Тоискин В.С., Красильников В.В., Петренко В.И. Основы радиосвязи и телевидения: Учебное пособие

Подождите немного. Документ загружается.

161

устанавливаемой на горловине кинескопа. Электростатическая фокусировка

имеет ряд преимуществ. Она гораздо экономичнее, не критична к изменению

напряжения источников электропитания и температуры. Электростатическая

линза имеет меньшие габариты и массу, но конструкция электронного про-

жектора становится несколько более сложной. В настоящее время в телеви-

зионных приемниках используются кинескопы с электростатической фоку-

сировкой.

Отклонение

электронного пучка возможно как электрическим, так и

магнитным полем. В кинескопах используется только магнитное отклонение,

при котором возможны углы отклонения 110

и более при условии, что рас-

фокусировка электронного пучка не превышает допустимой. Увеличение уг-

ла отклонения кинескопа при заданной диагонали экрана делает его более

коротким и легким.

Кинескопы цветного телевидения могут быть однолучевыми и трех-

лучевыми. В первых сигналы основных цветов подаются на один и тот же

прожектор в определенной

последовательности, во вторых – каждый про-

жектор управляет одним из цветов. Кинескопы отличаются способами

управления цветом и структурой экрана. Наибольшее распространение в на-

стоящее время получили трехлучевые масочные и планарные кинескопы.

3.2.1. Устройство и принцип работы кинескопа черно-белого

изображения

Кинескоп представляет собой стеклянную колбу (рис. 3.10), состоя-

щую из цилиндрической горловины и

конической части.

В горловине размещен электронный прожектор, выводы электродов

которого (кроме второго анода) сделаны через цоколь. Вывод второго анода

расположен на конической части колбы и соединен с электронным прожек-

тором через внутреннее проводящее покрытие колбы, называемое аквада-

гом.

На наружной поверхности конуса колбы также имеется проводящее

покрытие, соединенное электрически с

шасси телевизора, Таким образом,

создается своеобразный конденсатор, обкладками которого являются внут-

реннее и наружное проводящие покрытия, а диэлектриком — стекло колбы.

Этот конденсатор осуществляет фильтрацию высоковольтного напряжения,

питающего второй анод кинескопа.

Переднее стекло конуса колбы является экраном. Экраны современ-

ных кинескопов имеют прямоугольную и не строго сферическую уплощен-

ную форму. Внутренняя поверхность

экрана покрыта люминофором, на ко-

торый наносится тонкая (0,05...0,5 мкм) алюминиевая пленка, соединенная

со вторым анодом через аквадаг. Эта пленка при потенциале второго анода

более 10 кВ прозрачна для электронов и в то же время как зеркало отражает

свечение люминофора в сторону зрителя, что повышает светоотдачу экрана.

Кроме того, алюминирование экрана предотвращает

появление на

нем ионного пятна — желтовато-черного пятна в центре, образующегося в

162

результате бомбардировки экрана отрицательными ионами, которые излу-

чаются катодом вместе с электронами. Ионы имеют значительно большую

массу, чем электроны, и поэтому магнитным полем практически не откло-

няются. Бомбардируя центральную часть экрана, они способны вызвать час-

тичное разрушение люминофора. Поскольку скорость движения тяжелых

ионов значительно меньше, чем электронов, алюминиевая пленка их не

про-

пускает к люминофору и тем самым предотвращает появление ионного пят-

на.

Рис. 3.10. Устройство черно-белого кинескопа

Алюминиевая пленка также способствует повышению контрастности

изображения, так как не пропускает излучаемый люминофором свет внутрь

колбы, иначе эти световые лучи, отразившись от стекла конуса, создавали

бы дополнительную засветку всего поля экрана (на рис. 3.10 показано штри-

ховыми линиями). Еще одной мерой, направленной на повышение контраст-

ности мелких деталей изображения, является изготовление передней

части

колбы из дымчатого стекла. При этом ослабляется ореол вокруг светящейся

точки. Из рис. 3.10 видно, что образование ореола обусловлено отражением

части светового потока, созданного светящейся точкой люминофора, от пе-

редней и задней поверхностей стекла экрана. Дымчатое стекло значительно

ослабляет световой поток, прошедший в его толще двойной путь.

