Посвящение в радиоэлектронику - Владимир Поляков

Устройство видикона.

Работает видикон так. Сканирующий электронный луч, попадая на элементарные конденсаторы мишени (смотри эквивалентную схему), доводит потенциал правой обкладки до потенциала катода. Конденсаторы при этом заряжаются напряжением 4-20 В, приложенным к полупрозрачной проводящей подложке мишени. Пока луч прочерчивает все строки кадра, каждая элементарная емкость разряжается через фотосопротивление.

Если данный участок мишени освещен, то его сопротивление мало и конденсатор разряжается быстро. Когда электронный луч попадет на этот конденсатор, он создаст большой ток зарядки. Если же освещенность мала, конденсатор почти не разряжается, и от луча почти не требуется тока для его зарядки. Ток заряда элементарных конденсаторов, протекая через нагрузочный резистор, создает на нем видеосигнал.

Принцип видикона.

Нам осталось выяснить, что же находится внутри передающей телевизионной камеры. Разумеется, оптическая система — объектив, а также передающая трубка с фокусирующей и отклоняющей системами, генераторы разверток. Кроме того, имеется предварительный видеоусилитель, повышающий уровень видеосигнала с 10…20 мВ, развиваемых передающей трубкой, до 0,1…0,3 В. Есть еще электронный видоискатель, попросту говоря, встроенный телевизор, показывающий оператору то, что попадает в кадр.

От телекамеры видеосигнал поступает в камерный канал, где содержатся усилители и корректоры телевизионного сигнала. На выходе каждого камерного канала имеются видеоконтрольные устройства, позволяющие режиссеру передачи «выбирать» нужную телекамеру. Далее к сигналу подмешиваются строчные и кадровые синхронизирующие импульсы, импульсы гашения луча во время обратного хода, образующие так называемую синхросмесь. Они создаются специальным синхрогенератором. Роль синхронизации в телевидении очень важна, ведь благодаря ей электронные лучи в передающей и во многих миллионах приемных трубок движутся строго одинаково. Если синхронизация нарушается, луч в приемной трубке — кинескопе — движется не так, как в передающей, и картинка искажается до неузнаваемости. Поэтому синхроимпульсы передаются в начале каждой строки и в начале каждого кадра. Они-то и запускают одновременно генераторы разверток и в передающей камере, и во множестве телевизоров, принимающих данную программу. После введения синхросмеси на выходе линейного усилителя формируется полный телевизионный сигнал, готовый для передачи в эфир. Он передается на телецентр, где модулирует радиопередатчик. Посмотрим, что происходит в телевизионном приемнике.

Принятый из эфира сигнал попадает в телевизионный приемник, усиливается, детектируется и выделяется в том виде, как он изображен на рисунке. Теперь он еще раз усиливается до амплитуды в несколько десятков вольт видеоусилителем и подается на управляющий электрод кинескопа, изменяя яркость свечения экрана. Одновременно из видеосигнала выделяются синхроимпульсы. Кадровый синхроимпульс имеет большую длительность, и по этому признаку его можно отделить от строчных. Синхроимпульсы управляют работой двух генераторов разверток: строчной и кадровой, формирующих растр. Вот, собственно, и все. Лучи в передающей и приемной трубках движутся по растру одинаково, и перед телезрителем появляется точно такое же изображение, как и перед телевизионной камерой на студии.

Как все? «А звук?» — спросит недоумевающий читатель. Звук передается по совершенно отдельному каналу с помощью частотной модуляции. Если любой радиовещательный частотно-модулированный (ЧМ) приемник перестроить на частоты телевизионных каналов, можно слушать звуковое сопровождение телепередач. Правда, это не очень интересно, ведь, как справедливо уже было замечено, лучше один раз увидеть, чем сто раз услышать.

Полезный видеосигнал.

Согласитесь, что очень удобно носить с собой в сумке с ремнем через плечо не кинокамеру, а легкую портативную телевизионную камеру, соединенную с легким портативным видеомагнитофоном, лежащим в той же сумке. Вы снимаете, точнее, записываете на магнитную ленту понравившийся сюжет, а затем дома, сидя в кресле, просматриваете запись на экране цветного телевизора. Не понравилась запись — можно стереть и записать что-нибудь другое.

