Общие принципы построения устройств развертки

Структурная схема системы кадровой и строчной синхронизации

Сигналы синхронизации приемника (ССП) позволяет осуществить принудительную синхронизацию задающих генераторов (ЗГ) блоков строчной и кадровой разверток телевизора.

На рис.11 показана обобщенная структурная схема устройства синхронизации ТВ приемника.

Отделение ССП от видеосигнала основано на различии уровней передачи этих сигналов и производится с помощью амплитудной селекции. Амплитудный селектор (АС) пропускает на свой выход только те составляющие полного сигнала, мгновенные значения напряжения которых больше уровня порога U_пop. Именно они и образуют выделенный ССП (см. рис. 10, б).

Разделение строчных и кадровых синхроимпульсов (ССИ и КСИ) основано на различии их длительности и производится с помощью простых RC - цепей: дифференцирующих (ДЦ, ФВЧ) – для выделения ССИ и интегрирующих (ИЦ, ФНЧ) – для выделения КСИ (рис. 12). Иначе говоря, для разделения КСИ и ССИ используется селекция по частоте.

Рис.11. Обобщенная структурная схема устройства синхронизации ТП

ДЦ как элемент частотной селекции имеет очень широкую полосу пропускания (1...2 МГц с учетом влияния паразитных емкостей), тогда как ИЦ (обычно используется двух - и трехзвенная RC - цепь) – полосу пропускания не более 50...100 Гц. Поэтому импульсные помехи малой длительности, которые составляют основную долю помех, через ДЦ проходят практически без ослабления, а ИЦ подавляет их очень сильно.

Способ выделения кадровых синхронизирующих импульсов с помощью интегрирующей схемы обладает наряду с простотой еще одним положительным качеством – большой помехоустойчивостью. Короткие импульсы помех не успевают создавать на конденсаторе сколько-нибудь значительных напряжений. Они как бы сглаживаются интегрирующей схемой и не могут вызвать срабатывания схемы развертки в нежелательный момент. Недостатком этого способа является невозможность получения крутого фронта у импульса, полученного после интегрирования, а это, в свою очередь, может вызвать нестабильность момента синхронизации.

Рис. 12. Разделение импульсов синхронизации с помощью: интегрирующей (а) и дифференцирующей (б) схем

В общем случае, помехозащищенность канала синхронизации существенно зависит от того, каким образом выделенный синхроимпульс воздействует на соответствующий ЗГ развертки. Возможны 2 вида воздействия:

захват частоты ЗГ (или непосредственная синхронизация);

параметрическая (или инерционная) синхронизация.

В первом случае ЗГ скачком меняет свое состояние под действием приходящего синхроимпульса; во втором – изменяются параметры некоторых элементов ЗГ, которые определяют его частоту колебаний, причем управление выбранным параметром осуществляется с помощью системы автоматического регулирования.

Так как синхронизация БКР более помехоустойчива, то в нем применяется непосредственная синхронизация.

Для повышения помехоустойчивости БСР используется инерционная синхронизация – автоматическая подстройка частоты и фазы (АПЧФ) строчной развертки.

Принцип действия состоит в следующем. Фазовый детектор, сравнивая импульсы синхронизации и колебания, генерируемые задающим генератором строчной развертки по частоте и фазе, вырабатывает напряжение, пропорциональное разности фаз. В результате последующего интегрирования (в ФНЧ) в значительной мере подавляется влияние хаотических помех, так как среднее отклонение фазы, вызванное такими помехами за достаточно большой промежуток времени, равно нулю. После интегрирования это напряжение поступает на элемент, управляющий частотой и фазой задающего генератора (по сути – кольцо ФАПЧ) (рис.13).

Необходимость привязки определяется наличием разделительных элементов (конденсаторов) в канале передачи видеосигнала, при этом для разных значений средней яркости кадра изображения осциллограмма сигнала будет смещаться вверх или вниз.

