RIP II Kolokvijum-sva Predavanja

8/13/2019 RIP II Kolokvijum-sva Predavanja

http://slidepdf.com/reader/full/rip-ii-kolokvijum-sva-predavanja 1/90

1

Висока школа електротехнике и рачунарства

Београд

Рачунари и периферије

Степен за напајање

Др Зоран Бањац

2013.



2

Садржај

Увод ...................................................................................................................................................3

Снага ..................................................................................................................................................4

Конектори за напајање .....................................................................................................................5

Напајање матичне плоче .............................................................................................................5

Напајање периферних уређаја ....................................................................................................5

Molex конектор ..........................................................................................................................5

Mini конектор ............................................................................................................................6

SATA конектор за напајање .......................................................................................................6

Стандарди .........................................................................................................................................7

ATX .................................................................................................................................................7

ATXI2V 1.3 ......................................................................................................................................7

ATX 12V 2.0 ....................................................................................................................................8

Модуларни степени за напајање.................................................................................................9

Реализација степена за напајање .....................................................................................................9

Линеарни степени за напајање ...................................................................................................9

Прекидачки степен за напајање ................................................................................................ 10

Нajчешћи кварови на степенима за напајање ................................................................................ 15



3

Увод

Степен за напајање (Power Supply unit - PSU) или извор напајања, је основна

компонента рачунара без које ни један интерни део рачунара не би могао да ради

(слика 7.1). Основна улога степена за напајање је да конвертује долазни наизменични

( AC ) напон од 220 или 110 V у једносмерне (DC ) напоне од +3.3 V , +5 V , +12 V , -5 V и- 12 V ,

и да их дистрибура до компонената рачунара. Долазни наизменични напон се доводи

преко кабла за напајање на стандардизовани IEC -20 конектор (Слика 7.2).

Слика 7.1 Степен за напајање персоналног рачунара

Степен за напајање је оклопљен металним кућиштем које је учвршћено са унутрашње

стране кућишта рачунара. Да би се обезбедило хлађење самог степена за напајање, као

и осталих склопова у кућишту рачунара, у степену за напајање постоји вентилатор. Из

самог кућишта напајања излази више група каблова, којима се прослеђују једносмерни

напони ка матичној плочи, диск јединицама, као и свим осталим компонентама којима

је напајање потребно.

Слика 7.2 IEC -20 конектор преко ког се доводи наизменични напон на степен за напајање

Након укључења рачунара, једна од функција POST процедуре је да омогући степену за

напајање да покрене тест свих излазних једносмерних напона. Излазни напони морају

да буду стабилисани и да постигну жељену вредност, пре него што се покрене

тестирање било које компоненте рачунара. Након што се постигне стабилна вредност

свих излазних напона сигнал PWR_OK (Power Good, PG) се поставља на вредност од

+5 V , након чега се ресетује централна процесорска јединица и почиње да извршава

инструкције из BIOS меморије. Квалитетнији извори за напајање не постављају PWR_OKсигнал све док постоји и најмања могућност да неки од једносмерних напона промене

своју вредност. Неке јефтиније варијанте не уводе ово додатно кашњење или

једноставно кратко споје излазни напон од +5V на PWR_OK линију без икакве провере

стања излазних сигнала!

Матична плоча и картице за проширење користе напоне од +3.3 V и +5 V. Напон од -5 V

се ретко користи. Ако на матичној плочи постоји интегрисани серијски порт онда су

потребни напони од +12 V и -12 V . HDD и CD/DVD уређаји се напајају напонима од +5 V



4

и +12 V. Напон од +12 V се користио за напајање мотора ових уређаја, мада савремене

варијанте у ову сврху користе напон од +3.3 V. Чипови се најчешће напајају са +3.3 V и

+5 V, а напон од +3.3 V се користи за меморију, PCI/ AGP/PCIe картице, напајање

вентилатора неких лаптоп рачунара, док се негативни напони ретко користе.

Многи преносни рачунарски уређаји (лаптоп рачунари, на пример) уместо интерног

степена за напајање користе спољашњи AC /DC адаптер који долазни наизменичнинапон конвертује у жељени DC напон. Спољашњи адаптери, за разлику од интерних,

веома често нису универзални, него су дизајнирани за одређени уређај. Уколико

постоји потреба да се замени спољашњи адаптер, препорука је да се користи тачно

одређени тип, који дефинише произвођач. Уколико се, ипак, одлучите да користите

спољашњи адаптер неког другог уређаја проверите три податка:

Излазни једносмерни напон

Поларитет

Максималну јачину излазне струје.

Ако излазни напон или јачина струје не одговарају потребним вредностима, рачунар

неће радити, а могућа су и трајна оштећења услед превеликог излазног напона.

Снага

Извори напајања могу да се класификују на основу снаге: први персонални рачунари

имали су изворе напајања снаге 63.5 W , док су неки сервери имали изворе напајања

снаге 675 W . Савремени персонални рачунари имају изворе напајања од 450 W па чак и

до 1500 W , што је условљено захтевима за напајање појединих рачунарских

компоненти.

Свака компонента рачунара има сопствене захтеве у погледу снаге напајања и мора се

обезбедити да све раде истовремено. Што више компонената (HD, CD/DVD,

вентилатора, картица за проширење, ...) постоји у рачунару, потребна је већа снагастепена за напајање.

Препорука је да се користи степен за напајање, веће снаге од минимално потребне за

напајање одређеног рачунара јер степен за напајање неће стабилно радити са

граничним оптерећењем. У ситуацијама када степен за напајање не ради под пуним

оптерећењем, његове компоненте се мање загревају, продужава се њихов животни

век, и рад рачунара је поузданији.

Приликом одређивања потребне снаге степена за напајање треба разликовати

величине које се називају вршна вредност ( рeak ) излазне снаге и максимална

континуална снага. Вршна вредност снаге представља највећи износ снаге који може

да се добије из степена за напајање али у веома кратком времену. Дуже време рада у

овом режиму може да уништи извор за напајање! Са друге стране, максимална

континуална снага је величина која се односи на непрекидно напајање компонената

рачунара. Препорука је да она буде већа од прорачунате снаге која треба да се

користи.

Како израчунати потребну снагу степена за напајање? Степен за напајање даје три

основна напона: +3.3 V , +5 V и +12 V . Сваки од њих напаја различите компоненте

рачунара. Укупна снага, P, добија се као збир снага на свакој од тих линија.



5

P [W ] = U [V ] х I [ A]

Aко је на степену за напајање означено да вод од +12 V може да подржи струју од 18 A,

то значи да је преко тог напонског вода могуће обезбедити навише 216 W . При томе

снага степена за напајање може бити декларисана и на већу (нпр. 450 W). Остатак снаге

се односи на излазне линије од +5 V и +3.3 V .

Конектори за напајање

Персонални рачунари користе једносмерни напон од +12 V за напајање мотора HDD и

оптичких уређаја, а напони од +5 V и +3.3 V служе за напајање логичких кола.

Произвођачи дефинишу потребне напоне напајања за поједине уређаје и овде не

постоји опште правило, међутим стаднардизван је изглед конектора за напајање

матичне плоче и интерних уређаја. Савремени степени за напајање имају више

излазних конектора, а њихов број је различит и креће се од 10 до 25 или више код

сложенијих изведби.

Напајање матичне плоче

Савремене матичне плоче се напајају преко конектора који се назива P1 power

connector и има 20 или 24 пинова. Неке матичне плоче захтевају додатне, мање

конекторе са: 4, 6 или 8 пинова за додатно напајање (Слика 7.3).

Слика 7.3 Конектори за напајање матичне плоче

Напајање периферних уређаја

Уређајима као што су HDD, оптички уређаји, вентилатори и сл. потребно је обезбедити

напајање за рад. Напајање се доводи преко стандардизованих конектора који се могу

поделити у три групе: Molex , mini и SATA конектори.

Molex конектор

Преко Molex конектора (Слика 7.4) се доводи напајање за већину уређаја који за свој

рад захтевају напајање од 5 или 12 V . У неким случајевима се преко овог конектора

доводи додатно напајање, као у случају FireWire 800 картица. Molex конектори имају

такав облик да их је готово немогуће погрешно оријентисати, али ипак треба водити

рачуна да се приликом прикључивања конектора на користи превелика сила, јер је на

тај начин могуће деформисати конектор и у крајњем случају погрешно га прикључити.

Распоред пинова на Molex конектору је, такође, дат на Слици 7.5. Преко водова који

имају црни изолатор се прикључује уземљење (два средишња пина), док се на крајње

пинове доводе напони од +12 V (вод жуте боје) и +5 V (вод црвене боје).



6

Слика 7.4 Molex конектори

Mini конектор

Други тип конектора се назива mini connector (Слика 7.5).Преко њега се доводе напони

напајања од 5 и 12 V до периферијских уређаја. У неким случајевима користи се и као

додатно напајање, као нпр. за AGP картице. Због тога што се користи и за напајање

флопи диск јединице често се среће и под називом floppy power connector или

mini Molex .

Приликом прикључивања овог конектора треба обратити посебну пажњу на

оријентацију конектора, јер се лако може погрешно оријентисати.

Слика 7.5 Mini конектор са распоредом пинова

SATA конектор за напајање

Уређаји који подржавају Serial ATA (SATA) стандард се напајају преко SATA power

конектора који има 15 пинова (Слика 7.6).

Слика 7.6 SATAконектор за напајање са распоредом пинова

У општем случају једносмерни напони од +5, +3.3 и +12 V који се добијају из степена занапајање су потпуно независни. То значи да је ограничена укупна снага која се може

добити на једном напону, без обзира да ли постоји и колико је оптерећење на другим

напонима. Потрошња просечних рачунара је таква да се ретко приближава задатим

ограничењима, али неке захтевније конфигурације могу да буду велики потрошачи.

Старији степени за напајање су могли да обезбеде максималну јачину струје од 18 А на

напонском воду од 12 V , што најчешће није довољно за напајање свих периферних

уређаја које садрже савремени рачунари. Једно од могућих решења је да се уведу

додатни напонски водови од 12 V тако да сваки независни напонски вод може да



7

обезбеди максималну јачину струје од 18 А. Друго решење, које је данас заступљеније,

је да и даље постоји један напонски вод од 12 V , али да степен за напајање омогући

далеко већу максималну јачину струје која се креће и до 50 А.

Стандарди

Степени за напајање се производе у различитим облицима и величинама. Најчешћедимензије степена за напајање десктоп рачунара су 150 mm × 140 mm × 86 mm.

Стандардизовани типови ( form factor ) савремених степена за напајање су ATX,

ATX12V v1.x и ATX12V v2.x . Поред њих постоје и LFX12V (ниско-профилни), SFX12V

(мањих димензија), CFX12V (компактни) и EPS12V (користе се код сервера).

Приоизвођачи процесора и видео картица дефинишу захтеве за напајање њихових

производа.

ATX

АТХ стаднард, осим димензија и бројних других карактеристика, дефинише два

интересантна својства степена за напајање: облик конектора (Р1) од 20 пинова за

напајање матичне плоче и сигнале који се доводе преко ових конектора. Поредпостојећих водова за напајање претходног стандарда ( АТ ) уведено је и напајање од

+3.3 V и дефинисана су два нова сигнала: PS_ON (Power_On) и 5V_SB (5V_Standby ) који

се срећу под заједничким именом soft power . PS_ON је сигнал са матичне плоче који

оперативни систем може да искористи за укључивање рачунара софтверским путем.

Ово омогућава покретање рачунара удаљеном комадом са рачунарске мреже или

програмирање времена када ће се рачунар укључити и обавити одређене задатке.

Поред тога, могућа је контрола искључивања рачунара тако да се сачека завршетак

покренутих послова оперативног система, аутоматизовано покретање мода за штедњу

енергије и сл. Сигнал 5V_SB је увек присутан (када је степен за напајање прикључен на

АС напон) и даје матичној плочи ограничено напајање, чак и када је рачунар искључен.

Када је рачунар искључен на улазу PS_ON постоји једносмерни напон (логичка "1").Када се притисне тастер за укључење рачунара, генерише се сигнал који има вредност

логичке "0" и води на PS_ON, што омогућава почетак рада рада рачунара.

Поред водова на које је прикључен Р1 конектор, постоје још најмање два кабла на које

су прикључени Molex конектори или mini конектори преко којих се напајају

периферијски уређаји. Са порастом броја прериферијских уређаја и сложености

процесора, повећавали су се захтеви за напајањем и мотивисали су произвођаче да

уведу нова унапређења која су прерасла у стандарде: ATX 12V 1.3, EPS12V , ATX 12V 2.0,

...

ATXI2V 1.3

ATX 12V 1.3 стандар је настао 2003. године и увео је додатни конектор са четири пина занапајање матичне плоче. Овај конектор има ознаку Р 4 и обезбеђује додатне напоне од

12 V . Степени за напајање који имају Р4 конектор са називају ATX 12V степени за

напајање. ATX12V 1.3 стандардом је такође уведен и AUX конектор са 6 пинова преко

којег се доводе помоћни напони напајања од +3.3 и +5V (Слика 7.7). Увођење Р4 и AUX

конектора био је одговор на захтеве произвођача процесора. Процесори произвођача

AMD захтевали су додатно напајање преко AUX конектора док се напајање за Интелове

процесоре доводи преко Р4 конектора.



8

Слика 7.7 AUX конектор

ATX 12V 2.0

ATX12V 2.0 стандард користи главни конектор са 24 пина за напајање матичне плоче.

Овај конектор је уназад компатибилан са Р1 конектором од 20 пинова, тако да

корисници који имају степен за напајање усаглеашен са ATX12V 2.0 стандардом не

морају да купују нову матичну плочу. Стандардом је, такође, је дефинисано да треба да

постоје два напонска вода са напоном од 12 V , и сваки од њих може да обезбеди снагу

од 230 W. Уведен је додатни SATA конектор за напајање, а укинут је AUX конектор. Многе савремене матичне плоче имају прикључак за 8 -пински конектор за напајање

процесора који се среће под називима EPS12V, EATX12V , и ATX12V 2x4. Једна половина

тог конектора је компатибилна са P4 конекторим (Слика 7.8).

Слика 7.8 Конектор са 8 пинова за напајање процесора

Други конектор је PCI Express (PCIe) конектор за додатно напајање напоном од 12 V (Слика 7.9). Намењен је за додатно напајање периферних уређаја који подржавају PCIe

стандард, пре свега графичких картица. Стандардне графичке картице, које троше

мање од 75 W , могу да се напајају са матичне плоче. Међутим, веома сложене

графичке картице захтевају додатно напајање, снаге и преко 200 W , па је било

неопходно да се реши овај проблем довођењем напајања директно са степена за

напајање. Преко конектора са 6 пинова (дворедни са по 3 пина у реду) може да се

графичкој картици испоручи додатних 75 W снаге, тако да је укупна снага 150 W. Преко

конектора са 8 пинова (дворедни са по 4 пина у реду) може да се графичкој картици

испоручи додатних 150 W снаге, тако да је укупна снага 225 W .

Слика 7.9 Конектор са 8 пинова за напајање процесора



9

PCIe конектор за напајање, се повезују директно са графичком картицом. Како су ови

конектори слични са 8-пинским конекторима за напајање процесора, али нису

компатибилни, треба водити рачуна да се приликом прикључивања не помешају.

Модуларни степени за напајање Модуларни степени за напајање (Слика 7.10) омогућавају да се каблови за напајање

који се не користе одстране, као и да се прилагоди дужина каблова. Добра особина им је да омогућавају лакшу организацију каблова и могућност набавке жељених конектора

у довољном броју, међутим пракса показује да код мање квалитетних примерака, на

водовима са већом потрошњом може да дође до загревања места спојева и оштећења

каблова или конектора.

Слика 7.10 Модуларни степен за напајање

Реализација степена за напајање

Постоје два основна типа степена за напајање: линеарни (континуални) и прекидачки

(импулсни). Персонални рачунари користе прекидачки тип степена за напајање јер су

довољно ефикасни, мањих су димензија, мање се греју и јефтинији су од степена за

напајање линеарног типа.

Прекидачки степени за напајање за правилан рад захтевају оптерећење(прикључивање неког потрошача) и код већине је довољно да су прикључени на

матичну плочу. Довођење наизменичног напона на прекидачки степен за напајање који

није оптерећен, може изазвати трајна оштећења!

Линеарни степени за напајање

Код линеарног степена за напајање (Слика 7.11), на улазу се налази мрежни

трансформатор МТ , који снижава мрежни напон на жељену вредност погодним

избором броја намотаја у примару и секундару трансформатора. Секундарни

наизменични напон се затим исправља у грецу, GR, тако да се иза греца добија

једносмерни напон који се филтрира кондензатором C f . Добијени једносмерни напон

је нестабилисан и његова вредност је подложна променама услед промене вредностимрежног напона и промене струје потрошача који је прикључен на тај степен за

напајање. Да би се од нестабилисаног једносмерног напона добио стабилисани,

користе се стабилизатори напона. Код линеарног степена за напајање стабилизатор

напона сачињавају транзистор ТR и управљачко коло UK . Карактеристика линеарног

степена за напајање је да на транзистору ТR стално постоји разлика нестабилисаног и

стабилисаног напона (Uul – Uiz), због чега је дисипација снаге на транзистору ТR велика,

јер директно зависи од производа (Uul –Uiz) ×Iiz, где је Iiz струја потрошача.



10

Слика 7.11 Блок шема линеарног степена за напајање

Зато транзистор ТR мора бити предвиђен за велику снагу и мора се обезбедити

одговарајуће хлађење. Управљачко коло, UK , обезбеђује такву поларизацију

транзистора ТR да излазни напон, Uiz, буде константан.

Линеарни степен за напајање се не корсти код персоналних рачунара због следећих

особина:

Уколико потрошач захтева велику струју, улазни напон Uul , мора да буде већи

од излазног напона, Uiz.

За струју потрошача од 10 A, дисипација снаге на транзистору (TR) je oко 60 W.

Потребно је уградити транзисторе који су прилагођени за велике снаге, што

повећава цену.

Димензије језгра трансформатора су пропорционалне излазној снази и

обрнуто пропорционалне фреквенцији долазне назименичне струје. Како је

фреквенција (50Hz) константна величина, на димензије утиче само

пројектована снага трансформатора. Прорачуни показују да би за снагу од

400 W , само димензије трансформатора биле барем два пута веће од

димензија постојећих степена за напајање.

Прекидачки степен за напајање

Због потребне велике снаге у персоналним рачунарима се искључиво користе

прекидачки степени за напајање. Код прекидачког степена за напајање (Слика 7.12) је

на почетку мрежни трансформатор МТ , који снижава мрежни напон на вредност која

одговара потребном једносмерном напону.

Слика 7.12 Блок шема прекидачког степена за напајање

Секундарни наизменични напон се затим исправља у грецу, GR, тако да се иза греца

добија једносмерни напон који се филтрира кондензатором C f . Добијени једносмерни

напон је нестабилисан и због тога се користе стабилизатори који се састоје од

транзистора, ТR, и управљачког кола UK , диодe D0, пригушницe L0 и кондензаторa C 0.

За разлику од линеарног стабилизатора напона, код прекидачког стабилизатора, струја

кроз транзистор, Т R, тече у импулсима, и то тако да када транзистор проводи, он буде у

засићењу. Тада је напон на њему врло мали (око 0.5 V ), па је и дисипација снаге снаге

на њему мала. Када транзистор не проводи на њему практично да нема дисипације



11

снаге. На основу тога се закључује да је дисипација снаге на транзистору у овом случају

знатно мања него код линеарног стабилизатора, па је самим тим потребан транзистор

мање снаге и мањи хладњак за њега. Управљачко коло, UK, даје импулсну побуду

транзистору, Т R, тако да се на излазу стабилизатора, помоћу диоде D0, пригушнице L0 и

кондензатора С 0, добија једносмерни напон који врло мало осцилује око потребне

вредности једносмерног напона.

Основни захтвев који се поставља пред конструктора напајања за персоналне

рачунаре, поред жељених карактеристика, је што нижа цена и веома често што мање

димензије.

