книги / Основы радиоэлектроники

Рис. 9.11

(рис. 9.10), который синхронизирует генераторы развертки изоб­ ражения на мишени телевизионной передающей трубки. Кроме того, синхронизирующие импульсы синхрогенератора входят в состав видеосигнала и в дальнейшем синхронизируют работу генераторов развертки телевизионного приемника.

Структурная схема супергетеродинного телевизионного при­ емника изображена на рис. 9.11. Она включает приемную телеви­ зионную антенну, усилитель высокой частоты, смеситель и гетеро­ дин, общий усилитель промежуточной частоты (/пром ИзобР —38 МГц, /пром звука = 31,5 МГц), видеодетектор и видеоусилитель. На вы­ ходе видеодетектора присутствует видеосигнал с синхронизиру­ ющими импульсами и частотно-модулированный (ЧМ) сигнал звукового сопровождения с несущей частотой 6,5 МГц. ЧМ сигнал звукового сопровождения с несущей частотой 6,5 МГц получается в результате взаимодействия на нелинейном эле­ менте видеодетектора ЧМ колебания с промежуточной несу­ щей частотой звукового сопровождения / пром звука = 31,5 МГц и колебания с промежуточной несущей частотой изображения

Упром изобр 38 МГц.

Сигнал ЧМ после ограничения по амплитуде (для ослабления помех) и частотного детектирования усиливается УЗЧ и поступа­ ет на громкоговоритель. После усиления видеоусилителем видео­ сигнал поступает на приемную телевизионную трубку— кине­ скоп— и определяет свечение разных точек экрана. Развертка изображения осуществляется с помощью генератора строчной развертки — блока горизонтального отклонения — и генератора кадровой развертки — блока вертикального отклонения. Эти бло­ ки должны работать синхронно с генераторами развертки в пере­ датчике, что достигается с помощью канала синхронизации. На

вход этого канала подается видеосигнал с синхронизирующими импульсами. С помощью специального блока — амплитудного селектора — синхроимпульсы отделяются от видеосигнала и по­ ступают на разделительные фильтры— дифференцирующую и интегрирующую цепи (см. § 6.7). На выходе дифференциру­ ющей цепи получаются импульсы, синхронизирующие генератор строчной развертки, а на выходе интегрирующей цепи— импуль­ сы, синхронизирующие генератор кадровой развертки.

Напряжение на выходе блока горизонтального отклонения подается также на вход высоковольтного выпрямителя, на вы­ ходе которого получается напряжение«30 кВ для питания ки­ нескопа.

Телевизионные приемники имеют следующие показатели:

Чувствительность приемника:

Избирательность приемника:

Размер изображения по диагонали:

Нелинейные искажения в приемнике:

§9.4. Телевизионные передающие и приемные трубки

Втелевизионных передающих трубках оптическое изображе­ ние на мишени трубки преобразуется в электрический сигнал. Для этого используется явление фотоэффекта. Широко известен

внешний фотоэффект, когда под действием света из фотокатода фотоэлемента выбиваются электроны.

Кроме внешнего фотоэффекта, существует внутренний фото­ эффект, когда под действием света увеличивается число носи­ телей заряда — электронов в толще полупроводника и сопротив­ ление полупроводника падает. Внутренний фотоэффект использу­ ется в широко распространенной телевизионной передающей трубке — видиконе (рис. 9.12). Видикон содержит мишень — пла­ стину фотопроводника с внутренним фотоэффектом толщиной

водника окажется равным нулю, т. е. на пластинах конденсатора будут разные заряды — конденсатор будет заряжен. После ухода луча начинается накопление положительного заряда на этой раз­ ряженной пластине конденсатора из-за протекания тока через резистор элемента мишени. Через сопротивление R Hтечет ток, тем больший, чем сильнее освещен этот элемент экрана трубки.

К следующему приходу луча на стороне фотопроводника, обращенной к электронному лучу, имеется потенциальный рель­ еф— разные значения потенциала и положительного заряда на обкладках конденсаторов отдельных элементов в зависимости от освещенности этих элементов. Для нейтрализации соответству­ ющих зарядов на этих обкладках требуется разный ток электрон­ ного луча, который течет через источник питания и сопротив­ ление Лн, создавая напряжение видеосигнала. Разряд конден­ сатора— уменьшение разности потенциалов на обкладках конденсатора — происходит в течение длительности кадра Тк, а заряд конденсатора электронным лучом — только за время t3 прохождения лучом элемента экрана, соответствующего рас­ сматриваемому конденсатору. Таким образом потенциальный рельеф ликвидируется, и на обкладках конденсатора создается разность потенциалов ср2 —cpi = ЕГ, где Ег — ЭДС источника пита­ ния. В результате видеосигнал возрастает в Tk/t3 раз. Этот эффект обусловлен длительным накоплением положительного

заряда. В различных вариан­ тах этот эффект используется во всех передающих телевизи­ онных трубках.