Тогда при фиксированной величине порога срабатывания AC U_пop в канал синхронизации могут попасть компоненты видеосигнала или, наоборот, произойдет потеря синхроимпульсов. В обоих случаях ухудшается качество синхронизации. Привязка уровня осуществляется в устройстве привязки (УП) путем принудительной установки на определенном уровне какого-либо характерного элемента видеосигнала. Обычно фиксируют уровень черного (U_ч). В процессе работы происходит автоматическое смещение порогового напряжения пропорционально пиковому напряжению полного видеосигнала U_ПТВС. Т.е. АС представляет собой амплитудный детектор с автоматической регулировкой порога (АТ АРП).

Рис.13. Структурная схема АПЧФ строчной развертки

Для повышения помехоустойчивости работы АС целесообразно сигнал на его вход подавать через фильтр помехи (ФП), который представляет собой ФНЧ с частотой среза порядка 1,5...2 МГц.

Однако необходимо отметить, что применение синхросигнала такой упрощенной формы не обеспечивает синхронизации генератора строчной развертки в период прохождения кадрового синхроимпульса.

При построчном разложении с z строк в кадре между двумя импульсами кадровой синхронизации размещаются z импульсов строчной синхронизации. На рис. 14, а показан сигнал синхронизации приемников для этого случая, отделенный от видеосигнала, т.е. после амплитудного ограничителя. Длительность импульса синхронизации кадров в несколько раз больше периода строки. После прохождения сигнала через дифференцирующую схему получается сигнал, подобный показанному на рис. 14, б. Его положительные участки используются для синхронизации строчной развертки приемника. Отрицательные участки никакого действия на работу генератора импульсов не оказывают.

Во время передачи кадрового импульса в канале строчной синхронизации импульсы отсутствуют. Синхронизация строчной развертки на этот промежуток времени будет нарушена, и генератор импульсов строчной развертки приемника будет работать в автоколебательном режиме. В результате несколько первых строчных импульсов после перерыва не сразу синхронизируют генератор и несколько строк в начале кадра окажутся «сбитыми». Естественно, что перерывы в следовании строчных импульсов на время передачи кадровых, как приводящие к нестабильности в работе строчной развертки приемника, должны быть устранены.

Для сохранения непрерывности следования строчных импульсов в кадровый импульс вводятся прямоугольные врезки со строчной частотой (рис.14 в). Ширина врезок условно равна ширине строчных импульсов. Задний фронт врезки совпадает по времени с передним фронтом строчного импульса, который должен был бы быть в этом месте. При этом после прохождения через дифференцирующую схему положительные пики, используемые для синхронизации, следуют без перерыва со строчной частотой (рис.14, г).

Кадровые импульсы выделяются интегрирующей схемой. Интегрирование импульса с наличием врезок приводит к получению на выходе схемы «зубчатой» формы кривой (рис.14, д). Так как эта зубчатость абсолютно одинакова во всех кадровых импульсах, то при постоянном уровне срабатывания схемы генератора импульсов кадровой развертки она не приводит к нарушению синхронизации.

При чересстрочном разложении число строк z в кадре является числом нечетным. Поэтому между двумя следующими друг за другом кадровыми импульсами четных и нечетных полей размещается нецелое число периодов строк. На рис.15, а, б показаны кадровые синхронизирующие импульсы четных и нечетных полей с врезками строчной частоты.

Из-за присутствия врезок и наличия сдвига в половину строки между кадровыми импульсами синхронизации последние получились неодинаковыми по форме: в импульсе четных полей расстояние от левого края импульса до первой врезки равно почти целой строке (за вычетом длительности врезки), а в импульсе нечетных полей это расстояние сократилось до половины строки. Такая разница в форме, естественно, повлечет за собой различие форм интегрированных кадровых импульсов (рис.15, в, г) соответственно для четных и нечетных полей. Для большей наглядности на рис. 15, д интегрированные импульсы соседних полей совмещены (наложены друг на друга). При этом импульс нечетных полей сдвинут на половину строки вправо и показан пунктирной линией.