Како су димензије језгра трансформатора обрнуто пропорционалне фреквенцији

улазног наизменичног напона постоји могућност да се повећањем фреквенције битно

утиче на димензије. Даље смањење величине и тежине степена за напајање се

постиже тиме да се на мрежни напон прво грецом исправи у једносмерни, па се такав

нестабилисани једносмерни напон, филтриран кондензатором С f , доводи на

инверторски трансформатор IT преко једног прекидача (прекидач је реализован са

једним или са два прекидачка транзистора), Слика 7.13.

Слика 7.13 Директно исправљање мрежног напона

Између тачака А и В се добија одговарајући једносмерни напон. Једносмерни напон се

не сме директно довести на примар инверторског трансформатора јер би то довело до

кратког споја и прегоревања примара. Потребно је да се обезбеди механизам који би

од једносмерног напона генерисао наизменични напон високе учестаности.

Постављањем прекидача у серију са примаром (Слика 7.14) може се добити жељена

функција.

Слика 7.14 Постављање прекидача у серији са примаром

Брзина рада прекидача одређује фреквенцију струје која пролази кроз примар. У

секундару се индукује наизменични напон. Прекидач се реализује преко транзистора

који уз одговарајућу поларизацију базе обезбеђује жељену фреквенцију улазног

напона. Када је ТR правилно поларисан, он се понаша као кратак спој, па долази до

пражњења кондензатора, када не води, кондензатор се пуни. Принципска шема

прекидачког степена за напајање је дата на Слици 7.15.



12

Слика 7.15 Принципска шема прекидачког степена за напајање

Управљачко коло UK даје импулсну побуду транзистору TR, тако да кроз примар

инверторског трансформатора IT тече струја у импулсима. Зато се у секундару

трансформатора индукују напонски импулси, који се диодом D исправљају у

једносмерни напон и затим филтрирају пригушницом L и кондензатором C . На тај

начин се на излазу стабилизатора добија једносмерни напон који врло мало осцилује

око потребне вредности једносмерног напона. Тај напон се поред потрошача води и на

управљачко коло које на основу његове вредности регулише импулсну побуду

прекидача (транзистора) у примару инверторског трансформатора, тако да се добије

потребна вредност излазног напона. Регулација излазног напона се постиже на

следећи начин: ако излазни напон опадне од номиналне вредности, управљачко коло

даје дуже побудне импулсе прекидачком транзистору, услед чега ће кроз примар

инверторског трансформатора дуже тећи струја, па ће се у његовом секундару

индуковати импулси већег напона, који после исправљања дају већи једносмерни

излазни напон, па се компензује претходни пад излазног напона (Слика 7.16). Слично

важи и у случају повећања излазног напона, само што сада управљачко коло даје краће

побудне импулсе прекидачком транзистору. Учестаност прекидања струје кроз

инверторски трансформатор је реда неколико десетина KHz, па је за ту учестаност

потребан много мањи и лакши трансформатор него за учестаност од 50 Hz са којом се

ради у степенима за напајање приказаним на Слици 7.11. Такође при тим већим

учестаностима су потребни и кондензатори мањег капацитета, што све доводи до

много мањих димензија и тежине целог степена за напајање, него када би се користио

принцип приказан на Слици 7.11.

Слика 7.16 Регулација напона

Једносмерни напон добијен исправљањем мрежног напона се води на два инвертора,

главни и помоћни (Слика 7.17). Помоћни инвертор , стално ради када је прикљученмрежни напон, тако што осцилатор OSC побуђује транзистор Q2 у чијем се дрејну

налази помоћни инверторски трафо, PIT . У секундару овог трафоа се исправљањем и

филтрирањем добија једносмерни напон који се стабилише на +5V фиксним

регулатором напона. Тако се добија помоћни (Stand-by ) напон.

Тај напон се води и на секундарно управљачко коло главног инвертора (UK “). На ово

управљачко коло се прикључује и тастер за укључење рачунара у рад. Притисак на

тастер се преко управљачког кола и опто-каплера ОК 2 преноси на примарно



13

управљачко коло главног инвертора (UK ̀), што изазива и почетак његовог рада. Када

ово управљачко коло проради, преко транзистора Q1 се побуђује главни инверторски

трафо, GIT . Напонски импулси који се јављају у примару овог трафоа се преносе у

његове секундаре, где се исправљају и филтрирају, дајући потребне излазне напоне.

Излазни напони се воде и на секундарно управљачко коло UK “, одакле се преко

оптокаплера ОК 1 успоставља петља која регулише излазне напоне и остварује

потребне пренапонске и прекострујне заштите.

Слика 7.17 Блок шема прекидачког степена за напајање

На Слици 7.18 је приказана електрична шема једног конкретног степена за напајање.

Помоћу ове шеме ће укратко бити објашњен начин рада и улога појединих елемената у

степену за напајање.

На прикључке означене са АC IN се доводи наизменични напон из мреже 220 или

110 V . У оквиру склопа напајања постоји преклопник SW којим се бира напон напајања.

Тај преклопник мора бити постављен у одговарајући положај према вредности

мрежног напона. Ако се то не поштује, може доћи до трајног оштећења степена за

напајање. Кондензатори С1 и С 2 заједно са пригушницом Т 1 чине мрежни филтар, чија је улога да спречава пролаз импулсних сметњи. Затим се мрежни напон води на грец

исправљач BD1 где се исправља, тако да се на редној вези кондензатора C 5 и C 6 добија

нестабилисани једносмерни напон реда 310 V . NTC отпорник R1 у тренутку укључења

напона има релативно велику отпорност (10 до 20 Ω), тако да ограничава струју

пуњења празних електролитских кондензатора C 5 и C 6. Како струја тече кроз NTC

отпорник, он се загрева и смањује своју отпорност на малу вредност (реда једног Ω),

тако да се на њему током рада не стварају губици енергије. Осигурач F 1 служи за

заштиту у случају пробоја неке од диода у грецу BD1, пробоја електролитских

кондензатора C 5 и C 6, или пробоја прекидачких транзистора Q1 и Q2. Прекидачки

транзистори Q1 и Q2 наизменично пропуштају струју кроз примар инверторског

трансформатора Т 3, и то у супротним смеровима, тако да та струја примара нема

једносмерну компоненту.



14

Слика 7.18 Електрична шема једног прекидачког степена за напајање





16

Највећи број кварова на степенима за напајање се дешава на елементима преко којих

се преноси велика снага, као што су грец исправљач мрежног напона, прекидачки

транзистори у примару инверторског трансформатора, исправљачке диоде у

секундарима инверторског трансформатора, као и електролитски кондензатори који

филтрирају исправљени мрежни напон и исправљене напоне на секундарној страни

степена за напајање. Ако је прегорео мрежни осигурач, онда обавезно треба наћи

узрок тог прегоревања. То је најчешће пробој неке од диода у грец исправљачу или

пробој прекидачких транзистора у примару инверторског трансформатора. Ове

кварове, као и кварове на секундарној страни, најлакше је тражити испитивањем

сумњивих елемената омметром, без укљученог мрежног напона. Релативно често се

дешава да буду неисправни отпорници за поларизацију прекидачких транзистора. У

шеми степена за напајање то би били отпорници R6, R7, R8 и R9. Ако се испитивањем

побројаних елемената не нађе квар, треба прећи на испитивање управљачког кола.

Треба рећи да су кварови на елементима који чине управљачко коло доста ређи. За ово

испитивање је неопходан осцилоскоп и један исправни степен за напајање. Из тог

исправног степена треба довести све излазне напоне на одговарајуће прикључке

испитиваног напајања, +5 V , +12 V и -12 V . Напон од –5 V треба довести ако се на

испитиваном напајању –5 V генерише директно исправљањем напона са секундараинверторског трансформатора, док ако се напон –5 V генерише стабилзатором из

напона –12 V , тада се на испитивано напајање не доводи спољашњи напон –5 V . При

овом испитивању се неисправно напајање не прикључује на мрежни напон. Када се

исправно напајање укључи, осцилоскопом се могу посматрати таласни облици напона

на управљачком колу.

Слика 7.19 Tаласни облици напона у карактеристичним тачкама степена за напајање

Као управљачко интегрисано коло се редовно користи коло TL494, и оно ако је

исправно, треба да на својим пиновима 6, 8, 11 и 14, да таласне облике приказане на

Слици 7.19. Импулси на пину 6 управљачког интегрисаног кола су сигнал из унутрашњег

осцилатора, импулси на пиновима 8 и 11 су излазни импулси којима се побуђују



17

прекидачки транзистори, а напон на пину 14 је референтни напон +5 V који се интерно

генерише у самом интегрисаном колу. Ако неки од ових сигнала не постоји, треба

проверити само интегрисано коло, или неки од елемената око њега. Импулсе са

пинова 8 и 11 треба осцилоскопом испратити преко побудних транзистора Q3 и Q4,

побудног трансформатора Т 4, све до база прекидачких транзистора Q1 и Q2. Праћењем

импулса и откривањем места где се они губе, може се локализовати неисправан

елемент у управљачком колу. Такође приликом овог испитивања треба проверити и

коло које даје Power Good сигнал. На шеми на Слици 7.18, ово коло је реализовано

интегрисаним колом U2.

Код сервисирања степена за напајање, прво је потребно утврдити да ли је квар у колу

које обезбеђује помоћни напон (+5V_SB) или у колу главног инвертора. То се ради тако

да се доведе мрежни напон на степен за напајање, па се провери постојање помоћног

напона . Ако тај напон не постоји, квар је у колу прекидачког степена који даје помоћни

напон, а ако тај напон постоји, квар је у колу прекидачког степена велике снаге (главни

инвертор). Да би се испитала исправност главног инвертора, најлакше је парчетом

жице направити кратку везу између пинова PS_ON и GND на 20 пинском конектору

којим се води напајање на матичну плочу. Тиме се симулира логика на матичној плочи

и омогућује да се комплетно напајање засебно испита (без прикључивања на матичну

плочу).



1


Београд


Монитори са катодном цеви (CRT )


2013.



2

Садржај Увод ...................................................................................................................................................3

Катодна цев .......................................................................................................................................3

Учестаност скенирања ......................................................................................................................5

Повезивање са видео картицом .......................................................................................................6Блок шема монитора у боји и начин функционисања .....................................................................7

Вертикални и хоризонтални излазни степени ............................................................................8

Видео појачавач ...........................................................................................................................9

Довођење напона на прикључке катодне цеви ....................................................................... 10

Најчешћи кварови код монитора и начини њиховог отклањања .................................................. 11



3

Увод Монитор или видео дисплеј је излазни уређај који служи за приказивање излазних

резултата у облику слике. Постоје два основна типа монитора: CRT и LCD (TFT ).

Монитори са катодном цеви (Cathode ray tube - CRT ) су први тип монитора који се

појавио у рачунарској индустрији. Мада се CRT монитори још увек користе, данас се све

више замењују савременијом, LCD технологијом. Основни део CRT монитора је великакатодна цев (Слика 8.1). Један крај катодне цеви је облика мањег цилиндра у ком се

налазе три електронска топа. Улога електронског топа је да емитује млаз електрона.

Млаз електрона се усмерава према другом крају катодне цеви, помоћу елемената који

се називају решетке. Други крај катодне цеви је већих димензија, заравњен и служи за

приказивање слике, а његова унутрашња површина је прекривена слојем фосфора у

облику тачака или трака малих димензија. Особина фосфора је да уколико се изложи

побуди електронског млаза емитује енергију у облику видљиве светлости. У зависности

од карактеристика додатних компонената, боја емитоване светлости може бити

различита, а од интереса су смеше које емитују црвену, зелену и плаву боју. Поред

катодне цеви, монитор садржи управљачку електронику. Приликом одржавања

монитора треба посебно обратити пажњу на то да су неки од напонских нивоа који сегенеришу веома велики (и до 30.000 V ) и самим тим представљају ризик од могућих

повреда.

Слика 8.1 Пресек CRT монитора

Катодна цев На Слици 8.2 је приказан шематски приказ катодне цеви са свим њеним прикључцима.

Сви приказани елементи, осим скретног система и намотаја за размагнетисавање

екрана, налазе се унутар катодне цеви, која је вакуумирана. Код монитора у боји

постоје три основне боје, односно три типа фосфорних елемената, које у побуђеном

стању могу да емитују светлост црвене, зелене или плаве боје. Три фосфорна елемента

малих димензија су груписани у једну целину и чине једну тријаду, односно најмањи



4

могући елемент слике који се назива пиксел. Појединачни фосфорни елемент се назива

подпиксел (subpixel ). Због несавршености људског ока, три подпиксела који су на

веома малој удаљености, посматрачу изгледају као једна тачка. У зависности од

интензитета емитоване светлости једне од три боје сваког од подпиксела, посматрач

има доживљај различитих боја из целог спектра.

Слика 8.2 Елементи катодне цеви

На задњој страни катодне цеви се налазе три катоде (електронска топа) KR, KG и KB, по

једна за сваку од основних боја. Катоде се загревају грејним влакном ff због струје која

тече кроз њега. Ужарено грејно влакно загрева катоде и услед тога оне емитују

електроне. Електрони под утицајем високог позитивног напона (реда 25 kV ) на аноди

( A) катодне цеви, образују млазеве који ударају у одговарајуће фосфорне тачке на

екрану. На сваку од те три фосфорне тачке пада један од електронских млазева. Када

млаз електрона падне на фосфорну тачку, она емитује светлост. Фосфорни слој се може

одабрати на такав начин да емитује црвену, зелену или плаву светлост приликом

побуде. Интензитет емитоване светлости, а самим тим и емитоване боје је

пропорционалан интензитету електронског млаза. Мењањем интензитета

електронских млазева који побуђују једну тријаду, добија се комбинација од три

основне боје. Како се може утицати на интензитет сваке од три основне боје, могуће је

добити веома велики број комбинација и постићи приказ било које од нијански које

човек може да види.

Мењање интензитета електронских млазева, постиже се променом напона између

катода и прве решетке катодне цеви G 1. Напон на решетци G1 је негативан у односу на

напоне на катодама и у зависности од његове величине више или мање ће спречавати

пролаз електронима са катода према аноди катодне цеви.

На другу решетку катодне цеви G 2 се доводи позитиван напон реда 500 до 600 V .

Задатак решетке G2 је да убрза електронекоји су прошли решетку G1, како би

наставили пут ка аноди.

На трећу решетку катодне цеви G 3 се доводи позитивни једносмерни напон реда 6 kV.

Овом решеком се фокусирају електронски млазеви тако да сваки од њих падне тачно

на одговарајућу фосфорну тачку на екрану, чиме се обезбеђује оштра слика и прецизна

репродукција боја.

Млазеви се заједно крећу по површини екрана по прецизно одређеном реду. Прва

хоризонтална линија коју исписују, почиње у горњем левом углу екрана, а завршава се

у горњем десном углу, гледано са предње стране екрана. Када млазеви на крају те

линије дођу до десне ивице екрана, они се гасе и враћају се на почетак следеће линије,



5

на леву ивицу екрана, тада се поново укључе и започиљу исцртавање нове линије

(Слика 8.3).

Слика 8.3 „Цртање“ једне линије на екрану

Цртање се наставља све до последње линије на екрану. После исцртавања последње

хоризонталне линије електронски млазеви се налазе у доњем десном углу екрана, они

се гасе и потом враћају у горњи леви угао, чиме постају спремни за исцртавање

следеће слике.

Управљање померањем електронских млазева по хоризонтали и вертикали екрана се

постиже довођењем одговарајућих струја кроз хоризонталне и вертикалне скретнекалемове HSK и VSK (Слика 8.2) који се налазе са спољашње стране катодне цеви у

оквиру елемента који се назива скретни или отклонски систем. Задатак хоризонталног

скретног калема је да омогући померање елктронског млаза са леве на десну страну и

обрнуто, док вертикални скретни калем помера електронски млаз по вертикали

екрана.

Поред описаних елемената катодне цеви који непосредно учествују у формирању

слике на екрану, катодна цев садржи и намотај за размагнетисавање екрана

(Degaussing coil ), означен са DGC на Слици 8.2. Намена овог намотаја је да се

пропуштањем наизменичног напона кроз њега, изврши размагнетисавање површине

екрана. Екран се може случајно намагнетисати неким спољашњим магнетним пољем и

услед тога долази до ефекта замућивања слике. Намотај за размагнетисање екранаслужи за отклањање ове појаве.

Учестаност скенирања Учестаност хоризонталног скенирања, HRR (Horizontal Refresh Rate) је величина која је

одређена временом које је потребно да електронски млазеви побуде све фосфорне

тачке на једној линији екрана и да се позиционирају на почетак нове линије. HRR се

мери у kHz, што одговара исцртавањау неколико хиљада линија у једној секунди.

Учестаност вертикалног скенирања - VRR (Vertical Refresh Rate) је величина која је

обрнуто пропорционална збиру два времена: времену потребном да се нацрта једна

цела слика (екран) и времену потребном да се електронски млаз поново позиционира

у горњи леви угао екрана (Слика 8.4). VRR се мери у Hz, односно бројем екрана који се

исцртају у једној секунди.



6

Слика 8.4 „Цртање“ целог екрана

Ако је VRR ниска, долази до треперења слике, јер фосфор протоком времена смањује

интензитет израчене светлости (гаси се), уколико га електронски поново не побуди

(освежи). Препорука је да вредност учестаности вертикалног скенирања буде 75Hz или

већа. Учестаност вертикалног скенирања није независна величина. Ограничена је

максималном учестаности хоризонталног скенирања на којој монитор може да ради.

Да би при одређеној резолуцији имали неку учестаност вертикалног скенирања,

монитор мора да стабилно ради на учестаности хоризонталног скенирања датој

изразом:

HRR = (вертикална резолуција) × VRR ×k

Из израза се види да што је већа вертикална резолуција (односно број хоризонталних

линија које треба исцртати) и број слика које треба исцртати у једној секунди (VRR),

монитор ће морати да ради на већој учестаности хоризонталног скенирања (HRR).

Пракса показује да нема потребе инсистирати на учестаностима вертикалног

скенирања преко 85 Hz, јер то повлачи вредности учестаности хоризонталног

скенирања, а тиме и компликованија и скупља електронска кола која управљају

скретањем електронских млазева. Фактор k у горњем изразу (креће се од 1,1 до 1,3)

узима у обзир време потребно за повратак елктронског млаза са краја једне на почетак

следеће линије и са краја једне на почетак следеће слике. Тако , на пример, за

резолуцију 800 × 600 тачака, при учестаности вертикалног скенирања од 75 Hz,

учестаност хоризонталног скенирања износи: 600 × 75 × 1,1 = 49500 Hz

Време трајања сајаја фосфора назива се перзистенција. Ако је перзистенцја велика

фосфор дуго светли након побуде. Међутим, фосфорни премази веома велике

перзистенцје нису погодни за мониторе, јер слика може да изгледа замућено због

„памћења“ претходне побуде.

Повезивање са видео картицом Монитор је са рачунаром (односно са видео картицом у рачунару) повезан сигналним

каблом који на својем крају има конектор са 15 пинова. Распоред појединих сигнала

који из видео картице стижу на монитор преко VGA конектора, дат је на Слици 8.5.



7

Слика 8.5 VGA конектор са распоредом сигнала.

Блок шема монитора у боји и начин функционисања На Слици 8.6 је приказана уопштена блок шема монитора у боји са његовим основним

склоповима.

Задатак степена за напајање је да користећи долазни мрежни напон обезбеди једносмерне напоне потребне за напајање осталих склопова у монитору. На блок шеми

монитора, на степену за напајање су означена су два излазна једносмерна напона U1 и

U2, мада у општем случају може бити више излазних напона различитих вредности.

Сам степен за напајање је прекидачког (импулсног) типа.

Слика 8.6 Поједностављена блок шема CRT монитора у боји

Из видео картице у монитор долазе сигнали три основне боје (R, G, и B), као и

хоризонтални и вертикални синхро импулси. Сигнали боја су у аналогном облику, са

амплитудом око 0,7 Vpp (разлика максималне и минималне амплитуде), док су синхро

импулси дигитални, ТТ L нивоа (0 и 5 V ).