Кроме видикона, широкое распространение получила еще одна телевизионная пе­ редающая трубка — иконо­ скоп (рис. 9.13). В этой трубке используется внешний фото­ эффект. Внутри трубки имеет­ ся тонкая пластинка из слю­

ды, с одной стороны покрытая сигнальной металлической плен­ кой, связанной с сопротивлением нагрузки и источником питания. На другой стороне пластины из слюды нанесены мелкие зерна серебра или пластины креолита — светочувствительного полу­ проводника с большим удельным сопротивлением, благодаря чему заряды в отдельных точках этой пластины не растекаются. После освещения, благодаря внешнему фотоэффекту, из отдель­ ных зерен серебра или участков креолита вылетают электроны, а соответствующие зерна или участки заряжаются положительно тем сильнее, чем больше освещенность. Возникает потенциаль­ ный рельеф. После прихода электронного луча зерна или участки нейтрализуются (добавляется отрицательный заряд, компенси­ рующий имеющийся положительный заряд), а через источник питания, сигнальную пластину, электронный луч и сопротивле­ ние R Hпротекает ток, создавая напряжение видеосигнала на Лн.

К настоящему времени разработан ряд твердотельных анало­ гов передающих телевизионных трубок. Наибольшее распростра­ нение получили приборы с зарядовой связью, однако они по разрешающей способности (способности передавать мелкие дета­ ли), по габаритам и потребляемой мощности уступают вакуум­ ным трубкам.

Телевизионные передающие и приемные трубки представляют собой электровакуумные приборы. Они содержат стеклянную колбу, из которой выкачан воздух и создано высокое разрежение (см. гл. 3 § 35). Внутри колбы проходит электронный луч, дости­ гающий экрана. Электронный луч создается катодом, нагретым с помощью цепи накала. Испускаемые катодом электроны уско­ ряются электрическим полем ускоряющего электрода и фокуси­ руются (сжимаются в узкий луч) электрически — с помощью электрического поля первого анода (рис. 9.14).

В приемных и передающих трубках имеются 2 пары отклоня­ ющих катушек — вертикально отклоняющие (для отклонения

электронного луча по вертика­ ли) и горизонтально отклоняю­ щие (для отклонения электрон­ ного луча по горизонтали).

Каждая пара катушек со­ здает магнитное поле, направ­ ление которого перпендикуляр­ но электронному лучу. Маг­ нитное поле вертикально от­ клоняющих катушек в области электронного луча направлено горизонтально, магнитное по­

ле горизонтально отклоняющих катушек направлено вертикаль­ но. Отклонение потоков электронов магнитным полем осуществ­ ляется под действием силы Лоренца.

§ 9.5. Особенности построения телевизионного приемника

Телевизионный приемник имеет антенну, например, типа по­ луволнового вибратора, рассмотренного в § 2.9, усилители высо­ кой, промежуточной и звуковой частоты, рассмотренные в гла­ ве 4, смеситель и гетеродин, а также ограничитель амплитуды ЧМ колебаний и частотный детектор, рассмотренные в главе 6.

Видеодетектор и видеоусилитель представляют собой широ­ кополосные детектор AM колебаний и усилитель низкой частоты, которые должны продетектировать и усилить видеосигнал, зани­ мающий широкую полосу частот до 6,5 МГц. (Детекторы AM колебаний были рассмотрены в главе 6.).

Видеосигнал подается на управляющий электрод кинескопа и определяет ток электронного луча и, соответственно, яркость того элемента экрана кинескопа, куда падает луч.

Для создания изображения на экране кинескопа необходимо осуществить движение луча по экрану. Для этой цели от генера­ тора строчной и кадровой развертки на отклоняющие катушки кинескопа подаются соответствующие токи. Чтобы изображение на экране кинескопа соответствовало изображению на мишени телевизионной передающей трубки, необходимо, чтобы генерато­ ры развертки в телевизионном передатчике и приемнике были синхронизированы. Как уже отмечалось в § 9.2, правильная (син­ хронная с передатчиком) работа генератора развертки в телеви­ зионном приемнике осуществляется с помощью строчных и кад­ ровых синхронизирующих импульсов, содержащихся в видеосиг­ нале. Для выделения и разделения этих импульсов служит блок синхронизации, который включает амплитудный селектор син­ хроимпульсов, а также дифференцирующую и интегрирующую цепи, рассмотренные в главе 6.

