Религия, её роль в жизни современного общества 2 страница

Недостатком видикона является инерционность, обусловленная двумя причинами. Во-первых, сказывается то обстоятельство, что электронный луч за один цикл развертки не может полностью выровнять потенциальный рельеф. В этом случае на остаточный рельеф налагается рельеф следующего кадра и создается нерезкость границ движущихся деталей изображения. Во-вторых, при малой освещенности мишени особенно сильно проявляется замедленная реакция фотопроводника на изменение освещенности. Изменяя структуру фотомишени, можно уменьшить инерционность трубки. Видикон имеет много достоинств по сравнению с другими трубками. Высокая чувствительность, простота конструкции и регулировки, малые габариты делают эту трубку весьма распространенной в практике телевидения. Применяя для изготовления мишени разные фоточувствительные материалы, можно создавать видиконы, пригодные для работы в различных спектральных интервалах (от инфракрасного до ультрафиолетового). Это позволяет использовать видиконы в цветном телевидении и в различных системах промышленного телевидения.

КИНЕСКОПЫ

Кинескопом называется приемная электроннолучевая трубка, преобразующая видеосигнал в оптическое изображение. Экраны современных кинескопов имеют прямоугольную форму. Размеры изображения на экране должны быть оптимальными для наблюдения. Оптимальный угол зрения по горизонтали составляет около 16°. Для обеспечения такого угла при расстоянии от наблюдателя до экрана ~2 м размер изображения по горизонтали должен быть ~0,5 м. Этому требованию удовлетворяет экран, диагональ которого равна ~60 см. В этом случае зритель не ощущает строчной структуры изображения.

Промышленность выпускает кинескопы для черно-белого и цветного изображения. На рисунке 9.19 изображен поперечный разрез трубки. В горловине (узкой части) трубки черно-белого кинескопа расположен электронный прожектор с электростатической фокусировкой. С внешней стороны на горловину надевается отклоняющая система, состоящая из двух пар катушек (ОК) специальной формы. Токи в катушках создают два взаимно перпендикулярных магнитных поля, отклоняющих электронный луч по горизонтали (строкам) и вертикали (кадру). Магнитные отклоняющие системы сложной формы позволяют получить большие углы отклонения (~110°) без нарушения фокусировки.

Дно колбы изготавливается из высококачественного дымчатого стекла. Оно имеет сравнительно большую толщину и слегка выпуклую форму, чтобы обеспечить прочность трубки при действии атмосферного давления. Внутренняя поверхность дна (экран) покрывается слоем люминофора, способного светиться при облучении электронами, имеющими достаточную кинетическую энергию Быстрые электроны, созданные прожектором трубки, переводят атомы люминофора в возбужденное состояние. Возвращаясь в основное состояние, они излучают кванты света. Спектральный состав излучения определяется химическим составом люминофора.

Для черно-белых кинескопов используется смесь сульфида цинка, активированного серебром, дающего синее свечение, и сульфида кадмия, активированного серебром, дающего желтое свечение.

Яркость свечения приближенно определена по форуле B»kjU₂, где k — светоотдача люминофора, определяемая отношением светового потока к мощности возбуждающего луча, плотность тока электронного луча, возбуждающего свечение люминофоре U₂ — напряжение на втором аноде (U₂ >10 кВ). При преобразовании видеосигнала в оптическое изображение сила тока луча изменяется напряжением видеосигнала, приложенным между модулятором и катодом. От диапазона изменения яркости зависит контрастность изображения К= Пределы изменения яркости устанавливаются по модуляционной характеристике кинескопа (рис. 9.20), которая определяет зависимость силы тока луча I_л (на практике измеряется сила тока катода I_k»I_л) от напряжения на модуляторе U_м, В реальных условиях рабочий диапазон управляющего напряжения ограничен — от 70 до —30 В. При этом максимальная сила тока луча равна 200—300 мкА. Контрастность изображения зависит также от внешней освещенности экрана (внешней засветки). Внешняя засветка экрана повышает яркость темных мест изображения и тем самым снижает его контрастность. Установлено, что для оптимального восприятия изображения яркость контраста К_н= , определяемого различием яркости изображения В_н и яркости фона В_ф, должна равняться 0,6—0,8. В современных кинескопах используются металлизированные экраны, у которых слой люминофора покрыт тонкой (0,05—0,5 мкм) пленкой алюминия (см. рис. 9.19). Такая пленка практически прозрачна для электронов луча, ускоренных высоким напряжением. Пленка алюминия контактирует с проводящим покрытием (аквадагом), соединенным со вторым анодом прожектора, поэтому вторичные электроны, вылетевшие из люминофора, отводятся вторым анодом. Металлизация экрана позволяет повысить яркость и контрастность изображения. Ход нескольких лучей в трубке без металлизации и с металлическим покрытием люминофора показан на рисунке 9.21. В трубках с простым экраном (рис. 9.21, а) элемент люминофора излучает свет во все стороны.