Синхро импулси се воде у склоп процесора синхро импулса, у коме се они обрађују и

синхронишу одговарајуће осцилаторе (вертикални и хоризонтални), па тако



8

генерисаним импулсима побуђују вертикални и хоризонтални излазни степен. CRT

монитори обично имају једно интегрисано коло које прима и обрађује оба типа синхро

импулса из видео картице, мада су старија решења имала одвојена кола за вертикалне

и хоризонталне импулсе.

Вертикални и хоризонтални излазни степени Вертикални излазни степен, користећи излазни сигнал из дела процесора синхроимпулса који обрађује вертикалне синхро импулсе, производи излазни напон

тестерастог облика. Тим напоном се побуђује вертикални скретни калем на катодној

цеви, и њиме се управља вертикалним померањем електронских млазева. Вертикални

излазни степен је обично реализован једним интегрисаним појачивачем снаге.

Хоризонтални излазни степен има вишеструку улогу. На Слици 8.7 је приказана његова

принципска шема са карактеристичним елементима. Обрађени хоризонтални синхро

импулси (учестаности од 30 до 80 KHz, зависно од резолуције и брзине вертикалног

освежавања) из процесора синхро импулса долазе на побудни транзистор Q1, у чијем

се колектору налази побудни трансформатор Т 1. Транзистор Q1 се напаја напоном Ucc1

из степена за напајање. Синхро импулси појачани транзистором Q1, преко побудног

трансформатора Т 1 долазе на базу транзистора Q2. Овај транзистор је предвиђен за

велике снаге и радне напоне (реда 50 W и 1500 V ). У његовом колекторском колу се

налази примарни намотај линијског трансформатора Т 2, преко кога се доводи напон

Ucc2 из степена за напајање. Као последица доведених синхро импулса на базу

транзистора Q2, на његовом колектору се јављају краткотрајни напонски импулси

вредности око 1200 V . Погодним избором вредности индуктивности примара

трансформатора и хоризонталног скретног калема, као и капацитивности Cd , кроз

хоризонтални скретни калем, прикључен на колектор транзистора Q2, добија се струја

која има тестерасти облик, и која равномерно помера електронске млазеве у

хоризонталном правцу.

Слика 8.7 Принципска шема хоризонталног синхро импулса

Поред ове улоге, хоризонтални излазни степен обавља још неке важне функције. Један

од његових секундарних намотаја има веома велики број навоја, тако да се у њему

индукују веома високи напони. Ти напони се исправљају диодом Da, па се тако добија



9

једносмерни напон реда 25 kV , потребан за напајање аноде катодне цеви. Са извода на

том секундарном намотају се узимају нешто нижи напонски импулси, који се

исправљају диодом Df , чиме се добија једносмерни напон реда 6 kV . Овај напон се

води на редну везу два потенциометра, Pf и Ps, са чијих се клизача одводи напон за

фокусирање електронских млазева (Focus - на трећу решетку катодне цеви) и напон за

предрегулацију осветљаја (Screen – на другу решетку катодне цеви). Диоде Da и Df , као

и потенциометри Pf и Ps се налазе заливени у самом кућишту линијског

трансформатора, и из њега су доступни само клизачи потенциометара преко којих се

фокусира слика и утиче на ниво осветљења.

Трећа улога хоризонталног линијског степена, поред две већ описане, је да обезбеди и

једносмерне напоне за напајање неких кола и склопова у монитору који не морају да

се напајају из самог степена за напајање. На блок шеми монитора (Слика 8.6), ти

напони су означени са U3 и U4, али их може бити и више и мање од два. На Слици 8.7

је, због прегледности слике, приказан начин добијања само једног таквог напона (Uiz3).

Напонски импулси индуковани у секундарном намотају линијског трансформатора се

исправљају диодом Di и филтрирају кондензатором Cf , тако да се добије потребна

вредност једносмерног напона. Сама та вредност је одређена бројем навојака

секундарног намотаја из кога се и добија. Користећи овај принцип могуће је добити

више различитих и позитивних и негативних напона. Ови напони се најчешће користе

за кола за регулацију осветљаја екрана, као и за потребе регулације и заштите у

хоризонталном степену.

Видео појачавач Mонитори са већим дијагоналама екрана често имају хоризонтални излазни степен

подељен у два дела сличне конструкције. Сваки од тих делова има своје транзисторе

Q1 и Q2, с тим што један има линијски трансформатор и служи за добијање високих

једносмерних напона за катодну цев и помоћних једносмерних напона, а други има

хоризонтални скретни калем и служи за генерисање тестерасте струје, којом се

хоризонтално покрећу електронски млазеви. Поред тога, сваки од ова два дела

хоризонталног излазног степена може да има и сопствени помоћни прекидачки извор

напајања, чији излазни напон зависи од изабраних радних учестаности. На овај начин

се много лакше постиже да монитор има стабилну слику истих димензија у целом

опсегу резолуција и учестаности вертикалног освежавања са којима може да ради.

Видео појачивач се може поделити на два подстепена: предпојачивач и излазни

појачивач, како је то приказано на Слици 8.8. Видео степен добија из видео картице три

аналогна сигнала основних боја: црвене, зелене и плаве, чије амплитуде износе од 0,7

до 1 V . Ови сигнали се обично заједнички појачавају у једном предпојачивачу

реализованом као интегрално коло. У овом колу се променом појачања врши

регулација контраста слике на екрану. Веће појачање значи већи распон измеђунајсветлијих и најтамнијих детаља на слици, то јест већи контраст, и обрнуто,

смањењем појачања смањује се и контраст слике. У оквиру овог кола се налазе и

тример потенциометри којима се појединачно могу подесити појачања и нивои

сигнала у каналима основних боја, што омогућава прецизно подешавање баланса боја.

Ова подешавања се врше у фабрици, и ако није неопходно, не треба их обављати при

сервисирању, јер због великог броја међусобно зависних потенциометара (обично 5

или 6), само подешавање није лако тачно извести.



10

Слика 8.8 Блок шема видео појачавача

После описаног предпојачивачког кола, које на свом излазу даје амплитуде сигнала око

3 до 4 V , сигнали долазе на излазни видео појачивач. Задатак овог склопа је да

обезбеди амплитуду видео сигнала довољну за побуду катода катодне цеви. Та

амплитуда обично износи око 60 V . Овај појачивач се најчешће реализује преко три

засебна појачивача са високонапонским транзисторима, мада постоје и интегрисана кола за ту намену, која у себи садрже сва три излазна појачивача.

Довођење напона на прикључке катодне цеви Излазни сигнали из видео појачивача се воде на катоде катодне цеви. Поред њих на

електроде катодне цеви се доводе још неки напони. За грејање катода се на грејно

влакно може довести или наизменични или једносмерни напон. Код монитора се

најчешће доводи једносмерни напон, због мањег утицаја на квалитет слике. На прву

решетку се доводи једносмерни напон. Овај напон се обично може мењати

потенциометром, или код новијих монитора посебним колом којим се командује

тастерима или екранским менијем, чиме се мења напонска разлика између катода и

прве решетке, а тиме се регулише и осветљај екрана. Код неких монитора прварешетка може бити везана на фиксни напон (често на масу), а регулација осветљаја се

обавља у оквиру видео појачивача. Већ је речено да се на другу решетку катодне цеви,

из хоризонталног излазног степена, доводи једносмерни напон реда 500 V за

предрегулацију осветљаја, а на трећу решетку напон реда 6 kV , којим се фокусирају

електронски млазеви. Најзад на аноду катодне цеви се доводи једносмерни напон

реда 25 kV , такође из хоризонталног излазног степена. Мада на блок шеми на Слици

8.6 није наглашено, на катодној цеви постоје додатни намотаји. Један од њих је и

намотај за размагнетисавање екрана и он се напаја из степена за напајање

наизменичним мрежним напоном преко отпорника са позитивним температурским

коефицијентом (PTC отпорник). Овај намотај приликом укључења монитора ствара јако

наизменично електромагнетно поље, којим се уклањају евентуална намагнетисања

екрана, чија је последица нечистоћа боја на екрану. Поред тог намотаја у оквиру

скретног (отклонског) система постоје и намотаји за корекцију геометријских

карактеристика слике, такозвана корекција исток – запад и север – југ. Ови намотаји

служе за исправљање закривљења слике по хоризонтали и вертикали, насталих као

последица закривљења саме површине катодне цеви на којој се ствара слика. Код

бољих монитора постоји и посебни микроконтролер, који се налази у склопу

процесора синхро импулса и са којим могу да се обављају практично сва подешавања

параметара слике на екрану. Та подешавања се могу уписати у уграђену меморију, тако



11

да је могућа лака и брза промена радног режима монитора, без потребе за било

каквим додатним подешавањима слике. Микроконтролер поред ових функција,

заједно са хоризонталним излазним степеном остварује и заштитне функције које

спречавају веће и опасније кварове, односно рад монитора у режимима који би могли

да буду опасни и за сам монитор и за његовог корисника.

Најчешћи кварови код монитора и начини њиховог отклањања Монитори персоналних рачунара су сложени уређаји, а како их има много типова од

разних произвођача, који имају увек по неко специфично решење за неки склоп, тешко

је генерализовати све могуће кварове и њихове узроке. Ипак, могу се навести неки

карактеристични кварови и њихови симптоми, уз назнаку у ком степену монитора

треба тражити неисправност.

• Монитор по укључењу уопште не ради, не светли ни LED индикатор који

сигнализира укључење.

Приликом оваквих симптома оправдано је претпоставити да не ради степен за

напајање, тако да ни један други склоп у монитору не добија потребне напоненапајања. Тада је потребно проверити елементе у овом степену и то: мрежни осигурач,

грец исправљач (може бити реализован као јединствени елемент или са четири

посебне диоде), NTC отпорник у колу греца, као и филтарски електролитски

кондензатор иза греца, прекидачки транзистор у примару инверторског

трансформатора, исправљачке диоде у секундарима инверторског трансформатора и

електролитске кондензаторе у филтерима иза њих, а такође и интегрисано коло које

управља радом прекидачког транзистора (најчешће је то коло UC 3842). Квар са

наведеним симптомима могу изазвати и неки од елемената који се налазе око

наведених елемената, тако да откривање неисправног, или неисправних елемената

захтева стрпљење и систематичност. Када се нађе неисправни елемент, потребно је

проверити да он није страдао због неке друге неисправности, јер ако је то случај,поново би дошло до истог квара.

• Нема слике на екрану, а LED индикатор који сигнализира укључење трепери

Када се наиђе на овакве симптоме, може се закључити да степен за напајање

функционише, пошто LED индикатор светли. Међутим, пошто он не светли трајно него

трепери, може се претпоставити да је неки од излаза степена за напајање проптерећен

и да зато ступа у дејство заштита од преоптерећења која постоји у степену за напајање.

Та заштита прекида рад степена за напајање, услед чега нестаје излазни напон , а тиме

и преоптерећење, па се LED индикатор искључује. Затим степен за напајање поново

почиње да ради, LED индикаторопет засветли, али како се опет јави преоптерећење,ступа у дејство заштита, и ствари се циклично понављају. Пошто степен за напајање не

даје нормалне излазне напоне, монитор не ради.

У случају оваквих симптома треба проверити отпорности према маси на свим излазима

степена за напајање. Вредности ових отпорности могу да буду од неколико стотина ома

па до неколико килоома. Ако се нађе неки излаз који према маси има релативно малу

отпорност, онда је вероватно неки елемент у колима која се са њега напајају пробио,

што изазива преоптерећење и описане симптоме. Релативно често се дешава да квар



12

ове врсте настане у излазном хоризонталном степену, тако што пробије излазни

транзистор (Q2 на Слици 8.7). Пошто се овај транзистор напаја напонима од преко

100 V , због његовог пробоја настаје велико преоптерећење и активирање прекострујне

заштите у степену за напајање. Осим пробоја овог транзистора, описане симптоме ће

изазвати и пробој неког од електролитских или блок кондензатора који се налазе дуж

посматране линије за напајање према маси, а могући су и други узроци. Код неких

монитора, пробој излазног транзистора у хоризонталном излазном степену трајно

блокира рад степена за напајање, тако да LED индикаторуопште не засветли. Тада

имамо исти симптом као и код претходног квара, али како видимо, узрок је другачији.

Зато приликом откривања места квара треба и о овоме водити рачуна.

• На средини екрана постоји хоризонтална танка бела линија

У овом случају се закључује да степен за напајање и хоризонтални излазни степен

исправно раде, пошто постоји скретање млазева по хоризонтали, али пошто не постоји

скретање електронских млазева по вертикали, не функционише степен за вертикално

скретање. Узроци за његово нефункционисање могу бити различити, почев од

непостојања потребног напона за напајање, затим отказа неког од елемената око

излазног вертикалног појачивача или самог интегрисаног кола које обавља функцију

излазног појачивача. Ако се наиђе на овакав квар, треба обратити пажњу да дуготрајно

присуство светле беле линије на истом месту може оштетити фосфорне елементе на

које падају електронски млазеви. Зато приликом испитивања треба регулатором

осветљаја затамнити екран и само испитивање обавити у што краћем времену.

• На средини екрана постоји вертикална бела линија

Код овог симптома не треба по аналогији са претходним кваром закључити да не ради

степен за хоризонтално скретање. Овај степен ради, јер да он не ради, не би постојао

анодни напон на катодној цеви, па уопште не би могао да екран буде било где

осветљен. Овај квар је релативно редак, а може га изазвати прекид у хоризонталном

скретном калему (ређе) или лош контакт у конектору којим се скретни калемови

прикључују на штампану плочу монитора (чешће). Лош контакт у конектору, ће због

великих струја које теку кроз скретни калем, изазвати загревање конектора, па може

доћи чак и до топљења калаја којим је конектор залемљен на штампану плочу, а тиме и

до престанка протока струје кроз скретне калемове. Овакав квар изазива и губитак

капацитета (прекид) кондензатора означеног са Cs на Слици 8.7.

• Слика на екрану постоји, али је њена геометрија деформисана

Овакви симптоми указују на то да квар треба тражити у степенима који управљају

кретањем електронских млазева, а они се налазе у оквиру хоризонталног и

вертикалног излазног степена и процесора синхро импулса. Поред евентуалног пробоја

неког од активних елемената у тим колима, овакав квар најчешће изазивају осушени

електролитски кондензатори, или блок кондензатори код којих је дошло до

прегревања. Зато треба пажљиво прегледати све кондензаторе у наведеним

склоповима, јер сваки блок кондензатор који нема правилан геометријски облик, него

је деформисан, представља могући узрок овог квара. Такође, осушени електролитски



13

кондензатори се препознају по набубрелој изолацији око извода, или по смањеном

или истопљеном пластичном омотачу.

• Екран је осветљен (постоји растер), али нема слике

Пошто је екран осветљен, значи да су степени за скретање електронских млазева

(процесор синхро импулса, вертикални и хоризонтални излазни степен) исправни, а

пошто нема слике значи да је неисправан видео појачивач. У овом случају грешка је

највероватније у првом степену појачања, то јест у предпојачивачу, у коме се обично

налази интегрисано коло LM1203Н, или неко друго слично коло. Неисправно може

бити само интегрисано коло, или неки пасивни елемент око њега. Такође је могуће да

на коло не долази неки од контролних сигнала из других делова монитора.

• Слика на екрану постоји, али фали нека од основних боја

И код квара са оваквим симптомима, грешка се налази у степену видео појачивача.

Приликом овог квара на екрану се не види бела боја. Да би се на екрану видела белабоја, на три суседне тачкице са основним бојама и које чине најмањи елемент слике,

морају пасти одређени интензитети електронских млазева све три основне боје. Ако

недостаје било који од млазева неће бити могуће добити белу боју, а и остале боје

(осим постојећих основних) неће бити тачно приказане (чисте). Грешка у овом случају је

обично у излазном видео степену, који је реализован посебним транзисторима за

сваки од канала три основне боје. Зато треба проверити транзистор (или транзисторе) и

елементе око њега, у појачивачу оне боје које нема на екрану. Код неких монитора

излазни видео појачивач је реализован интегрисаним колом које појачава све три

основне боје. У овом случају треба проверити то интегрисано коло и елементе око

њега. Наравно, пре провере исправности поменутих елемената треба утврдити да ли

постоји напон напајања излазног видео појачивача. Овај напон се по правилу добија из

степена за напајање, али се може добити и са једног од намотаја на линијском

трансформатору у хоризонталном излазном степену.




Београд


TFTмонитори


2013.



2

Садржај

Увод ...................................................................................................................................................3

Особине светлости ............................................................................................................................3

Течни кристал ....................................................................................................................................6

TFT панел ...........................................................................................................................................7Природна резолуција...................................................................................................................8

Време одзива (Response Rat e ) .....................................................................................................9

Елементи TFT панела ....................................................................................................................9

Штампане плоче ......................................................................................................................... 10

DC /DC конвертор ........................................................................................................................ 11

Контролер панела....................................................................................................................... 11

Делови ТFТ монитора...................................................................................................................... 12

Степен за напајање ..................................................................................................................... 12

Микроконтролер ........................................................................................................................ 14

Инвертор ..................................................................................................................................... 14

Повезивање монитора ............................................................................................................... 15

Долазни сигнали ......................................................................................................................... 16

Скалер ......................................................................................................................................... 17

Реализација................................................................................................................................. 19



3

Увод

Технологија монитора са катодном цеви је годинама усавршавана и доведена је до

свог максимума. Међутим, са појавом преносних рачуна, било је јасно да катодна цев

не може да обезбеди мале димензије и прихватљиву тежину. Тада се појављују први

екрани са течним кристалима, који су у почетку имали знатно лошије карактеристике

од катодне цеви, али су за релативно кратко време усавршени. Како су за поједине

послове који се обављају на класичним персоналним рачунарима (припрема за

штампу, пројектовање и дизајн, обрада видео сигнала ...) били потребни монитори све

већих дијагонала екрана (19, 21 па и више инча), класични монитори са катодном цеви

су постали сувише гломазни и тешки. Лепши дизајн, мање димзије, мања потрошња, и

добар квалитет слике мотивисала је многе кориснике да користе нови тип монитора.

Захтеви тржишта довели су до тога да су екрани са течним кристалима потпуно

потиснули CRT мониторе.

Монитори са течним кристалом - TFT LCD (Thin Film Transistor - Liquid Cristal Display ) се

срећу под називом TFT LCD, TFT, или LCD монитори.

Особине светлости

Да би се објаснио принцип функционисања TFT монитора, потребно је поћи од појаве

која се назива поларизација светлости.

Светлост је дуалне природе: квантне (фотонске) и таласне. Када се говори о таласној

природи светлости, онда се она може посматрати као скуп електромагнетних таласа

различитих таласних дужина, опсега од 400 до 700 nm. Овај опсег је мањи део укупног

електромагнетног спектра и назива се видљиви део спектра, а таласна дужина сваке

појединачне компоненте видљивог дела електромагнетског спектра одређује њену

особину коју називамо бојом, слика 9.1.

Слика 9.1 Видљиви део електромагнетског спектара

С друге стране, може се рећи да је светлост честичне природе и да се њено простирање

заснива на кретању честица које се називају фотони. При кретаљу фотона настаје

електромагнетно поље у облику таласа који се простиру у две димензије.

Електромагнетно поље може да се представи синусоидалним сигналом одређене

фреквенције и амплитуде, а правац осциловања овог сигнала у 3Д простору се назива

угао поларизације или само поларизација. На слици 9.2 су представљени правци

кретања три фотона под различитим углом поларизације.



