Применение электронных приборов и устройств

Рис.35

В результате этого может произойти сбой синхронизации. Если помеха совпадает с синхроимпульсом, то она увеличивает его амплитуду, что влечет за собой увеличение заряда конденсатора С_п и смещение рабочей точки еще левее. Поскольку синхроимпульсы окажутся на некоторое время в области отсечки тока (пока С_п не разрядится и рабочая точка не займет исходного положения), синхронизация генератора нарушится.

Для ослабления подобного действия помехи на входе АС включают цепочку R_пп, С_пп, постоянная времени которой составляет примерно половину периода строки 0,5Т_стр, а С_пп С_п/(10 20) . При таком выборе элементов помехоподавляющей цепочки с приходом импульсной помехи заряжается в основном С_пп, который затем быстро разряжается через R_пп. Напряжение заряда конденсатора С_п, а следовательно, и смещение рабочей точки остаются постоянными. Весьма важным в амплитудном селекторе является поддержание постоянным электрического режима, т.к. это решающим образом определяет качество синхронизации генераторов разверток.

Автоматическая подстройка частоты и фазы генератора строк (АПЧиФ)

В основу работы схемы АПЧиФ положен следующий принцип: схема воспринимает два вида сигналов: строчные синхроимпульсы, частота и фаза которых стабильна, и импульсы обратного хода генератора строк, фаза которых в силу различных причин отклоняется от нормы. В схеме АПЧиФ происходит сравнение частот и фаз импульсов, и в зависимости от расхождения между ними на выходе появляется управляющее напряжение. Величина и фаза этого напряжения соответствует величине и фазе расстройки между импульсами. Управляющее напряжение, действуя на генератор строк, восстанавливает его частоту (генераторы разверток способны перестраиваться как под действием импульсов синхронизации, так и под действием медленно меняющегося напряжения АПЧиФ). Дополнительно отметим, что схемы АПЧиФ транзисторного и лампового телевизоров одинаковы.

На рис.36 показана принципиальная схема АПЧиФ и графики, поясняющие ее работу. Схема состоит из парафазного усилителя, собранного на транзисторе V_Т, и фазового детектора (ФД), включающего элементы V_Д1, V_Д2, С₁, С₂, R _н1, R_н2, R_ф, С_ф, R _д C_д.

Если частота генератора строк увеличилась, то (заряд конденсаторов С₁ и С₂ происходит при действии пилообразного напряжения в точке А (случай I, рис.36) проводимость диода V_Д2 уменьшится, а диода V_Д1 увеличится. Конденсатор С₁ зарядится от большого значения, чем конденсатор С₂. Разрядные токи конденсаторов создадут разные значения напряжений в точке Б: U_Rн1 > U_Rн2 и на выходе в точке Б появится отрицательное управляющее напряжение (U_упр). При уменьшении частоты генератора строк относительно частоты синхроимпульсов напряжение U_Rн2 станет больше напряжения U_Rн1 и на выходе в точке Б появится положительное управляющее напряжение (+U_упр). Действие демпфирующей цепочки R_д C_д покажем на примере рис.36,в. Предположим, что в силу каких-либо причин частота генератора строк резко отклонилась от нормы. Процесс ее восстановления происходит по закону затухающих колебаний (кривая 1), и время, затраченное на это равно t.

Рис.36



Если включить цепочку R_дC_д, то процесс восстановления частоты идет по закону экспоненты (кривая 2), и время, затраченное на это, равно t<< t.

В заключении отметим, что ключевая схема фазового детектора почти полностью исключает возможность воздействия импульсных помех на генераторы строк, т.к. каскад открывается только при совпадении двух импульсов. Появление помехи в промежутке между синхроимпульсами хотя и вызывает заряды С₁ и С₂, но они компенсируют друг друга в процессе разряда в точке Б.

Развертывающие устройства

Поскольку величина перемещения электронного луча в кинескопе линейно с напряженностью магнитного поля, для образования растра необходимо формировать линейно изменяющиеся токи пилообразной формы (рис.37).

Рис.37

Пилообразные токи характеризуются длительностью периодов прямого и обратного ходов. В течение обратного хода развертки изображения не передается, поэтому стремятся к возможному сокращению времени обратного хода. Стандартом установлено допустимое время обратного хода развертки: для строчной - не более 18-22% от времени полной строки Т_стр, для кадровой - не более 5% от времени кадровой развертки Т_кадр.

Задающие генераторы разверток

На рис.38 приведена схема блокинг-генератора с формирующей цепью на транзисторе типа р-n-р (выполненного по схеме с общим эмиттером). Здесь длительность импульса зависит от параметров трансформатора и постоянной времени цепи заряда конденсатора С: t_п 3Сr_бэ, где r_бэ- сопротивление участка база-эмиттер насыщенного транзистора. А период повторения импульсов Т_п равен примерно постоянной времени цепи разряда конденсатора С: Т_п RС или F_п 1/RС.

Рис.38

Рис.39

В развертках телевизора для формирования пилообразных напряжений находят применение и несимметричные мультивибраторы, выполненные (рис.39). Для повышения стабильности работы в мультивибраторах, так же как и в блокинг-генераторах, применяются контура ударного возбуждения.

Канал строчной развертки

Канал строчной развертки обеспечивает развертку электронного луча кинескопа по горизонтали. Для этого через строчные отклоняющие катушки должны протекать линейные токи пилообразной формы с частотой 15625 Гц. От линейности отклоняющих токов зависит равномерность свечения отдельных точек растра и геометрически правильное воспроизведение изображения. Канал строчной развертки состоит из задающего генератора строк (ЗГС) и оконечной ступени строчной развертки. Оконечная ступень включает в себя выходной каскад строк (ВКС), демпфер (Д), выходной трансформатор (ТВС), высоковольтный выпрямитель (ВВ) и строчные отклоняющие катушки (СОК), конструктивно входящие в состав отклоняющей системы (ОС).