Отклонение электронного луча,

центровка и коррекция формы рас-

тра. На горловину кинескопа надевается отклоняющая система, состоящая

из двух пар катушек специальной формы (рис. 3.11). Через катушки проте-

кают отклоняющие токи, вырабатываемые генераторами разверток. Поле од-

ной пары катушек отклоняет луч по горизонтали, а поле другой, одновре-

163

менно, по вертикали. В результате на экране кинескопа высвечивается пря-

моугольник, называемый растром. С отклоняющей системой обычно конст-

руктивно объединены два кольцевых постоянных магнита центровки растра

и два цилиндрических постоянных магнита коррекции формы растра.

Рис. 3.11. Отклоняющая система

Поле магнитов центровки подбирается так, чтобы растр располагался

симметрично относительно осей экрана. Поле магнитов коррекции компен-

сирует искривления границ растра, обусловленные неравномерностью маг-

нитных полей отклоняющих катушек и уплощенной формой экрана.

Алюминированный экран при всех своих положительных качествах

не терпит остановки электронного луча, т. е. прекращения процесса его от-

клонения. Если

это случается, то происходит так называемый «прожог» эк-

рана (на экране образуется темная точка или полоса). Для предотвращения

этого в телевизоре предусматриваются меры, обеспечивающие гашение

электронного луча при исчезновении отклоняющих магнитных полей.

3.2.2. Устройство и принцип работы кинескопа цветного

изображения с дельта-образным расположением

электронных прожекторов

Устройство такого кинескопа показано на

рис. 3.12. Его электронно-

оптическая система содержит три взаимонезависимых пентодных прожекто-

ра, расположенных дельта-образно (по углам равностороннего треугольни-

ка). Электронные лучи отклоняются общей отклоняющей системой. Алюми-

нированный люминофорный экран кинескопа представляет собой мозаику из

большого количества (до полутора миллионов) люминофорных точек трех

видов: под действием электронной бомбардировки одни светятся красным

цветом, другие — зеленым, третьи — синим.

164

Рис. 3.12. Устройство кинескопа цветного изображения с дельта-образным

расположением электронных прожекторов

Люминофорные точки чередуются в строго определенном порядке,

образуя триады, т. е. сочетания из трех точек разного вида, центры которых

располагаются по углам равностороннего треугольника. Если смотреть со

стороны электронных прожекторов, то «синяя» люминофорная точка триады

будет внизу, «красная» — вверху слева, а «зеленая» — вверху справа. Каж-

дый из трех электронных прожекторов кинескопа

должен возбуждать лю-

минофорные точки только одного вида («красные», «зеленые» или «синие»).

Прожектор, предназначенный для возбуждения «синих» люминофор-

ных точек, помещается в верхней части горловины кинескопа, «красных» —

внизу справа, «зеленых» — внизу слева.