4

Слика 9.2 Светлост - поларизација

У почетном разматрању претпоставимо да постоји извор монохроматске светлости

(само једна боја). Електромагнетски таласи које емитује овај извор могу да имају било

коју поларизацију, односно представљају неполаризовану светлост, што се шематски

може представити као на слици 9.3 а). Без обзира што неполаризована светлост може

да има било који поларизациони угао, она се може представити преко своје

хоризонталне и вертикалне компоненте (слично разлагању вектора), што је приказано

на слици 9.3 б). У случају када извор светлости емитује такозвану дневну светлост, она

се може описати на сличан начин, стим да се састоји од електромагнетских таласа

различитих таласних дужина (400 -700 nm) и такође је неполаризована.

а) б) Слика 9.3 Неполаризована светлост

а) сви углови поларизације, б) приказ преко еквивалентних компоненти

Да би човек видео неку боју, потребно је да постоји извор светлости, објекат од кога се

светлост рефлектује и сензори у оку који су осетљиви на одређене таласне дужине.

Приликом рефлексије светлости од неког објекта долази до два ефекта: светлост може

да се поларише, а у зависности од својства објекта неке од таласних дужина могу да се

абсорбују (не рефлектују се), а неке од њих се рефлектују у мањој или већој мери. Скуп

таласних дужина појединих електромагнетских таласа који доспеју до сензора ока и

њихови интензитети одређују доживљај боје неког објекта.

Поларизациони филтер је оптички уређај који на свој излаз може да пропусти само

оне компоненте светлости са улаза које имају одговарајући поларизациони угао.

Слика 9.4 Поларизациони филтер

Структуру поларизационог филтера чине правилно оријентисани молекули који су

електро-водљиви. Ако су молекули поларизационог филтера хоризонтално

оријентисани, онда они могу да апсорбују енергију хоризонталне компоненте



5

светлосног таласа, па та компонета не може да прође кроз филтер, слика 9.4. На излазу

филтера може да се појави компонента светлосног таласа чија поларизација се налази

под углом од 90о у односу на оријентацију молекула поларизационог филтера. Линије

на поједностављеном приказу поларизационог филтера представљају правац

оријентације молекула филтера.

Уколико се на пут којим се простире електромагнетни талас постави поларизационифилтер, кроз њега могу да прођу само они електромагнетни таласи који имају

одговарајућу поларизацију. То у суштини значи да се неће спречити пролазак

светлисти, али ће њен интензитет бити мањи, због тога што је једном делу

електромагнетних таласа онемогућен пролаз. Поларизациони филтер нама утицаја на

таласне дужине електромагнетних таласа већ само на поларизацију. Многе наочаре за

сунце користе поларизационе филтре, мада често имају и додатне колор филтере.

Посматрајмо слику 9.4. Шта би се десило уколико би се након првог поларизационог

филтра поставио још један исти, али тако да је заокренут за 90о? На његовом излазу не

би било светлости, слика 9.5.

Слика 9.5 Поларизациони филтер

Шта би се десило уколико би се након првог поларизационог филтра поставио још

један исти, али тако да је заокренут за 45о ? Ако неполаризовану светлост представимо

помоћу две еквивалентне компоненте (хоризонталне и вертикалне) као на слици 9.3,онда ће након првог поларизационог филтера преостати само вертикална компонета.

Та вертикална компонента може да се представи преко две нове еквивалентне

компоненте (представљене плавом бојом на слици 9.6), одабране тако да једна буде

паралелна са оријентацијом поларизационог филтра, а друга нормална у односу на њу.

Кроз други поларизациони филтер пролази само компонента која заклапа угао од 90о у

односу на поларизацију молекула филтра. Због апсорбције једног дела светлосног

сигнала, интензитет пропуштене светлости је мањи од улазне. Постављањем више

поларизационих филтара са различитим угловима поларизације, могуће је смањити

интензитет светлости и постићи различите поларизације.

Слика 9.6 Пролазак светлости кроз више поларизационих филтера са различитим углом поларизације



6

Течни кристал

Течни кристал (Liquid crystal ) представља житку масу сачињену од кристала дугуљастог

облика који теже да се оријентишу у истом правцу. Ова супстанца може да се користи

као поларизациони филтер. Ако се течни кристал стави на стаклену плочу чија

површина је фино избраздана паралелним линијама, молекули који су у додиру са

плочом ће се оријентисати у правцу линија, а остали молекули ће тежити да постигну

исту оријентацију, слика 9.7.

Слика 9.7 Оријентација молекула течног кристала услед контакта са карактеристичном површином

Поставимо сада са горње стране, паралелно, још једну стаклену плочу истих

карактеристика, али тако да линије на њој буду под правим углом у односу на прву

плочу. Молекули кристала који се налазе у контакту са другом плочом ће тежити да сеоријентишу према линијама на тој плочи. Молекули који се налазе у средишњем делу,

у тежњи да се поравнају са молекулима који се се налазе ближе стакленим плочама се

закрећу. Постиже се ефекат који је приказана на слици 9.8.

Слика 9.8 Оријентација молекула течног кристала услед контакта са две карактеристичне површине

У складу са закључцима о поларизацији добијених анализом случаја приказаног на

слици 9.6, описана поларизација молекула приказана на слици 9.8 омогућава

несметани пролаз светлости кроз обе стаклене плоче и течни кристал, слика 9.9.

Слика 9.9 Поларизација и пролазак светлости кроз LCD панел

Уколико се течни кристал нађе у електричном пољу, у зависности од јачине тог

електричног поља његови молекули мењају оријентацију у правцу тог поља, тако да се

може постићи контрола пропуштања светлости, слика 9.10. Ова особина течног

кристала је искоришћена за реализацију дисплеја за мониторе.



7

Слика 9.10 Поларизација молекула течног кристала услед присуства електричног поља

TFT панел

На слици 9.11 је приказана упрошћена шема реализације активног Т F Т панела. Доња

транспарентна електрода (стаклена плоча) је подељена на одређен број редова и

колона, тако да пресеци редова и колона формирају јединичне елементе слике –

пиксел.

Слика 9.11 Упрошћена шема реализације активног ТFТ панела

На сваком пикселу је специјалним поступком направљен по један транзистор.

Транзистори на јединичним пикселима су FET типа и њихове електроде су везане такода чине једну матрицу, као што је то приказано на слици 9.12. Гејтови свих транзистора

у једном реду су везани заједно, као и сорсеви свих транзистора у једној колони.

Дрејнови транзистора су спојени на површине пиксела, а сам спој са течним кристалом

се може представити еквивалентним кондензатом. Довођењем одговарајућих напона

на редове и колоне матрице, у једном тренутку се активира само један транзистор,

преко кога се пуни одговарајући кондензатор. Величине напона којим се сваки

кондензатор напуни, одређује количину светлости коју ће тај пиксел пропустити.

Слика 9.12 Матрица ТFT транзистора



8

Као извор светлости се користе флуоресцентне (неонске) цеви са хладном катодом,

које су постављене иза сендвич структуре ТFТ панела.

На горњу стаклену плочу (транспарентну електроду) је нанешена посебна материја која

представља колор филтар. Наиме, изнад свака три узастопна пиксела у једном реду

постоје обојене површине исте величине као и пиксели. Те површине су у три основне

боје: црвена, зелена и плава, како је то приказано на слици 9.13.

Слика 9.13 Структура TFT панела у боји

Бела светлост коју даје позадинско осветљење, пролази кроз течни кристал у свим

пикселима. Интензитет те светлости зависи од величина напона који се преко колона

матрице доводи на TFT транзисторе, пошто се тим напонима пуне елементарни

кондензатори сваког пиксела. Бела светлост која је прошла кроз течни кристал даље

пролази кроз колор филтeр, који пропушта само оне њене компоненте које имају боју

једнаку том делу колор филтра. То значи да ће из црвеног дела колор филтра изаћи

само црвена светлост, из зеленог дела само зелена светлост и коначно, из плавог дала

само плава светлост. Пошто су димензије пиксела врло мале, три суседна пиксела у једном реду, заједно са колор филтером у три основне боје изнад њих се виде као

једна целина. Сваки од ова три суседна пиксела, на основу којих се формирају црвена,

зелена и плава боја, назива се подпиксел, а сви заједно чине основни пиксел.

Мешањем светлости која пролази кроз подпикселе, слично као и код катодне цеви,

дефинише се нијанса боје.

Са слике 9.13 се види да TFT панел резолуције m x n има матрицу TFT транзистора са n

редова (линија) и 3m колона (фактор 3 због броја подпиксела који формирају основни

пиксел). На пример за панел резолуције 800 x 600, матрица има 600 редова и 2400

колона, односно има 2400 x 600 = 1.440.000 транзистора.

Природна резолуција За разлику од монитора са катодним цевима који могу да дају квалитетну слику у свим

резолуцијама од минималне (VGA) до максималне (одређене максималном

хоризонталном учестаношћу коју подржава конкретни монитор), TFT монитори раде у

својој природној резолуцији (1024 x 768 за 15 инча, 1280 x 1024 за 17 инча) одређеној

бројем пиксела. То је уједно и максимална резолуција која се може постићи на њима.

Ако се жели слика у мањој резолуцији од природне, то се може постићи на два начина.

Први је да се добије слика у жељеној резолуцији, али димензијa мањих од димензија



9

панела. Овај начин нема много смисла, јер се губи на димензијама слике. Други начин,

који се много чешће примењује, је да се изврши електронско скалирање слике, тако да

се она прикаже преко целог екрана. Међутим, тада се добија слика мањег квалитета

пошто односи броја тачака при различитим резолуцијама нису цели бројеви. Тада се

број потребних пиксела заокружује на најближи цео број, услед чега долази до

назубљивања правих линија, што смањује квалитет слике нарочито код ситнијих

објеката на њој. Најчешћи разлог за смањење резолуције је приказ веома малих икона,

натписа и сл. Међутим, код TFT монитора, смањење резолуције доводи до нарушавања

квалитета слике. Овај проблем је могуће решити на бољи начин: у Win7 оперативном

систему довољно је да се покрене опција Display и потом одабере неко од понуђених

решења за величину фонта, икона и натписа или да се те вредности самостално

дефинишу.

Време одзива (Response Rate )

Време одзива ТFT панела представља време које је потребно да сваки подпиксел

промени боју од потпуно црне до потпуно беле и потом до потпуно црне (посматра се

без колор филтера). Ова особина је донекле слична учестаности вертикалног

скенирања CRT монитора, али са једном битном разликом. Када млаз електронапобуди фосфорни премаз CRT монитора, емитовање светлости траје одређено време

након побуде. Код ТFT панела, емитовање светлости постоји док постоји и побуда

транзистора, па овде нема проблема са треперењем слике.

Време одзива ТFT панела се мери у ms, а мања вредност времена одзива је боља.

Јефтинији ТFT панели имају време од 20 до 25 ms, што може да доведе до појаве

дуплих слика код бржих промена (филм, игрице, ...). Бољи монитори имају време

одзива од 2 до 4 ms и немају проблем дуплих слика.

Елементи TFT панела

Због великог броја потребних прикључака на TFT панелу, било би непрактично да се

они изводе изван самог панела и онда спајају на електронске степене монитора. Зато је

део електронике премештен у само кућиште панела.



10

Слика 9.14 Блок шема TFT панела

На слици 9.14 је приказана блок шема једног комплетног TFT панела дијагонале 17

инча, са самим панелом и електронским колима која се налазе у његовом кућишту. На

кућишту панела са спољне стране су смештени конектори за прикључење панела на

преостала електронска кола у монитору. Постоје две врсте конектора. Прва врста служи

за довођење обрађеног видео сигнала и једносмерног напона за напајање на панел, а

друга за довођење наизменичног напона којим се напајају лампе које дају позадинско

осветљење. За довођење видео сигнала и једносмерног напона за напајање, зависно

од начина на који је видео сигнал обрађен, најчешће је довољан један конектор са 30

контаката, а постоје варијанте када се користе и два конектора када је потребан већи

број контаката (60 до 70). Конектори за лампе за позадинско осветљење се не налазе

на самом кућишту панела, већ из њега обично излазе посебни каблови за сваку лампу.

На крајевима тих каблова се налазе конектори који се прикључују на склоп инвертора

који даје напон за лампе за позадинско осветљење. Обично се користе две лампе,

постављене при горњој и доњој ивици панела, али се може наћи и већи број лампи даби се добило што равномерније позадинско осветљење.

Штампане плоче

Унутар кућишта панела, поред самог TFT панела се налазе две штампане плоче. На

једној штампаној плочи, смештеној уз доњу или горњу ивицу панела, налазе се

интегрисана кола контролера, DC /DC конвертора и побудна кола за колоне. На другој

штампаној плочи, смештеној уз десну или леву ивицу панела, налазе се интегрисана

побудна кола за линије. Веза између ове двештампане плоче се остварује посебним

тракастим каблом напареним на савитљивој пластичној фолији.

Слика 9.15 Унутрашњост TFT панела

На слици 9.15 је приказан део једног Т FT панела, тако да се виде делови обе штампане

плоче са карактеристичним елементима на њима.

Прикључење излаза побудних кола за линије и колоне на прикључне стопице на самом

TFT панелу врши се преко посебних пластичних фолија на којима су напарени водови и

прикључне стопице. Да би се смањиле димензије комплетног панела, обично се



11

захваљујући томе што се за везу са самим панелом користе ове савитливе фолије,

штампане плоче постављају иза самог TFT панела, тако да се може добити веома танак

оквир око самог панела.

На већој штампаној плочи у кућишту панела се налазе главни контролер, DC /DC

конвертор који даје потребне напоне за напајање осталих кола и побудна кола за

колоне.

DC /DC конвертор

Задатак DC /DC конвертора је да од доведеног напона (обично +3,3V ) направи напоне

потребне за рад побудних кола. Потребна су три напона: +8 до +10 V за напајање

побудних кола, око +20V за укључење једне линије, и -8 до –10V за искључење свих

осталих линија. Обично се користи једно интегрисано коло које ради као прекидачки

регулатор напона, с тим да тај регулатор има три излаза који дају потребне напоне.

Ради максималног смањења димензија потребних индуктивности и кпапацитивности у

оквиру овог регулатора напона, његова радна учестаност обично се бира у интервалу

од 600 до 1300 kHz.

Контролер панела

Контролер панела је сложено интегрисано коло које прима видео и синхронизационе

сигнале од електронике монитора у дигиталном облику, извршава потребне обраде и

онда их прослеђује ка побудним колима за линије и колоне. Видео сигнали који долазе

на овај контролер могу бити у два формата. Први од њих је TTL формат са амплитудама

напона од 2,5 или 3,3 V . Други формат, који се данас чешће користи, је такозвани LVDS

сигнал (Low Voltage Differential Signaling – диференцијални пренос са ниским напоном).

Побудна кола за линије и колоне примају сигнале из контролера, и у потребним

тренуцима, одређеним хоризонталним и вертикалним синхронизационим сигналима,

шаљу их на одговарајуће линије и колоне матрице на Т F Т панелу. Поједностављено

приказано, то функционише на следећи начин:

Под дејством вертикалног синхро импулса из контролера, на побудно коло које даје

напон за прву линију матрице се из DC /DC конвертора доводи напон од +20 V , а за све

остале линије напон од –8V . Такође се под дејством хоризонталног синхро импулса на

побудно коло које даје сигнале трију основних боја за прву колону матрице доводе

дигитални сигнали који представљају видео сигнал за први пиксел у првој линији. У

побудном колу се дигитални сигнали обрађују и коначно претварају у аналогни облик

(напоне). Ти напони се доводе на сорсове ТFТ транзистора у матрици. Како је

истовремено на гејтовима ових транзистора присутан напон +20V , ови транзистори

проводе, па се напонима доведеним на њихове сорсове пуне капацитивности у сва три

подпиксела у првом пикселу. Од величине доведених напона ће зависити и количина

светлости позадинског осветљења која ће проћи кроз пиксел и колор филтар изнад

њега, односно осветљај и боја која ће се видети на екрану. Под дејством хоризонталног

синхро импулса, контролер сада шаље сигнале за други пиксел (колону) у првом реду





13

монитора доводи на склоп DC /DC конвертора, који је обично смештен на главној плочи

монитора. DC /DC конвертор од једносмерног напона који долази из АC /DC конвертора,

прави неколико мањих једносмерних напона. Вредности тих напона су обично +5, +3.3

и +2.5 V . Код друге концепције склопа за напајање, цео склоп напајања се налази

унутар кућишта монитора. Тада се обично на посебној штампаној плочи налази склоп

АC /DC конвертора који сада даје два напона (+12 до +18 V и +5 V ). Наравно да се и овдекористи прекидачки степен за напајање. Овим напонима се сада напајају остали

склопови у монитору, и то већим напоном инвертор за позадинско осветљење, а

напоном +5 V главна плоча монитора. На главној плочи се сада налазе елементи DC /DC

конвертора који дају остале потребне напоне (+3.3 V , +2.5 V ). Они су обично

реализовани као линеарни стабилизатори напона.

Слика 9.16 Блок шема TFT монитора



14

Функционално нема неких разлика између ове две концепције степена за напајање.

Код прве врсте изван монитора постоји исправљач ( AC /DC конвертор). Зато кућиште

монитора може да буде тање и лакше. Друга добра особина ове концепције је у томе

да ако дође до квара у AC /DC конвертору, монитор се не мора отварати због поправке,

већ се исправљач једноставно замени истим таквим, или чак и другим типом који даје

исти напон. Зато је поправка бржа и јефтинија. Недостатак овог решења је још једнокућиште и један кабл више око рачунара, где и онако има већ довољно разних

каблова. Код концепције код које је комплетан склоп напајања унутар кућишта

монитора ситуација је обрнута. Дебљина и тежина кућишта су нешто веће, а у случају

квара на AC /DC конвертору, монитор се мора отворити и поправити сам склоп (не може

се заменити склопом са неког другог типа монитора). Код овога треба напоменути да

се кварови у степену за напајање најчешће дешавају управо на AC /DC конвертору.

Поправка је у овом случју дуготрајнија и скупља.

Микроконтролер

Укључење и искључење појединих напона напајања, односно редослед њиховогпојављивања и нестајања, се контролише помоћу склопа микроконтролера. Ово је

потребно зато што поједини склопови у монитору, а посебно сам ТFТ панел, захтевају

тачан временски редослед појављивања напона за напајање и сигнала слике. Зато се

напон за напајање TFT панела (Vp на слици 9.16) као и неки напони за напајање дела

дигиталних склопова у монитору посебно укључују преко електронских прекидача

чијим радом управља микроконтролер.

Поред функције управљања степеном за напајање склоп микроконтролера има и друге

важне улоге за фунционисање целокупног монитора. На њега је прикључен предњи

панел на коме се налазе тастери којима корисник управља радом монитора и једaн иливише LED индикатора који корисника обавештавају о режиму рада у коме се монитор

налази. Микроконтролер прима команде корисника са притиснутих тастера, препознаје

их, и на основу њих започиње одговарајућу операцију. Такође он даје напоне за

побуђивање LED индикатора на предњем панелу. Микроконтролер такође управља

радом инвертора за флуоресцентне лампе у Т FT панелу које дају позадинско

осветљење.

Инвертор

Задатак инвертора је да, користећи напон Vi добијен из AC /DC конвертора у степену за

напајање, произведе наизменични напон величине 600 – 800 V , и учестаности реда 40 –100 kHz, потребан за побуђивање и функционисање флуоресцентних цеви са хладном

катодом (Cold Cathode Fluorescent Lamp – CCFL). Микроконтролер управља радом овог

инвертора обично помоћу два контролна сигнала. Сигналом BKLT_EN (Backlight Enable)

се омогућује почетак рада инвертора, пошто он мора бити у одређеном тренутку у

односу на појаву осталих напона, док се сигналом BRIGHT мења величина излазног

наименичног напона, а тиме и јачина позадинског осветљења, односно осветљај слике



15

на Т FT панелу. У склопу овог инвертора се обично налазе два идентична инвертора са

заједничким управљачким колом. На излазима ових инвертора се налазе

високонапонски трансформатори на чијим секундарима се добија наизменични напон

учестаности 40 до 100 kHz, са напоном који у тренутку укључења износи око 1200 V

(овај напон је потребан да би флуоресцентне лампе са хладном катодом почеле да

светле), а затим током нормалног рада вредност напона износи око 600 до 800 V .