В каналах разверток действуют пилообразные импульсные напряжения. Точность воспроизведения формы этих пилообразных напряжений зависит от ширины полосы пропускания усилителя. Для каналов разверток телевизора принято число необходимых гармоник, равное 20. Исходя из этого полоса частот будет равна:

для канала строчной развертки: П_стр = 15,625 300 кГц;

для канала кадровой развертки: П_кадр = 50 1000 Гц.

Транзисторная оконечная ступень строчной развертки

На рис.40 представлен вариант оконечной ступени канала стройной развертки и графики напряжений и токов, поясняющие ее работе.

Рис.40

Принципиальная схема содержит предвыходной и выходной каскады усилителей мощности, собранных на транзисторах V₁,V₂ и соединенных между собой согласующим трансформатором Тр; каскад демпфера Д; отклоняющие катушки СОК и конденсатор S корректора С_s; конденсатор обратного хода С_ох; трансформатор ТВС; высоковольтный выпрямитель ВВ, собранный по схеме умножителя напряжений. Как и в ламповой схеме выходного каскада строк, движение луча в первой половине строки в интервале 1 2 обеспечивается током демпфера V_Д, а во второй - в интервале 2 3 током выходного каскада (V₂).

В оконечной ступени строчной развертки формируются совместно с выпрямителями дополнительные постоянные напряжения, питающие цепи кинескопа (+300 В) и каскад видеоусилителя (+80В). ВВ выполнен по схеме удвоения напряжения и обеспечивает питанием второй анод кинескопа.

Канал кадровой развертки

Канал кадровой развертки обеспечивает развертку электронного луча кинескопа по вертикали. Для этого через кадровые отклоняющие катушки должны протекать линейные токи пилообразной формы с частотой 50 Гц. От линейности отклоняющих токов зависит правильное распределение строк в растре, что решающим образом сказывается на качестве чересстрочной развертки и воспроизведении изображения в целом. Канал кадровой развертки содержит задающий генератор кадров (ЗГК), вырабатывающий пилообразно-импульсное напряжение, выходной каскад кадров (ВКК), обеспечивающий необходимую амплитуду тока в отклоняющих катушках (КОК); трансформатор выходной кадровый (ТВК), согласующий кадровые отклоняющие катушки с выходным каскадом кадров.

Сравнительно низкая частота кадровой развертки приводит к существенному отличию работы каналов кадрового и строчного отклонения. Паразитные емкости, играющие заметную роль в схеме строчной развертки, практически не учитываются в устройствах кадровой развертки.

Как уже отмечалось, кадровые отклоняющие катушки имеют несколько сотен витков, и это требует для сохранения необходимой эффективности отклонения увеличения отклоняющего тока.

Транзисторный выходной каскад кадровой развертки

На рис.41,а дана одна из возможных схем выходного каскада кадров, а на рис.41,б представлены формы токов и напряжений на выходном каскаде. Выходной каскад (на транзисторе V_Т4) собран по дроссельной схеме. отклоняющие катушки через переходный конденсатор С₂ подключаются к обмотке дросселя ДР. Вторичная обмотка служит для поворота фазы коллекторного напряжения на 180⁰ С и подачи этого напряжения в цепь обратной связи. R₅ предназначен для регулировки напряжения обратной связи (регулировка линейности по вертикали). Напряжение обратной связи вместе с Е_к подается в коллекторную цепь разрядного транзистора V₁. На конденсаторе С₁ во время прямого хода создается параболическое напряжение.

Рис.41

Узкие импульсы напряжения обратного хода, возникающие на резисторе R₃, служат для надежного запирания выходного транзистора во время обратного хода. Переменный резистор R₁ предназначен для регулировки напряжения возбуждения выходного транзистора (размер по вертикали). Составной эмиттерный повторитель (транзисторы V₂,V₃) служит для согласования высокоомной коллекторной цепи разрядного транзистора V₁ с низкоомной цепью базы выходного транзистора V₄.

телевизор транзисторный цветной развертка

1.3 Основные особенности сигналов и общие принципы построения совместимых систем цветного телевидения

Восприятие в зрительном аппарате человека, вызываемое воздействием на сетчатку нескольких световых потоков, можно осуществлять двумя способами: одновременным или поочередным. Однако для ТВ предпочтительнее оказалась система с одновременным сложением (хотя в некоторых прикладных ТВ системах применяется и поочередное сложение).

Структурная схема приемного устройства приведена на рис.42.

Рис.42

Сигнал принятый антенной поступает через приемник и усилитель на три полосовых фильтра, выделяющих сигналы соответствующих поднесущих, промодулированных сигналами F_R, F_G или F_В. После детектирования и усиления каждый из видеосигналов подается на модулятор своего кинескопа (это могут быть ЧБ кинескопы с фильтрами). При помощи проекционных объективов свет проектируется на единый экран, где суммируется, давая эффект цветного изображения.

Частоты строчной и кадровой разверток соответствуют обычному ЧБ стандарту - следовательно по этому признаку системы совместимы, но по ширине спектра F = 20 МГц они несовместимы. Однако ряд технических методов позволил сократить эту полосу до требуемых 6 МГц без ущерба для качества, сделав ее совместимой и по полосе частот.

Используя регулятор частоты гетеродина в ЧБ ТВ, можно настроиться на прием одного из трех сигналов F_R, F_G, F_В и таким образом на экране будет видео изображение любого из трех компонентов, но только в ЧБ виде. Следовательно, для приема ЦТВ в ЧБ варианте нет еще сигнала яркость Е_Y.

Сигнал яркости

В структуре полного цветного телевизионного сигнала кроме сигналов цвета (R, G, В) должны содержаться также сигнал черно-белого телевидения. Это сигнал, обозначаемый обычно буквами Y или Е_Y и называемый сигналом яркости и необходим, в первую очередь, для репродукции изображения на экранах черно-белых телевизоров.

Рис.43Рис.44

В соответствии с рис.43 (цветовой треугольник Максвелла 1860 г) точка Е, соответствует белому цвету и уравнению (закон Грассмана 1853 г) f = rR + gG = bВ описывает сигнал яркости на передающей стороне цветного телевизионного тракта и может быть схемным путем образован в виде алгебраической суммы напряжений трех составляющих

E_Y = rE_R + gE_G + bE_B, (2)

где E_R, E_G, E_B единицы основных цветов (скажем, все равные 1 В телевизионного сигнала); r, g, b - трехцветные коэффициенты, определяющие относительное количество этих единичных цветов в единице сигнала яркости.