Эти цепи разделяют раз­ ные по длительности строч­ ные и кадровые синхронизи­ рующие импульсы и направ­ ляют их соответственно на выходы генератора строч­ ной развертки и генератора кадровой развертки.

Схема амплитудного се­ лектора синхроимпульсов на биполярном транзисторе при­ ведена на рис. 9.15. Она со­

держит RC цепочку на входе и большое сопротивление R Hв цепи коллектора. При увеличении напряжения ибэ под действием вход­ ного сигнала и протекании тока /к через R H напряжение на коллекторе ик падает (uK= EH— iKR H), а ток *к перестает расти, т. е. ограничивается.

При подаче на вход амплитудного селектора видеосигнала, открывающего транзистор, протекает ток базы /б через резистор как указано на рис. 9.15, и появляется напряжение смещения U см, сдвигающее рабочую точку влево (рис. 9.16а). Тем самым

«отсекаются» части видеосигнала, характеризующие изображе­ ние и гасящие импульсы (отсечка коллекторного тока снизу). В результате на выходе амплитудного селектора появляются только строчные и кадровые синхронизирующие импульсы (рис. 9.166). За счет ограничения они имеют постоянную ампли­ туду. С выхода амплитудного селектора эти импульсы подаются на вход дифференцирующей и интегрирующей цепей, для кото­

рых выполняется усло­

рые подаются на входы генераторов кадровой и строчной развертки. Для лучшего разделе­ ния синхросигналов ис­ пользуются двух-трех- звенные дифференциру­ ющие и интегрирую­ щие цепи.

Генераторы развертки содержат релаксационный генератор напряжения (обычно — блокинг-генератор, рассмотренный в гла­ ве 6 § 6.4), формирующую цепь и выходной каскад — усилитель мощности (рис. 9.17). Напряжение на выходе блокинг-генератора

генератора включается форми­ рующая RC цепь.

§ 9.6. Принципы цветного телевидения

При создании систем цветного телевидения используются фи­ зиологические свойства человеческого глаза согласно общеприня­ той теории. Три вида колбочек в глазу воспринимают синий, зеленый и красный цвет. Остальные цвета представляют собой смеси этих основных цветов. Например, желтый цвет является суммой красного и зеленого: белый есть сумма всех основных цветов. Для передачи этих цветов необходимо иметь три видео­ сигнала wK, w3, мс, соответственно характеризующие красный, зеленый и синий цвета.

Однако цветное телевидение должно быть совместимым с чер­ но-белым. Иначе говоря, черно-белые телевизоры должны прини­ мать программы цветного телевидения и воспроизводить на экранах черно-белый аналог цветного изображения. Поскольку в черно-белом телевидении видеосигнал отражает яркость от­ дельных элементов изображения, то и при передаче радиосигнала цветного телевидения необходимо передавать сигнал яркости

ия = аик+ Ьщ+ сис.

Именно этот сигнал будет использоваться в приемниках черно­ белого телевидения.

Кроме сигнала и„, в цветном телевидении передаются цвето­ разностные сигналы (мк —мя) и (ис —ия). Из трех передаваемых сигналов ия, (ия —ия) и (ис —ия) можно получить сигналы и„ м„ ис:

ис = ия + (ис- и я),

м«= мя+ (м к- м я),

и1='-[ия-(аи1С+ си<:)'\.

Для обеспечения совместимости цветного и черно-белого телеви­ дения необходимо также, чтобы частота кадров в обоих случаях была одинаковой и равной 25 Гц, полоса частот видеосигнала

6,5 МГц, а число строк— 625. В настоящее время в мире существует 16 систем цветного телевидения. Цветное телевидение

унас осуществляется по советско-французской системе СЕКAM.

Впоследнее время выпускаемые телевизоры способны принимать передачи цветного телевидения и по системе СЕКАМ и по аме­ риканской системе ПАЛ, отличающейся числом строк (525), кад­ ров (30) и полосой частот видеосигнала (4 Мгц).

При использовании системы СЕКАМ для сохранения четко­ сти изображения (передачи мелких деталей) полоса видеосигнала яркости должна быть около 6,5 МГц. Поскольку на экране замет­ на окраска только крупных деталей изображения, полоса частот цветоразностных сигналов может быть уже («700 КГц.)

