Радио и телевидение?.. Это очень просто! - Евгений Айсберг

Какова форма токов, обеспечивающих развертку электронных лучей? Как получают такие токи? Каким образом электронные лучи в телевизионных приемниках синхронизируются с электронными лучами, пробегающими по передаваемому изображению? Все эти проблемы служат предметом настоящей беседы.

Отклонение пилообразным током

Незнайкин. — Теперь благодаря объяснениям твоего дядюшки я знаю, как устроены применяемые в телевизорах электронно-лучевые трубки. Я спрашиваю себя, какие же токи, протекая по отклоняющим катушкам, заставляют пятно пробегать по всем строкам кадра. Я даже занялся небольшими расчетами. В телевизоре моих родителей ширина экрана равна 50 см. Следовательно, каждый раз, проходя по одной строке туда и обратно, пятно совершает путь длиной 1 м. При 625 строках, обегаемых 25 раз в секунду, общий путь, проходимый за 1 с, составит 15625 м. При такой скорости наше пятно обежало бы весь земной экватор минут за сорок.

Любознайкин. — Ты учитывал среднюю скорость пятна. На самом же деле она немного ниже во время прохождения строки, а по завершении ее воспроизведения пятно возвращается к началу следующей строки со скоростью, в десяток раз большей.

Н. — Но тогда скорость достигает 150 км/с; фантастическая стремительность!.. При такой скорости наше пятно могло бы за 40 мин достичь Луны. Но вернемся на Землю. Какую форму должны иметь токи, чтобы, протекая по отклоняющим катушкам, они смогли обеспечивать постоянную скорость луча при просмотре строки, а затем такое быстрое возвращение назад? Или же, если отклонение осуществляется электрическими полями, какой формы должны быть напряжения, прикладываемые на отклоняющие пластины?

Л. — В обоих случаях для прохождения пятна по строке нужно иметь токи или напряжения, возрастающие линейно, т. е. пропорционально времени. Затем они очень быстро должны упасть до своего первоначального значения. Вот на этом рисунке воспроизведение строки происходит за отрезок времени t1, а возвращение пятна занимает время t2 (рис. 186).

Рис. 186. Форма напряжений, прилагаемых на отклоняющие пластины. Время t1 движения луча по строке значительно больше времени t2 затрачиваемого на его возвращение.

Н. — Эта форма напряжения похожа на зубья пилы.

Л. — Именно по этой причине говорят о пилообразных токах или напряжениях.

Основная схема развертки

Н. — А как создают, располагая лишь источником постоянного напряжения, токи или напряжения такой причудливой формы?

Л. — Существует множество разнообразных схем. Все они имеют один и тот же основной принцип: постепенный заряд конденсатора через резистор, а затем его быстрый разряд замыканием накоротко (рис. 187).

Рис. 187. Для получения напряжений пилообразной формы конденсатор С заряжают через резистор R, а затем разряжают, замыкая переключатель.

Н. — Действительно, на твоей схеме я вижу, что э.д.с. Е, заставляя ток проходить через резистор R, заряжает конденсатор С. При этом заряд конденсатора происходит, несомненно, замедленно.

Л. — Скорость заряда тем меньше, чем больше сопротивление резистора R и емкость конденсатора С. Чем выше сопротивление, тем большее противодействие прохождению тока оно оказывает, и чем больше емкость конденсатора, тем большее количество электронов нужно ввести в отрицательную обкладку и снять их с положительной. Вот почему при расчетах учитывают произведение RC, которое называют постоянной времени.

Н. — Я предполагаю, что в конце каждой строки замыкают изображенный на твоей схеме переключатель, что позволяет быстро разрядить конденсатор. И этот же процесс, но только с частотой 50 периодов в секунду, несомненно, применяется в схеме развертки полукадров.

Л. — Безусловно. Но ты, конечно, не сомневаешься, что в генераторах пилообразных сигналов используют не механический переключатель. Существует немало различных электронных способов, использующих для этой цели вакуумные или газонаполненные лампы или полупроводниковые приборы. Но прежде чем заняться изучением этих устройств, рассмотрим, какую форму имеют напряжения, которые наша схема развертки позволяет получить на выводах конденсатора.

Экспоненциальные кривые

Н. — А разве ты не сказал мне о необходимости иметь линейную зависимость напряжения?

Л. — В самом деле, это стремятся получить. Однако, к сожалению, заряд конденсатора через резистор не имеет желаемой формы. В начале заряда ток нарастает слишком быстро. Затем, по мере того как конденсатор заряжается и напряжение на его обкладках повышается, разность между э.д.с. Е и упомянутым напряжением сокращается. Это означает, что разность потенциалов между выводами резистора R убывает. Соответственно снижается и величина протекающего по нему тока.

Н. — Но при таком положении процесс никогда не закончится. Чем больше конденсатор зарядился, тем медленнее происходит дальнейшее накопление заряда.

Л. — Действительно, теоретически это должно продолжаться вечно. Зарядная кривая называется экспоненциальной (рис. 188), а формула, определяющая значение напряжения U в любой момент времени t, имеет вид:

Буквой е обозначают основание натуральных логарифмов. Запомни, что е приблизительно равно 2,718.

Рис. 188. Экспоненциальная кривая показывает нарастание напряжения U на выводах конденсатора, заряжаемого через резистор источником напряжения Е. Используется лишь небольшая часть кривой (t1), которая по своей форме приближается к отрезку прямой.

Н. — Я не очень силен в математике. Однако я заметил, что по истечении времени t = RC, т. е. постоянной времени, напряжение U достигает примерно 2/3Е.

Л. — Браво, Незнайкин! И если ты продолжишь свои вычисления, то увидишь, что каждый раз по истечении отрезка времени, равного постоянной времени, это напряжение возрастает на две трети разности между э.д.с. и ранее достигнутым напряжением.

Н. — Да, это все замедляющийся рост, который никогда не заканчивается, так как напряжение конденсатора никогда не достигнет полной величины Е. А если изменить форму этой кривой, чтобы получить прямую линию?

Л. — Ее можно было бы сделать менее изогнутой, подключив последовательно резистору R катушку индуктивности. Но так не делают. Решение проблемы заключается в том, что используют лишь начальный участок кривой, где она почти прямая.

Действие сигналов синхронизации

Н. — А что управляет возвращением пятна к началу строк или полукадров?

Л. — Сигнал синхронизации, который при передаче выдается в конце каждой строки и каждого полукадра. Этот сигнал вызывает очень быстрое падение сопротивления электронной лампы или полупроводникового прибора, которое шунтирует конденсатор.

Схема устроена так, что это снижение напряжения может происходить автоматически и повторяться периодически с частотой, чуть меньшей частоты смены строк или полукадров (рис. 189). Это означает, что сигналы синхронизации лишь ускоряют процесс, который все равно бы завершился.

Н. — Не можешь ли ты теперь сказать, как лампа может быстро снизить напряжение.

Рис. 189. Процесс синхронизации схемы развертки. Приходящие на сетку лампы положительные синхронизирующие импульсы вызывают преждевременный разряд конденсатора.

Ионизация тиратрона

Л. — Посмотри на схему, где изображен газонаполненный триод (рис. 190). Лампа эта наполнена нейтральным газом, таким как аргон, неон или гелий. Ее называют тиратроном. Как видишь, ее промежуток катод — анод включен параллельно конденсатору С, который заряжается через резистор R.

Рис. 190. Генератор пилообразных сигналов на тиратроне.