Устройство цветных кинескопов. Принципы построения системы SECAM
Содержание
Введение
1. Устройство цветных кинескопов
2. Принципы построения системы SECAM
Список источников
Введение
Все, что мы видим вокруг себя, на самом деле представляет собой ничто иное, как отраженные от окружающих нас предметов лучи света. Именно поэтому, находясь в абсолютно темной комнате, где световые лучи отсутствуют, мы ничего не видим. Отраженный от предмета свет, определенной окраски (спектра) и интенсивности, несет информацию о нем. Эту информацию можно представлять и передавать в виде электрических сигналов на большие расстояния, так же, например, как звук, в виде радиосигналов. Именно эта идея явилась основой для создания телевидения.
Ну, со звуком понятно: достаточно получить при помощи микрофона электрический сигнал, пропорциональный изменению давления созданного звуком, передать с помощью радиоволн, а затем, принять, усилить этот сигнал, и воспроизвести, например, с помощью динамика. А как же быть с изображением? Ведь оно образуется из множества отраженных лучей с различными спектрами и интенсивностями. Здесь одним простым сигналом не обойдешься. Возникла идея представить изображение в виде достаточно тонких полосок и последовательно передавать их с помощью электрического сигнала, а затем опять “собрать” эти полоски в цельную картинку. Именно таким образом изображение объекта съемки разлагается в видеокамере на узкие горизонтальные полоски – строки. В зависимости от используемого телевизионного стандарта, строк может быть от нескольких сотен до тысячи и более. При использовании большего количества строк увеличивается четкость передаваемого изображения по вертикали.
1. Устройство цветных кинескопов
Наиболее широко распространенным в приемниках цветного телевидения в наши дни является трехлучевой кинескоп с теневой (цветоделительной) маской. Упрощенный эскиз и схема прибора даны на рис. 1. В колбе кинескопа, сохранившей в основном конфигурацию колбы черно-белого кинескопа, располагаются три электронных прожектора (1), формирующих три электронных луча (2) в соответствие с тремя основными цветами R, G и B. В состав каждого прожектора входят подогреватель (3), катод (4), модулятор (управляющий электрод) (5), ускоряющий электрод (6), фокусирующий электрод (7), анод (8). Общей для всех трех лучей является отклоняющая система (9), содержащая две строчных и две кадровых отклоняющих катушки. Блок полюсных наконечников (10) является частью системы радиального сведения лучей.
п
Рисунок 1
Катоды, модуляторы, ускоряющие электроды каждого прожектора имеют независимые выводы на цоколе кинескопа. Все три фокусирующих электрода соединены внутри колбы вместе и имеют общий вывод на цоколе трубки. Анод является также общим для всех прожекторов. Он состоит из графитового покрытия на стекле колбы внутри раструба и передней части горловины, а также соединенных с этим покрытием трех цилиндров а , б и в.
Экран кинескопа (12) состоит из отдельных точек (элементов) трех видов. Точки одной группы способны при бомбардировке электронами светиться красным светом, точки другой – зеленым, а третьей – синим. В отечественном телевидении число элементов разложения составляет около полумиллиона. Таким образом, на экране цветного кинескопа имеется около 500 тыс. “красных”, 500 тыс. “зеленых” и 500 тыс. “синих” точек люминофора – всего не менее полутора миллионов.
Точки люминофора располагаются строго регулярно, образуя так называемые триады. В каждую триаду входит по одной красной, зеленой и синей точке, расположенных по углам равностороннего треугольника. Несоблюдение необходимой точности расположения точек люминофора, даже их небольшое смещение в сторону от заданного положения на экране, неизбежно приведет к искажению цветовоспроизведения.
Перед экраном помешается цветоделительная маска (11) (рис. 1). Ее назначение – обеспечить прохождение лучей только на свои группы люминофорных точек. Маска обеспечивает, например, попадание красного электронного луча только на красные люминофорные точки и препятствует попаданию этого луча на зеленые и синие точки. Так же обстоит дело и с двумя другими лучами.
Рисунок 2
Принцип действия маски поясняется на рис. 2. Маска представляет собой тонкий стальной лист (толщина примерно 0,15 мм) со множеством круглых регулярно расположенных отверстий (их диаметр в среднем 0,3 мм), причем их число равно числу элементов разложения (не менее 500 тыс. отверстий). Электронная оптика трубки устроена так, чтобы обеспечить схождение (сведение) всех трех лучей в общей точке на поверхности маски. С этой целью, в частности, в кинескопе катоды всех трех электронных прожекторов располагаются под взаимными углами в 120° в плоскости, перпендикулярной оси трубки. Оси симметрии прожекторов имеют по отношению к оси трубки наклон 1° (с точностью не ниже 2').
