Телевидение как все начиналось и принципы работы

Последние два столетия характеризуются бурным прогрессом различных областей техники. Изобретение и развитие паровых двигателей, электрических машин, двигателей внутреннего сгорания, электроники позволили осуществить внедрение машин во все отрасли промышленности и сельского хозяйства. Новую эру знаменует собой овладение атомной энергией.

Техника глубоко вошла в быт. Широчайшие горизонты в развитии культуры открыло радио. Победоносно шествует телевидение — одно из наиболее интересных творений человеческого гения. Оно начинает проникать во многие области науки и техники. Недалеко то время, когда их дальнейшее развитие будет невозможным без телевидения так же, как оно невозможно сейчас без электричества, радио и электроники.

В программе КПСС говорится, что все районы страны получат хорошую и устойчивую связь и будут охвачены сетью взаимосвязанных телевизионных станций.

Телевидение, как наука о передаче изображений на расстояние, значительно старше своих «братьев» — радио и электроники — и существует уже около 100 лет. Однако, как отрасль техники современное высококачественное телевидение насчитывает немногим больше 20 лет. Объясняется это тем, что практическое осуществление давно известного принципа передачи движущихся изображений оказалось возможным лишь на определенной стадии развития радиотехники и особенно электроники.

Электрическая энергия является единственным видом энергии, которую человек умеет передавать на большие расстояния, даже когда между источником и приемником существуют какие-либо преграды. Поэтому любой другой вид энергии, который надо передать на большое расстояние, будь то энергия звука или световая энергия изображения, должен быть преобразован в электрический ток.

Передача звуковой энергии или световой энергии изображения осуществляется с помощью переменного тока, изменяющегося в соответствии с изменениями передаваемой энергии. Электрический ток может очень быстро изменяться по любому заданному закону и обладает той особенностью, что в каждое мгновение он имеет в какой-либо точке канала связи одно единственное значение.

В этом отношении переменный электрический ток очень сходен со звуком. Давление, создаваемое в данной точке пространства любым, самым сложным источником звука, например оркестром, может изменяться как угодно быстро и по сколь-угодно сложному закону, но в каждое мгновение оно имеет только одно значение. Поэтому преобразование звуковой энергии в электрическую — сравнительно простая задача, осуществляемая с помощью микрофона.

Значительно сложнее преобразование световой энергии изображения, особенно движущегося, в электрическую. Любое изображение состоит из большего или меньшего, в зависимости от его сложности, количества световых пятен различной формы и интенсивности. Форма и расположение пятен могут изменяться во времени, но в каждый данный момент они все существуют одновременно и не могут быть переданы с помощью одного какого-то значения тока. Для непосредственного преобразования световой энергии изображения в электрический ток потребовалось бы столько каналов связи, сколько имеется отдельных световых пятен на изображении. Естественно, что осуществить это практически невозможно.

Поэтому для передачи изображений как неподвижных (в фототелеграфии), так и движущихся (в телевидении) был применен принцип разложения изображения на элементы. Он состоит в том, что все изображение разбивается на небольшие участки. Чем меньше эти участки, тем больше мелких деталей можно передать, тем выше «четкость» изображения.

Световая энергия каждого элемента преобразуется в электрический ток, причем это преобразование происходит не одновременно, а последовательно во времени. Таким образом, возникает серия следующих друг за другом электрических импульсов, т. е. переменный электрический ток. Такой ток уже может быть передан по одному каналу связи (по одной паре проводов или по радио). В месте приема электрические импульсы преобразуются в световые. При этом все возникающие световые пятна размещаются в том же порядке, в каком они были расположены на самом изображении.

Но каким же образом можно увидеть изображение вместо возникающих один за другим световых импульсов, как бы правильно они ни были расположены?

Для получения слитного изображения на помощь технике приходит своеобразная особенность человеческого глаза. Зрительное ощущение благодаря инерционности зрения длится в среднем около 0,1 сек, как бы кратковременно ни было световое раздражение. Следовательно, если передать все элементы, на которые разложено изображение, за промежуток времени, не превышающий 1/10 доли секунды, то в момент, когда будет передаваться последний элемент изображения, световое ощущение от первого элемента еще не успеет исчезнуть. У зрителя создается впечатление, что все световые импульсы существуют одновременно, и поэтому он видит слитное изображение. Так как зрительное ощущение ослабевает с течением времени, то во избежание появления мерцания изображения необходимо все элементы одного изображения передавать за промежуток времени более короткий, чем время инерции глаза.