Для передачи цветоразностных сигналов используются две поднесущие частоты, сдвинутые относительно несущей частоты изображения на / ос=4,25 МГц (для передачи цветоразностного сигнала (мс —ия) и на f OK=4,406 МГц (для передачи цветоразност­ ного сигнала (ия — ия). Обе поднесущие частоты лежат в области малых составляющих спектра яркостного сигнала и модулируют­ ся цветоразностными сигналами. Используется частотная моду­ ляция с частичным подавлением верхних боковых полос. Цвето­ разностные сигналы передаются поочередно— через строку. В те­ чение передачи одной строки передается один цветоразностный сигнал, в течение передачи следующей строки — второй. Таким

•4з foCUH

Рис. 9.19

образом, канал связи «уплотняется», но ширина спектра остается неизменной.

Структурная схема цветного телевизионного передатчика изо­ бражена на рис. 9.19. Световой поток, пройдя через объектив О, падает на дихроичные зеркала Д31 и Д32, разделяющие световой поток по спектру, т. е. выделяющие синюю, красную и зеленую составляющие. Эти составляющие с помощью зеркал 31 и 32 подают на соответствующие телевизионные передающие трубки ТП1, ТП2 и ТПЗ, на выходе которых появляются видеосигналы мк, мс, щ. Эти видеосигналы поступают на специальное устройст­ во— матрицу, на выходе которой появляются сигналы мя, ик — ия и ис — ия. Сигнал ия поступает к амплитудному модулятору AM вместе с колебанием несущей частоты изображения/из от генера­ тора несущей частоты. На выходе модулятора появляется ампли- тудно-модулированный сигнал, несущий информацию о яркости отдельных элементов изображения. Сигналы ик — ия и ис — ия пос­ ле ограничения их спектра — фильтрации в фильтрах ФНЧ — по­ ступают на частотные модуляторы, на которые подаются также

несущие колебания / из+/ок и fm+foe- Электронный коммутатор ЭК поочередно пропускает частотно-модулированные сигналы. Эти сигналы вместе с описанным выше амплитудно-модулиро- ванным сигналом после усиления по мощности в усилителе УМ поступают в антенну телевизионного передатчика и создают электромагнитные волны, распространяющиеся в пространстве.

В схеме телевизионного передатчика имеются генератор син­ хроимпульсов и генераторы развертки, которые на рис. 9.19 для его упрощения не показаны.

Передача звука производится также, как и в черно-белом телевидении. На рис. 9.20 приведена структурная схема цветного телевизионного приемника.

Она включает антенну, входную цепь, усилитель высокой частоты, смеситель и гетеродин (последние четыре элемента вхо­ дят в блок ПТК-переключатель телевизионных каналов). С выхо­ да смесителя сигнал поступает в усилитель промежуточной час­ тоты УПЧ, затем детектируется видеодетектором и усиливается видеоусилителем. Все эти элементы приемника, а также канал звука и развертки не отличаются от соответствующих элементов черно-белого телевизионного приемника.

Отличие цветного телевизионного приемника состоит в нали­ чии блока цветности: узлов, формирующих три цветоразностных сигнала ик — ия, ис — ия и щ— ия. Фильтр ия с полосой 6,5 МГц на выходе видеоусилителя выделяет сигнал яркости ия. Кроме того, ия поступает на вход фильтра цветоразностных сигналов, кото­ рый выделяет частотно-модулированные цветоразностные сиг­ налы с несущими частотами / ок и / ос. С помощью электронного коммутатора, управляемого синхроимпульсами, эти сигналы по­ ступают на ограничители (для устранения паразитной амплитуд­ ной модуляции), частотные детекторы и усилители. На выходе

ис—ия и щ— ия. Вместе с сигналом ия они поступают на цветной кинескоп и позволяют получить цветное изображение на экране.

В настоящее время у нас используются два типа цветных кинескопов— с теневой и щелевой масками.

Кинескоп с теневой маской содержит три электронные пушки, которые создают электронные потоки, пропорциональные мк, ис и и3(рис. 9.21а). Эти потоки падают на триады (тройки) зерен люминофора на экране кинескопа (рис. 9.216). Каждый люми­ нофор светится своим цветом: красным, зеленым или синим. На экране имеется 550 тыс. триад, т. е. 1650 тыс. зерен лю­ минофора. Чтобы каждый электронный луч падал только на «свои» зерна и не засвечивал «чужие» между электронны­ ми пушками и экраном помещается теневая маска — сетка с мел­ кими отверстиями, позволяющая осветить «свои» зерна люми-