Поред наведених склопова, микроконтролер контролише рад и склопова у којима се

обрађује видео сигнал, а то су као што је приказано на слици 9.16, А/D конвертор и

скалер. У даљем тексту ће бити објашњена улога ових склопова.

Повезивање монитора

Повезивање монитора на персонали рачунар се може обавити на два начина. Први је

помоћу стандардног VGA конектора за аналогне видео сигнале, какав се употребљава и

код класичних монитора са катодном цеви. Други начин, који се појавио тек са појавом

монитора са екраном од течних кристала, је повезивање помоћу такозваног DVI (Digital

Visual Interface) конектора за дигиталне видео сигнале. Основна идеја за примену овог

конектора се састоји у томе да пошто се у видео картици рачунара обрађује видео

сигнал у дигиталном облику, а и пошто се скоро сва обрада видео сигнала у Т FT

монитору такође обавља у дигиталном облику, могу се избећи две конверзије видео

сигнала. Прва конверзија је дигитално/аналогна конверзија у видео картици, помоћу

које се дигитални видео сигнал претвара у аналогни сигнал потребан за класичне

мониторе са катодном цеви. Друга конверзија је аналогно/дигитална конверзија на

улазу Т FT монитора, којом се доведени аналогни видео сигнали претварају у дигитални

облик какав је потребан у Т FT мониторима. И поред данашње унапређене технологије

D/ А и А/D конверзије, њихово коришћење неминовно изазива изобличења и грешке увидео сигналу, а тиме и смањење квалитета приказане слике на екрану монитора. Зато

је уведен нови конектор преко кога се дигитални сигнал из видео картице директно,

без конверзија, доводи у Т FT монитор, где се наставља његова обрада у дигиталном

облику. На тај начин се, избегавајући две конверзије видео сигнала (из дигиталног у

аналогни облик, па затим из аналогног поново у дигитални облик), може постићи

квалитетнија слика на Т FT монитору. Постоје две врсте DVI конектора. Прва је DVI-D

конектор који преноси само дигиталне видео сигнале. Друга врста је DVI-I конектор

преко кога се могу поред дигиталних пренети и аналогни видео сигнали. Данашње

квалитетније видео картице имају на себи и стандардни VGA конектор за аналогне

сигнале и најчешће DVI-I конектор за дигиталне и аналогне видео сигнале. На слици

9.17 је приказан изглед DVI-I конектора. Овај конектор је универзалан јер се на њега

могу прикључити како Т FT монитори који имају дигитални улаз, а такође помоћу

посебног адаптера и монитори са аналогним видео улазом (било са катодном цеви,

било са панелом са течним кристалима.



16

Слика 9.17 DVI –I конектор

Због великог броја пиксела који формирају слику на екрану монитора, наравно да се

помоћу DVI конектора не могу истовремено пренети дигитални подаци о свим

пикселима. Зато се ови подаци преносе серијски (редно) користећи такозвани ТМDS

поступак – Transmission Minimiyed Differential Signaling (диференцијални пренос са

минималним транзицијама). Код овог поступка се по осам битова сваке од три основне

боје (црвене, зелене и плаве) заједно са по два контролна бита претварају у по десет

битова који се преносе двожично, диференцијалним преносом преко три канала. По

четвртом каналу се преноси такт сигнал који омогућава синхронизацију сигнала бојаприликом стварања сигнала у видео картици и њиховог поновног претварања из ТМDS

облика у почетне ТТ L сигнале у ТМDS пријемнику у Т F Т монитору. Особина

диференцијалног преноса је да је веома отпоран на спољашње сметње, а такође пошто

се користе релативно ниски напони и захваљајући примењеном алгоритму кодовања

са минималним бројем транзиција нивоа, утицај преношених сигнала на околину је

знатно мањи него када би се користио паралелни пренос сигнала са ТТ L нивоима.

Стандардни DVI-I конектор има могућност прикључивања шест диференцијалних

канала са подацима о слици и једног диференцијалног канала са сигналом такта. На тај

начин се истовремено могу пренети подаци о два узастопна пиксела у слици (један јепарни а други непарни пиксел). Ова два пиксела користе заједнички канал за сигнал

такта и њиховим истовременим преносом се постиже двоструко већи пропусни опсег

видео сигнала, односно за исти број пренетих података је потребна упола мања

учестаност такта него кад би се користио пренос само по једног пиксела у једном

тренутку. Међутим, већина данашњих монитора који имају и DVI улаз користи пренос

само једног пиксела у једном тренутку, односно користи само три дифернцијална

канала за пренос података о слици и један канал за пренос такт сигнала. Преостала три

диференцијална канала за податке онда остају неискоришћена.

Долазни сигнали Од ова два наведена улазна прикључка сви Т F Т монитори обавезно имају аналогни VGA

приључак ради очувања компатибилности са огромним бројем видео картица у

рачунарима које имају само аналогни (VGA) излаз. Јефтинији Т F Т монитори имају само

овај аналогни (VGA) улазни прикључак, док монитори виших класа имају и DVI

прикључак за дигиталне видео сигнале. Зато и Т F Т монитори обавезно имају блок

аналогно/дигиталног конвертора. Функција овог склопа је да доведене аналогне видео



17

сигнале преведе у дигитални облик. Пошто се за приказ сваке од трију основних боја

код данашњих монитора користи по осам бита, А/D конвертор на својим излазима даје

укупно 24 бита, односно по осам битиова за сваку од три основне боје (магистрале

података R А(0..7), GА(0..7) и B А(0..7) на слици 9.16). У сваком тренутку на излазима А/D

конвертора се налази податак о једном пикселу. У следећем тренутку (такт интервалу),

на излазима су подаци о следећем пикселу, и тако редом док се не добију подаци освим пикселима који чине слику. Синхронизацију појаве података о пикселима обавља

микроконтролер на основу хоризонталних и вертикалних синхро импулса који се са

VGA конектора доводе на њега.

Монитори који имају и VGA прикључак за дигиталне видео сигнале морају да имају и

склоп ТМDS пријемника. Овај склоп преко DVI прикључка прима диференцијалне видео

сигнале и сигнал такта из видео картице и декодује их у три групе осмобитних

дигиталнх видео сигнала основних боја са ТТ L нивоима (магистрале података RD(0..7),

GD(0..7) и BD(0..7) на слици 9.16). Тако се на излазу ТМDS пријемника добијају

осмобитни подаци о три основне боје које сачињавају сваки пиксел.

Пошто се монитор са рачунаром повезује или преко аналогног VGA прикључка, или

преко дигиталнoг DVI прикључка, микроконтролер препознаје који је од та два

прикључка активан и према томе активира или А/D конвертор или TDMS пријемник.

Скалер

Излази А/ D конвертора и ТМDS пријемника се воде на следећи склоп у Т F Т монитору, а

то је скалер. Ово је функционалкно и хардверски најкомпликованији склоп у монитору.

Његов задатак је да обавља разне обраде дигиталних видео сигнала, као што су

подешавање контраста и осветљаја слике, подешавање засићења боја и слично. Ипак

најважнији његов задатак је такозвано скалирање слике. Наиме, познато је Т F Т панел

има тачно одређену природну резолуцију (број пиксела). Ако је резолуција видео

сигнала који долази из графичке картице на рачунару једнака природној резолуцији

Т F Т панела, онда није потребна промена величине пиксела (скалирање). Међутим ако

се из видео картице доведе видео сигнал у резолуцији која је нижа о природне

резолуције Т F Т панела, тада би слика на панелу имала мање димензије, односно било

би осветљено само онолико пиксела колика је и резолуција долазећег видео сигнала.

Да би се то избегло, врши се скалирање (повећање величине пиксела). На жалост,

односи броја пиксела при разним резолуцијама слике (и по хоризонталама и по

вертикалама) нису цели бројеви, па се величина оригиналног пиксела не можемножити целим бројем. Зато се морају користити алгоритми скалирања са множењем

величине пиксела децималним бројевима, после чега се израчуната величина

заокружује на најближи цео број.

Квалитетнији скалери омогућавају кориснику да ако доведе из рачунара сигнал више

резолуције од природне резолуције Т F Т панела, а која се у принципу не може

приказати на на панелу, ипак добије слику која се сада скалира на нижу (природну)



18

резолуцију. Тако добијена слика и ако је лошег квалитета, омогућава кориснику да

подеси радни режим (резолуцију) видео картице на рачунару да одговара природној

резолуцији ТFТ панела.

У склопу скалера се обично налази и коло које генерише корисничке меније на екрану,

преко којих корисник обавља жељена подешавања слике. Тај део скалера се назива

ОSD (On Screen Display ) генератор.

На излазу из скалера се добијају обрађени дигитални видео сигнали. Данашњи скалери

обично на свом излазу дају податке за два узастопна пиксела, један непарни и следећи

парни. Сваки од та два пиксела је представљен са три осмобитне вредности које

одговарају сигналима три основне боје. На слици 9.16 то су сигнали RO(0..7), GO(0..7) и

BО(0..7) за непарни (odd ) пиксел и RE (0..7), GЕ (0..7) и BЕ (0..7) за парни (even) пиксел.

Поред ових сигнала за парни и непарни пиксел, на излзу скалера се појављују и

контролни сигнали за Т F Т панел: P_ЕN (Panel Enable – омугућавање панела), PHS (Panel

Horizontal Synchro – хоризонтални синхро импулси панела), PVS (Panel Vertical Synchro –

вертикални синхро импулси панела) и PCLK (Panel Clock – такт панела).

Сви ови сигнали (сигнали непарних и парних пиксела и контролни сигнали) су ТТ L

напонским нивоима. Ови сигнали се могу у овом облику директно водити на Т F Т панел.

Тако је и рађено код старијих ТFТ монитора. Добра страна оваквог начина побуђивања

ТFТ панела је јеноставност (нису потребна додатна интегрисана кола), а лоша страна је

велики број потребних паралелних линија за повезивање скалера и ТFТ панела. Ако се

истовремено преноси и непарни и парни пиксел, онда је потребно 2x (3x 8) = 48 линија

за податке о слици, затим 4 линије за контролне сигнале и известан број линија за

довод напона напајања и масе (обично по 3 до 4), тако да је укупно потребно око 60

паралелних линија. Пошто се овим линијама преносе дигитални сигнали са ТТ L

нивоима, између њих је тешко спречити међусобна преслушавања, која могу утицати

на појаву изобличења и сметњи у приказаној слици. Друга мана оваквог решења је у

томе што због високих учестаности сигнала који се преносе овим паралелним линијама

долази до појаве електричног поља (зрачења) око монитора. То поље може изазвати

сметње у раду других околних уређаја и склопова. Зато се мора водити рачуна о

одговарајућем оклапању кабла за везу између скалера и Т F Т панела.

Код новијих монитора примењује се други начин повезивања скалера и ТFТ панела.

Користи се такозвани LVDS поступак преноса (Low Voltage Differential Signaling –

диференцијални пренос са ниским напоном). Код овог начина повезивања 24 бита

података о слици заједно са 4 контролна сигнала се воде на једно интегрисано коло

које игра улогу LVDS предајника. Оно од добијених 28 паралелних улазних сигнала,

прави пет диференцијалних канла по којима се подаци преносе серијски. По четири

канала (LVDS0, LVDS1, LVDS2 и LVDS3) се преносе подаци о слици, а по петом (LVDSCK )

контролни подаци. Као што се види са слике 9.16, постојие посебни LVDS предајници за

непарне и за парне пикселе, који користе заједничке контролне сигнале. На тај начин је



19

број потребних линија за везу са Т F Т панелом смањен на 2x(5x2) = 20 за сигнале, плус

6 до 8 линија за довод напајања и масе, што укупно чини максимално мање од 30

линија. Пошто се по тим линијама преносе подаци у диференцијалном режиму, због

велике отпорности диференцијалног преноса на преслушавања и спољашње сметње,

практично нема штетних утицаја између појединих канала, а тиме нема ни изобличења

у слици. Такође, због малих напонских нивоа који се користе при дифернцијалномпреносу (око 0.3 V ) практично нема опасности од утицаја на околне уређаје и склопове,

па се о оклапању не мора водити онолико рачуна као код паралелног преноса

сигналима ТТ L нивоа. Недостатак оваквог начина повезивања скалера и Т F Т панела је у

потреби за још 2 интегрисана кола за LVDS предајнике и 2 интегрисана кола за LVDS

пријемнике у Т F Т панелу. Међутим, при данашњем степену развоја технологије

производње интегрисаних кола и при великим серијама тих кола која се данас

производе, цена и компликованија конструкција су знатно мањи недостаци од

позитивних особина овог решења (смањен број линија за повезивање и много мања

електрична поља око линија).

Реализација

Што се тиче технолошког извођења склопова са слике 9.16 у општем случају сваки од

приказаних склопова садржи своје посебно интегрисано коло, или и више њих.

Склопови су обично расподељени на три штампане плоче. На основној (главној)

штампаној плочи се налазе А/ D конвертор, ТМDS пријемник, скалер, R АМ меморија,

микроконтролер, LVDS предајници и DC/DC конвертор. На другој штампаној плочи се

налази командни панел са тастерима и LED диодама. Садржај треће штампане плоче

зависи од начина реализације склопа АC /DC конвертора. Ако је овај конвертор унутар

кућишта монитора, онда се на трећој штампаној плочи налазе АC/DC конвертор и

инвертор за неонске (флуоресцентне) лампе. Ако је АC/DC конвертор изведен као

посебни склоп који се налази изван кућишта монитора, онда се на трећој штампаној

плочи налази само инвертор за неонске лампе. Наравно ово није апсолутно правило,

пошто су код неких модела могућа су и друга решења.

Најкомплексније интегрисано коло је свакако оно које врши функције скалера. Зависно

од типа оно може имати од 100 па до преко 300 пинова. У циљу минијатуризације и

смањења цене основне (главне) штампане плоче, у оквиру интегрисаног кола скалера

се често налазе и један или више осталих склопова као што су: А/ D конвертор, ТМDS

пријемник, микроконтолер па чак и LVDS предајник. Ово интегрисано коло, а и такође и

остала интегрисана кола, као и већина осталих пасивних елемената су израђени у

технологији за SMD монтажу. Ова чињеница, као и сама комплексност интегрисаних

кола, чине евентуалне поправке неисправних Т F Т монитора на нивоу компоненти

веома тешким, поготову што нека од тих интегрисаних кола нису ни доступна на

слободном тржишту.



20

У нашим условима је могуће поправљати степене за напајање ( АC/DC и DC/DC

конверторе) јер они обично користе стандардна интегрисана кола која нису превише

комлпексна и могу се наћи на тржiшту. По правилу су АC/DC конвертори изведени као

прекидачки степени, док код DC/DC конвертора срећемо и прекидачке и линеарне

степене. За остале склопове поправка на нивоу елемената је врло тешка, али ту се, ако

то могућности дозвољавају, може пробати са замeнама читавих штампаних плоча, такода се методом елиминације дође до неисправног склопа.




Београд


Maтрични и млазни штампачи


2013.



2

Садржај

Увод ...................................................................................................................................................3

Повезивање штампача са рачунаром ...............................................................................................3

Centronics стандард ......................................................................................................................3

Серијски пренос ............................................................................................................................4 Универзална серијска магистрала (USB ) .....................................................................................4

Мрежно повезивање ....................................................................................................................4

Типови штампача ..............................................................................................................................4

Ударни штампачи .........................................................................................................................4

Неударни штампачи .....................................................................................................................5

Фонт...................................................................................................................................................5

Основне компоненте штампача .......................................................................................................6

Интерфејс штампача ....................................................................................................................6

Контролер и меморија штампача ...............................................................................................6

Ударни штампачи ..............................................................................................................................7

Штампачи са лепезом ..................................................................................................................7

Матрични штампачи ....................................................................................................................7

Механика матричних штампача ................................................................................................9

Глава штампача ....................................................................................................................... 10

Неударни штампачи . ....................................................................................................................... 11

Млазни штампачи ...................................................................................................................... 11

Делови млазног штампача ........................................................................................................ 11

Глава млазног штампача ......................................................................................................... 12

Процес штампања млазних штампача ...................................................................................... 12



3

Увод

Штампачи (Printer ) су излазни уређаји преко којих се на неком материјалу, најчешће

папиру, добија физичка копија електронског документа.

Повезивање штампача са рачунаром

Савремени штампачи се најчешће спајају на персонални рачунар преко USB порта,

FireWire порта или директно преко мрежног прикључка. Међутим, још увек постоји

велики број штампача који комуникацију са рачунарским системима обављају преко

паралелног порта. Поред њих, неки штампачи подржавају серијски интерфејс.

Centr oni cs стандард

Centronics интерфејс је постојао и пре појаве првих персоналних рачунара (IBM РС ).

Користи 36 пински конектор D типа, на обе стране спојног кабла којим се повезује

штампач са рачунаром. На страни штампача се налази женски тип конектора и

контактима са горње и доње стране конектора. IBM верзија интерфејса, позната под

називом SPP (Standard Parallel Port ) има 25 пинова, конектор D типа, који се налази на

рачунару. Конектор на штампачу није мењан, користи се Centronics конектор са 36

пинова. На слици 10.1 су приказани конектори и сигнали IBM верзије интерфејса. Код

овог интерфејса се подаци преносе паралелно, 8 бита истовремено, преко осам спојних

линија. Преостале спојне линије служе за пренос контролних сигнала између рачунара

и штампача.

Слика 10.1 Конектори паралелног порта и сигнали



4

Због осетљивости на сметње, сигнала који се паралелно преносе, стандард ограничава

дужину спојног кабла на приближно 3 метра. За веће раздаљине користе се каблови

који имају мању капацитивност, а каблови могу бити и оклопљени како би се смањио

утицај електро магнетних интерференција (EMI).

Серијски пренос

Класичан серијски интерфејс се реализује преко серијског 9 пинског, мушког, конектора(RS 232). За успоставу комуникације је потребно подести параметре преноса, као што су

брзина преноса, паритет, дужина старт и стоп бита и сл. Због самог начина преноса је

спорији од паралелног и данас се ретко користи у комуникацији са персоналним

рачунарима.

Универзална серијска магистрала (USB )

USB пренос је савремена везија брзог сеијског преноса који се данас најчешће користи.

Основне предности су далеко већа брзина преноса у односу на стандардни серијски

или паралелни пренос и аутоматско препознавање прикљученог штампача, без

потребе за посебним подешавањима.

Мрежно повезивање

Најчешћи начин на који се штампач чини доступним корисницима на мрежи је његово

повезивање на један рачунар преко било ког интерфејса и постављање опција

оперативног система тако да га учини доступним осталим учесницима у мрежи. Овако

повезан штампач се назива дељени штампач. Начин повезивања је универзалан и

једноставан, али да би остали корисници могли да приступе штампачу, потребно је да

рачунар на који је штампач директно повезан буде укључен.

Савремени штампачи имају мрежну интерфејсну картицу која им омогућава директно

повезивање на мрежу и на тај начин сви корисници мреже (којима је то дозвољено)имају могућност да користе исти штампач. Веза са мрежом може да буде жична (преко

етернет кабла) или бежична, преко Wi-Fi или Bluetooth технологије. Неки модели

штампача нуде обе опције: жично и бежично повезивање.

Типови штампача

Штампачи се, у односу на начин прављења отиска, могу поделити на две основне

групе:

Ударни или механички штампачи (Impact printers) и

Неударни штампачи (Nonimpact printers).

Ударни штампачи

Ударни штампачи, користе механички притисак или удар о папир преко мастиљаве

(индиго) траке како би оставили отисак на папиру. Уопштено гледано, принцип рада би

могао да се упореди са писаћом машином, а основна разлика је у томе што штампач

може да прихвати податке за упис са рачунара. Постоје два основна типа ударних

штампача: штампачи са лепезом и матрични штампачи. Ударни штампачи имају све



5

мању примену, мада још увек постоје подручја њихове масовне употребе, као што су

послови код којих је потребно да се истовремено прави више копија (издавање рачуна

и потврда о уплатама), или послови код којих се штампа велика количина материјала

код којих је потребно постићи релативно носку цену копије, без захтева за високом

резолуцијом.

Неударни штампачи Неударни штампачи стварају отисак без директног контакта механике штампача и

папира. Постоји више метода на којима је заснован рад неударних штампача. Једна

категорија неударних штампача користи посебну врсту папира који су термо осетљиви

или хемијски реактивни. Новије методе користе бризгаљке за контролисано испуштање

мастила из резервоара мастила на папир. Течно мастило се у фином млазу наноси на

папир како би се формирао отисак. Ова врста штампача се назива млазни или inkjet

(buble-jet ) штампач. Распрострањена је и метода која користи ласерску технологију за

стварање отиска – ласерски штампачи.

Фонт Под појмом фонт ( font ) дефинисане су разлике у величини и стилу којима су

представљени поједини знаци (слова, бројеви, ...). Разликују се три основна типа фонта:

Бит-мапирани (bitmapped ),

Векторски и

TrueType.

Скуп бит-мапираних фонтова чини засебан меморијски запис за савки знак, сваку

величину знака и сваки стил знака. Стил знака означава његове карактеристике као што

су: дебљина (bold, normal ), нагиб (italic), подвучено, ... Величина фонта одређује

димензије знака, мери се у односу на вредност 1/72 инча, а сваки инкремент се назива

point . Уобичајене величине су 10 и 12 поинта.

Векторски фонтови су записани на такав начин да се меморише само облик знака, а

величина и стил се дефинише кроз скуп математичких релација. Сваки знак се састоји

од скупа референтних тачака и линија којима су те тачке спојене. Овај тип фонта може

да се скалира и ротира како би се добила жељена величина и оријентација. Овако

дефинисани фонтови захтевају много мање меморијског простора у односну на

еквивалентине бит-мапиране фонтове. Предност бит-мапираних фонтова, са друге

стране, је да они могу директно да се штампају, док је за векторски тип потребна

додатна обрада.

True Type фонтови обједињавају добре стране претходна два типа. Знаци се чувају као

скуп референтних тачака и спојних линија који се потом користе да би формиралибитмапе. Примењују се посебни алгоритми који прилагођавју cве знаке тако да се

оптимизују за приказ у жељеној величини и резолуцији. Након креирања потребног

фонта, оперативни систем их смешта у кеш меморију. На тај начин, фонт се креира само

једном, приликом избора. Потом се позива из меморије а процес штампања је због

тога бржи. Све величине и резолуције True Type знакова се бележе у TTF фајлу. Изглед

свих знакова у одабраном фонту може се приказати применом алата који се назива

Character Map.



6

Основне компоненте штампача

Мада се штапачи разликују по типу и моделу, неке од компонената су им заједничке.

Ти елементи су приказана на слици 10.2.

Слика 10.2 Основне компоненте штампача

Интерфејс штампача

Интерфејс штампача је скуп хардверcких компоненти и софтвера који омогућавају

комуникацију штампача и рачунара. Хардверски интерфејс се обично назива порт.

Сваки штампач има барем један интерфејс, али их може бити и више. Интерфејс

дефинише више карактеристика као што су начин комуникације, изглед конектора,

спојне путеве, нивое сигнала, и сл.

Интерфејсна кола су задужена за прихват података и наредби са И/О порта рачунара,

декодовање наредби, прилагођавање нивоа сигнала и прослеђивање података

контролеру штампача. Штампачи се најчешће спајају на рачунар директно преко USB

порта или путем мреже преко RJ-45 конектора.Wi-Fi, Bluetooth и infrared повезивање је,

такође, могуће. Старији штампачи још увек користе паралелни и класичан серијски

интерфејс. Неки штампачи користе IEEE -1394 илиr FireWire интерфејс за повезивање на

дигиталне камере или Apple MAC рачунаре.

Контролер и меморија штампача

Контролер штампача је задужен за пријем података и контролних сигнала са

интрефејсног модула и за генерисање свих сигнала који су потребни за управљање

процесом штампања. Контролер, такође, управља механизмима за позиционирање и

транспорт папира. Поред тога, генерише статусне и контролне сигнале које као

повратне информације шаље рачунару.

Рачунар, по правилу, може брже да генерише податке за штампање него што штампач

може да их обради. Да би се превазишао проблем застоја, долазни подаци се памте у

RAM меморији.У ROM меморији се чувају подаци о фонтовима и наредбе за

иницијализацију штампача. Ова меморија je најчешће Fl аsh типа како би се омогућила

накнадне промене и занављање управљачких програма.

Контролер управља процесом штампања, радом мотора за транспорт папира ( paper

feed motor ), радом мотора за покретање главе штампача (carriage motor ) код



7

матричних, млазних и термалних штампача, и другим компонентама које могу бити

својствене појединим штампачима. Између контролера и прецизних корачних мотора

налази се управљачка логика која треба да прилагоди напонске нивое и јачуну струје

како би се омогућило покретање мотора. Задатак контролера је да обрађује сигнале

које добија од сензора (положај папира, заглављен папир, ...) или који су дефинисани

положајем конфигурационих прекидача.

Ударни штампачи

Током развоја штампача, појавиле су се многе различите верзије ударних штампача, а

овде ће бити приказане основне карактеристике штампача са лепезом и матричних

штампача.

Штампачи са лепезом

Штампач са лепезом је један од најстаријих типова ударних штампача. Ови штампачи

садрже компоненту која изгледом подсећа на лепезу на чијим крацима се налазе слова

и симболи, слика 10.3.

Слика 10.3 Лепеза са словима и симболима

Кад је потребно да се направи отисак неког знака, шаље се сигнал механизму који

садржи точкић. Глава за штампање ротира лепезу све док се тражени знак не постави у

потребан положај. Електромеханички чекић потом удара крак лепезе који садржи

тражени знак. Крак лепезе притиска индиго траку која удара у папир, остављајући траг

тог знака. При томе, слично писаћој машини, штампају цео знак у једном кораку. Избор

фонта је постиже променом лепезе. Штампачи са лепезом могу да дају прилично

квалитетан отисак, али су прилично спори. Њихова брзина износила је свега неколико

знакова у секунди. Поред тога један од великих недостатака је и прилично велика бука

коју производе у току рада.

Матрични штампачи

Матрични (Dot-matrix ) штампачи, не штампају цео знак одједном. Уместо тога, стварају

отисак у виду низа тачака које у више пролаза главе за штампање ( printhead ) формирају

тражени знак, слика 10.4. Глава матричних штампача се састоји од групе металних

иглица, дебљине од 0.2 до 0.4 mm, распоређених у једној или више вертикалних

колона. Задњи крај иглица је повезан опругом са унутрашњим делом главе штампача.



8

Уз помоћ опруге и перманентног магнета одређен је положај иглица у стању

мировања.

Слика 10.4 Штампање знака у више пролаза

Свака иглица је повезана са посебним електромагнетом који може да је избаци из

равнотежног положаја при чему иглица преко индиго траке удара у папир и оставља

отисак. При томе се не формира цео знак (слово) већ само један његов део.

Компоненте стандардног матричног штампача су приказане на слици 10.5. Основнекомпоненте чине: степен за напајање, трансформатор, управљачки модул, мотор за

покретање главе штампача, основна плоча, мотор за позиционирање главе штампача,

каиш на ком се налази глава штампача и сензори.

Слика 10.5 Делови матричног штампача

Степен за напајање конвертује долазни наизменични напон у потребне једносмерне

напоне за напајање компонената основне плоче, механизама за позиционирање главе

штампача, напајње електромагнета главе штампача и мотора за траспорт папира.

Елементи основне плоче могу да се поделе у четири функционалне целине као што је

проказано на слици 10.6:

Интерфејсна кола

Елементи за генерисање отиска

Контролна логика

Елементи за управљање моторима



9

Слика 10.6 Делови основне плоче штампача

Основна плоча садржи логичка кола потребна за конвертовање сигнала примљених са

И/О порта рачунара. Примљени сигнали се конвертују у сигнале за дефинисање

изгледа знака за штампање, контролне сигнале за позиционирање главе штампача,

активирање појединих иглица главе штампача како би се добио жељени отисак и

позиционирање папира. На основној плочи се налази микроконтролер ( µС ), RAM, и

ROM меморија. Микроконтролер је задужен за обраду информација које добија од

више сензора задужених за надгледање операција штампача као и информација које

добија са управљачког интерфејса (control panel).

Матрични штампачи имају меморисане структуре основног скупа ASCII знакова у ROM

меморији, на сличан начин који је описан код CRT монитора. Поред основног скупа

карактера могу се унапред дефинисати и други графички знаци. Многи произвођачи

поред ROM меморије користе и додатну меморију Flash типа која дозвољава

учитавање додатних фонтова програмским путем. На тај начин је могуће учитати више

различитих фонтова или креирати сопствена решења.

Механика матричних штампача

По својој природи матрични штампачи имају прилично сложену механичку

конструкцију. У току процеса штампања потребно је да се обезбеди правилно

позиционирање папира, главе за штампање и њихова међусобна синхронизација.

Глава за штампање се креће преко две осовине које се налазе испред ваљка са

папиром. Позиционирање папира зависи од његовог формата и брзине штампања.

Постоје две основне методе позиционирања (транспорта) папира:

Метода заснована на трењу, код које се папир креће између ваљака који се

окрећу.

Метода која користи точкиће са зубцима и посебну врсту папира са рупицама на

ивицама папира кроз које могу да прођу зубци (слика 10.7). Точкићи са зупцима



10

могу да буду интегрални део ваљка или независна целина које покреће посебан

мотор.

Слика 10.7 Механизам са зупцима за покретање папира

Код методе за транспорт папира која се заснива на трењу, користе се стандардни

формати папира раздвојених на странице. Уколико се користе зупци за покретање

папира, потребно је да се користе се спојени папири, често у више слојева са

могућношћу копирања отиска.

Глава штампача

Глава штампача се монтира на две осовине паралелне ваљку на ком се налази папир.

Покреће је механизам са корачним мотором и бесконачном траком (каишем). Корачни

мотор покретањем бесконачне траке позиционира главу за штампање на одговарајућу

позицију. Саставни делови главе штампача и начин прављења отиска приказани су на

слици 10.8

Слика 10.8 Глава матричног штамапача



11

Неударни штампачи

Неударни штампачи данас преовлађују на тржишту, пре свега због приступачне набавне цене и

цене одржавања али и због високог квалитета штампе. Њихова основнна подела је на млазне и

ласерске штампаче, а у овој лекцији ће бити објашњен принцип рада млазних штампача.

Млазни штампачи

Млазни или Inkjet штампачи праве отисак бризгањем прецизно контролисаног низа

капљица мастила на папир, као што је приказано на слици 10.9. Облик, величина

капљице мастила као и масто на које ће капљица пасти мора бити веома прецизно

дефинисано. У противном дибијени отисак неће бити задовољавајућег квалитета.

Слика 10.9 Поступци бризгања мастила код млазних штампача

Мастило је смештено у резервоар који садржи механизам за стварање и контролисано

испуштање капљица мастила у одређеној количини и у дефинисано време. Резервоар

садржи цевчице за транспорт мастила и отвор кроз који се капљице распршују напапир. Капљице могу да се формирају на два начина:

Загревањем мастила које се налази у уској цевчици, на месту које се налази

близу отвора на цевчици. Загревањем мастила се у непромењеној запремини

повећава притисак услед чега један део мастила у облику капљице напушта

цевчицу кроз постојећи отвор.

Други начин, такође се заснива на повећању притиска, али не загревањем већ

довођењем напона на пиезо-елемент који услед тога почиње да вибрира. Због

вибрација које се преносе на еластични зид (дијафрагму) резервоара може да се

смањи запремина резервоара што доводи до повећања притиска и избацивања

капљице.

Отвор на разервоару за мастило је тако дизајниран да обезбеди потребан облик

капљице и омогући да она доспе на тражено место.

Делови млазног штампача

Мада постоје различита решења, делови млазног штампача су у основи веома слични

са деловима матричног штампача. На слици 10.10 су приказани његови основни

делови.



12

Слика 10.10 Делови млазних штампача

Основне компонете су: Глава штампача

Степен за напајање

Основна плоча

Мотори за позиционирање главе и каиш

Мотор за позиционирање папира

Сензори

Глава млазног штампача

Улога главе млазног штампача је да распршује мастило у ситним тачкама по страниципапира. У многим случајевима глава штампача је део резервоара за мастило у

замењивом паковању. Код млазних штампача у боји, постоји више глава, по једна за

светло плаву, жуту, ружичасту и црну боју. Унутар резервоара се налази неколико

мањих комора које су цевчицом повезане са делом у ком се налази мастило. У свакој

комори се налази перфорирана дијафрагма. Кроз отворе на дијафрагми се наноси

мастило на папир. У зависности од примењене методе постиже се контролисани нанос

мастила на папир. Након избацивања потребне количине мастила, остатак мастила се

увлачи назад у комору услед постојања површинског притиска. Кад штампач заврши са

штампањем, глава за штампање се враћа на станицу за одржавање. Она садржи малу

усисну пумпу и јастуче за упијање вишка мастила. Да би се омогућио несметан проток

мастила, пре сваког новог циклуса станица за одржавање увлачи мастило крозбризгаљке користећи вакуумско усисавање. Вишак мастила се упија јастучетом.

Процес штампања млазних штампача

Као и код другачијих врста штампања, процес штампања се састоји се од више корака

које штампач мора да следи:



13

Рачунар шаље информације које треба да се одштампају драјверу штампача. Драјвер

штампача користи језик за опис стране за претварање података које треба одштампати

у одговарајући формат који штампач може да разуме. Драјвер штампача шаље

информацију штампачу преко било ког метода за повезивање (паралелни, серијски,

USB, итд). Штампач чува примљене податке у својој међумеморији. Ако штампач није

коришћен неко време, његов контролни механизам активира циклус чишћења. Кад је

штампач спреман за штампу, контролна кола активирају мотор за снабдевањепапиром. Лист папира се допрема у штампач и активира се сензор снабдевања

папиром који зауставља кретање док глава штампача није на правом месту, а водећа

ивица папира није испод главе. Ако папир не допре до сензора за одређено време,

активира се индикација да нема папира и порука се шаље рачунару. Кад је папир

постављен правилно, корачни мотор главе штампача позиционира главу на почетно

место. Мотор се помери за један мали корак, а глава штампача наноси тачке мастила

на папир у обрасцу који захтева контролно коло. Процес се понавља, померањем главе

штампача хоризонтално до краја странице. Након достизања десне ивице странице,

механизм за снабдевање папиром помера страницу мало навише. У зависности од

модела глава се или враћа на почетак реда и штампа поново у истом истом смеру или

се враћа натраг преко странице тако да се штампање одвија у оба смера. Овај процессе наставља док цела страна није завршена. Кад је страница завршена, корачни мотор

се покреће и избацује страницу из штампача. Ако је потребно одштампати више страна,

поступак се наставља.




Београд


Ласерски штампачи


2013.



2

Садржај

Увод ...................................................................................................................................................3

Црно бели ласерски штампачи .........................................................................................................3

Систем формирања слике............................................................................................................4

1. Фаза чишћења .......................................................................................................................62. Фаза успоставе примарног наелектрисања ..........................................................................6

3. Фаза исписивања - формирања електростатичке слике ......................................................7

4. Фаза развијања ......................................................................................................................8

5. Фаза преношења ...................................................................................................................9

6. Фаза фиксирања ....................................................................................................................9

Систем за прихват, транспорт и контролу протока папира кроз штампач.............................. 10

Дeтекција грешака при транспорту папира .............................................................................. 12

Рад електронских склопова ....................................................................................................... 13

1. Фаза загревања . ................................................................................................................... 15

2. Фаза чекања ........................................................................................................................ 15

3. Фаза почетне ротације ........................................................................................................ 16

4. Фаза штампања ................................................................................................................... 16

5. Фаза завршне ротације ........................................................................................................ 16

Грешке при раду штампача ....................................................................................................... 17

Колор ласерски штампачи .............................................................................................................. 19



3

Увод

Ласерски штампачи су данас најраспрострањенији штампачи који обезбеђују висок

квалитет штампе и прихватљиву брзину штампања. Ласерски штампачи се сврставају у

сложене електронске уређаје како по њиховој конструкцији, тако и по примењеним

техникама.

Основне предности ласерских штампача у односу на остале штампаче који супретходно разматрани су:

велика брзина штампања докумената,

висок квалитет отиска при штампању како текста, тако и графике,

једноставно генерисање свих алфанумеричких карактера и графике различитих

типова, засновано на ласерској техници и програмском управљању функцијама

штампача,

штампање на различитим врстама материјала и у различитим форматима

(банкпосту, паусу, ковертама, налепницама, П.В.Ц. фолијама, термо-стабилним

фолијама, фолијама у боји и слично),

практично бешуман рад

Посебно место у породици ласерских штампача заузимају колор ласерски штампачи,

чијим су се настанком заокружили и најстрожи захтеви, потребе и могућности веома

захтевног тржишта.

Обзиром на све већу примену ласерских штампача, која за собом неминовно води и

бројне кварове, од интереса је упознати основне принципе рада црно-белих ласерских

штампача, могуће грешке на њима као и начине поправке и отклањање кварова.

Даље излагање има за циљ да каже више о начину рада ласерских штампача, принципа

и процеса који се у њему одвијају током рада, као и о најчешћим проблемима у раду и

начинима да се кварови и застоји отклоне и превазиђу.

Црно бели ласерски штампачи

.

Слика 11.1 Пресек ласерског штампача



4

На слици 11.1 је приказанe су основне компоненте стандардног црно-белог ласерског

штампача.

Рад ласерског штампача захтева интеракцију више различитих технологија као што су:

електроника, оптикa, електрофотографијa и механикa. Сваки процес функционише

независно, али мора бити усаглашен са осталима. Разликују се два основна система:

• систем формирања слике,

• систем за транспорт и контролу протока папира кроз штампач.

Систем формирања слике

Процес формирања слике састоји се из 7 фаза (слика 11.2):

1. Успостављање примарног наелектрисања (conditioning, primary charging).

2. Исписивање (формирање отиска слике) (writing, scaning expositure).

3. Развијање (developing).

4. Преношење (transfering).

5. Одвајање (separation).

6. Фиксирање ( fusing).7. Чишћење (cleaning).

Слика 11.2 Фазе у формирању слике ласерског штампача

У процесу формирања слике централну улогу игра тонер касета (cartrige). Тонер касета

(слика 11.3) се састоји из:

1. Фотоосетљивог бубња ( printing or photosensitive drum).

2. Ваљка за наношење примарног наелектрисања ( primary charging roller ).

3. Ваљка за развијање (developing roller ).

4. Уређаја за чишћење отпадног тонера (cleaning blade).5. Контејнера за некоришћени тонер.

6. Контејнера за отпадни тонер.



5

Слика 11.3 Тонер касета

Фотоосетљиви бубањ (слика 11.4) је централна компонента тонер касете, око које се

одвија читав низ операција које омогућавају формирање слике на његовој површини и

њен пренос на папир. Фотоосетљиви бубањ је направљен од алуминијумскогцилиндра, који је пресвучен слојем органског и фотопроводног материјала.

Алуминијумска основа бубња је електрички повезана са масом. Органски

фотопроводни материјал има особине сличне фотодиоди. Ако није изложен светлости

он је непроводан.

Слика 11.4 Фотоосетљиви бубањ

Ако се површина бубња негативно наелектрише, па се један њен део изложи дејству

светлости, онда делови бубња који су били изложени светлости постају електрички

проводљиви (само у једном смеру) тако да се негативна наелектрисања са те површине

крећу ка алуминиској основи бубња и одатле до масе. Делови површине бубња који

нису били изложени светлости остају непроводљиви па задржавају своје негативно

наелектрисање.

Улоге осталих делова тонер касете биће објашњене у наставку, приликом описа сваке

од фаза које се у тонер касети дешавају.

У тонер касети се одвијају фазе: чишћење, успостављање примарног наелектрисања,

исписивање слике и развијање слике.