Рис.14. Сигналы синхронизации при построчной развертке

Синхронизация генератора импульсов развертывающего устройства данными сигналами может привести к нежелательному дополнительному сдвигу во времени начала обратных ходов развертки по полям. Этот сдвиг, как видно из рис.16, д, равенD₁ и может достигать долей строки. Наличие сдвига приведет к нарушению чересстрочной развертки. Другими словами, растры полей будут сдвинуты по вертикали неточно наполовину расстояния между соседними строками; появится так называемое сдваивание строк.

Рис.15. Нарушение идентичности кадровых импульсов с врезками строчной частоты при чересстрочной развертке

Явление сдваивания строк ухудшает качество изображения. Структура строк становится сильно заметной, уменьшается четкость в вертикальном направлении. Поэтому необходимо так изменить форму кадровых синхронизирующих импульсов, чтобы в результате они стали одинаковыми для четных и для нечетных полей. При этом, конечно, сдвиг D₁ должен быть равен нулю.

Рис.16. Кадровые импульсы синхронизации с врезками двойной строчной частоты

Вспомним, что неодинаковость в форме импульсов является следствием того, что соседние импульсы сдвинуты друг относительно друга на половину строки, а врезки в них сделаны с интервалами в одну строку. Очевидно, если врезки сделать с интервалами, равными величине сдвига, то импульсы станут одинаковыми. Так как сдвиг между импульсами равен половине периода строки, то для достижения идентичности импульсов врезки должны быть сделаны не со строчной, а с двойной строчной частотой (рис.16). Для удобства сравнения импульсы нечетного поля сдвинуты наполовину строки вправо так, что импульсы полей располагаются друг под другом. Форма кадровых импульсов синхронизации в четных (а) и нечетных (в) полях получается совершенно идентичной.

После прохождения через дифференцирующую схему сигнал будет иметь вид, показанный на рис. 16, г. Во время передачи кадрового импульса строчные импульсы будут следовать с двойной частотой. Генератор импульсов строчной развертки для устойчивой синхронизации настраивается так, чтобы частота его колебаний в режиме без синхронизации была бы ниже, чем частота следования строк. При этом, если амплитуда импульсов синхронизации не чрезмерно велика, генератор не будет реагировать на импульсы двойной частоты строк. Во время их передачи он будет работать в режиме деления частоты с коэффициентом 2, поэтому наличие двойной частоты не нарушит работы строчной развертки. При полной идентичности кадровых синхронизирующих импульсов импульсы после интегрирования получаются тоже одинаковыми и при наложении совпадают (рис. 16, в).

Однако при более строгом рассмотрении процессов приходится сделать заключение, что совпадение интегрированных импульсов не является все же точным. На интегрирующую схему поступают, наряду с кадровыми импульсами, импульсы синхронизации строк. Так как строчные импульсы на рис. 16(отмечены кружками) в четных и нечетных полях располагаются на разных расстояниях от начала и конца кадрового импульса, то они, естественно, оказывают разное влияние на вид интегрированного импульса в четных и нечетных полях.

Чтобы избежать разницы в форме импульсов после интегрирования, достаточно до и после кадровых синхронизирующих импульсов ввести несколько импульсов, следующих с двойной строчной частотой. Такие импульсы называются уравнивающими. Чем больше уравнивающих импульсов, тем точнее может быть выдержано условие идентичности интегрированных импульсов.

Таким образом, для получения устойчивой чересстрочной развертки приходится усложнять форму кадрового синхронизирующего импульса. Длительность импульса синхронизации кадровой развертки и число уравнивающих импульсов до и после него выбираются в зависимости от требований к точности синхронизации. Длительность врезок и уравнивающих импульсов делается вдвое меньше, чем длительность строчных синхронизирующих импульсов, так как период следования уравнивающих импульсов вдвое меньше периода следования строчных импульсов.