Для того чтобы направить электронные лучи на соответствующие

люминофорные точки триады, расположенной в центре экрана кинескопа,

оси электронных

прожекторов наклонены под углом около 1° к оси кинеско-

па. При этом три луча пересекаются (сходятся) в некоторой точке Д (лежа-

щей на оси кинескопа и удаленной от экрана на расстояние ДД'), а затем

расходятся и попадают на «свои» люминофорные точки триады. В процессе

отклонения общей отклоняющей системой электронные лучи

будут переме-

щаться по экрану, и если не принять специальных мер, то каждый луч будет

возбуждать не только «свои», но и люминофорные точки двух других цве-

тов, что недопустимо. Для обеспечения воздействия электронных лучей

только на «свои» люминофорные точки, перед экраном (на расстоянии около

165

12 мм) устанавливается цветоуправляющая теневая маска — тонкая метал-

лическая диафрагма с круглыми отверстиями диаметром около 0,25 мм, на-

ходящимися против геометрических центров люминофорных триад. Теперь

электронные лучи, пересекаясь в плоскости теневой маски и проходя через

ее отверстия, будут попадать только на «свои» люминофорные точки каждой

триады. В промежутках между отверстиями маски путь

электронным лучам

к экрану преграждается, и тем самым предотвращается возможность возбу-

ждения лучом, например, «красного» прожектора «зеленых» и «синих» лю-

минофоров. Если два луча, например «зеленый» и «синий», погасить (т.е. за-

переть соответствующие прожекторы), то на экране образуется растр крас-

ного цвета. Аналогично на экране образуется растр зеленого или синего

цве-

та, если в первом случае погасить «красный» и «синий», а во втором —

«красный» и «зеленый» лучи.

Степень однородности свечения экрана в каждом отдельном (основ-

ном) цвете оценивается понятием чистоты цвета. Если на всей (или, по

крайней мере, на большей части) площади экрана красный, зеленый или си-

ний цвет

однороден, т. е. не имеет примеси других цветов, то чистота цвета

считается обеспеченной.

При одновременном воздействии на экран трех электронных лучей

глаз человека (в силу ограниченной разрешающей способности) восприни-

мает свечение трех люминофорных точек каждой триады в виде одного све-

тящегося пятна, имеющего цвет смеси основных цветов (R, G, В). Если

ин-

тенсивность свечения всех люминофорных точек примерно одинакова, то

цвет каждой триады, а следовательно, всего экрана будет белым. Обычно

интенсивность свечения «красных», «зеленых» и «синих» люминофорных

точек, при равных значениях возбуждающих их токов электронных лучей,

неодинакова. Поэтому для получения белого цвета приходится подбирать

соотношения между токами лучей отдельных прожекторов путем регули

ровки постоянных напряжений на их электродах. Эта операция называется

регулировкой баланса белого и является обязательной для каждого кинеско-

па, иначе правильное цветовоспроизведение не будет обеспечено.

Для получения на экране кинескопа цветного изображения необходимо

одновременно модулировать предварительно сбалансированные электрон-

ные лучи первичными цветовыми сигналами Е

, Е

и Е

, прикладывая их

между катодами и модуляторами соответствующих прожекторов. Если на

три электронных прожектора вместо сигналов цветности одновременно по-

дается сигнал яркости Е

(сигнал черно-белого телевидения), то на экране

кинескопа воспроизводится черно-белое изображение.

Собрать все элементы конструкции трубки с точностью, обеспечи-

вающей попадание пучков зерна «своего» люминофора в пределах одной и

той же триады в любой точке экрана, практически невозможно. Для коррек-

ции отклонения пучков на горловине кинескопа устанавливаются:

регулятор сведения

с магнитами для статического и электромагнитами

166

для динамического сведения пучков;

магниты регулировки чистоты цвета;

магнит бокового перемещения синего пучка.

Отклоняющую систему можно перемещать (по направляющим) вдоль

оси трубки.

3.2.3. Кинескоп с компланарным расположением прожекторов

Основными недостатками трехлучевого масочного кинескопа с распо-

ложением прожекторов в вершинах равностороннего треугольника являются

низкая прозрачность теневой маски и сложность системы динамического

сведения

электронных пучков. Компланарное расположение прожекторов в

горизонтальной плоскости в сочетании с использованием вертикального

штрихового экрана и щелевой маски имеет ряд преимуществ.

Три прожектора располагаются в горловине кинескопа в горизонталь-

ной плоскости. Ось среднего направлена вдоль оси кинескопа, два крайних

симметрично наклонены к ней. Для разделения цветов и обеспечения попа-

дания каждого

на полоски люминофора «своего» цвета используется щеле-

вая маска. Для придания механической прочности вертикальные прорези в

маске имеют горизонтальные перемычки. Через прорези пучки попадают на

экран, состоящий из чередующихся по цвету вертикальных полосок люми-

нофоров.

В такой конструкции:

облегчаются условия сведения пучков;

повышается яркость свечения экрана, поскольку щелевая маска имеет

большую прозрачность и допускает вертикальные смещения пучков;

улучшается чистота цвета поскольку технологические неточности из-

готовления кинескопа и отклоняющей системы, приводящие к вертикально-

му смещению пучков, не нарушают чистоты цвета;

уменьшается влияние магнитного поля Земли.