Следует подчеркнуть, что для сигнала яркости коэффициенты r, g, и b связаны со свойствами зрения и не равны между собой. Эти свойства иллюстрируются графиком кривой видности (рис.44).

При приеме сигнала ЦВ на ЧБ телевизор, мы, естественно, цветов не видим. Но, например, при передаче различных участков в изображении с различным цветом (R, G, В) и одинаковой мощностью их световой энергии, исходящей из объекта передачи, необходимо, чтобы яркость на черно-белом кинескопе в зависимости от цветового тона было неодинаковой в соответствии с кривой видности, т.е. 1 Вт зеленой лучистой энергии должен соответствовать на ЧБ экране большей яркости, чем для красной и тем более для синей лучистой энергии. Таким образом, хотя ЧБ картинка и не будет раскрашена, яркость ее отдельных участков должна различаться в соответствии с кривой видности. Выполнение этого условия приводит к большей естественности, разборчивости и выразительности изображения на ЧБ экране.

После колориметрических расчетов пришли к следующему уравнению формирования сигнала яркости:

E_Y = 0,3E_R + 0,59E_G + 0,11E_B.(3)

Такой сигнал на передающей стороне (на телецентре) формируется линейной электрической схемой, называемой матрицей.

Получение сигнала яркости Е_Y поясняется рис.45.



Рис.45

Неокрашенный объект (например, газетный лист) используется для первоначальной регулировки усиления трех видеоусилителей передающей телевизионной камеры, содержащей три трубки R, В, Y. Такая регулировка необходима для подбора составляющих E_R, E_G, E_B, образующих бесцветный сигнал Е_Y в необходимой пропорции.

Световой поток F, исходящий от объекта передачи, расщепляется дихроичными зеркалами на 3 потока основных цветов E_R, E_G, E_B, которые соответствующим образом попадают на фотомишени трех передающих трубок, создавая на этих мишенях оптическое изображение, соответствующее одному из основных цветов. В усилителях производится регулировка всех сигналов на одинаковый уровень (например, E_R = E_G = E_B =1 В). Далее три эти сигнала подаются на матрицу М₁, где в соответствии с уравнением (2) формируется сигнал яркости Е_Y. Принцип действия матрицы поясняется устройством, содержащим 4 резистора (рис.46).

Рис.46



Для нормальной работы матрицы необходимо соблюдение условия:

R_R >> Rвых ; R_G >> R_вых ; R_B >> R_вых .(4)

В этом случае взаимное влияние сигналов E_R, E_G, E_B на работу матрицы практически исключается. В соответствии с (2) можно принять E_R =1/30 МОм; E_G =1/59 МОм; E_B =1/11 МОм и для соблюдения неравенств (3) примем R_вых = 1 КОм = 10³ МОм. На резисторе R_вых сумма сигналов составит

U_Y = U_R + U_G + U_B = E_RR_вых/R_R + E_GR_вых/R_G + E_BR_вых/R_B =

= 10³301В + 10³591 В + 10³111В = 0,1 В .(5)

Для получения E_R = E_G = E_B = 1 В необходимо, чтобы коэффициент усиления усилителя составил

K_Y = E_Y/U_Y = 1/0,1 = 10.(6)

Следует обратить внимание, что полный сигнал ЦТ, изображенный на рис.47, содержит четыре составляющих E_Y, E_R, E_G, E_B вместо трех, как показано на рис.42.

Таким образом, введение в структуру спектра сигнала яркости Е_Y в этом случае еще больше расширяет полосу частот. Для ЧБ телевидения принцип совместимости здесь, казалось бы, соблюдается. В самом деле, настроив ЧБ телевизор (при помощи гетеродина) на участок спектра сигнала Е_Y получим нормальное изображение в необходимой полосе частот со стандартными строчной и кадровой развертками. Однако для цветного канала телевизионной связи несовместимость еще более усугубляется. Полная полоса частот F_полн = 27 МГц.

При этом обращает на себя внимание следующее противоречие. Как излагалось ранее, цвет является трехмерной величиной (определяемой тремя основными цветами R, G, В или тремя другими составляющими - яркостью, цветовым тоном и насыщенностью). А в системе на рис.45 информация о цветном изображении передается четырьмя данными.

Рис.47

В дальнейшем развитии ЦТ это несоответствие, эта избыточная информация была устранена исключением из передачи одного из сигналов цветности, обычно сигнала Е_G (этот сигнал имеет наибольшую полосу частот и исключение из передачи именно его дает наибольшую экономию в ширине полного спектра).

Три сигнала цветного телевидения

Итак, к цветным телевизорам доставляется информация только о трех составляющих E_Y, E_R, E_B. Для нормальной работы цветного телевизора необходимо иметь и "зеленую" составляющую. Эта составляющая восстанавливается из трех указанных сигналов в соответствующей матрице, имеющейся в каждом цветном приемнике. На основании уравнений (3) и (5) можно записать:

E_G = (E_Y - 0,3E_R - 0,11E_B)/0,59 .(7)



Рис.48

Структурная схема находящегося в цветном телевидении устройства получения из 3-х сигналов E_Y, E_R, E_B сигналов основных цветов E_Y, E_R, E_B в одном из возможных вариантов показана на рис.48.

Фазоинвертор с делителями (усилителями R и В) служат для относительного поворота фазы сигналов E_R и E_B и уменьшения их размаха по сравнению с сигналом Е_Y. Усилитель G в соответствии с выражением (2) должен иметь коэффициент усиления

K_G = 1/0,59 = 1,695.

Уплотнение спектра телевизионного сигнала

В цветном ТВ сигнал яркости Е_Y передается в полной полосе частот и его целесообразно уплотнить, поместить в его спектральные промежутки составляющие сигналов цвета E_R и E_B. Эти тоже линейчатые сигналы имеют существенно меньшую по сравнению с сигналом Е_Y полосу частот и поэтому они могут разместиться внутри спектра Е_Y, не выходя за его пределы. Так осуществляется передача всех трех сигналов ЦТ в спектре частот стандартного ЧБ телевидения и решается проблема совместимости.