Полный телевизионный сигнал, излучаемый радиопередатчиком телевизионного центра, содержит сигналы изображения, гасящие и синхронизирующие импульсы. Соотношения между уровнями всех трех составляющих сигнала, их расположение во времени и форма определяются государственным стандартом (рис.17).

Рис.17. Форма полного телевизионного сигнала ГОСТ 7845-72

Итак, в полном ТВ сигнале наиболее сложным по своей форме является сигнал синхронизации кадровой развертки. Форма этого сигнала, принятого в России, а также большинством европейских стран и США, является наиболее совершенной. При составлении формы этого сигнала были учтены все факторы, даже в незначительной степени влияющие на точность синхронизации.

Для обеспечения правильной передачи изображения необходимо, чтобы положение развертывающего луча на экране приемной трубки точно соответствовало положению луча на мишени передающей трубки.

В современных кинескопах применяются магнитные отклоняющие системы, состоящие из двух пар отклоняющих катушек (ОК) – пары строчных и пары кадровых ОК. Строчные катушки создают отклонение электронного луча по строкам (по горизонтали), кадровые – по кадрам (по вертикали).

Требования к развертке изображения:

постоянная скорость движения развертывающего элемента – электронного луча вдоль каждой строки;

равное расстояние между строками;

длины строк должны быть равны между собой;

совпадение моментов начала и конца строк на растре передающей и приемной трубок.

Выполнение этих требований обеспечивает постоянство четкости изображения и яркости свечения растра по всему полю экрана, отсутствие геометрических искажений изображения и прямоугольность формы растра.

Геометрические искажения растра приводят к отклонению его формы от прямоугольной, так что в изображении на экране кинескопа возникают отклонения от правильного воспроизведения линий и геометрических фигур оригинала. Сферический экран имеет тот недостаток, что предметы, находящиеся в передаваемой сцене в одной плоскости, зритель воспринимает на сферическом экране как находящиеся на сфере. При больших размерах экрана эти пространственные искажения особенно заметны. Кроме того, в настоящее время внешний вид ТВ со сферическим экраном просто не современен.

Для обеспечения линейного перемещения луча напряженность поля в ОК должна меняться по сложному закону, что особенно важно при построении развертывающих устройств широкоугольных приемных трубок.

Всякая система развертки должна включать в себя специальное формирующее устройство для получения управляющего напряжения требуемой формы. Такое напряжение легко можно было бы получить путем преобразования синхронизирующих импульсов. Однако практически в схему развертывающего устройства всегда входит специальный генератор напряжений импульсной формы (генератор импульсов), который синхронизируется приходящими импульсами. Такая система является более помехоустойчивой, и ее работа не зависит от формы и величины синхронизирующих импульсов.

В общем виде устройство развертки, независимо от различий в его принципиальной схеме и параметрах ОС, должно содержать каскады (рис.19): задающий генератор (ЗГ, генератор импульсов), выходной каскад (ВыхК); промежуточный каскад (ПрК); отклоняющие катушки и цепи обратной связи.

Рис. 19. Обобщенная структурная схема блока развертки

Задающий генератор определяет период генерируемых колебаний (частоту развертки) и значения длительности прямого Т_пр и обратного Т_обр хода в течение этого периода. Выходной каскад обеспечивает пилообразный ток в отклоняющих катушках (ОК) и является по существу генератором пилообразного тока для них. Промежуточный каскад (усилитель) формирует необходимый управляющий сигнал для выходного каскада.

С помощью цепей обратной связи, действующих в пределах одного или нескольких каскадов, обеспечивается требуемая линейность тока отклонения, стабильность и повторяемость параметров, а также их адаптация при изменении режимов работы других блоков телевизора (кинескопа, высоковольтного выпрямителя и др.).

Дата добавления: 2015-05-26