7.2.5. Видеодетектор
Детектированием называют выделение сообщения (в данном случае видеосигнала) из модулированного радиосигнала. Так как изображение передается с помощью амплитудной модуляции, в качестве видеодетектора применяется амплитудный детектор. Амплитудным детектором называют устройство, выходное напряжение которого определяется амплитудой входного сигнала.
По принципу работы различают два вида амплитудных детекторов:
детектор огибающей на нелинейных элементах;
синхронный детектор.
Детектор огибающей на нелинейных элементах содержит элемент с нелинейной передаточной характеристикой (диод, транзистор). За счет этой нелинейности изменяется форма колебаний выходного тока и возникают спектральные составляющие закона модуляции. Чаще всего используются диодные детекторы.
Детектор огибающей на нелинейных элементах имеет следующие недостатки:
требует довольно большого сигнала на входе (порядка 1 В);
требует ограничения глубины модуляции входного сигнала;
требует хорошего отношения сигнал/шум на входе;
детектирует без искажений только двухполосный АМ сигнал.
Если перечисленные условия не выполняются, детектор огибающей производит детектирование с искажениями. В современных телевизионных приемниках вместо детектора огибающей на нелинейных элементах применяют синхронный детектор.
Синхронный детектор относится к линейным устройствам с переменными параметрами (т.е. к параметрическим устройствам).
Он представляет собой электронную ключевую схему, которая замыкается на время, не превышающее половины периода несущей входного сигнала, синхронно с этим колебанием (рис. 7.16).
На рис. 7.17 приведены эпюры сигналов, действующих в схеме синхронного детектора: входного напряжения UВХ, управляющего напряжения UУПР и выходного тока iВЫХ.
Схема работает следующим образом. Полосовой фильтр (ПФ) выделяет из АМ сигнала синусоидальное несущее колебание. Усилитель–ограничитель УО формирует из него последовательность управляющих прямоугольных импульсов. В результате на выходе ключа формируются однополярные импульсы тока iВЫХ, амплитуда которых пропорциональна амплитуде входного сигнала. Фильтр нижних частот RнСн формирует напряжение UВЫХ, пропорциональное огибающей входного сигнала.
Рис. 7.16. Схема пассивного синхронного детектора: ПФ – Полосовой фильтр; УО – усилитель ограничитель; К – ключ
Рис. 7.17. Эпюры сигналов в синхронном детекторе: а – входной сигнал с амплитудной модуляцией; б – напряжение управления ключом; в – выходной ток
В отличие от амплитудного детектора огибающей на нелинейных элементах синхронный детектор не обладает свойством амплитудной избирательности, но обладает фазовой избирательностью. Если моменты замыкания/размыкания ключа не совпадают с моментами перехода через ноль входного сигнала, импульсы тока становятся разнополярными, и выходное напряжение уменьшается. При взаимном сдвиге фаз входного и управляющего напряжений на 90 низкочастотная (средняя) составляющая выходного тока становится равной нулю. Напряжение на выходе при этом также равно нулю, детектирования не происходит.
Гармонические колебания одинаковой частоты, имеющие взаимный сдвиг по фазе 90, называются квадратурными колебаниями. Колебания в одинаковой фазе называются синфазными. Синхронный детектор обладает свойством выделять колебание синфазное с управляющим и подавлять квадратурное.
Основные достоинства синхронного детектора:
улучшение отношения сигнал/шум на выходе;
неискаженное детектирование слабых сигналов;
неискаженное детектирование однополосного АМ-сигнала;
детектирование сигналов изображения без перекрестных помех со стороны сигналов звукового сопровождения.
В телевизионных приемниках синхронный детектор реализуется в виде части интегральной микросхемы, обычно совместно с УПЧИ. В качестве полосового фильтра используется внешний колебательный контур, настраиваемый на частоту несущей изображения. Для повышения коэффициента передачи детектор строится по двухполупериодной схеме. При этом детектируются как положительные, так и отрицательные полупериоды входного сигнала. Огибающие разных знаков поступают на два входа дифференциального усилителя. Выходное напряжение дифференциального усилителя зависит от разности входных сигналов. Учитывая их разнополярность, получим, что в конечном счете происходит сложение огибающих.
Кроме пассивного синхронного детектора, в котором управляющее напряжение получается путем усиления и ограничения несущего колебания, используется схема активного синхронного детектора. В этой схеме управляющее напряжение получают от автогенератора, синхронизируемого по фазе несущим колебанием входного сигнала. Электронные ключи могут быть заменены устройствами перемножения входного и управляющего сигналов.
Второе преобразование частоты сигнала звукового сопровождения. В одноканальной схеме усиления сигналов изображения и звукового сопровождения на входе видеодетектора кроме сигналов изображения действует еще сигнал звукового сопровождения. В результате биений между частотно–модулированным сигналом звукового сопровождения на поднесущей 31,5 МГц и несущей сигнала изображения 38 МГц возникает колебание разностной частоты 6,5 МГц, которое выделяется видеодетектором совместно с сигналом изображения. Это частота называется второй промежуточной частотой сигнала звукового сопровождения. Сигнал второй промежуточной частоты имеет тот же закон частотной модуляции, что и сигнал первой промежуточной частоты 31,5 МГц (значение частот по российскому стандарту).
Таким образом, видеодетектор в одноканальной схеме одновременно с основной функцией (выделением огибающей АМ сигнала изображения) выполняет еще и вторую функцию–преобразование сигнала звукового сопровождения с первой на вторую промежуточную частоту. В стандартах D/К значение второй промежуточной частоты сигнала звукового сопровождения составляет 6,5 МГц, в стандартах B/G 5,5МГц.
Спектр сигнала на выходе видеодетектора. В спектре сигнала на выходе видеодетектора можно выделить следующие составляющие (рис. 7.18):
Рис. 7.18. Составляющие спектра сигнала на выходе видеодетектора: 1 – яркостный сигнал; 2 – сигналы кадровой и строчной синхронизации; 3 – сигналы цветности на поднесущих; 4 – сигналы звукового сопровождения на второй промежуточной частоте
спектр яркостного видеосигнала 1;
спектр сигналов кадровой и строчной синхронизации 2;
спектр сигналов цветности 3;
спектр сигналов звукового сопровождения на второй промежуточной частоте 4.
Все эти сигналы разделяются после видеодетектора. Полосовой фильтр (ПФ) (рис. 7.6) выделяет спектр сигналов звукового сопровождения. Режекторный фильтр (РФ) производит подавление сигнала звукового сопровождения, поэтому после него остается полный цветовой телевизионный сигнал ПЦТВ. Амплитудный селектор синхроимпульсов (СС) выделяет импульсы строчной и кадровой синхронизации. Сигналы яркости и цветности разделяются позднее – в блоке цветности.