Из изложенного должно быть ясно, почему в качестве сигнала цвета используется пара E_R и E_B. Другая пара, содержащая сигнал Е_G (т.е. E_G и E_B или E_R и E_G) была бы непригодна, т.к. сигнал Е_G имеет широкую полосу частот и пара, содержащая этот сигнал, не поместится внутри спектр сигнала Е_Y.

На рис.49 показан принцип частотного уплотнения сигнала яркости Е_Y сигналом Е_В (для простоты на этом рис.49 используется только один цветовой сигнал).

На вход Вх1 (рис.50) модулятора поступает цветовой сигнал Е_В, имеющий полосу частот 50 Гц 0,6 МГц. На вход Вх.2 подается синусоидальное напряжение U_цв от генератора поднесущей. Частота поднесущей f_цв должна быть выбрана так, чтобы она являлась среднеарифметической двух соседних гармоник сигнала яркости Е_Y, т.е.

f_в = 0,5(f_n + f_n+1).(8)

В модуляторе осуществляется перенос цветовых сигналов (в нашем примере Е_В) на поднесущую. Далее в сумматоре происходит сложение сигнала яркости Е_Y, имеющего спектр 50 Гц 6 МГц, с перенесенным по частотной шкале сигналом Е_В. Очевидно, что соблюдение условия (8) обеспечивает расположение поднесущей f_цв, а также всех гармоник цветового сигнала Е_В в промежутках между гармониками сигнала яркости Е_Y.

Подставив в (8) значения f_n = nf₁, f_n+1 = (n+1)f₁, получим

f_цв = (2n+1)f₁/2 = (2n +1)f_к/2. (9)

В соответствии с (9) f_цв называется нечетной полугармоникой частоты полей. Полный (уплотненный) сигнал ЦТ подается затем на модулятор телевизионного радиопередатчика и излучается антенной в эфир. ЧБ телевизор принимает этот сигнал. В таком телевизоре сигнал проходит обычные блоки: УВЧ, УПЧ, детектор, видеоусилитель. После преобразования и усилений сигнал подается на модулятор ЧБ кинескопа.



Рис.49

Рис.50

Уплотнение спектра сигнала яркости двумя цветовыми сигналами на двух поднесущих имеет существенные недостатки (рис.51).

Во-первых, составляющие цветового сигнала Е_В проходят слишком близко к низкочастотным составляющим сигнала яркости и образуемые ими мелькающие помехи будут нетерпимы. Во-вторых, наличие двух поднесущих f_цвR и f_цвВ создает на изображении множество интерференционных помех, являющихся следствием биений между частотами f_цвR, f_цвВ, f_изобр, f_зв и их гармониками.

Рис.51



Число и интенсивность таких помех резко снижается, если в обоих сигналах цветности одновременно используется только одна поднесущая. Современные способы экономной передачи двух цветовых сигналов подробно рассматриваются далее.

Цветоразностные сигналы

Во всех стандартных системах ЦТВ вместо сигналов основных цветов E_R и E_B используются так называемые цветоразностные сигналы (их обозначают R-Y, В-Y или Е_R-Y, E_В-Y). Применение этих сигналов существенно снижает заметность помех от цветовых сигналов на экране как ЧБ, так и ЦТВ. На рис.52,а представлена упрощенная структурная схема формирования на передающей стороне сигнала яркости E_Y = 0,3E_R + 0,59E_G + 0,1E_B. и цветоразностных сигналов Е_R-Y = E_R E_Y и Е_{В -Y} =E_В E_Y.

В камере ЦТВ, содержащей три передающие трубки, формируются три цветовых сигнала E_R, E_G, E_B. Эти сигналы поступают в матрицу М, на выходе которой образуются три сигнала Е_Y, E_{R -Y} и Е_{В -Y}.

Рис.52,а

Сигнал яркости Е_Y занимает полную полосу частот от 50 Гц до 6,5 МГц. Спектры цветоразностных сигналов E_R-Y и Е_В-Y ограничиваются сверху фильтрами Ф_R-Y и Ф_В-Y для дальнейшего уплотнения этими сигналами яркости. (В системе SECAM, например спектр этих двух цветоразностных сигналов выбирается от 50 Гц до 1,5 МГц для каждого). Затем производится частотное уплотнение сигнала яркости цветоразностными сигналами.

Принцип работы матричной схемы, состоящей из трех матриц, показан на упрощенной схеме рис.52,б.

Рис.52,б

На входы R, G и В подаются сигналы E_R, E_G, E_B. Группа резисторов R₂, R₄, R₅, R₆ образуют формирователь сигнала яркости E_Y в соответствии с (2). Фазоинвертор ФИ изменяет полярность сигнала E_Y. Формирователь R₁, R₇, R₉ cоздает цветоразностный сигнал Е_R-Y, а формирователь R₃, R₈, R₁₀ - цветоразностный сигнал Е_{В -Y}.

Поясним, почему цветоразностные сигналы уменьшают помехи на изображении. Возьмем простой случай - объект передачи не окрашен (например, ЧБ изображение дома). Световой поток F, исходящий от объекта, светоделительной оптикой расщепляется на три окрашенных потока E_R, E_G, E_B. Регулировкой усиления в усилителях устанавливается равенство всех трех сигналов, например E_R = E_G = E_B = 1 В. В этом случае для черно-белого изображения сигнал яркости также будет равен единице

E_Y = 0,31 + 0,391 + 0,591 = 1 В.



Поэтому для неокрашенного изображения цветоразностные сигналы, E_R-Y = E_R - E_Y = 1 - 1 = 0. Соответственно E_B - E_Y = 0. Так исключаются помехи от цветоразностных сигналов на черно-белом изображении.

Кроме того, на участках изображения с малой насыщенностью помехи от цветоразностных сигналов также оказываются незначительными. Возьмем, например, светло-розовый участок изображения (окраска - белая с небольшой добавкой красного). Для него можно записать следующую группу трех сигналов на выходе матрицы: E_B, E_G, E_R + E_R. Сигналы E_R = E_G = E_B = 1 В, а дополнительный сигнал красной подсветки E_R составляет, например, 0,1 В. В этом случае сигнал яркости

E_Y = 0,3(E_R + E_R) + 0,59E_G + 0,11E_B = 0,31 +0,31 +0,591 + 0,111 = 1,03 B,

т.е. цветоразностные сигналы в нашем примере составят незначительную величину - 7 и 3% от сигнала яркости:

E_R-Y = (E_R + E_R) - E_Y = 1 + 0,1 - 1,03 = 0,07 B,

E_B-Y = E_B - E_Y = 1 - 1,03 = - 0,03 B.

На насыщенных участках изображения цветоразностные сигналы оказываются, естественно, большими. Возьмем, например, ярко-красный лист бумаги (насыщенность близка к 100%). В этом случае E_R = 1 B, E_G = 0, E_B = 0. Сигнал яркости

E_Y = 0,31 + 0,590 + 0,110 = 0,3 B.

Цветоразностные сигналы E_R-Y = 1 - 0,3 = 0,7B, E_B-Y = 0 - 0,3 = - 0,3B.

Здесь цветоразностный сигнал E_R-Y превышает сигнал яркости в 0,7/0,3 = 2,3 раза, а сигнал E_B-Y равен (по абсолютному значению) сигналу яркости. На практике в реальных передачах цветных изображений участки с высокой цветовой насыщенностью встречаются сравнительно редко - в 20-25% случаев. Поэтому замена сигналов E_R и E_B на сигналы E_R-Y и E_B-Y оказывается очень эффективной в смысле защиты изображений от помех, вызываемых сигналами цветности.

1.4 Принципы построения системы цветного телевидения системы SECAM

Разработка системы SECAM была начата во Франции в 1959 г. инженером Анри де Франсом. C 1965 г. совместные работы советских и французских специалистов были направлены на доработку системы и оптимизацию ее параметров, в результате была создана совместная система цветного телевидения SECAM-IIIб, параметры которой в 1974 г. были в СССР стандартизированы. Цветное телевизионное вещание по системе SECAM началось в СССР 1 октября 1967 г. Кроме России и Франции система SECAM принята для вещания в Болгарии, Венгрии, Германии (бывшей ГДР), Польше, Иране, Ираке. Название системы SECAM произошло от французских слов Se`quence de Couleurs Avec Me`moire - поочередность цветов с памятью).

Возможность поочередной передачи цветовых сигналов основывается на особенностях зрительного аппарата человека, позволяющего воспринимать полосу частот сигналов цветности приблизительно до 1,5 МГц. Так как наименьшие по размеру детали передаются сигналами с граничными частотами спектра, составляющими 6 - 6,5 МГц (сигнал Е_Y), то окрашенные детали будут иметь размер вдоль строки (6 МГц/1,5 МГц), в 4 раза больший, чем самые мелкие черно-белые детали.

Аналогично, можно считать допустимым увеличение в 3 - 4 раза размера окрашенных мелких деталей в вертикальном направлении, что и легло в основу принципа поочередной передачи цветоразностных сигналов в системе SECAM. В этой системе из сигналов, поступающих с цветных телевизионных камер Е_R, Е_G и Е_В, кодирующей матрицей непрерывно формируются сигналы Е_Y, Е_R-Y и Е_В-Y, которые существуют одновременно. Сигнал Е_Y передается непрерывно, как в черно-белом телевидении, а сигналы Е_R-Y, и Е_В-Y передаются поочередно в течение одной строки - сигнал Е_R-Y, в течение следующей Е_В-Y и т.д. Таким образом, для передачи используется только часть информации передающей цветной камеры. Половина строк растра представлена в цветовом сигнале компонентой Е_R-Y, а вторая половина компонентой Е_В-Y. Иными словами, для сигналов цветности развертки в полном кадре будет содержать вдвое меньшее число строк, что приведет к соответствующему увеличению размеров окрашенных деталей по вертикали. Однако общая четкость изображения в вертикальном направлении сохранится, т.к. сигнал Е_Y передается в полном спектре. В приемнике цветного изображения на модулятор кинескопа необходимо подавать одновременно три сигнала Е_G-Y, Е_R-Y и Е_В-Y. Для получения непрерывной последовательности сигналов Е_R-Y, и Е_В-Y и формировании с помощью матрицы третьего цветоразностного сигнала Е_G-Y в приемнике SECAM, используется ячейка памяти - линия задержки со времени задержки на одну строку _зад = Т_стр = 64 мкс. При воспроизведении цветного изображения каждый сигнал цветности используется дважды: один раз он берется со входа линии задержки, а другой - с ее выхода. Процесс формирования непрерывных сигналов Е_R-Y, и Е_В-Y с помощью линии задержки поясняется рис.53. Так как сигналы цветности передаются поочередно через одну строку, а задержка лини равна длительности одной строки, сигналы цветности на входе и выходе линии оказываются разными, т.е., если в данный момент на входе имеется сигнал Е_R-Y, то на выходе Е_В-Y Таким образом линия задержки дает возможность всегда иметь одновременно оба сигнала цветности.



Рис.53

При этом предполагается, что в пропущенных строках цветовой сигнал практически не отличается от сигнала соседних. После восстановления непрерывности сигналов Е_R-Y, и Е_В-Y можно получить с помощью матрицы сигнал Е_G-Y. Как видно из рис.53, сигналы Е_R-Y, и Е_В-Y и на входе и на выходе линии задержки периодически меняются местами. Отсюда возникает необходимость соответствующего переключения сигналов так, чтобы на вход канала обработки сигнала R-Y всегда поступал сигнал Е_R-Y, а на вход канала В-Y сигнал Е_В-Y. Для переключения сигналов в приемнике SECAM используется электронный коммутатор.

Принцип построения системы SECAM в упрощенном виде поясняется структурными схемами передающей (рис.54) и приемной части. Сигналы Е_R, Е_G и Е_В, полученные с помощью трех передающих трубок, усиливаются и поступают на матрицу, где формируются сигналы Е_Y, Е_R-Y, и Е_В-Y. С помощью электронного коммутатора, переключающегося после окончания каждой строки, формируется последовательность чередующихся цветоразностных сигналов. Сигналы Е_R-Y, и Е_В-Y по очереди управляют частотой генератора поднесущей. Полученный ЧМ сигнал в блоке сложения смешивается с сигналом Е_Y и образуется полный цветовой сигнал (рис.54).

В телевизионном приемнике необходимо из принятых сигнала формировать цветоразностные сигналы Е_G-Y, Е_R-Y и Е_В-Y. Полный сигнал, содержащий информацию о яркости и сигналы цветности, передаваемые с помощью поднесущей (рис.55).



Рис.54

С выхода ВУ через полосовой фильтр этот сигнал поступает на вход линии задержки и на электронный коммутатор. Электронный коммутатор имеет 4 входа и 2 выхода. Сигнал с выхода линии задержки подается на входные зажимы 1 и 4, а сигнал со входа линии на зажимы 2 и 3. Если с ВУ поступает сигнала Е_В-Y, то переключатели находятся в верхнем положении, как показано на рис.55, и в этом случае сигнал Е_В-Y. поступает со входа 3 на выходной зажим 6 и детектор В-Y, передаваемый в течение предыдущей строки, берется с выхода линии задержки и поступает на детектор R-Y cо входа 1. В течение следующей строки переключатели коммутатора находятся в нижнем положении, т.е. в замкнутом состоянии находятся контакты 2-5 и 4-6. В этом случае сигналы на детекторы R-Y и В-Y поступают следующим образом.

Рис.55

Сигнал Е_R-Y, который теперь имеется на выходе ВУ (т.е. на входе линии задержки), через замкнутые контакты 2-5 поступает на детектор R-Y. Сигнал Е_В-Y берется с выхода линии задержки и поступает на соответствующий детектор через контакты 4-6. С выхода детекторов сигналы поступают на матрицу, формирующую третий цветоразностный сигнал Е_G-Y. Для управления электронным коммутатором используются импульсы прямоугольной формы. Полный цикл коммутации осуществляется за время двух строк (в течение одной строки переключатели находятся в верхнем положении, в течении другой - в нижнем), поэтому частота коммутирующих импульсов равна f_стр/2. Нормальная работа приемного устройства возможна лишь в том случае, когда порядок переключения коммутатора соответствует очередности поступления цветоразностных сигналов. Это возможно лишь тогда, когда электронный коммутатор в телевизионном приемнике работает синфазно с электронным коммутатором кодирующего устройства. Для обеспечения указанной синфазности в приемник вместе с основным набором сигналов необходимо передавать дополнительный сигнал, с помощью которого можно установить правильную фазу работы электронного коммутатора. Следует отметить, что синхронизация электронного коммутатора необходимо для правильного приема цветовых сигналов. Синхронизация генераторов строчной и кадровой развертки в цветном телевизоре осуществляется с помощью строчных и кадровых синхроимпульсов также, как в приемнике черно-белого телевидения. Сигнал, устанавливающий фазу работы электронного коммутатора, называется сигналом цветовой синхронизации.

Структурные схемы совместимых системы цветного телевидения

В системах цветного телевидения NTSC, PAL, SECAM используется группа из трех сигналов: сигнала яркости и двух цветоразностных. В системе NTSC два цветоразностных сигнала, обозначаемых буквами I и Q, отличаются от сигналов Е_R-Y и Е_В-Y. Во всех этих системах применяется метод частотного уплотнения сигнала яркости двумя сигналами цветности. Причем спектры сигналов цветности переносятся на поднесущую в область, расположенную ближе к высокочастотной части спектра сигнала Е_Y. Во всех системах на передающей и приемной сторонах используются аналогичные преобразователи "изображение-сигнал" и "сигнал-изображение". То есть передающие камеры ЦТ на телецентре и цветные кинескопы в телевизорах в принципе ничем не различаются во всех системах.

Важным и принципиальным различием в системах являются методы передачи сигналов цветности. Технические трудности передачи двух сигналов цветности заключаются в необходимости их размещения внутри спектра частот сигнала яркости без выхода за пределы этого спектра и получение достаточно высококачественно изображения на экране как ЧБ, так и цветного телевизоров.

В системе ЦТ NTSC (принята в Японии, Канаде, Корее, на Кубе и в США) и ее разновидности PAL (принята в 16 странах) передача 2-х сигналов цветности осуществляется с помощью одновременной модуляции цветовой поднесущей как по амплитуде, так и по фазе (так называемая квадратурная модуляция). В системе SECAM используется метод поочередной передачи цветоразностных сигналов с периодом чередования, равным периоду строчной развертки. В этой системе применяется частотная модуляция поднесущей чередующимися сигналами цветности. Улучшение качества цветного изображения, ослабление помех, например, от поднесущей осуществляется в разных системах по-разному.

В системе NTSC поднесущая подавляется методом балансной модуляции.

В системе SECAM поднесущая подавляется специальным фильтром. На рис.56 и 58 представлены структурные схемы передающей и приемной аппаратуры безотносительно к конкретной системе ЦТ. На этих схемах не представлены блоки, характерные для той или иной системы вещательного телевидения. Таким образом, узлы и блоки, изображенные на рис.56 и 58, используются и необходимы для всех систем.

Передающая аппаратура

Световой поток F, исходящий от объекта передачи, разделяется при помощи светоразделительной оптики на три световых потока F_R, F_G и F_В соответствующих числу передающих трубок (Рис.56).

Рис.56

Телевизионные сигналы, образуемые этими трубками, усиливаются в усилителях R, G, В. Затем три сигнала Е_R, Е_G и Е_В поступают на входы матрицы М₁, на выходе которой создаются сигнал яркости Е_Y и цветоразностные сигналы Е_R-Y и Е_В-Y. Сигнал яркости передается в полной полосе частот (50 Гц - 6МГц).

Спектр же цветоразностных сигналов для соблюдения условий совместимости должен быть сокращен. Фильтры ограничивают эти спектры сверху (в системе SECAM до 1,5 МГц). Цветоразностные сигналы с ограниченным спектром подаются на входы модулятора.