В отрегулированном кинескопе при наличии строчной и кадровой разверток все три луча вместе должны проходить через одно и то же очередное отверстие. Это условие должно выполняться как в центральной, так и в периферической областях маски. После прохождения сквозь отверстия лучи расходятся, попадая каждый на свою точку люминофора. Если бы маска отсутствовала, каждый из лучей, двигаясь по строкам и кадрам, возбуждал бы кроме своих и точки двух других люминофоров. Маска препятствует попаданию электронных лучей не на свои люминофорные точки. На рис. 3 для простоты изображен только один, например зеленый, луч в пяти промежуточных положениях: а, б, в, г и д. Когда под воздействием отклоняющего ноля электронный луч сходит с люминофорной точки (G, участок маски АБ закрывает точки В и R от попадания на них зеленого луча. Такая же картина происходит и с двумя другими лучами, проникающими через отверстия маски на свои точки люминофора. Поэтому маска и называется теневой.
Рисунок 3
В цветных кинескопах последних лет отверстия в маске делаются не цилиндрическими, а коническими (рис. 4). Было установлено, что цилиндрическая форма отверстий приводит к снижению контрастности изображения, нарушению правильности цветовоспроизведения. На рис. 4а часть электронного луча abc, попадая на край отверстия, отражается в сторону, попадая на несоответствующие этому лучу элементы люминофора. При конической форме отверстий, имеющих больший диаметр, обращенный к экрану, подобное отражение отсутствует (рис. 4б). Меньший диаметр отверстия равен приблизительно 0,25 мм, а больший – 0,33 мм.
Рисунок 4
Наличие трех электронных прожекторов теневой, цветоделительной маски, мозаичного экрана делает цветной кинескоп значительно более сложным по сравнению с черно-белым. Важно подчеркнуть, что установка этих составных частей внутри колбы кинескопа для получения хорошего, неискаженного цветного изображения должна быть весьма точной. Тем не менее, даже в кинескопе с тщательно выполненной внутренней арматурой без дополнительных мер не удается получить правильного воспроизведения цветов. Во-первых, из-за расхождения электронных лучей при их отклонении по строкам и кадрам, приводящего к рассовмещению цветных линий на изображении, без принятия соответствующих мер лучи, отклоненные на края растра, не сходятся в одной точке, в одном отверстии маски. Во-вторых, из-за нарушения так называемой “чистоты цвета”, заключающейся в том, что даже при наличии только одного луча, например красного (два других луча отключены), весь светящийся экран – растр – не будет равномерно окрашен красным цветом. Обычно в этом случае на экране появляются пятна других цветов – синего, зеленого. В-третьих, при хорошем наложении совмещений двух цветных изображений, например красного и зеленого, синее изображение может оказаться сдвинутым.
Однако даже при хорошем совмещении всех трех изображений полное изображение сопровождается геометрическими искажениями, проявляющимися обычно в том, что вместо прямоугольной формы растр приобретает форму “подушки”, т. е. углы этого растра оказываются вытянутыми, а его вертикальные и горизонтальные края – изогнутыми внутрь.
Для устранения указанных недостатков при работе масочного трехлучевого кинескопа неизбежно приходится принимать дополнительные меры, сложные как в конструктивном, так и в схемном отношениях. С этой целью снаружи цветного кинескопа, на его горловине укрепляются дополнительные устройства (рис. 1а): электромагниты (13), служащие для обеспечения сходимости лучей на всей поверхности маски, магниты чистоты цвета (14), магнит горизонтального перемещения “синего” луча (15).
2. Принципы построения
системы SECAM
Разработка системы SECAM была начата во Франции в 1953 г. инженером Анри де Франсом. Дальнейшие работы, проводимые во Франции, а с 1965г. совместные работы французских и советских специалистов были направлены на доработку системы и оптимизацию ее параметров. В результате была создана система цветного телевидения SECAM, параметры которой в 1974г. были в СССР стандартизированы (ГОСТ 19432 – 74 "Телевидение цветное. Основные параметры системы телевизионного вещания"). Цветное телевизионное вещание по системе SECAM началось в СССР 1 октября 1976г. Кроме СССР и Франции, система SECAM принята для вещания в ГДР, ЧССР, НБР, ВНР, в ряде стран Северной Африки. Название системы SECAM произошло от французских слов Sequence de Coleurs Avec Memoire – поочередность цветов с памятью.
Рис. 5 – Получение одновременных сигналов с помощью линии задержки.