Прямые световые лучи создают видимое изображение. Обратное излучение (излучение во внутреннюю часть колбы), отражаясь от боковых стенок кинескопа, засвечивает весь экран (внутренняя засветка) и снижает контрастность изображения. Наличие зеркального металлического слоя полностью устраняет обратное излучение (рис. 9.21, б). Световые лучи, отраженные от металлической пленки, усиливают прямое излучение и, следовательно, увеличивают яркость и контрастность изображения.

Металлизация экрана имеет еще одно преимущество. В трубке всегда есть остатки газа, за счет ионизации которого возникают положительные и отрицательные ионы; кроме того, поставщиком отрицательных ионов кислорода является оксидный катод. Отрицательные ионы, ускоряясь электрическим полем, бомбардируют экран. Так как масса ионов велика, они мало отклоняются магнитным полем и попадают в основном в центральную часть экрана. Люминофор в результате длительной бомбардировки разрушается и в центре экрана появляется темное пятно. Чтобы «ионное» пятно не возникало, необходимо отрицательным ионам преградить путь к экрану, что и делает слой алюминия. Металлизированные экраны применяют в трубках с напряжением на втором аноде не менее 10 кВ, так как при меньших ускоряющих напряжениях электроны луча не могут пройти через алюминиевую пленку. С целью увеличения контраста изображения, кроме металлизации экрана, в современных кинескопах дно изготавливается из специаль­ного серого (дымчатого) стекла, которое ослабляет внешнюю засветку и ореол.

Ореол, создается лучами, отраженными от наружной поверхности дна трубки (рис. 9.21), и наблюдается в виде слабо светящегося кольца вокруг яркой точки возбужденного участка люминофора. Явление ореола присуще всем трубкам. Световые лучи, создающие ореол, а также лучи от внешнего источника проходят дважды через дымчатое стекло и теряют большую часть своей энергии из-за поглощения и рассеяния в стекле. Потеря энергии прямого излучения в стекле с избытком покрывается излучением, отраженным от металлической пленки.

В цветном телевидении широко распространены трехлучевые кинескопы с теневой маской и мозаичным экраном. Известно

(см. § 9.1), что любое цветовое ощущение может быть создано комбинацией световых потоков зеленого, синего и красного цвета. В цветном кинескопе экран покрыт зернами трех люминофоров, светящихся под действием падающих на них электронов, указанны Маска Экран ми тремя цветами (мозаичный экран).

Рис. 9.22

Чередование разноцветных зерен строго определенное. Группа из трех различных зерен (триада) образует один элемент изображения (рис. 9.22) диаметром ~0,4 мм. Каждый сорт люминофора возбуждается отдельным электронным лучом, несущим информацию о соответствующем цвете. Чтобы каждый луч попадал только на «свои» зерна люминофора, вблизи мозаичного экрана помещают тонкую металлическую маску с отверстиями (теневая маска). Число отверстий в маске (около 5.10^s) равно числу триад. Маска создает для луча данного цвета тень на «чужих» зернах люминофора в том случае, если лучи пересекаются в центре отверстия маски. Последнее достигается тем, что оси всех трех прожекторов размещаются под некоторым углом к оси трубки. На горловине трубки размещаются отклоняющая система и другие элементы, обеспечивающие правильное воспроизведение цвета.