Туда же от генератора поднесущей поступает синусоидальное напряжение поднесущей f_ЦВ. В модуляторе происходит модуляция поднесущей сигналами Е_R-Y и Е_В-Y, что приводит к переносу их спектра в область, соответствующую высокочастотной части сигнала Е_Y. В сумматоре осуществляется сложение сигнала яркости с перенесенными по спектру цветоразностными сигналами. Такой сигнал Е_цвВ = E_Y + E_R-Y(f_цв) + E_B-Y(f_цв) готов для передачи в эфир. Этот сигнал подается далее на модулятор радиопередатчика. С помощью напряжения несущей f_ТВ полный сигнал Е_ЦВ переносится на заданный частотный канал, отводимый для вещательного телевидения. Антенна радиопередатчика излучает программу данного телевизионного канала в эфир.

Приемная аппаратура

Современные телевизоры построены по супергетеродинной схеме рис.57. Телевизионный сигнал, принятый антенной, поступает на УВЧ, затем на смеситель, в котором с помощью гетеродина образуется сигнал ПЧ, усиливаемый в блоке УПЧ.

Рис.57

УВЧ, смеситель и гетеродин образуют селектор каналов, в котором кроме преобразования ВЧ в ПЧ осуществляется также переключение телевизионных каналов (программ). УПЧИ является основным усилителем в приемнике, определяющим его селективность по соседнему каналу. После амплитудного детектора осуществляется дополнительное усиление в ВУ. Напомним, что во всех системах ЧБ и цветного вещательного телевидения используется амплитудная модуляция напряжения несущей телевизионным сигналом. ВУ имеет два выхода. Один соединен с дополнительным усилителем сигнала яркости Е_Y (если такое усиление необходимо). С другого выхода сигнал подается на полосовые фильтры, где выделяется только та часть спектрального сигнала, в которой содержатся сигналы цветности Е_R-Y и Е_В-Y. Детектор 2 сигналов цветности восстанавливает частотное расположение этих сигналов в полосе 50 Гц 1,5 МГц, т.е. на выходе детектора 2 вновь образуются цветоразностные сигналы Е_R-Y и Е_В-Y. Для нормальной работы цветного кинескопа необходимо теперь получить третий цветоразностный сигнал Е_G-Y. Это происходит в матрице М₂. На ее вход подаются сигналы Е_R-Y и Е_В-Y, а на выходе образуется сигнал Е_G-Y в соответствии с уравнением



E_G-Y = 0,51E_R-Y - 0,19E_B-Y.

Рис.58

Далее все три цветоразностных сигнала усиливаются до значений, необходимых для модуляции электронных лучей цветного кинескопа. В цветном телевизоре для управления (модуляции) тремя электронным лучами необходимо преобразовать цветоразностные сигналы Е_R-Y, Е_G-Y и Е_В-Y в сигналы Е_R, Е_G и Е_В. Такое преобразование можно осуществить двумя способами. На рис.57 для этого включена матрица М₃, которая из 4-х сигналов E_Y, Е_R-Y, Е_G-Y и Е_В-Y создает сигналы Е_R, Е_G и Е_В, поступающие затем на соответствующие модуляторы цветного кинескопа. В цветных телевизорах широко применяется также способ, когда на соединенные катоды подается сигнал яркости Е_Y, а на отдельные модуляторы - цветоразностные сигналы Е_R-Y, Е_G-Y и Е_В-Y. На рис.58 представлены частотные спектры сигналов для характерных точек структурной схемы.



1.5 Приемники цветного телевидения

Функциональная схема цветного телевизора

Условие совместимости, которое выполняется в система SECAM, позволяет использовать в цветном телевизоре ряд блоков, близких по принципиальной схеме и конструкции к аналогичным блокам ЧБ телевизоров. Упрощенная структурная схема ЦТ представлена на рис.59.

Рис.59

Сигналы, принятые антенной, поступают на селектор каналов СК. Выделенные и преобразованные по частоте сигналы изображения и звукового сопровождения затем поступают на усилитель ПЧ изображения (УПЧИ), входящий в состав блока радиоканала. Сигнал, поступает с выхода УПЧИ, детектируется амплитудным детектором (АД), усиливается видеоусилителем (ВУ) и подается на соединенные друг с другом катоды цветного кинескопа. Формирование цветоразностных сигналов Е_R-Y, Е_G-Y, Е_В-Y осуществляется в блоке цветности БЦ, на который исходный сигнал поступает с выхода ВД блока радиоканала. Отклоняющие токи формируются в блоке разверток. Корректирующие токи, обеспечивающие сведение лучей кинескопа, формируются в блоке динамического сведения БДС и подаются на катушки сведения КС цветного кинескопа.

Внешне упрощенная структурная схема ЦТ сравнительно мало отличается от структурной схемы ЧБ телевизионного приемника. Принципиально новыми узлами в ней являются цветной кинескоп, блок цветности и блок динамического сведения.

Модуль цветности

Модуль цветности состоит из субмодуля цветности (блока цветности), канала яркости, матричного устройства и выходных видеоусилителей.

Субмодуль цветности: выделяет из полного цветного телевизионного сигнала (ПЦТС) сигнал цветности и осуществляет коррекцию высокочастотных предыскажений; усиливает и ограничивает по амплитуде сигнал цветности; обеспечивает на своем выходе одновременное выделение двух цветоразностных сигналов; осуществляет с помощью системы цветовой синхронизации опознание цвета; осуществляет коррекцию НЧ предыскажений.

Стандартный канал цветности имеет следующую функциональную схему (рис.60).

Рис.60

ПЦТС поступает от АД канала изображения на корректор ВЧ предыскажений (КВП), где компенсируются предыскажения цветовой поднесущей, введенные в кодирующем устройстве; ослабляется мешающее действие сигнала яркости.

Амплитудный ограничитель АО1 подавляет импульсные помехи и обеспечивает постоянство амплитуды сигнала цвета. Ограниченный сигнал цветности, в котором цветовые поднесущие поочередно, через строку модулированы каналами D_R и D_B поступает на вход электронного коммутатора (ЭК). На второй вход ЭК сигнал цветности проходит через ультразвуковую линию задержки (УЛЗ) с задержкой, равной длительности строки.