В дальнейшем был предложен так называемый метод самосведения.

Самосведение основывается на формировании неравномерных откло-

няющих полей, создаваемых

приданием соответствующей формы катушкам

ОС и перераспределением плотности витков в них. Оно оказалось возмож-

ным благодаря расположению всех трех прожекторов в горизонтальной

плоскости. Для совмещения вертикальных и горизонтальных линий изобра-

жения катушки вертикального и горизонтального отклонения должны созда-

вать магнитное поле специальной формы.

В системах с самосведением требуется строгая повторяемость

магнит-

ного поля ОС и конструктивных размеров кинескопа, минимальные допуски

на установку прожектора, размеры и положение его деталей. Для обеспече-

ния этих требований прожектор выполняется в виде единого узла. После

тщательной юстировки ОС на кинескопе, обеспечения самосведения и опти-

мальной чистоты цвета ОС приклеивается к кинескопу. Магниты чистоты

цвета, статического сведения

, а также схемы коррекции сведения (если тако-

167

вые имеются) фиксируются в оптимальных положениях и в процессе экс-

плуатации не регулируются. Оперативные элементы коррекции сведения от-

сутствуют.

3.3. Устройство и принцип работы жидкокристаллических

панелей

Первый рабочий жидкокристаллический (ЖК) дисплей был создан

Фергесоном (Fergason) в 1970 году. До этого жидкокристаллические устрой-

ства потребляли слишком много энергии, срок их службы был ограничен, а

контраст изображения был удручающим. На суд общественности новый ЖК

дисплей был представлен в 1971 году и получил горячее одобрение.

Жидкие кристаллы (Liquid Crystal) - это органические вещества, спо-

собные под напряжением изменять величину пропускаемого света. Жидкок-

ристаллический монитор представляет собой две стеклянных или пластико-

вых пластины, между которыми находится суспензия. Кристаллы в этой сус-

пензии

расположены параллельно по отношению друг к другу, тем самым

они позволяют свету проникать через панель. При подаче электрического

тока расположение кристаллов изменяется, и они начинают препятствовать

прохождению света. ЖК технология получила широкое распространение в

компьютерах и в проекционном оборудовании.

Первые жидкие кристаллы отличались своей нестабильностью и были

мало пригодными к

массовому производству. Реальное развитие ЖК техно-

логии началось с изобретением английскими учеными стабильного жидкого

кристалла - бифенила (Biphenyl). Жидкокристаллические дисплеи первого

поколения можно наблюдать в калькуляторах, электронных играх и в часах.

Современные ЖК мониторы также называют плоскими панелями, ак-

тивными матрицами двойного сканирования, тонкопленочными транзисто-

рами. Идея ЖК мониторов витала в воздухе более

30 лет, но проводившиеся

исследования не приводили к приемлемому результату, поэтому ЖК мони-

торы не завоевали репутации устройств, обеспечивающих хорошее качество

изображения. В настоящее время они стали популярны - имеют изящный

вид, компактны, экономичны.

Цены на ЖК мониторы постоянно падают, а они обеспечивают каче-

ственное контрастное, яркое, отчетливое изображение. Именно по этой

при-

чине пользователи переходят с традиционных электронно-лучевых трубок

(ЭЛТ) на жидкокристаллические мониторы. Раньше жидкокристаллические

технологии были медленнее (обладали большой инерционностью, особенно

заметной при просмотре динамических изображений), их уровень контраст-

ности был низок. Первые матричные технологии, так называемые пассивные

матрицы, вполне неплохо работали с текстовой информацией, но при резкой

смене

картинки на экране оставались так называемые "призраки". Поэтому

такого рода устройства не подходили для просмотра видеофильмов и игр.