СТРУКТУРНАЯ СХЕМА ТЕЛЕВИЗИОННОГО ПРИЕМНИКА

Промышленность выпускает телевизоры, построенные по супергетеродинной схеме с двукратным преобразованием несущей частоты звука. Такая схема обеспечивает хороший прием сигналов изображения и звука. На рисунке 9.23 указано размещение частот телевизионных каналов: широкая часть спектра отводится телевизионным радиосигналам изображения с различными несущими частотами f_{0 из}. Несущие частоты радиосигналов звукового сообщения отличаются от f_{0 из} на 6,5 МГц (f_{0 вз} = f₀₁ +6,5МГц).). На рисунке 9.24 представлена функциональная структурная схема телевизора черно-белого изображения.

Блок радиочастоты содержит входную цепь, усилитель радиочастоты, гетеродин и смеситель. Радиочастотный блок должен обеспечить хорошую избирательность каждого телевизионного канала, хорошее согласование входной цепи телевизора с антенной, иметь равномерную частотную характеристику в пределах канала и минимальный уровень собственных шумов. Чтобы удовлетворить этим требованиям, усилитель радиочастоты строится по специальной схеме с использованием электронных приборов с большим усилением, малыми шумами, малой проходной емкостью и большим входным сопротивлением.

Входная цепь телевизора должна быть согласована с антенной и кабелем, обеспечивающим связь телевизора с антенной.

Согласующим элементом является высокочастотный трансформатор.

Смеситель должен иметь большую крутизну преобразования и малый уровень собственных шумов. Стабильность частоты гетеродина должна быть высокой, излучение энергии гетеродина в пространство—незначительным. УРЧ, смеситель и гетеродин конструктивно объединены в один блок, получивший название переключателя телевизионных каналов (ПТК) или переключателя телевизионных программ (ПТП).

Основное усиление телевизионного радиосигнала осуществляется усилителем промежуточной частоты, который определяет также и избирательность приемника. Поэтому усилитель промежуточной частоты является одним из основных узлов, от качества которого зависит работа телевизора в целом. Промежуточная частота канала изображения f_{np из} = 38,0 МГц, звукового канала — f_{np зв} = 31,5 МГц. На рисунке 9.25 приведена частотная характеристика усилителя промежуточной частоты общего канала звука и изображения (в процессе преобразования при f_г>f_из промежуточная частота f_{пр зв}=f_г — f_{0 зв}<<F_из так как f_{о зв}>f_{о из})- Частотная характеристика УПЧ общего канала имеет ступенчатые пологие участки. Это объясняется необходимостью подавления мешающих сигналов соседних станций. Разности несущих частот звука или изображения соседних станций относительно несущей частоты изображения полезного сигнала могут иметь значения: +8, +6,5, — 3, —1,5 МГц. Например: f_0зв —f_0из =+6,5 МГц; f_0зв1 — f_0из2 = 56,25-59,25=-3 МГц, f_0зв10- f_0из11=213,75-215,25 = — 1,5 МГц; f_0из5— f_0из4= 93,25 — 85,25= +8 МГц. После преобразования частоты соответствующие расстройки будут иметь противоположные знаки: —8, —6,5, +3, +1,5 МГц. Формирование требуемой амплитудно-частотной характеристики достигается включением в схему УПЧ режекторных контуров, уменьшающих усиление УПЧ на соответствующих частотах. Режекторные контуры настраиваются на требуемую частоту подавления. На рисунке 9.26 приведен пример включения режекторного контура L1C1 (по переменной составляющей тока). Режекция осуществляется за счет отбора энергии из контура L2C2. Максимальный переход энергии из контура L2C2 в режекторный контур L1C1 происходит на резонансной частоте f_реж = , поэтому на этой частоте уменьшается коэффициент усиления усилителя. При формировании частотной характеристики УПЧ учитывается возможность влияния напряжения звукового радиосигнала промежуточной частоты на сигнал изображения. Смешение сигнала изображения со звуковым сигналом приводит к появлению на экране кинескопа мелкой сетки, ухудшающей четкость изображения. Во избежание этого уменьшают коэффициент усиления на частотах, близких f_прзв. Для всей полосы частот звукового сопровождения усиление в канале изображения должно быть одинаковым. Для этого формируется площадка вблизи f_np3B (см- рис. 9.25). Если участок характеристики не будет плоским, появится паразитная амплитудная модуляция сигналов промежуточной частоты звука. Склоны частотной характеристики УПЧ неодинаковы. Протяженность правого склона характеристики около 1,5 МГц; середина этого склона соответствует промежуточной частоте изображения f_приз. Такой