6

Поред тонер касете у процесу формирања слике улогу играју и ласерски модуо са

системом огледала, као и систем за трансфер слике и грејни систем (систем за

фиксирање) тонера.

1. Фаза чишћења

У току ове фазе, фотоосетљиви бубањ се припрема за пријем слике. Током штампе

бубањ се стално окреће, чинећи неколико пуних ротација по једној одштампанојстраници. Пре формирања следећег дела слике из наредне ротације, тонер који је

остао од претходне ротације мора бити очишћен. Током фазе чишћења, слика 11.5,

гумена оштрица за чишћење (cleaner blade) уклања сав вишак тонера са фотоосетљивог

бубња. Тај сувишан тонер се смешта у склониште отпадног тонера (waste toner case) у

тонер касети и више се не користи за штампање.

Слика 11.5 Фaза чишћења

2. Фаза успоставе примарног наелектрисања

После чишћења, неопходно је припремити ново почетно стање на фотоосетљивом

бубњу за следећу страницу. Овај процес се састоји од поларизације фотоосетљивогбубња сталним негативним наелектрисањем по целој његовој површини. Ово се

постиже уз помоћ другог, негативно наелектрисаног ваљка ( primary charging roler )

смештеног, такође, у тонер касети. Тај други ваљак је превучен слојем проводне гуме.

На њега се дејствује наизменичним ( AC ) преднапоном да би се отклонило свако друго

наелектрисање од претходне слике. После тога, на тај ваљак делује и једносмерни (DC )

преднапон да би се створио сталан негативан потенцијал на површини ваљка.

Величина једносмерног напона је прилагођена густини штампе. Трењем овог ваљка о

фотоосетљиви бубањ, преноси се негативно наелктрисање на целу површину

фотоосетљивог бубња.



7

Слика 11.6 Фaза успостављања примарног наелектрисања

3. Фаза исписивања - формирања електростатичке слике

У овој фази, ласерски сноп се користи за пражњење негативног потенцијала бубња (из

предходне фазе) на масу, помоћу фокусиране ласерске светлости, на одређеним

деловима површине фотоосетљивог бубња на местима на којима треба да се налазе

елементи слике коју треба одштампати. Ово ствара невидљиву електростатичку слику ,

која се касније, наношењем праха тонера, развија у видљиву слику (слика 11.7).

Ласерски зрак производи ласерска диода која је модулисана струјом чији је интензитет

пропорционалан светлини површине на слици која треба да се одштампа. Ласерски

зрак пада на ротирајуће огледало (може бити двострано, четворострано или

шестострано, што зависи од конкретног штампача), које се погони мотором скенера.

Како се огледало окреће, ласерски зрак се одбија од огледала, и креће се лево и десно.

Слика 11.7 Фaза исписивања

Група сочива фокусира ласерски зрак, који кроз прорез на тонер касети, пада на

површину фотоосетљивог бубња. Зрак се креће целом дужином бубња, а бубањ се

окреће. Ласерски зрак се укључује и искључује, тако да у једном тренутку формира

једну по једну тачку слике, како се помера по површини бубња. Овај процес се

понавља све док се не пошаљу подаци и о последњој линији слике. Области на бубњу

погођене ласерским зраком се разелектишу, а области на које није пао ласерски зрак

остају негативно наелектрисане, што ствара невидљиву електростатичку слику на

површини бубња.



8

Овако се на целокупној површини ваљка формира слика. Тако се за сваку исписану

линију слике ваљак помера за на пример 1/600 инча, а и зрак се може дуж линије

укључити и искључити на сваких 1/600 делова инча. На овај начин се формира слика

чија се резолуција мери у броју тачака по инчу, у овом случају добијамо резолуцију 600

x 600. Брзина мотора скенера који покреће огледало и главног мотора који покреће

фотоостељиви бубањ су синхронизоване. Ова синхронизација се успоставља

коришћењем сигнала детектовања млаза.

На крају целог процеса, делови бубња који нису били изложени ласерском зраку још

увек имају сталан негативан потенцијал, а делови који су били изложени зраку су

испражњени од негативних наелектрисања, па добијамо формирану електростатичку

слику.

4. Фаза развијања

Током фазе развијања на основу невидљиве електростатичке слике која је у претходној

фази (уписивање) формирана на површини фотоосетљивог бубња, формира се

видљива слика на бубњу. Делове тонер касете који се користе у фази развијања чине:

метални цилиндар за развијање (developing roller) који се окреће окофиксираног магнетног језгра унутар удубљења за тонер и

тонер смештен у спремишту.

Тонер је зрнаста супстанца чији најмањи елементи се састоје од:

боје у облику праха,

гвоздених делића,

смоласте супстанце.

Због присутних гвоздених делова, магнетно језгро може да их провуче на површину

ваљка за развијање. Гумена оштрица ограничава количину тонера који долази на

површину ваљка за развијање и равномерно га распоређује.

Слика 11.8 Фaза развијања

Слика се развија на следећи начин: честице тонера добијају негативно површинско

наелектрисање трењем о ваљак за развијање који је повезан са негативним

једносмерним (DC ) извором за напајање. Тако негативно наелектрисане честице

тонера привлаче делови фотоосетљивог бубња који су били изложени ласерској

светлости и који су због тога испражњени од негативног наелектрисања, а одбијају се

од негативно наелектрисаних области које нису биле изложене ласерском зраку. Овако



9

се на фотоосетљивом бубњу од тонера формира “позитив” слика. На ваљку за

развијање је и наизменични ( AC ) потенцијал који спречава прекомерно привлачење

тонера и магнетског језгра цилиндра и повећава одбијање од оних делова бубња који

нису били изложени ласерској светлости, чиме се побољшава густина и контраст слике.

5. Фаза преношења

Током фазе преношења, слика са бубња за штампање се преноси на папир. Главнуулогу у овој фази игра преносни (трансфер) ваљак који је прикључен на позитивни

напон. Овај позитивни напон на трансфер ваљку формира позитивно наелектрисање на

позадини папира који пролази између ваљка и фотоосетљивог бубња, како би

привукле негативне честице тонера на папир. Као део ове фазе може се сматрати и

фаза раздвајања папира од фотоосетљивог бубња. Мали пречник фотоосетљивог

бубња и крутост папира доводе до тога да се папир одваја од бубња по наношењу

тонера на папир. Поред тога папир на даљем путу додирује и елиминатор статичког

наелектрисања (ред оштрих металних зубац који су везани на масу) који уклања

позитивно наелектрисање са папира и тиме слаби силе привлачења између бубња и

папира. Без његове помоћи папир би могао да се умота око бубња. Након одвајања,

папир се помера ка склопу за фиксирање, а бубањ се окреће ка склоповима у којима сеобављају фазе чишћења и припреме (успостављања негативног наелектрисања) за

следећу слику.

Слика 11.9 Фaза преношења

6. Фаза фиксирања

У фази фиксирања (спајања), која се одвија у делу штампача који се зове грејач ( fuser ),

тонер се уз помоћ топлоте и притиска стапа са папиром да би се произвео трајни

отисак. Папир пролази између нелепљивог ваљка, који је изнутра загрејан помоћухалогене лампе или керамичког грејача и меког (гуменог) потисног ваљка. Загрејани

ваљак за фиксирање растапа смоласту компоненту тонера, па се растопљени тонер

лепи за влакна папира, пошто га са једне стране притиска ваљак за фиксирање ( fusing

roller ), а са друге потисни ваљак ( pressure roller ). Да би се спречило лепљење тонера

или папира, ваљак за фиксирање је пресвучен нелепљивим слојем “тефлонског” типа.

Из овог разлога овај ваљак се назива и “тефлонски ваљак”. На површину тефлонског



10

ваљка се може довести и негативан једносмерни напон који спречава растурање

честица тонера пре него што се фиксирају на папир.

Температуру ваљка за фиксирање надгледа регулатор температуре са термистором

ослоњеним на површину тог ваљка и логиком на DC контролерској плочи. Ако је грејач

реализован халогеном лампом, тада DC контролер одржава температуру од 120оC

током припремног стања, до 150о C за време штампања. Термистор мења отпорност узависности од температуре, и ту промену користе кола на DC контролеру како би

регулисањем напона који се доводи на грејач, подесила потребну температуру.

Уколико се при преласку из припремног стања у фазу штампања склоп не загреје са

120о C до 150

о C у року од 30 секунди, појавиће се индикација о грешци на дисплеју.

Код штампача који имају керамички грејач фјузера, у припремном стању се грејач не

укључује, пошто се он може загрејати за врло кратко време пред штампање. У оквиру

склопа за фиксирање се налазе један или два термопрекидача налегнута на тефлонски

ваљак. Уколико се тефлонски ваљак услед неког квара на термистору или DC

контролеру прегреје (преко 175 о

C ), термопрекидачи ће прекинути струјно коло до

грејача, и на дисплеју ће се појавити индикација о грешци. Термопрекидач који је

дејствовао је неповратно отворен, па се он мора заменити. На овај начин се штампачштити од прегревања или чак и од запаљења. Пре замене отвореног термопрекидача

мора се открити узрок његовог отварања. На слици 11.10 је приказана принципска

електрична шема склопа за фиксирање (фјузера) са главним елементима (грејач,

термопротектор и термистор).

Слика 11.10 Електрична шема склопа за фиксирање

Систем за прихват, транспорт и контролу протока папира кроз

штампач

Овај систем је одговаран за прихват папира из улазне касете или тањира за папир,

његово довођење до система за формирање слике у тачно одређено време, затим

довођење папира до система за фиксирање и на крају испоруку папира до одабраног

излаза. Код једностраног штампања, папир пролази само једном кроз штампач. Код

двостраног штампања, папир мора једном да прође кроз штампач да би примио слику,

затим да се окрене и по други пут прође кроз штампач да би примио другу слику.

На слици 11.11 је приказан пресек кроз један ласерски штампач, тако да се види ток

папира кроз њега приликом штампања. Отвор за стављање папира и слот за ручно

убацивање појединачних листова папира се скупљају у један, главни улазни постор.

Папир стављен у било који од ова два улаза активира сензор PS202, који обавештава DC

контролер да је папир присутан на улазу у штампач и да процес штампања може да



11

започне. Када добије команду за штампање, DC контролер активира склоп

ласера/скенера и главни мотор. Тада се дешавају следећи кораци:

Слика 11.11 Елементи система за транспорт папира

1. Помоћу електромагнета који игра улогу квачила се активира зупчаник, којим се

покрене ваљак за прихват папира ( pick-up roller ), тако да он направи један круг. Плоча

за потискивање папира гура папир до ваљка за прихват. Ваљак за прихват прихвата

горњи лист папира и помера га до погонских ваљака за допрему папира. Да би се

обзбедило да се узме само један лист папира, постоље за одвајање (separation pad )

држи остатак папира на свом месту.

2. У већини модела штампача, папир се привремено зауставља на склопу (ваљцима) за

регистрацију (registration rollers), омогућавајући контролеру штампача да синхронише

водећу ивицу папира са сликом на бубњу за штампање, при чему се онемогућује и

искошење папира. Када су ивице папира и слике на бубњу синхронисане, активира се

квачило калема за регистрацију, па ваљци за регистрацију почињу да се окрећу и да

померају папир према фотоосетљивом бубњу. Информацију о положају папира

контролеру даје сензор врха папира PS203. Овај сензор обавештава DC контролер о

тачном положају предње (водеће) ивице папира, тако да се слика која је формирана на

фотоосетљивом бубњу може прецизно позиционирати на листу папира. Кораци 1 и 2 су

илустровани сликом 11.12.

Слика 11.12 Кораци 1 и 2 у кретању папира



12

3. Погонски ваљци онда померају папир до области ваљка за трансфер (слика 11.13),

где се тонер са фотоосетљивог бубња преноси на папир.

Слика 11.13 Корак 3 у кретању папира

4. Пошто се слика пренсе на папир, папир уз помоћ вођица и ваљака, улази у склоп за

фиксирање (слика 11.14), где топлота са фјузера (ваљка за фиксирање) и притисак са

потисног ваљка трајно лепе тонер за папир. Излазни сензор папира PS201 утврђује да је

папир успешно напустио област фиксирања.

Слика 11.14 Корак 4 у кретању папира

5. Излазни ваљци у склопу фјузера испоручују папир у зависности од положаја полуге

усмеривача папира у горњи или предњи отвор за излаз папира.

Дeтекција грешака при транспорту папира

Фотосензори су елементи који се у ласерском штампачу користе за давање податка о

присуству или неприсуству папира у касети или тањиру за папир, присуству или

неприсуству тонер касете и о томе да ли су поклопци на штампачу отворени или

затворени. Предња и задња ивица папира се користе за активирање фотосензора, који

сигнализирају контролеру штамача кретање папира кроз штампач.

Сензор недостатка папира PS202, сензор за регистровање папира PS203 и сензор излаза

папира PS201, прате кретање папира кроз штампач. Ако неки од њих детектује грешку

(заглављивање, гужвање папира), DC контролер одмах зауставља процес штампања и

даје поруку о грешци (заглављивању папира) на дисплеју (контролном панелу). Грешкау транспорту папира се детектује у следећим случајевима:

Грешка приликом укључења штампача, aко је папир присутан код сензора PS201

или PS203 приликом укључења штампача

Грешка приликом прихвата папира, ако папир не доспе до претходно слободног

сензора PS203 за одређени период времена. Тај период почиње од тренутка

када DC контролер побуди електромагнет прихвата папира.



13

Грешке кашњења код којих папир не доспе до, или не напусти поједини сензор

у току одређеног временског интервала.

Рад електронских склопова

Поред електромеханичких, механичких и оптичких елемената, важни елементи

ласерског штампача су и електронски склопови. Типични електронски склопови код

ласерског штампача су: DC контролер, форматер, степен ласера/скенера, степен занапајање, високонапонски степен и улазни интерфејси. Зависно од конструкције

набројени елементи могу да буду на засебним штампаним плочама, а такође неки од

њих могу бити реализовани на заједничкој штампаној плочи.

На слици 11.15 је приказана блок шема једног ласерског штампача на којој се виде

главни електронски склопови и везе између њих.

Слика 11.15 Блок шема ласерског штампача

Улога степена за напајање је да користећи наизменични мрежни напон обезбеди

потребне једносмерне напоне напајања за остале електронске и електричне склопове у

штампачу. Обично ти једносмерни напони износе +5 V (и +3.3 V код новијих штампача),

+12 V или +24 V . Осим једносмерних напона, степен за напајање обезбеђује и

регулисани наизменични напон којим се напаја грејни елемент у склопу фјузера. Сам

степен за напајање је прекидачког (импулсног) типа.

Високонапонски степен има задатак да обезбеди високе једносмерне и наизменичне

напоне потребне за елементе тонер касете у фази штампања. Ту спадају напони за

ваљак за успостављање примарног наелектрисања, ваљак за развијање, као и ваљак за

преношење тонера на папир.



14

Улазни интерфејси омогућавају прикључење штампача на рачунар са кога долазе

документи који треба да се штампају или на рачунарску мрежу, ако је штампач

предвиђен као мрежни штампач, тако да се на њему може штампати са више рачунара

који се налазе у тој мрежи. Стандардни интерфејс за прикључење штапача на рачунар

је USB. За прикључење на мрежу се најчешће користи стандардни РЈ45 прикључак.

Контролер штампача (DC контролер) је одговоран за координацију свих активности

укључених у процес штампања. Овај контролер контролише следеће системе и

функције:

транспорт папира,

временску синхронизацију,

стање штампача,

величину и доступност папира,

високонапонски степен,

температуру фјузера,

померање главног мотора и снабдевање једносмерним напоном, калемове, где сваки калем преко одговарајућег квачила укључује одређени

ваљак,

фотосензоре којима се контролише кретање папира кроз штампач,

микропрекидаче помоћу којих се код неких штампача одређује величина касете

или послужавника за папир,

моторе:

o Главни мотор (М1) се окреће након што је било који поклопац штампача

затворен, за време периода загревања, периода почетне ротације,

штампања и периода завршне ротације. Главни мотор преко система

зупчаника и калема са квачилима у одређеним интервалима покреће

ваљке у штампачу. o Мотор скенера, који ради за време почетне ротације, штампања и

завршне ротације. Његова улога је окретање огледала којим се ласерски

зрак помера, тако да после усмеравања кроз систем сочива, падне на

фотоостљиви бубањ и на њему испише слику коју треба одштампати.

o Мотор издувног вентилатора, који омогућава хлађење склопова унутар

штампача. Он ради малом брзином за време загревања и у припремном

периоду. Великом брзином ради за време почетне ротације, штампе и

завршне ротације.

Форматер је електронски склоп у штамапачу који има следеће улоге:

Примање и обрада ASCII података о слици са улазних интерфејса (прикључака),као и комуникација у супротном смеру која омогућава кориснику да подешава

параметре штампача и надгледа његово стање са рачунара.

• Генерисање и координација смештања елемената слике (тачкица) и

синхронизација са склопом DC контролера.

• Надгледање команди са контролног панела и приказивање информација о

стању штампача на контролном панелу.

• Чување информација о фонтовима.



15

Форматер прима ASCII податке о слици од улазних интерфејса и претвара их у тачке

које чине слику. Примљене и обрађене податке о слици смешта у радну (RAM)

меморију. DC контролер штампача синхронише формирање слике са системом за

допрему папира, и када је све спремно шаље сигнал форматеру да започне слање

података о слици из радне меморије. Форматер онда шаље ове податке (тачкице) у

форми видео сигнала и процес штампања почиње. На склопу форматера се најчешће

налазе и додатни слотови за проширење R АМ меморије.

Форматер садржи следеће блокове:

• Централни процесор. Форматер користи један наменски микропроцесор за

контролу свих операција. Брзина рада процесора зависи од типа и

генерације штампача.

• RОМ меморија. Осим што чува програме које мора да извршава

микропроцесор, RОМ меморија чува и одређени број унапред дефинисаних,

интерних фонтова. Максималан капацитет RОМ меморије зависи, такође, од

типа штампача.

• Неизбрисива меморија (NV RAM). NV RAM има капацитет релативно мали

капацитет (на пример 1024 бајта). Пошто се њен садржај не губи када сеискључи напајање, користи се за чување података о броју одштампаних

страница и информације о параметрима конфигурације штампача које

корисник уноси преко контролног панела или рачунара.

• RAM меморија. Капацитет RAM меморије зависи од типа штампача и може

се проширити додавањем меморијског модула у за то предвиђени слот за

проширење. Ова меморија чува информације о страни коју треба

одштампати и фонтовима добијене од рачунара, као и изглед целокупне

странице за штампу пре него што се подаци пошаљу у ласерски склоп

штампача.

• Улазно/Излазни интерфејс (прикључак).

Рад електронских склопова у ласерском штампачу се може приказати у пет фаза

(корака):

1. Фаза загревања

Фаза загревања почиње по укључењу штампача. Склоп фјузера добија наизменични

напон за напајање и почиње да се загрева. Величину напона, а самим тим и

температуру склопа, одређује DC контролер, на основу отпорности термистора. Ако

постоје вентилатор (или вентилатори) за хлађење, они почињу да раде.

Главни мотор добија напајање у току 2 до 3 секунде, што омогућава окретање бубња за

штампање и његово чишћење.

Ваљак за наелектрисање се тренутно наелектише да би се припремила површинаваљка за штампање.

Контролер штампача шаље READY сигнал у форматер.

Форматер шаље READY сигнал на дисплеј на контролној плочи.

2. Фаза чекања

Током фазе чекања штампач је укључен и чека на следећи посао за штампање. Склоп

фјузера одржава своју температуру предвиђену за фазу чекања.



16

НАПОМЕНА: Штампач са керамичким грејачем не одржава температуру током фазе

чекања, јер он може да загреје грејни елемент за врло кратко време, тако да се на тај

начин смањује потрошња енергије.

Контролни панел показује READY поруку.

3. Фаза почетне ротације

Форматер прима податке за штамапње из рачунара. Он обрађује те податке и смешта

их у бафер за штампање.