Сегодня на пассивных матрицах работает большинство черно-белых порта-

168

тивных компьютеров, пейджеры и мобильные телефоны. Так как при ЖК

технологии каждый пиксель управляется отдельным транзистором, четкость

получаемого текста выше в сравнении с ЭЛТ монитором. В отличие от ЭЛТ

мониторов, у жидкокристаллической панели не может быть ни несведения

лучей, ни расфокусировки.

Существует два вида ЖК мониторов: DSTN (dual-scan twisted

nematic - кристаллические экраны с двойным

сканированием) и TFT (thin

film transistor - на тонкопленочных транзисторах), также их называют соот-

ветственно пассивными и активными матрицами. Такие мониторы состоят из

следующих слоев: поляризующего фильтра, стеклянного слоя, электрода,

слоя управления, жидких кристаллов, еще одного слоя управления, электро-

да, слоя стекла и поляризующего фильтра.

В первых компьютерах использовались восьмидюймовые (по диаго-

нали) пассивные черно-

белые матрицы. С переходом на технологию актив-

ных матриц размер экрана монитора стал больше. Практически все совре-

менные ЖК мониторы используют панели на тонкопленочных транзисторах,

обеспечивающих яркое, четкое изображение размера, значительно большего,

чем 8 дюймов.

Принцип работы ЖК монитора. Поперечное сечение панели на

тонкопленочных транзисторах представляет собой многослойный бутерброд.

Крайний слой любой

из сторон выполнен из стекла. Между этими слоями

расположен тонкопленочный транзистор, панель цветного фильтра, обеспе-

чивающая нужный цвет - красный, синий или зеленый, и слой жидких кри-

сталлов. Изнутри экран освещается флуоресцентной подсветкой.

При нормальных условиях, когда нет напряжения, жидкие кристаллы

находятся в аморфном состоянии. В этом состоянии жидкие кристаллы про-

пускают свет. С помощью электрического напряжения можно изменять ори-

ентацию кристаллов, а тем самым управлять количеством света, проходяще-

го через жидкие кристаллы.

Как и в традиционных электронно-лучевых трубках, пиксель в ЖК

мониторе формируется из трех участков - красного, зеленого и синего. А

различные цвета получаются в результате изменения величины соответст-

вующего

электрического заряда (что приводит к повороту кристалла и изме-

нению яркости проходящего светового потока).

TFT экран состоит из целой сетки таких пикселей, где работой каждо-

го цветового участка каждого пикселя управляет отдельный транзистор. Ко-

личество пикселей задает разрешение TFT монитора. Для нормального обес-

печения экранного разрешения 1024х768 (режим SVGA) монитор должен

располагать именно

таким количеством пикселей.

Основные отличия ЖК мониторов от ЭЛТ

Габариты. В традиционных электронно-лучевых мониторах формо-

образующим фактором был кинескоп. Его размер и форму нельзя было из-

менять, поэтому и сами ЭЛТ мониторы довольно громоздкие. Как ни стара-

169

ются производители выпускать так называемые укороченные кинескопы,

существенных изменений в этом направлении достичь вряд ли удастся. В

ЖК мониторах кинескопа нет, вместо них - компактная TFT-LCD матрица,

поэтому можно производить максимально компактные мониторы. Сравните

15-дюймовый ЭЛТ монитор весом 15 кг с жидкокристаллической панелью

глубиной (вместе с подставкой) менее 15 см и весом 5-6 кг…

Экономичность.

ЖК монитор потребляет мощность 15 - 30 Вт, тогда

как 17-дюймовый ЭЛТ монитор - порядка 80 - 130 Вт.

Большая видимая область экрана. Размер диагонали видимой об-

ласти ЖК монитора соответствует размеру его реальной диагонали. В ЭЛТ

мониторах реальная диагональ теряет за рамкой монитора около дюйма.

Сведение лучей. В жидкокристаллических мониторах каждый пик-

сель расположен в фиксированной матрице

и включается или выключается

отдельно, поэтому не возникает никаких проблем со сведением лучей, в от-

личие от ЭЛТ мониторов, где требуется безукоризненная работа электрон-

ных пушек. При этом ЖК мониторы обеспечивают в разрешении, совпа-

дающем с физическим разрешением матрицы, идеальную четкость изобра-

жения. Так, картинка 17-дюймового TFT монитора в разрешении 1280x1024

по

четкости превосходит изображение даже 19-дюймовых ЭЛТ мониторов,

для которых режим 1280x1024 считается оптимальным.