Такие портативные телекамеры уже созданы, но у нас пока еще они не получили широкого распространения. Стационарные видеомагнитофоны сейчас имеются в продаже, хотя цены на них пока еще очень высоки. Да это и понятно: видеомагнитофон — достаточно сложный аппарат с трудоемкой в изготовлении прецизионной механической частью. Ведь полоса частот видеосигнала достигает 6 МГц, а при воспроизведении надо очень точно соблюсти временные соотношения в сигнале, чтобы не возникли геометрические искажения изображения.

Непосредственно записывать на ленту широкополосный сигнал трудно, так как пришлось бы вводить слишком сильную коррекцию АЧХ усилителей записи и воспроизведения. Кроме того, нестабильность прилегания ленты к головке привела бы к амплитудной модуляции сигнала — мерцанию яркости изображения. Поэтому в видеомагнитофонах используют частотную модуляцию и записывают на ленту ЧМ колебания, модулированные видеосигналом. Это снимает проблемы, связанные с паразитной АМ, поскольку воспроизводимый ЧМ сигнал перед демодуляцией ограничивается по уровню. В отечественной системе видеозаписи минимальному уровню видеосигнала (уровню белого) соответствует мгновенная частота ЧМ сигнала 4,4 МГц, а максимальному (уровню синхроимпульсов) 3 МГц.

Таким образом, девиация ЧМ сигнала составляет всего + 0,7 МГц. Тем не менее ширина спектра ЧМ сигнала получается гораздо больше из-за широкого спектра модулирующих видеочастот и достигает 6…8 МГц. Сигналы цветности при цветной видеозаписи записываются отдельно от сигнала яркости с использованием поднесущих частот 0,594 МГц (красная строка) и 0,75 МГц (синяя строка).

Для записи столь широкополосных сигналов относительная скорость движения головки и ленты должна быть очень высокой. При непосредственной записи на ленту шириной 6,25 мм (ленту выбирают максимально высокого качества) скорость ее устанавливают 1,5…3 м/с. Это почти в 50 раз выше скорости ленты в звукозаписывающих магнитофонах. Запись ведется на трех дорожках, отведенных для яркостного и двух цветоразностных сигналов.

При установке катушки с пленкой «другой стороной» три новые дорожки записываются на ленте в промежутках между тремя уже записанными. Ширина каждой из дорожек едва достигает 1 мм (при обычной стереозаписи звука на ширине ленты укладывается четыре звуковые дорожки). При прямой продольной видеозаписи полоса частот видеосигнала неизбежно сужается и качество изображения также несколько ухудшается.

Лучшие результаты дают видео магнитофоны с блоком вращающихся головок. В них пленка шириной 12,7 или даже 25,4 мм, протягивается относительно медленно около цилиндрического блока с закрепленными на нем несколькими головками. Блок быстро вращается, причем ось вращения наклонена относительно пленки. В результате рабочие зазоры головок «прочерчивают» на поверхности ленты наклонные строки. При скорости вращения блока с двумя головками 1500 об./мин или 25 об./с на одной строке умещается как раз один кадр телевизионного изображения. Это позволяет осуществить при воспроизведении интересный трюк, так называемый стоп-кадр. Если протяжку ленты выключить, то магнитная головка на вращающемся блоке будет прочерчивать все время одну и ту же строку. Изображение на телевизионном экране как бы замрет и будет оставаться неподвижным, пока снова не включат протяжку ленты.

Расположение дорожек на магнитной видеоленте.

Мы не будем подробно рассматривать конструкцию видеомагнитофона — она достаточно сложна. На входе устройства записи в нем имеются блоки разделения цветного телевизионного сигнала на яркостную и цветоразностные компоненты, которые затем модулируют по частоте вспомогательные генераторы. Сформированный ЧМ сигнал поступает на магнитную головку. При воспроизведении все эти операции выполняются в обратном порядке. Кроме того, в видеомагнитофоне имеется масса вспомогательных устройств, предназначенных для синхронизации, коррекции начала строки развертки, регулирования скорости протяжки ленты и вращения блока головок, и т. п. Много усилий предпринимается конструкторами и для максимального упрощения управления видеомагнитофоном. Не редкость уже сенсорные переключатели режима работы, электронные дисплеи, показывающие уровень записи и воспроизведения, количество израсходованной ленты, и многое другое. По общей сложности видеомагнитофон приближается к небольшой ЭВМ, и уже поговаривают о микропроцессорном управлении режимами его работы.