вид амплитудно-частотной характеристики УПЧ и такое положение f_np3B необходимы потому, что в передатчике подавляется только часть нижней боковой полосы (см. рис. 9.8). В результате боковые частоты, соответствующие верхним частотам -. видеосигнала, передаются одной боковой полосой, а низкочастотные

(F£ 0,75 МГц) —двумя. Поэтому в приемнике на выходе детектора амплитуда полезного сигнала будет на нижних частотах вдвое больше, чем на верхних. Чтобы скомпенсировать преоб­ладание низкочастотных составляющих видеосигнала, лежащих в полосе DF£ 0,75 МГц, амплитудно-частотная характеристика усилителя промежуточной частоты должна иметь спад в области [f_{пр из}+0,75 МГц, f_{пр из}- 0,75 МГц]. При этом условии частотная характеристика всего приемника, определяющая верность воспроизведения сообщения, будет равномерной. Левый склон частотной характеристики УПЧ, соответствующей высокочастотной части спектра телевизионного сигнала, может быть более крутым, чем правый (протяженность 0,3—0,7 МГц), так как возможные при этом фазовые искажения высокочастотных составляющих видеосигнала на экране малозаметны. Для неискаженной передачи сигнала фазовая характеристика усилителя должна быть линейной, т. е. время задержки для всех составляющих спектра сигнала в пределах полосы пропускания должно быть одинаковым.

Фазовая характеристика связана с амплитудной (рис. 9.27). Для плоской части амплитудно-частотной характеристики время задержки постоянно (t_{с рз} = const). Для тех частот, на которых форма частотной характеристики (участок около частоты 31,5 МГц, рис. 9.27) резко меняется, время задержки отлично от t_{с рз}. Для хорошо сконструированных УПЧ неравномерность задержек составляющих спектра сигнала изображения в полосе пропускания не должна превышать ~20% относительно времени задержки t_{с рз}. Усилитель должен обеспечить большое усиление в широкой полосе частот (~5,5 МГц). Для удовлетворения этим требованиям схема УПЧ реализуется с применением нескольких (3—4) усилительных каскадов с фильтрами, имеющих различные средние частоты. Схемы УПЧ строятся с применением связанных контуров с сильной связью или с использованием других более сложных схем фильтров, обеспечивающих требуемую полосу пропускания при хорошей избирательности.

Для детектирования радиосигналов изображения и звука промежуточных частот (f_{пр зв} =31,5 МГц и f_{пр из} =38,0 МГц) используется диодный детектор. В результате выделяются полный телевизионный сигнал изображения и сигнал звукового сопровождения на второй промежуточной частоте f_{2пр из} = 6,5 МГц. Схема видеодетектора принципиально не отличается от схемы диодного детектора радиовещательного приемника. Однако требование выделения широкого (более 6,5 МГц) спектра частот приводит к необходимости включения в схему детектора корректирующих

элементов и соответствующего выбора параметров нагрузки. На рисунке 9.28 представлена схема видеодетектора.

Сопротивление нагрузки диода R должно удовлетворять условию R>> Для удовлетворения неравенства R на частоте F=6 МГц используют резистор R с малым сопротивлением (2—3 кОм). Емкость С составляет около 10 пкФ. Известно, что амплитудно-частотная характеристика детектора неравномерна: на верхних частотах напряжение на RС-фильтре уменьшается за счет влияния конденсатора С. Для выравнивания частотной характеристики используются различные корректирующие цепи. Коррекцию частотной характеристики на верхних частотах (см. рис. 9.28) выполняют элементы R_KL_K и входная емкость С_вх видеоусилителя (R_c, C_t роли не играют, так как и <<R_c L_kC_вх образуют последовательный колебательный контур, на который поступает напряжение с фильтра RC. Резонансная частота контура LkC_BX выбирается равной ~5 МГц. Его добротность Q регулируется резистором R_к. На резонансной частоте напряжение на С_вх увеличивается в Q раз и частотная характеристика выравнивается. При наличии разделительного конденсатора С_с постоянная составляющая видеосигнала на выходе детектора отсутствует. На рисунке 9.29 показаны временные характеристики ТВ сигналов в процессе детектирования. Напряжение u_R не содержит постоянной составляющей.