Отсутствие бликов. Коэффициент отражения света от поверхности

ЖК монитора в три и более раз меньше, чем от поверхности кинескопа с са-

мым совершенным на сегодняшний момент антибликовым покрытием (Sony

FD Trinitron, Mitsubishi Diamondtron NF). Соответственно, бликов на экране

ЖК монитора в несколько раз меньше.

Входной интерфейс. От стандартной видеокарты компьютера идет

аналоговый видеосигнал, хорошо "понятный" ЭЛТ мониторам, которые по

своей сути являются аналоговыми устройствами. ЖК мониторы принципи-

ально являются цифровыми устройствами (дискретный набор пикселей, дис-

кретное управление цветом и яркостью пикселя и т.д.). Поэтому, чтобы ана-

логовый сигнал стал "понятен" ЖК монитору, необходимо проводить

преоб-

разование аналогового сигнала в цифровой. Фактически, сначала видеокарта

кодирует цифровой сигнал от компьютера в аналоговый, затем передает его

монитору, который осуществляет обратное преобразование. При этом могут

возникать различные нежелательные артефакты. Чтобы избежать этого, про-

изводители сначала мониторов, а теперь уже и видеокарт, стали выпускать

видеокарты имеющие два выхода - аналоговый

и цифровой.

Разрешение. ЭЛТ мониторы могут работать на нескольких разреше-

ниях в полноэкранном режиме, тогда как ЖК монитор может работать толь-

ко с одним разрешением. Меньшие разрешения возможны лишь при исполь-

зовании части экрана. Так, например, на мониторе с разрешением 1024х768

при работе в разрешении 640х480 будет задействовано лишь 66% экрана.

Применение

же специальных функций "растягивания" изображения на весь

170

экран (поноэкранный режим работы) приводит к катастрофическому паде-

нию четкости и искажению изображения.

3.4. Формирование ВЧ телевизионного сигнала

Структурные схемы типовых трактов передачи сигналов ТВ вещания

приведены на рис. 3.13. Их основными звеньями являются: аппаратно-

студийный комплекс (АСК), телевизионные соединительные линии (ТВСЛ),

магистральные каналы ТВ вещания, сети распределения телевизионных про-

грамм (СРТП),

радиотелевизионные передающие станции (РТПС), приемные

телевизионные антенны (АТП) и телевизионные приемники (ТПр).

В состав магистрального канала входят радиорелейные станции

(РРЛС), кабельные или спутниковые линии связи, оконечные междугород-

ные телевизионные аппаратные. Последние располагаются в междугородних

телефонных станциях (МТС).

Передача сигналов ТВ вещания на большие расстояния осуществля-

ется с помощью широкополосных каналов

кабельных линий связи (КЛС), ра-

диорелейных (РРЛС) и спутниковых линий связи. Каналы ТВ должны орга-

низовываться так, чтобы высокое качество передачи достигалось при мини-

мальных затратах на оборудование и эксплуатацию.

АСК1 МТА

РТПС

ТВСЛ

АСК2 МТА

РТПС

ТВСЛ

СРТП

ТПр ТПр

ТПр

Рис. 3.13. Типовые тракты передачи изображения

Применительно к КЛС и РРЛС эти требования можно выполнить, ес-

ли ТВ сигналы передавать по линейным трактам систем передачи.

По КЛС сигналы изображения и сигналы звукового сопровождения в

системах передачи с частотным разделением каналов (например, в системах

К-1920 и К-3600) передаются по коаксиальному кабелю совместно с осталь-

ными сигналами (телефонными, телеграфными

, передачи данных и т.д.) в

общем линейном тракте.

На рис. 3.14 приведены эпюры преобразования спектров ТВ сигналов

изображения при передаче по коаксиальному кабелю применительно к сис-