Возможность поочередной передачи цветовых сигналов основывается на особенностях зрительного аппарата человека, позволяющего воспринимать полосу частот сигнала цветности приблизительно до 1,5 МГц. Так как наименьшие по размеру детали передаются сигналами с граничными частотами спектра, составляющими 6-6,5 МГц (сигнал ЕY), то окрашенные детали будут иметь размер вдоль строки (6МГц/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. На этом основан принцип поочередной передачи цветоразностных сигналов в системе SECAM. В системе SECAM из сигналов, поступающих с цветной телевизионной камеры, ЕR, ЕG и ЕB формируются сигналы ЕY, ЕR-Y и ЕB-Y. Эти сигналы формируются непрерывно кодирующей матрицей, т.е. существуют одновременно. Сигнал ЕY передается непрерывно, как в черно-белом телевидении, а сигналы ЕR-Y и ЕB-Y передаются поочередно: в течении одной строки – сигнал ЕR-Y, в течении следующей – ЕB-Y и т.д. Таким образом, для передачи используется только часть информации, выдаваемой цветной камерой. Половина строк растра представлена в цветовом сигнале компонентой ЕR-Y и половина – ЕB-Y. Иными словами, для сигналов цветности развертка в полном кадре будет содержать вдвое меньше число строк, что приведет к соответствующему увеличению размеров окрашенных деталей по вертикали. Однако общая четкость изображения в вертикальном направлении сохранится, так как сигнал ЕY передается в полном спектре. В приемнике цветного изображения на модуляторы кинескопа необходимо подавать одновременно три сигнала ЕR-Y, ЕB-Y и ЕG-Y. Для получения непрерывной последовательности сигналов ЕR-Y и ЕB-Y и формирования с помощью матрицы третьего цветоразностного сигнала ЕG-Y в приемнике SECAM, используется ячейка памяти – линия задержки со временем задержки на одну строку tзад = Тстр = 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 ЕR-Y и ЕB-Y с помощью линии задержки поясняется рис. 5. Так как сигналы цветности передаются поочередно через одну строку, а задержка линии равна длительности одной строки, сигналы цветности на входе и выходе линии оказываются разными, т.е. если в данный момент на входе имеется сигнал ЕR-Y, то на выходе ЕB-Y. Таким образом, линия задержки дает возможность всегда иметь одновременно оба сигнала цветности. При этом, однако, предполагается, что в пропущенных строках цветовой сигнал практически не отличается от сигнала соседних. После восстановления непрерывности сигналов ЕR-Y и ЕB-Y можно получить с помощью матрицы сигнал ЕG-Y. Как видно из рис.5, сигналы ЕR-Y и ЕB-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 ЕR-Y, а на вход канала B-Y – сигнал ЕB-Y. Для переключения сигналов в приемнике SECAM используется электронный коммутатор. Принцип построения системы SECAM в упрощенном виде поясняется структурными схемами передающей и приемной части, показанными на рис. 6. Сигналы ЕR, ЕG и ЕB, полученные с помощью трех передающих трубок в камере, усиливаются и поступают на матрицу, где формируются сигналы ЕY, ЕR-Y и ЕB-Y. С помощью электронного коммутатора, переключающегося после каждой строки, формируется последовательность чередующихся цветоразностных сигналов. Сигналы ЕR-Y и ЕB-Y по очереди управляют частотой генератора поднесущей. Полученный ЧМ сигнал в блоке сложения смешивается с сигналом ЕY и образуется полный цветовой сигнал. В телевизоре необходимо из принятого цветового сигнала сформировать цветоразностные сигналы ЕR-Y, ЕB-Y и ЕG-Y. Полный сигнал, содержащий информацию о яркости, и сигнала цветности, передаваемые с помощью поднесущей, имеются на выходе видеоусилителя (рис. 6 б). С выхода видеоусилителя через полосовой фильтр этот сигнал поступает на вход линии задержки и на электронный коммутатор.
Рис.6 – Пояснение принципа передачи сигналов в системе SECAM.
Упрощенная функциональная схема кодирующего (а) и декодирующего (б) устройства системы SECAM
Электронный коммутатор имеет четыре входа и два 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 видеоусилителя поступает сигнал ЕB-Y, то переключатели находятся в верхнем положении, как показано на рис. 6 б. В этом случае сигнал ЕB-Y поступает со входа (3) на выходной зажим (6) и детектор B-Y. Сигнал ЕR-Y, передаваемый в течении предыдущей строки, берется с выхода линии задержки и поступает на детектор R-Y со входа (1). В течении 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 B-Y и R-Y поступают следующим образом. Сигнал ЕR-Y, который теперь имеется на выходе видеоусилителя (т.е. на входе линии задержки), через замкнутые контакты 2-5 поступает на детектор R-Y. Сигнал ЕB-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 ЕG-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 fстр/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 необходима для правильного приема цветовых сигналов. Синхронизация генераторов строчной и кадровой разверток в цветном телевизоре осуществляется с помощью строчных и кадровых синхроимпульсов так же, как в приемнике черно-белого телевидения. Сигнал, устанавливающий фазу работы электронного коммутатора, называется сигналом цветовой синхронизации.
Список источников:
1. http://www.do.sssu.ru/virt/library/uchebnik/tv/colkin.html
2. http://www.era.ru
3. http://www.vlink.kharkov.ua/~on/tv/index.shtml
4. http://www.cctvfocus.ru