Так как это напряжение мало, то в последующем используется УПЧ звука, обеспечивающий усиление, необходимое для детектирования ЧМ сигнала. Слабый сигнал звукового сопро­вождения и использование режекторных фильтров с резонансной частотой 6,5 МГц практически не искажают изображения, получающегося на экране кинескопа.

На выходе видеодетектора напряжение сигнала составляет ~ 1—2 В, а для модуляции яркости кинескопа требуется напряже­ние около 40 В, поэтому видеосигнал должен быть усилен. От величины усиления видеосигнала зависит контрастность изображения. Усиленный видеосигнал используется также в блоке синхронизации.

Частотная характеристика видеоусилителя изображена на рисунке 9.30. Подъем характеристики в области 5 МГц (на 20—30%) повышает четкость изображения. Одна из схем усилительного каскада представлена на рисунке 9.31. Телевизионный сигнал отрицательной полярности (без постоянной составляющей) поступает на затвор транзистора с управляющим р — л-переходом. Стоковая нагрузка усилителя состоит из резистора R4 и катушки индуктивности L3, полное сопротивление нагрузки Z= увеличивается с ростом частоты, благодаря чему ликвидируется завал АЧХ на верхних частотах. Дроссель L5 вместе с входной емкостью кинескопа образуют корректирующий контур (f_р = = 5 МГц) —такой же, как в схеме детектора. В результате включения корректирующих элементов (L4, С5, L5) частотная характеристика усилителя приобретает требуемую форму. С выхода усилителя сигнал поступает

на кинескоп. При действии гасящих импульсов кинескоп должен запираться, поэтому сигнал положительной полярности подается на катод трубки. Диод VD служит для восстановления постоянной составляющей видеосигнала. Со стока транзистора видеоусилителя с помощью режекторного контура L2C3 снимается напряжение звукового сигнала с несущей частотой f_{2n зв} = 6,5 МГц. Этот контур создает также некоторый провал в частотной характеристике усилителя вблизи частоты 6,5 МГц, уменьшая возможность попадания звукового сигнала на кинескоп.

Кадровые и строчные синхронизирующие импульсы, содержащиеся в телевизионном сигнале, в приемнике отделяются от видео­сигнала, а также друг от друга и поступают, соответственно к кадровому и строчному генераторам развертки. Отделение синхронизирующих импульсов от видеосигнала осуществляется амплитудным селектором. Так как синхронизирующие импульсы располагаются на вершинах гасящих импульсов и амплитуда их больше амплитуды видеосигнала, то они могут быть выделены электронным прибором, работающим в режиме ограничения (рис. 9.39). На рисунке 9.40 представлена упрощенная схема амплитудного селектора с разделительными фильтрами, иллюстрирующая принцип выделения

Рис.9.40

синхронизирующих импульсов из телевизионного сигнала и их разделение. До поступления синхронизирующих импульсов транзистор заперт напряжением U_6o (рис. 9.39). Полярность сигнала и режим транзистора должны быть такими, чтобы он открывался только синхронизирующими импульсами. При таком режиме напряжение на коллекторной нагрузке соответствует строчным и кадровым синхронизирующим импульсам. Напряжение видеосигнала и гасящие импульсы попадают в область отсечки коллекторного тока. Фильтр R_{стрСстр} (дифференцирующая цбпь) выделяет строчные синхронизирующие импульсы, а R_кадрС_кадр (интегрирующая цепь) — кадровые синхронизирующие импульсы. Параметры фильтров разные, так как разные длительности соответствующих импульсов (t_стр = 5.1 мкс, t_кадр = 192 мкс). Постоянная времени цепи R_стрС_стр мала по сравнению с длительностью строчного синхронизирующего импульса: R_стрС_стр < t_стр(R_стрС_стр»0,2 t_стр). При этом падение напряжения происходит в основном на конденсаторе (u_вх»u_{c стр}= ) Напряжение на выходе цепочки u_{вых стр}=iR_стр»R _стрC_стр оказывается пропорциональным производной

Постоянная времени интегрирующей цепи R_кадрС_кадр выбирается намного большей t_стр (R_кадрС_кадр»0,5t_кадр). При большой постоянной времени R_кадрС_кадр падение напряжения происходит в основном на сопротивлении R_кадр (u_вх » u_{R кадр} =iR_кaдp)- Напряжение на выходе цепочки оказывается

пропорциональным интегралу от входного напряжения.

