LR/Low-Radiation" monitörler de üretilmektedir.
 

Resim 1 - Bir CRT monitör

Bilgisayarların ilk çıktıkları zamandan bu yana ekranların temel yapılarında pek bir değişiklik olmamıştır. Bu ekranların içinde TV’deki gibi bir trafo, gerekli ayarların yapılmasını sağlayan ve bir katod ışını tüpü vardır. Katod tüpü şeklen bir huniye benzeyen ve içindeki hava boşaltılmış, ön yüzeyi fosfor ile kaplanmış bir çam fanustan ibarettir. Bu tüp üç kısımdan oluşmaktadır. Bunlar;

·        Elektron tabancası       : Ekranda her bir noktayı oluşturacak olan elektronları hızlandırıp yönlendiren mekanizma

·     Maske (Saptırıcı)         : Sadece renkli ekranlarda olan ve üç temel rengi içeren bölüm. Bu renkler yeşil, kırmızı ve mavidir.

·        Fosfor Tabakası           : Üzerine çarpan elektronların parlamasını sağlayarak görüntüyü oluşturur.

Resim 2- CRT Monitör kesiti

Yukarıdaki belirttiğimiz gibi renkli ekranlarda fosfor tabakasından önce bir maske tabakası ve üç tane elektron kaynağı vardır. Bu kaynaklardan her biri bir renge denk gelir. Bu üç renk maskede birleşerek milyonlarca rengi oluşturur.

Görüntünün oluşması sırasında elektronların fosfor tabakasının hangi bölümün hangi oranda, hangi bölümüne çekileceği saptırıcı tarafından belirlenir. Yeni elektronların izlediği yolu belirlemek ve elektron demetlerinin fosfor tabakasının farklı bölümlerine yönlendirmek saptırıcının görevidir.

Saptırıcı bunun için tüpün uç kısmında bir manyetik alan oluşturur. bu kısma mıknatıs benzeri manyetik cisimler yaklaştırılmamalıdır. Aksi takdirde görüntüde bozulmalar oluşabilir. saptırıcının yarattığı manyetik alan kararlı değildir. çünkü monitörün köşelerine giden elektronların hedefe varma zamanları farklı olacaktır. Elektronlar fosfor tabakasının farklı kısımlarına değişik zamanlarda ulaşması, görüntüde kolayca görülebilen bozulmalara sebep olmaktadır. Bunu önlemek için özel bir devre kullanılır. Bu devre yardımı ile elektronlar fosfor tabakasının tüm bölümlerine eş zamanda varmasını sağlar.

 İnsan gözü saniyede 25'den fazla görüntüyü işleyebilir. Eğer bu görüntü sayısı saniyede 60'ın altına düşerse gözde yorulmalar meydana gelir.

EKRANLARIN TEMEL ÖZELLİKLERİ

a) Ekranın Tazelenmesi

Burada açıklayacağımız cam ekran milyonlarca fosfor noktacığından oluşur. bu noktacıklara "DOT" adı verilir. Monitörlerde arkaya doğru uzayan ve bazen de kısa olan tüp içindeki elektron tabancası bulunmaktadır. Ekrandaki bir görüntüyü oluşturmak için bu tabanca elektronları ekranın üstünden başlayarak soldan sağa doğru teker teker gönderir. bu sırada elektron fırlatarak fosfor parlatma işlemi ekran kartından gelen sinyallere bağlıdır.

Fosfor parladıktan sonra hemen geri söner. Bu sebeple Bu işlemin sürekli yapılması gerekir. bu olaya ekranın tazelenmesi denir.

Kısacası Ekranın tazelenmesi ekranın saniyede kaç kez yenilendiğini gösterir. Bu durum ekran ve ekran kartını çözünürlüğü ile değişir. Örneğin 800*600 ve 1024*768 çözünürlükte bu tazeleme oranları 60 hertz ile 70 Hertz arasında değişir.

b) Ekranda piksel , dot ve çözünürlülük kavramları

Ekranda görünen şekil, geometrik bir örümcek ağı olarak da adlandırabileceğimiz dikey(sütun) ve yatay (satır) üzerindeki noktalardan oluşur. bunların her birine piksel denir.