Этот промежуток времени должен быть тем меньшим, чем выше яркость изображения. В современных телевизорах яркость экрана такова, что мерцание исчезает, лишь когда время передачи всех элементов изображения, или, как говорят, время передачи одного кадра, не превосходит 1/50 сек. Важно отметить, что при этом передаются без искажения движения передаваемого объекта.

Естественно, что чем меньше время передачи одного кадра, тем больше возрастают скорость передачи телевизионного сигнала и сложность схемы телевизионного приемника, а следовательно, и его стоимость.

С целью снижения стоимости телевизора и сохранения немерцающего изображения прибегают к специальному типу передачи элементов изображения, называемому чересстрочной разверткой.

В телевизионном вещании элементы передаются (развертываются) по строкам, причем элементы в строке передаются слева направо. а строки сменяют друг друга сверху Ениз. Таким образом, порядок передачи элементов изображения соответствует порядку чтения книги. Однако при чересстрочной развертке порядок следования строк несколько сложнее. В каждом кадре передаются не все строки подряд, а через одну, причем если в одном из кадров были переданы нечетные строки, то в следующем передаются четные, заполняющие получившиеся промежутки, затем— опять нечетные и т. д. Таким образом, за каждую 1/50 сек передаются не все строки, а только половина. Благодаря инерции глаза зритель этого практически не замечает. Мерцание же изображения отсутствует, так как каждый полу кадр передается с достаточно большой скоростью.

Техника чересстрочной развертки, относительно проста. Необходимо лишь, чтобы число строк в кадре было нечетным и строго постоянным. При этом усложняется схема телевизионного передатчика, схема же телевизора существенно упрощается благодаря уменьшению полосы передаваемых частот в 2 раза.

След движения элемента изображения по строке каждый может наблюдать на экране телевизора.

Если подойти достаточно близко к экрану, легко обнаружить, что изображение состоит из тонких горизонтальных линий. Правда, заметить движение светового пятна невозможно из-за описанной выше инерционности зрения.

Следует упомянуть, что и современные телевизионные экраны обладают световой инерцией, помогающей восприятию изображения.

Число элементов, на которое разбивается все изображение, неодинаково в разных странах. В СССР принято разложение на 625 строк. Так как в строке около 900 элементов, все изображение разбивается на полмиллиона элементов (625×900), которые передаются 25 раз в секунду. Таким образом, общее число элементов, передаваемых в 1 сек, достигает огромной величины — около 14 миллионов!

Для передачи столь большого числа электрических импульсов необходимы весьма совершенные электронные лампы и радиотехнические приборы, причем передача по радио может быть осуществлена только на ультракоротких волнах. К этому следует добавить, что световая энергия одного элемента изображения составляет совершенно ничтожную величину так как общая энергия изображения распределяется между всеми его элементами). Поэтому для преобразования ее в электрическую энергию, требуются очень сложные вакуумные приборы. Именно этими обстоятельствами и объясняется сравнительно поздний расцвет техники телевидения.

Как уже упоминалось, световые элементы должны быть расположены на приемном конце в той же строгой последовательности, что и на передающем. В противном случае никакого изображения н* удастся воспроизвести.

Телевидение как все начиналось и принципы работы

Рис. 1. Чем меньше участки, на которые разбивается изображение, тем больше мелких деталей можно передать.

Требуемая последовательность достигается в телевизоре соответствующей настройкой двух генераторов: генератора строчной частоты, осуществляющего перемещение светового элемента по строке, и генератора кадровой частоты, задающего правильную последовательность строк.

Телевидение как все начиналось и принципы работы

Рис. 2. Передаваемое изображение 1 проектируется при помощи объектива 2 на мозаику 3 иконоскопа, находящегося в телевизионной камере. Разложение изображения производится электронным лучом 4, создаваемым электронным прожектором 5. Отклоняющая система 6 заставляет электронный луч обегать мозаику. Возникающие в цепи мозаики, сигнальной пластины 7 и коллектора 8 электрические сигналы подаются на усилитель.

Многие, вероятно, неоднократно убеждались в том, что в случае неправильной настройки этих генераторов (ручки настройки которых имеются в каждом телевизоре) либо изображение перемещается вверх или вниз, либо вместо изображения на экране наблюдаются наклонные линии, а то и просто хаотическое нагромождение непрерывно перемещающихся черных пятен. Это означает, что нарушена синхронизация, т. е. строго согласованное во времени движение двух элементов на передающем и приемном концах.