ЦВЕТНОЕ ТЕЛЕВИДЕНИЕ. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Широковещательная система цветного телевидения (ЦВТ) совместима с системой черно-белого телевидения (ЧБТ): передача сигналов цветного изображения осуществляется по тем же каналам и в той же полосе частот, по которым ведется черно-белое телевизионное вещание. Общие характеристики канала ЦВТ такие же, как и для ЧБТ: частота кадров 25 Гц, ширина полосы частот сигнала изображения ~ б МГц, число строк — 625. Для удовлетворения принципа совместимости в составе сигнала цветного телевидения должен быть такой сигнал, который на экране черно-белого телевизора давал бы черно-белое изображение. Следовательно, одним из сигналов изображения цветного телевидения должен быть сигнал опорного белого — сигнал яркости. Согласно теории трех-компонентного зрения, белый свет может быть представлен суммой световых потоков трех цветов: синего, зеленого и красного. В соответствии с этим яркостный сигнал может быть закодирован с помощью трех сигналов цветности:

u_v = au_K + bu₃ + cu_c.

Значения коэффициентов. а, b, с различны, они определяются чувствительностью глаза к различным цветам. Яркостный сигнал должен иметь ширину спектра такую же, как в черно-белом телевидении. Сигналы цветности могут быть относительно узкополосными, так как глаз человека воспринимает окрашенными в различные цвета только относительно крупные детали. Мелкие детали глаз видит черно-белыми. На рисунке 9.43 приведена схема электри­ческой матрицы для получения яркостного сигнала из трех основных. Так как операция получения и_я из цветовых сигналов является линейной и коэффициенты а, b, с меньше единицы, то матрица состоит из резисторов R1, R2, R3 и представляет по существу делители напряжений с общим выходным сопротивлением R_вых.

Для получения информации о цвете используются два цвето-разностных сигнала, к искажениям тонов которых глаз менее чувствителен: u_K— u_я и u_с — u_я. При передаче трех сигналов: u_я u_K— u_я и u_с — u_я. яркостного и двух цветоразностных в приемнике возможно получение всех необходимых сигналов u_я ,u_K, u_с,u_з при выполнении следующих операций:

Формирование яркостного сигнала из трех цветоразностных (u_K— u_я, u_с — u_я.,u_з-u_я), осуществляется с помощью электрических матриц. Операция вычитания выполняется прибавлением сигнала в противоположной фазе. Фазу сигнала можно изменить, используя например, один усилительный каскад, в котором входное и выходное напряжения противофазны.

Для передачи цветоразностных сигналов используют поднесущие частоты, которые лежат в области малых амплитуд, составляющих спектра яркостного сигнала и модулируются цветоразностными сигналами. Значения поднесущих частот составляют fo_K = 4,40625 МГц±2 кГц, f₀'_c = 4,25000 МГц±2 кГц (рис. 9.44). Такие значения поднесущих частот выбраны из следующих соображений. При построчной передаче изображения спектр яркостного сигнала является дискретным. Составляющие спектра группируются около частоты повторения строк и ее гармоник. Если цветовую поднесущую и прилегающие к ней полосы частот разместить в свободном интервале, то канал связи уплотнится без расширения полосы частот, занимаемой яркостным сигналом изображения (см. рис. 9.6). Для передачи сигналов цветности применяется частотная модуляция поднесущих колебаний. Передача цветоразностных сигналов осуществляется поочередно через строку. Для опознавания сигналов цветности в сигнал синхронизации вводятся дополнительно специальные сигналы опознавания, передаваемые в течение девяти строк кадрового гасящего импульса (с 7-й по 15-ю строку первого поля и с 320-й по 328-ю второго поля).

Дата добавления: 2017-02-01