Bir seferde ekranda görüntülenebilen piksel sayısına çözünürlü denir. Örneğin 800*600 çözünürlük denilince 800 sütun ve 600 satır üzerindeki noktacıkların kullanıldığını belirtir. Toplam noktacık adedi 480 000'dir. Dot ise ekrandaki milyonlarca fosfor noktacıklarına denir.

c)Görüntü Alanı (İzlenebilir alan)

Bir ekranın boyutları genellikle inç olarak verilir. Günümüzde 15" monitörler kullanılmaktadır. Ama 17",19" ve 21" monitörlerde sıkça kullanılır. Buradaki değerler monitörün bir  köşesinden çaprazdaki diğer köşesine olan uzaklığı belirtir. 

Fakat esasen monitörlerin çoğunluğunun görüntü boyutu bu değerlere tam olarak uymaz. Hatta üç farklı modeldeki 17" monitör arasında izlenebilir alanlara çok ufak olsa da farklılıklar vardır. buradan görüleceği gibi "izlenebilir alan" monitörün dahil olduğu kategorideki boyuttan farklı olarak bizim kullanabileceğimiz veya daha doğru bir ifade ile görüntünün gösterebildiği alanı ifade eder. Örneğin; 17" monitörde, izlenebilir alan olarak 15,8" veya 16" olarak sunulur. benzer olarak 15"monitörlerde izlenebilir alan 13,9" veya 14" olarak belirlenir, 14" monitörler kategorisinde ise 13,3 civarındadır.

d) Boyut ve çözünürlük bağlantısı

Genellikle yanlış olarak belirlenen bir olay da, ekranın boyutunun arttıkça çözünürlüğünün de yükseleceği şeklindedir. Oysa çözünürlük monitörün özelliklerine, kalitesine  ve kullanım süresine bağlı olarak değişebilir. Günümüz piyasasında bazı 17" monitörlerle aynı çözünürlüğü sunan 15" monitörlerin oldukça çok olduğunu söyleyebiliriz.

Bir diğer noktada yüksek küçük bir alan daha çok piksel anlamına geldiği için, küçük bir monitör üzerine yüksek çözünürlüğe ulaşmaya çalışmak ekranı ve kullanıcının gözünü yoracaktır. çünkü tazeleme hızı düşecek ve ekranda titremeler oluşacaktır. ö yüzden üst sınırları fazla zorlamamak gerekir. ayrıca farklı bir ekranı düşük çözünürlülükte kullanmaya çalışmakta iyi değildir. Örneğin 21" monitörde 800*600 çözünürlüğü kullanmak gibi. Burada piksellerin büyüdüğünü görürüz. şeklin kırılan noktalarında görünen tırtıllar belirgenleşir ve görüntü kötüleşir.

e) Nokta aralığı (Dot Pitch)

Ekranlarla ilgili kısa bilgilerle boyuttan sonraki madde olarak dot pitch, yani nokta aralığı görürüz. Burada nokta aralığını, pikseli oluşturan kırmızı, yeşil ve mavi noktaların birbirine olan mesafesi olarak tanımlayabiliriz. Bu mesafe azaldıkça noktaların arası daralıp, elde edilecek resmin kalitesinin daha kesin ve detaylı olabilmesini monitörlerde ise 0.27, 0.26 ve 0.24 aralığında değişir. tabii aralık azaldığında fiyat artar.

f) Shadow Mask ve Aperture Grill

Daha önce belirttiğimiz gibi ekranda renklerin doğru gözükmesi. için kırmızı, yeşil ve mavi renkli dot'lardan doğru renkte olanların parlaması gerekmektedir. Elektronlar fosfor tabasına ulaştıktan sonra buradaki fosfor noktalarını uyarırlar fakat fosfor tabakasının ön kısmında bulunan özel bir maske olmazsa görüntüde bulanık ve renk karışması gibi problemler ortaya çıkar. Bu kadar çok noktacık arasında bu işlemin yapılabilmesi amacıyla "shadow mask" adı verilen metal bir nesne kullanılır. Shadow mask denilen deliklerle dolu bu özel maske sayesinde uyarılan fosfor elementlerinin görsel olarak birbirlerini etkilemesi ve görüntünün bozulması engellenir. Bunun sonucunda kırmızı, yeşil ve mavi fosfor noktacıkları ideal bir şekilde uyarılarak tekbir nokta oluşturur. Burada "shadow mask" CRT"nin yüzeyine birebir oturacak şekilde tasarlanmıştır. Shadow Mask bir anlamda fosfor noktacıklara ince ayar yaparak görüntü keskinliğini sağlar.

Resim 3- Shadow Mask Olayı

Buna karşılık bazı monitörlerde ise bu teknik yerine "aperture grill" tekniği kullanılır. bu tekniğin Shadow mask'a göre üstünlüğü ise fosfor noktalarına daha fazla elektron taneciği yollanmasına izin verir. Böylece resim daha parlak çıkar. Monitör üreticilerinde SONY bu iki teknik yerine dikey metaller kullanarak düz kare ekranlar geçerek trinitron tüpleri kullanmaktadır.

Resim 4- Trinitron Aperture Grilli

g) Resim kalitesini oluşturan etkenler

• Keskinlik / Netlik : En önemli görüntü kalitesi unsuru resimlerin ne kadar keskin veya net gösterebildiğidir. Örneğin Shadow Mask kullanan monitör genelde sadece ekranın ortalarına yakın kesimlerde ve düşük çözünürlüklerde kesin resim sunabilirler. Trinitron monitörler ise ekranın her köşesine her noktada net görüntü verirler. Aşağıdaki resimde bu örnek açıkça görülmektedir.

   

Resim 5- Trinitron ve  Geleneksel Monitörün görüntü farkı

• Parlaklık : Parlaklık trinitron monitörlerde parlaklık daha net olarak görülmektedir. Ayrıca ucuz monitörlerde dikkat edilecek olursa  parlaklık ayarının çok geniş bir dairede çalışmadığı görülür. Bu durum özellikle aydınlık ortamlarda çalışırken uygun resmi yakalamaya sebep olabilir. grafik ile uğraşanın bu noktaya dikkat etmesi gerekir.
• Bombe Olayı :  Ekrandaki dot'lar satırlarda ve sütunlarda tam dikey ve yatay yerleştirilmeli. özellikle ekranın köşesinden fazla eğrilik olması bombe olayına sebep olur. buna karşılık bazı monitörler bu hatayı düzeltmek için "pincushion" ayarı sunuluyor. fakat bu noktada eğer maddi açıdan elverişli ise "flat" yani düz kare ekranlar tercih edilmelidir. yalnız bu da kullanıcılara ilk bakışta ters gelebilir. Çünkü bu tip monitörler görüntüyü iç bükey olarak sunarlar.  kullanıcının buna alışması zaman alabilir.

                        Düz Kare Tüp                       Geleneksel Bombeli Tüp                     

Resim 6- Tüpler Arasındaki Fark

• Parlama : Monitörlerde ekran camındaki ışık yansımalarından kaynaklanan parlamaları önlemek için değişik teknikler kullanılır. tepedeki fluoresan ışıktan dolayı ekranda meydana gelen parlama rahatlıkla gözünüzü kısa sürede etkiler ve bozulmasına neden olur. Oysa trinitron tüp kullanılan düz ekranlarda bu yansımanın en aza indirildiği görülmektedir. Böylece göz kamaşarak yorulmayacaktır.  Parlamalardan korunmanın bir başka yolu da filtrelerdir. Filtreler yansıma önleyici özelliklerinden dolayı göz bozulmalarını aza indirmektedir.

Resim 7- Parlamanın Önlenmesi İçin Teknikler

• Renk Doğruluğu : Bir ekranda renklerin doğru yansıtılıyor olması gerekir. Yani mavi, tam anlamı ile mavi rengi göstermeli. aksi halde düzenine veya ayarına bakılmadır.

h) Manyetik alan ve Degauss : Bilindiği gibi CRT içerisindeki düzen manyetik alan dışında, çekim yaratan nesnelerden kolaylıkla etkilenir. Mesela mıknatıs gibi nesneler monitörün ön yüzüne yaklaştırıldığında renklerde bozulmalar görülür. Monitörün arka yüzüne yaklaştırıldığında görüntünün de bozulduğu görülecektir. günümüzde kullanılan monitörlerde ise ilk açılışlarında bu manyetik ortamı kullanabilir hale getirmek için degauss işlemi uyguluyorlar. Bu işlem istenildiği ekranın ayarlar kısmını kullanarak ta yapılabiliyor. Fakat dikkat edilmelidir ki bu işlem esnasında monitör çevresindeki elektronik medyalar veri kaybına uğrayabilirler.

i) Kontroller : Monitör kasanın içerisinde görüntü işlemlerini kontrol eden bar baskı devre bulunur. Buradaki kart yada kartlar, ekran kartından gelen sinyalleri gerektiği şekilde işlemekler ve monitörün üzerindeki kontrol düğmelerinin çalışmasına da yardımcı olurlar. Buradaki ayar düğmeleri dijital veya analog olabilir. Analog veya dijital olmasının kendine özgü zorlukları vardır.

Resim 8- Dijital Ekranın kontrol düğmeleri

j) Güç Kaynağı : Monitörün besleme kablosu direkt olarak prizden alınırsa daha iyi olacaktır. Böylece bilgisayarın güç kaynağına fazla yüklenilmemiş olur. Ayrıca UPS'e bağlanması daha iyi olacaktır. Herhangi bir elektrik dalgalanmasında monitör zarar görmemiş olur. yada zarar gömesi en aza indirilir.

k) Data Kablosu : Günümüzde iki tür data kablosu bağlantısı kullanılır.

• 15 pinlik bağlantı : En yaygın olarak kullanılan bağlantı şeklidir. Burada veri aktarımı kablonun ucundaki 15 pinlik konnektörün aracılığı ile gerçekleştirilir.

Resim 9- 15 pinlik data kablosunun bağlantı şeması

Pin	İsim	Yön	Tanım
1	RED	-->	Kırmızı renk (75 ohm, 0.7V p-p)
2	GREEN	-->	Yeşil Video (75 ohm, 0.7V p-p)
3	BLUE	-->	Mavi Video (75 ohm, 0.7V p-p)
4	ID2	<--	Monitör ID Bit 2
5	GND	----	Ground
6	RGND	----	Kırmızı Toprak ucu
7	GGND	----	Yeşil Toprak ucu
8	BGND	----	Mavi toprak ucu
9	KEY	-	Boş iğne
10	SGND	----	Sync Ground
11	ID0	<--	Monitör ID Bit 0
12	ID1 or SDA	<--	Monitör ID Bit 1
13	HSYCN or CSYNC	-->	Yatay Senkron
14	VSYNC	-->	Dikey Senkron
15	ID3 or SCL	<--	Monitör ID Bit 3

Tablo 1- 15 pinlik data kablosunun pinlerinin açılımı

·         BNC tipi bağlantı : Karta takılan kısım 15 pinlik bir bağlantıya sahipken ekrana takılan kısım BNC tipinde bağlantı noktaları içerir. BNC tip kablo standart 15 pin VGA bağlantı kablosuna göre çevre şartlarından daha az etkilenmeyi sağlar.