Для преобразования световой энергии в электрическую используется явление фотоэффекта, наблюдаемое у некоторых металлов и заключающееся в том, что свет, попадая на их поверхность, увеличивает энергию всегда имеющихся свободных электронов, в результате чего они приобретают большие скорости и могут покинуть металл. Если поместить металлическую поверхность в вакуум, то освободившиеся электроны можно собрать на другой металлической поверхности, так что между ними возникает ток, пропорциональный величине световой энергии.

Теперь расскажем коротко об устройстве иконоскопа — простейшей передающей трубки (в настоящее время применяются более сложные передающие трубки). В стеклянном цилиндрическом баллоне, из которого удален воздух, помещен светочувствительный слой, нанесенный на изоляционную пластинку.

Этот слой, называемый мозаикой, состоит из множества мельчайших, изолированных друг от друга светочувствительных зерен. С противоположной стороны изоляционной пластинки нанесен металлический слой, называемый сигнальной пластинкой.

На мозаику с помощью фотографического объектива проектируется изображение. Световая энергия изображения выбивает из светочувствительных зерен мозаики электроны, которые попадают на коллектор, -нанесенный на внутреннюю поверхность баллона. Элементы мозаики теряют тем больше электронов, чем больше световой энергии попадает на них. В результате на мозаике образуется «электрический рельеф», в точности повторяющий распределение света и тени на изображении. В горловине цилиндрической колбы расположен «электронный прожектор» («электронная пушка»)—устройство, формирующее тонкий пучок электронов, летящих с большой скоростью на мозаику.

Чтобы электронный пучок обегал мозаику по строкам по всей ее поверхности, имеется отклоняющая система, расположенная на горловине. Когда электронный пучок попадает на какое-нибудь место мозаики, он восстанавливает на нем все электроны, потерянные в результате воздействия световой энергии. При этом в цепи, состоящей из сигнальной пластинки, мозаики и коллектора, возникает импульс тока, тем больший, чем больше было потеряно в данной точке электронов, и, следовательно, чем ярче было освещено это место. Таким образом, в цепи сигнальной пластинки возникает переменный электрический ток; он усиливается, затем к нему добавляются специальные сигналы, необходимые для получения синхронного движения светового пятна в приемнике. Наконец, ток преобразуется в радиопередатчике таким образом, чтобы он мог попасть в антенну телезрителя в виде электромагнитных колебаний.

Обратное преобразование электрической энергии в световую и, следовательно, восстановление изображения происходят в приемной трубке — кинескопе (расположен в телевизоре), который устроен следующим образом.

Из конической колбы, дно которой покрыто люминофором — веществом, способным светиться под воздействием попадающих на него быстрых электронов, откачан воздух. В цилиндрической горловине, как и в иконоскопе, помещен электронный прожектор. Создаваемый им электронный пучок под действием отклоняющей системы чертит на люминофоре строки.

Телевидение как все начиналось и принципы работы

Рис. 3. Световая энергия изображения преобразовывается в телевизионной камере в электрические сигналы, которые из аппаратной студии поступают в радиопередатчик. Ультракороткие волны, излучаемые антенной телевизионного центра, принимаются антенной телевизора. Преобразование электрических сигналов в изображение осуществляется в кинескопе, дно которого, покрытое люминесцентным слоем, является экраном телевизора.

Телевидение как все начиналось и принципы работы

Рис. 4. Передача из Большой студии Московского телевизионного центра. Выступает хореографический танцевальный ансамбль Березка.

Принятый антенной телевизионный сигнал преобразуется и усиливается, после чего он подается на один из электродов электронного прожектора, называемый управляющим. Назначение этого электрода — изменять интенсивность электронного пучка пропорционально интенсивности подаваемого на него сигнала. Так как люминофор светится тем сильнее, чем интенсивнее электронный пучок, а движение электронного пучка строго синхронно с движением электронного пучка в передающей трубке, распределение света и тени на люминофоре оказывается таким же, как на мозаике иконоскопа. На люминофоре возникает то же изображение, что и на мозаике.

Кроме усилителя, в телевизоре имеются специальные генераторы для питания отклоняющей системы током требуемой формы, устройство для синхронизации этих генераторов и, следовательно, движения электронного луча, источники питания и другие вспомогательные устройства.

Несмотря на значительные успехи, достигнутые за последние годы в области телевидения, передаваемые изображения не лишены ряда недостатков. Но телевизионная техника интенсивно совершенствуется и развивается, что, несомненно, приведет к значительному повышению качества изображений.
Для того, чтобы узнать больше, советую посетить форум радиоэлектроники!

Оставить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *