Посвящение в радиоэлектронику - Владимир Поляков

Передавать все четыре сигнала (яркости и три цветоразностных) нет необходимого, поскольку третий сигнал цветности можно сформировать в телевизоре из сигналов ER-Y и EВ-Y. Это делается в так называемом матричном устройстве, в котором в определенной пропорции складываются принятые сигналы ER-Y и EВ-Y. В результате получается сигнал — EG-Y, у которого остается лишь инвертировать полярность, чтобы получить третий цветоразностный сигнал EG-Y. Затем из имеющихся трех сигналов вычитается яркостный сигнал EY и образуются исходные цветовые сигналы ЕR, ЕG и FB. Они и подаются на управляющие электроды кинескопа.

Матричное устройство можно выполнить на резисторах, операционных усилителях или специальных микросхемах. В ряде моделей телевизоров матрицирование осуществляют в самом кинескопе, подавая три цветоразностных сигнала на управляющие электроды трех электронных «прожекторов» кинескопа, а яркостный сигнал — на его общий катод. При этом повышение потенциала управляющих электродов увеличивает ток лучей, а повышение потенциала катода — уменьшает. Соответственно изменяется и яркость свечения экрана. Это как раз и соответствует «вычитанию» яркостного сигнала.

Таким образом, необходимо передавать, кроме яркостного лишь два сигнала цветности. Любопытно, что для их передачи используется та же самая полоса частот, что и для сигнала яркости, и полная полоса цветного телевизионного сигнала получается не шире, чем черно-белого. Вот как это делается.

Система цветного телевидения SECAM (передающая часть):

1 — телекамера; 2 — матрица; 3 — синхронизатор; 4 — смеситель яркостного и синхронизирующих сигналов; 5 — электронный коммутатор; 6 — фильтр нижних частот; 7 — блок предыскажений; 8 — ограничитель; 9 — частотный модулятор: 10 — генератор цветовой поднесущей; 11 — фильтр; 12 — линия задержки; 13 — смеситель

Система цветного телевидения SЕCAM (приемная часть):

1 — приемник; 2 — фильтр сигнала; 3 — линия задержки; 4 — фильтр цветоразностных сигналов; 5 — фильтр R-Y и B-Y; 6 — линия задержки; 7 — электронный коммутатор; 8 — амплитудный селектор; 9 — частотный детектор сигнала R-Y; 10 — частотный детектор сигнала B-Y; 11,12 — корректирующий блок; 13 — матрица; 14 — кинескоп

Давно замечено, что восприимчивость человеческого глаза к окраске деталей изображения зависит от размеров этих деталей. С их уменьшением восприимчивость цвета резко падает, и мелкие детали цветного изображения воспринимаются как черно-белые. Следовательно, с высокой четкостью необходимо передавать лишь черно-белую структуру изображения, которой соответствует яркостный канал. Цветоразностные каналы высокой четкости не требуют, поэтому они могут занимать гораздо более узкую полосу частот. Ведь, как мы помним, чем выше четкость изображения, т. е. чем на большее число элементов разбивается изображение, тем шире требуемая полоса частот для передачи изображения. В системе SECAM полоса частот, в которой передаются сигналы цветности, не превосходит 1… 1,5 МГц, что в 4 раза меньше полосы частот канала яркости (6 МГц). Сигналы цветности передаются на вспомогательных цветовых поднесущих 4,25 и 4,406 МГц. Цветовые поднесущие оказываются в спектре видеосигнала яркости.

Не мешает ли это смотреть передачу? Оказывается, не мешает. Когда луч развертывает строку, его яркость изменяется в небольших пределах с частотой цветовой поднесущей. В результате строка становится как бы пунктирной — яркие участки на ней чередуются с темными. Но поскольку структура этих участков мелкая, то глаз ее не замечает, точно так же, как он не замечает строчную структуру растра, если, конечно, не сидеть слишком близко к экрану.

Цветовые поднесущие модулируются сигналами цветности по частоте, причем девиация выбирается не слишком большой: не более 0,5 МГц. Таким образом, весь спектр сигналов цветности занимает лишь верхнюю часть спектра сигнала яркости. Кстати, догадайтесь теперь, как, глядя на экран черно-белого телевизора, определить, идет ли цветная передача? Догадались? Очень просто: структура изображения при близком рассмотрении его оказывается точечной — это «работают» цветовые поднесущие, модулируя яркость луча.

Итак, в цветном телевизоре нужен новый блок — блок цветности. В этом блоке выделяются цветовые поднесущие, детектируются, а из продетектированных сигналов получаются с помощью матричной схемы сигналы цветности ЕR, ЕG и ЕB. Внимательный читатель может задать вопрос: «Не мешают ли две цветовые поднесущие друг другу, ведь их частоты расположены близко и между ними могут возникнуть биения?». Это действительно может быть, но проблему решили просто. Сигналы цветности передают через строку: в течение одной строки — сигнал ER-Y, а в течение другой — EВ-Y. Это вполне оправдано, ведь четкость цветовой картинки невысока. Для компенсации запаздывания цветоразностного сигнала вводят специальную линию задержки на время, равное времени передачи одной строки — 64 мкс. Существует еще одна проблема. Время задержки сигнала в цепях телевизионного приемника, как впрочем и любого другого устройства, обратно пропорционально полосе пропускания. Следовательно, широкополосный сигнал яркостного канала проходит через цепи приемника быстрее, чем сравнительно узкополосные сигналы яркости. Если задержку сигналов яркости не скомпенсировать, то на экране цветного телевизора можно увидеть довольно любопытные эпизоды.

Например, ярко-рыжий лев прыгнул из одного угла экрана в другой, но прыгнул черно-белым, а его ярко-рыжая шевелюра прыгнула вслед за ним с некоторым опозданием! Я немного утрирую, но «смазывание» цветов на движущемся изображении будет заметным. Для компенсации этого явления в канал яркости цветного телевизора вводят еще одну линию задержки. Тем не менее «смазывание» цветов на быстро движущихся изображениях иногда все-таки бывает заметно.

Ну вот, мы и рассмотрели отличия в структурной схеме цветного телевизора. Сейчас самое главное — устройство цветного кинескопа, поскольку именно он окончательно формирует цветное изображение. Цветные кинескопы в их современном виде появились после того, как были разработаны люминофоры, светящиеся под ударами электронов красным, синим и зеленым цветами. Цветной кинескоп имеет три катода и соответственно три электронных прожектора. Сфокусированные ими три электронных луча направляются на экран под некоторым утлом друг к другу.

Устройство цветного кинескопа.

А теперь, уважаемый читатель, позвольте спросить вас, зачем нужны маски? Да, да, маски! Для маскарада, разумеется! Маска оказалась нужна в цветном кинескопе! Она представляет собой тонкий металлический лист, установленный перед самым экраном. В маске имеются отверстия диаметром 0,25 мм. Число их огромно: 550000. Но это еще не самое удивительное. Люминофор черно-белой трубки чрезвычайно прост. Он нанесен внутри на экран, и все. А вот люминофор цветного кинескопа выполнен в виде мозаики из более чем полутора миллионов зернышек люминофоров красного, зеленого и синего свечения (R, С, В), причем расположены эти зернышки в строгом порядке позади отверстий маски. Представляете, какая нужна точность при изготовлении масочного цветного кинескопа!

Три луча от трех «прожекторов» направлены под некоторым углом друг к другу. Пройдя сквозь отверстие в маске, они попадают как раз на три зернышка люминофора. То же повторяется, когда лучи при развертке переместятся к соседнему отверстию. И так далее. В результате каждый из лучей вызывает свечение экрана только своим, определенным цветом. Сигнал яркостного канала из приемника подается на все три катода кинескопа и модулирует яркость всех трех лучей. Так формируется черно-белое изображение. А сигналы цветности из блока цветности подаются на управляющие электроды (сетки) трех электронных прожекторов и как бы «раскрашивают» изображение.

Масочный кинескоп.

Надо отметить, что масочный цветной кинескоп отнюдь не последнее слово телевизионной техники. У него много недостатков, и самый главный из них — недостаточная яркость и сочность цветов изображения. Ведь площадь отверстий маски мала по сравнению с площадью всего экрана, поэтому значительная часть тока лучей «съедается» маской и лишь небольшая часть электронов достигает экрана. В результате нужны высокие ускоряющие напряжения (25 кВ), большие токи лучей (по 0,3…0,4 мА на каждый), что требует мощного высоковольтного выпрямителя и мощных блоков развертки.