Форматер шаље сигнал за штампање у контролер штампача, чиме га обавештава да

започне штампање.

Склоп фјузера почиње да се загрева до температуре потребне за штампање.

Главни мотор, мотор за скенирање, и вентилатор за хлађење (ако постоји) добијају

напајање и почињу да функционишу.

Снага која се доводи на ласерску диоду се проверава и по потреби подешава. Сигнал

детекције ласерског зраска се шаље у контролер штампача, означавајући почетак

линије скенирања растерских података.

Доводи се поларизација на ваљак за наелектрисање, чиме се омогућује да он

негативно наелектрише површину бубња за штампање.

Ваљак за трансфер (или трансфер жица на неким штампачима) се негативно

наелектрише да би одбио евентуални тонер са своје површине.

Склоп фјузера достиже своју радну температуру.

4. Фаза штампања

Током фазе штампања, раде све компоненте штампача. Сви склопови за процес

формирања слике се побуђују да би примили растерске податке и претворили их у

слику на папиру. У ове компоненте спадају: • форматер

• контролер штампача

• ласерски склоп за скенирање

• ваљак за наелектрисање

• бубањ за штампање

• ваљак за развијање

• ваљак за преношење слике

• загревни елемент у склопу фјузера

Следећи механички елементи на путањи кретања папира се побуђују и транспортују

папир кроз штамач:

• главни мотор

• ваљак (ваљци) за прихват

• ваљак за преношење

• ваљак за фиксирање

5. Фаза завршне ротације

Форматер добија сигнал за крај посла од рачунара. Форматер обавештава контролер

штампача да започне фазу завршне ротације. Током завршне ротације, штампач се



17

припрема за повратак у стање (фазу) чекања. Ове посебне процедуре се разликују од

штампача до штампача.

Грешке при раду штампача

Током рада ласерског штампача могу се јавити разне сметње привременог или трајног

карактера, као и кварови на елементима самог штампача. Захваљујући уграђеним

хардверским и софтверским компонентама, омогућено је откривање доброг деласметњи, њихово идентификовање и приказ информације о природи сметње (грешке)

на контролном панелу штампача. Код јефтинијих штампача контролни панел је

реализоан са неколико LED индикатора и тастера. У корисничком упутству за употребу

штампача дато је и упутство за употребу контролног панела, са начином

интерпретирања порука приказаних LED индикаторима. Обично једна диода светли

када је штампач исправан и у READY стању, друга светли (блинка) када штампач прима

податке за штампање, а трећа светли када постоји нека сметња (грешка). У случају

грешке, треба притиснути одређени тастер, после чега се пале неке од диода и светле

било стално, било испрекидано (блинкају). Свака комбинација светлења диода

представља једну врсту сметње (грешке) у раду штампача, тако да се користећи опис у

корисничком упутству релативно брзо може установити врста и место настале грешке ураду штампача. Скупљи штампачи уместо кантролног панела са диодама и тастером

имају алфанумерички дисплеј који у два до три реда даје основне податке о

детектованој грешки, и то нумерички код грешке и текстуални назив склопа у коме се

грешка налази. На пример код штампача HP, неке од карактеристичних порука на

дисплеју могу бити:

00 RADY - Штампач је спреман за употребу.

13 PAPER JAM - Ова порука се појављује уколико папир не улази, не помера се, или не

излази из штампача у правилним временским интервалима, то јест ако дође до застоја,

гужвања или цепања папира.

41 ERROR - Привремена грешка до које долази ако у току штампе из неког разлога нисусинхронизовани предња ивица папира, са фотоосетљивим бубњем и сигналом

детектовања почетка линије.

50 NEED SERVICE - Ова порука указује на неисправан систем за фиксирање (фјузер)

51 ERROR - Ова порука указује на неисправности у раду склопа ласерске диоде и

мотора скенера, као и система за детекцију почетка линије.

Ово су само неке од порука које се могу појавити на дисплеју, а потпуни списак свих

порука са препорученим начином њиховог отклањања је дат у упутству за употребу

штампача.

Током рада ласерског штампача могуће је да на контролном панелу не будепријављена никаква грешка, тако да се процес штампања нормално одвија, али да на

одштампаним страницама ипак постоје неке неправилности (дефекти). У корисничком

упутству за штампач је дат и списак оваквих дефеката као и савети за њихово

превазилажење. Међутим, ако се зна начин формирања отиска у ласерском штампачу,

може се закључити шта може бити узрок тих дефеката. Неки од тих дефеката су:

1. Ако из штампача излази празна (бела) страница папира, могу се претпоставити

неки од узрока ове појаве:



18

• Блокиран улаз ласерског зрака у тонер касету. Поклопац (затварач) отвора за

ласерски сноп на тонер касети је затворен и спречава пролаз ласерског зрака до

фотоосетљивог бубња. Као последица тога нема уписа слике на површини

фотоосетљивог бубња, па цео бубањ остаје негативно наелектрисан и не може да

привуче честице тонера са ваљка за развијање. У овом случају треба проверити рад

поклопца отвора за ласерски сноп на тонер касети. По потреби заменити тонер касету.

• Лоши контакти којима се доводи маса на фотоосетљиви бубањ у тонер касети.

Уколико је контакт уземљења на високо-напонском степену савијен и не додирује

контакт на тонер касети, са делова бубња који су погођени ласерским зраком неће се

испразнити негативно наелектрисање, па неће бити привучен негативно наелектрисан

тонер са ваљка за развијање. У овом случају треба прегледати и евентуално очистити и

исправити одговарајуће контакте на високонапонском степену и тонер касети.

• Нема позитивног напона на ваљку за трансфер. Без овог напона на ваљку за

трансфер, тонер се не може пребацити са фотоосетљивог бубња до папира. У овом

случају треба проверити и очистити контакте на високонапонском степену преко којих

се доводи напон на ваљак за трансфер, као и стање ваљка за трансфер. Ако је потребно

очистити или заменити ваљак за трансфер.

• Нема негативног напона на ваљку за развијање. Негативни напон на ваљку за

развијање негативно наелектрише честице тонера, тако да их затим могу привући

места на фотоосетљивом бубњу која су била изложена ласерском зраку. Проверити и

очистити контакте на високо напонском степену и тонер касети. Ако су ови контакти

добри, заменити високонапонски степен.

2. Ако из штампача излази потпуно црна страница папира, један од могућих

узрока ове појаве су и лоши контакти којима се доводи негативни напон на ваљак

примарног наелектрисања. Ако су контакти ваљка за наношење примарногнаелектрисања искривљени, ваљак неће бити негативно наелектрисан, па због тога ни

фотоосетљиви бубањ неће добити потребно негативно наелектрисање. Површина

бубња ће се онда понашати као да је цела била изложена ласерском зраку, а резултат

тога је црна страница. Ако су ови контакти добри, могуће је да је неисправан

високонапонски степен па га треба заменити.

3. Вертикалне беле линије на одштампаној страници. Поред осталих могућих

узрока, ову појаву могу изазвати страни предмети (прашина, длачице и слично) који се

налазе на путу ласерског зрака од ласерске диоде до фотоосетљивог бубња. У овом

случају је потребно млазом ваздуха или фином крпицом која не оставља длачице,

пажљиво очистити огледала и сочива у склопу ласер/скенера, која усмеравају ласерскизрак на фотоосетљиви бубањ.

4. Вертикалне црне линије на одштампаној страници. Овакав дефекат могу

изазвати огреботине на површини фотоосетљивог ваљка у тонер касети. На таквим

местима се не може нанети почетно негативно наелектрисање, па ће она привлачити

тонер као и она места која су била погођена ласерским зраком. У овом случају се мора

заменити тонер касета.



19

Колор ласерски штампачи

Принцип функционисања је веома сличан црно белим ласерским штампачима, с тим да

постоје 4 тонер касете са црном, светло плавом, ружичастом и жутом бојом (CMY).

Слика 11.16 Колор ласерски штампач




Београд


Системи за складиштење података


2013.



2

Садржај

Увод ...................................................................................................................................................3

Системи за складиштење података ..................................................................................................3

Општа подела система за складиштење података ..........................................................................4

DAS (Direct Attached Storage) .......................................................................................................5 NAS (Network Att ached Storage ) ...................................................................................................6

SAN (Storage Area Network ) ..........................................................................................................6

Остваривање редудантне везе код SAN система .....................................................................8



3

Увод

Системи за складиштење података (storage systems) су саставни део рачунарских

система. Рачунарским системима је потребан начин за смештај података које треба да

обраде. Први начини за складиштење података су били изузетно једноставни, почев од

низова прекидача и бушених трака. Количина података која се могла складиштити на

овај начин била је величине килобајта или мања, али су већ и са тако ограниченим

ресурсима рачунари успевали да вишеструко убрзају послове који су се без њих

морали радити ручно.

Са повећањем сложености рачунарских система, почиње да се појављује хијерархија у

системима за складиштење података. Подаци који се тренутно обрађују се чувају у

примарној меморији (RAM), док се подаци који се тренутно не обрађују чувају на

секундарним меморијама (хард диск, на пример). За трајно архивирање података се

користи и терцијарна меморија, то јест меморија која захтева физичку интервенцију да

би јој се приступило, као код оптичких дискова. Количина података која се може

сместити на један просечан уређај за складиштење је током година расла од неколико

килобајта (KB) и мегабајта (MB) 80-тих, преко гигабајта (GB) 90-тих, па до више терабајта

(TB) у последњој деценији. Како је количина података расла, јавља се потреба залогичком организацијом података на меморијама за складиштење података. Фајл

систем (File System) представља дефинисан скуп метода за складиштење и

организовање података. Постоји мноштво фајл система као што су: FAT , FAT32, FAT64 и

NTFS на DОЅ и Windows системима, UFS, JFS, XFS на UNIX системима, ext2, ext3, ext4,

ReiserFS на Linux системима и слично.

Сви ови системи су мање-више ефикасно решавали питање складиштења података на

једном уређају. Међутим, са порастом потреба за складишним простором, као и

отпорности на отказе путем редундансе, постаје потребно да се један фајл систем

протеже на више уређаја. Најпре су настале хардверске RAID (Redundant Array of

Independent Disks) методе, којима се више уређаја оперативном систему приказивало

као један логички уређај. С друге стране, оперативни системи су увели LVM (LogicalVolume Management ) системе који су пружали додатни ниво апстракције између

дискова и оперативног система, омогућивши оперативном систему да групише уређаје

у логичке целине.

Савремени системи за складиштење података, најчешће представљају засебан физички

уређај коме сервери и клијенти приступају директно или преко класичне рачунарске

мреже применом одговарајућих протокола за пренос података, као што је TCP/IP

(Transmission Control Protocol / Internet Protocol). Честа су повезивања и применом

оптичких преносних путева (Fibre Channel - FC ).

Системи за складиштење података Према дефиницији, системи за складиштење података су мрежни уређаји намењени

поузданом, сигурном, брзом и ефикасном складиштењу података. Постоје локални и

мрежни системи за складиштење података. Било да се ради о локалном или мрежном

окружењу, подаци се увек преносе на диск (или се са њега читају) и то на различите

начине. За разлику од сервера чији је главни задатак да брзо и ефикасно обради

захтеве корисника, складиштење је процес којимуправљају посебно пројектовани и

оптимизовани савремени системи. Због тога је увођење флексибилног и лако



4

проширивог мрежног уређаја, ефикасан начин за решавање проблема складиштења и

чувања података.

Општа подела система за складиштење података

Системи за складиштење података се могу сврстати у три основне групе (слика 12.1):

DAS (Direct Attached Storage)

NAS (Network Attached Storage)

SAN (Storage Area Network )

Сва три система су се развијала током година и условљавала настана следћих

генерација. Први системи су били типа, потом су настали NAS системи и на крају SAN

системи.

Слика 12.1 Подела система за складиштење податка

DAS (Direct Attached Storage) обухвата конфигурариције у којима је систем за

складиштење података директно повезан са сервером. Технологије повезивања су ATA,

SATA, SCSI, SAS и FC (FiberChanel ). Предност овог концепта је брз и сигуран пренос

података, а мана је слаба искоришћеност простора јер се капацитет медијума за

складиштење не може делити са другим серверима.

NAS (Network Attached Storage) је конфигурација у којој више сервера користи један

исти систем за складиштење података преко рачунарске мреже. Овај приступ

омогућава боље искоришћење капацитета, а као недостатак се најчешће наводеслабије перформансе и безбедност података. Технологија преноса која се најчешће

користи је iSCSI (Internet Small Computer System Interface). iSCSI служи за пренос SCSI

команди преко IР мреже ради преноса података и управљања процесом складиштења.

SAN (Storage Area Network ) је посебно дефинисана рачунарска мрежа која за циљ има

пренос података између сервераи система за складиштење податка или између

система за складиштење података. Системи за складиштење података су међусобно

повезани рачунарском мрежом и често се налазе на географски удаљеним локацијама



5

пре свега због безбедности, редундансе и испуњавања разних стандарда пословања.

На пример, после 11. септембра 2001. у САД је донет закон по коме све банке и друге

установе које чувају информације од националног значаја, морају да имају копију

података на географској локацији која је удаљена најмање 150 km од основне локације.

Технологије извођења SAN система обухватају све могуће начине преноса података,

али најчешће се изводе разним типовима WAN (Wide Area Network ), LAN (Local Area

Network ) и MAN (Metropolitan Area Network ) рачунарских мрежа.

DAS (Direct Attached Storage)

Прво решење за повећање потребног капацитета за складиштење података, носило је

име DAS. DAS није ништа друго него повезивање више хард дискова на независном

уређају са сервером преко посебно дизајнираних картица за проширење (слика 12.2).

Веза се у већини случајева остварује путем SCSI кабла ограничене дужине. Иако је то

решило проблем физичке проширивости серверадодатним дисковима, уједно су

многоструко повећани трошкови складиштења података. Инвестирање у кућиште које

прима 10 или више хард дискова, у oколностима када је потребно само 2 или 3 хард

диска, прилично је смела инвестиција са финансијске тачке гледишта.

Слика 12.2 Пример DAS архитектуре

Сервери се на DAS системе повезују директно, без рачунарске мреже и мрежних

уређаја. За повезивање се најчешће користе ATA, SATA, eSATA, SCSI, SAS и Fiber Chanel

протоколи. У зависности од потребе за заштитом података, могу се применити

различити нивои RAID система. Стандардна DAS решења директно повезују највише

четири сервера, али то и даље представља локално решење, а складишни простор се

унапред додељује појединим серверима (2 диска једном, 3 другом серверу, итд.).

Предности DAS система обухватају:

Прихватљиву доступност

Велику брзину приступа (у односу на мрежна решења) Сигурност података и отпорност на грешке

Релативно малу сложеност конфигурације управљачких програма сервера

Недостаци DAS система:

Подаци су доступни само корисницима (серверима) који су директно повезани

на систем за складиштење.

Омогућен је приступ подацима само једном кориснику истовремено

Релеативно скупо решење.



6

NAS (Networ k Att ached Stor age )

NAS архитектура (слика 12.3) представља мрежно решење у коме је систем за

складиштење података повезан преко рачунарске TCP/IP (Ethernet ) мреже са

серверима и клијентима. На овај начин се обезбеђују ресурси свим клијентима који се

налазе у тој мрежи, независно од тога да ли се ради о Windows радним станицама које

користе CIFS (Common Internet File System) или Linux и UNIX радне станицаме са NFS

(Network File System) фајл системом. Поред тога, и сервери (рачунари са серверским

оперативним системом) могу равноправно да приступају NAS систему за складиштење

података.

Слика 12.3 NAS имплементација

NAS јединица обично нема тастатуру ни дисплеј, а контролише се и конфигурише преко

мреже.

Предности NAS система обухватају: Складиштени подаци могу да буду доступни свим рачунарима у мрежи.

Поузданост складиштених података је висока и заснована пре свега на примени

RAID система.

Подацима се управља оперативним системом који је инсталиран на NAS

систему.

Подацима може да приступа више корисника истовремено.

Недостаци NAS система:

Могуће загушење саобраћаја због истовременог приступа и ограниченог

пропусног опсега и процесорске моћи NAS система.

Време приступа подацима је по правилу спорије него код DAS система.

Неопходна је примена додатних механизама да би се обезбедио механизам

поверљивости приликом чувања и преноса података.

SAN (Stor age Area Networ k )

SAN архитектура представља мрежно решење у којој систем за складиштење података

директно комуницира искључиво са серверима (у највећем броју случајева преко

засебне Ethernet или Fibre Channel мреже) обезбеђујући им на тај начин потребне

ресурсе намењене складиштењу података. Ове ресурсе сервери виде као локалне



7

дискове (слика 12.4) и над њима се могу вршити све операције везане за управљање

локалним дисковима: форматирање, партиционисање итд. У оба случаја, без обзира да

ли се користи Fibre Channel или Ethernet инфраструктура, преносе се SCSI команде

преко медијума који је различит од SCSI кабла.

Слика 12.4 Простор на SAN систему који је додељен серверу

Повезивање сервера са системом за складиштење података могуће је извести на два

начина. Коришћењем iSCSI протокола, сервер се повезује са системом за складиштење

података преко Еthernet кабла (или посредно преко Еthernet свича). iSCSI протокол

представља решење у коме се SCSI команде по утврђеним правилима пакују у IP пакете

и тако преносе на Еthеrnеt порт система за складиштење података који те пакете

анализира, и потом их, као SCSI команде шаље систему на даљу обраду и складиштење

(слика 12.5).

Слика 12.5 iSCSI имплементација SAN окружења

Да би се SCSI команде спаковале на једном и распаковале на другом крају Еthernet

кабла) потребан је посебан софтвер на оба уређаја или посебне Е thernet HBA



(EthernetHost Based Adapter ) картице. Системи за складиштење података имају

имплементиран потребан софтвер, док је на серверу потребо да се инсталира софтвер

који се назива Software iSCSI Initiator. У SAN системима, један од уређаја је увек Initiator

(онај који започиње комуникацију), док је други Target (онај који одговара на захтеве).

Улоге се могу мењати. Порт на SAN систему има улогу Initiator када се користи за везу

са дисковима (FC случај) или са сервером за прављење резервних копија (iSCSI или FC

случај). Улога Target је много чешћа и тада прима захтеве од сервера. Један порт не

може истовремено имати обе улоге.

Код примене FC протокола, серверсе са SAN уређајем повезује путем додатних FC

картица које се смештају у слободне PCIе слотове на серверу док су на SAN уређају FC

портови уграђени као део SAN. У овом случају се користе посебно дизајнирани

протоколи.

Независно од врсте протокола који се у SAN окружењу користи, сервер ресурсе са

система за складиштење података види као локалне дискове и са њима манипулише на

исти начин као да су локално смештени у кућишту или директно везани SCSI каблом за

матичну плочу.

У случају повезивања путем iSCSI протокола тренутно доступне брзине преноса не

разликују од класичних Е thernet мрежа па је и највећа брзина преноса око 10 Gb/s.

Код примене FC протокола, нарасполагању су брзине од 1, 2, 4 и 8Gb/s..

Остваривање редудантне везе код SAN система

SAN системи обезбеђују двадесетчетворочасовну доступност захваљујући редудантној

архитектури. Више сервера дели складишни простор ради повећања ефикасности и

приступачности. На SAN систем може да се прикључи више сервера са различитим

оперативним системима. SAN инфраструктурао бухвата хардвер, каблове и софтверске

компоненте. Све компоненте су повезане преко мрежних картица (FC HBA - Fibre

Channel Host Bus Adapter ) или свичева. Свичеви могу препознати прекид или грешку у

конекцији и преусмерити проток података кроз друге компоненте SAN система.

Предности ЅАN система обухватају:

Карактеристике ЅАN система директно зависе од типа рачунарске меже која се

користи за повезивање.

Могуће је остварити изузетно велике протоке.

Капацитет складишног простора је практично неограничен.

Могуће је ефикасна размена података између више рачунара у мрежи јер је овај

проток потпуно независан од размене корисничких података

Documents

RIP II Kolokvijum-sva Predavanja