ЭК управляется напряжением полустрочной частоты, вырабатываемым счетным триггером (рис.61) в блоке устройства цветовой синхронизации (УЦС), который запускается строчными импульсами. В результате действия коммутатора сигналы на его выходах разделяются.

На выход "в" поступает каждая строка то из прямого, то из задержанного сигнала составляющей красного, а на выход "г" составляющей синего. Начальная фаза счетного триггера (СТ) произвольна, поэтому возможен неправильный режим работы, когда сигналы U_R подается в канал В-Y, а сигналы U_В - в R-Y. Чтобы этого не происходило, предусмотрена цветовая синхронизация триггера. Для этого в УЦС сравнивается фаза чередования составляющих U_R и U_В в принятом сигнале с фазой работы триггера. Если фаза работы триггера смещена, осуществляется ее коррекция. Кроме того УЦС включает канал цветности, если принимается сигнал СЕКАМ, и выключает канал, если принимается сигнал другой системы или черно-белая программа.

Разделенные сигналы цветности проходят вторые ограничители (АО2 и АО3), устраняющие паразитную АМ поднесущей вызванную неравномерностью АЧХ линии задержки и коммутатора, а также возникающими в ЛЗ отражениями сигнала, и поступают в ЧД, обеспечивающие демодуляцию сигналов уветности и выделение цветоразностных сигналов E_R-Y и E_B-Y.



Рис.61.Рис.62

Демодулированные цветоразностные сигналы проходят через ФНЧ, где подавляются остатки цветовой поднесущей, а затем через цепи коррекции НЧ предыскажений (КНП).

На вход субмодуля цветности (СМЦ), куда поступает ПЦТС, включают фильтр КВП, который обеспечивает максимальное ослабление амплитуды поднесущей на частоте f = 4,286 МГц. Такие предыскажения улучшают шумовые параметры системы и снижают заметность цветовой поднесущей на неокрашенных участках изображения.

Одновременно с помощью фильтра из ПЦТС как бы вырезается участок спектра шириной 2…2,2 МГц, в пределах которого передается информация о цвете объектов, т.е. выделяется сигнал цветности. Сплошной линией на рис.63 показана АЧХ фильтра, а пунктирной совмещенная с ней АЧХ фильтра ВЧ предыскажений кодирующего устройства (сторона передатчика).

Из сравнения этих характеристик видно, что предыскажения, введенные в кодирующем устройстве, компенсируются на входе блока цветности. В качестве фильтра обычно используется одиночный колебательный контур (СМЦ-2) с высокой добротностью, а ПЦТС подается на фильтр через разделительный конденсатор небольшой емкости (50…100 пФ), что способствует подавлению частоты ниже 3 МГц.

После фильтра сигнал цветности поступает в 2-х - 4-х каскадный усилитель ограничитель с полосой пропускания 2…2,5 МГц. В состав усилителя входит двусторонний амплитудным ограничитель для ослабления паразитной амплитудной модуляции частотно-модулированных сигналов цветности, возникающей из-за неравномерности АЧХ предшествующих каскадов тракта изображения, а также из-за воздействия сигнала яркости.

Устройство динамического сведения лучей

Свойственные масочным кинескопам искажения растра разделяют на подушкообразные и трапецеидальные. Первые присущи кинескопам с большим углом отклонения и относительно плоским экраном, форма которых отличается от сферической. По этой причине путь электронного луча, проходимый им в центре экрана, оказывается меньшим, чем на краях.

Трапецеидальные искажения возникают из-за различного расположения прожекторов по отношению к оси кинескопа. При этом каждый из них создает свой растр, отличный по характеру искажений и смещенный по отношению к двум другим как это показано на рис.63,а, б для дельтаобразного и планарного расположения электронно-оптических прожекторов (ЭОП).

Рис.63

Помимо асимметричного расположения ЭОП относительно оси кинескопа причиной разведения лучей по мере их отклонения является несовпадение центра кривизны сферической поверхности экрана с центром отклонения. При отклонении лучей их пересечение происходит раньше, чем они достигают плоскости теневой маски. Это приводит к тому, что зеленый луч засвечивает люминофор синего цвета, синий - люминофор красного цвета, а красный луч задерживается теневой маской и не попадает на экран. При воспроизведении сетчатого растра из-за нарушений сведения на краях экрана видны раздельно расходящиеся синие, красные и зеленые линии.

Для сохранения условий сходимости необходимо, чтобы углы, под которыми лучи выходят из ЭОП, по отношению к горизонтальной и вертикальной осям, не оставались постоянными, а изменялись по мере отклонения лучей от центра экрана. Эту задачу выполняют три пары строчных и три пары кадровых катушек, размещенных на магнитопроводах регуляторов сведения. Токи, протекающие через катушки, формируются из напряжений строчной и кадровой частот в блоке сведения, что позволяет осуществить необходимую синхронность между положением луча на экране кинескопа в каждый момент времени и значением и формой тока в катушках сведения.

В результате суммирования строчного и кадрового магнитных полей возникает непрерывно изменяющееся радиальное поле, осуществляющее необходимую коррекцию отдельно для каждого луча так, чтобы все они с возможно большей точностью пересекались в плоскости теневой маски по всей поверхности экрана.

Рассматривая характер расслоения, можно установить, что при движении к краям экрана красный и зеленый лучи движутся выше, а синий - ниже горизонтальной линии. При развертке по вертикали луч красной пушки смещается вправо, а луч зеленой - влево. Нетрудно заметить, что для сведения лучей в любой части экрана каждый из них необходимо смещать в одном и том же направлении. Так, луч синей пушки следует сдвигать всегда вверх, красной - влево и несколько вниз, зеленой - вправо и немного вниз. Кроме того, для люминофорных триад, расположенных справа и слева, требуется еще боковое смещение синего луча. Вместе с тем степень смещения влево, вправо, вверх и вниз оказывается различной, хотя она всегда возрастает по мере движения луча к краям растра.