Посвящение в радиоэлектронику

Поляков Влад

Впечатление от первых телевизионных опытов было огромным. Представьте себе большой корпус (ящик, как тогда говорили) с экранчиком величиной со спичечную коробку. Включили. Взревел мотор, набирая обороты, гудение стало выше тоном, и вот уже, набрав номинальные обороты, высоко запел мотор и зашелестел быстро вращающийся диск. Вы с волнением прильнули глазом к оранжевому окошечку — экрану. Сначала вы ничего не различаете, кроме мелькающих полос: это мотор еще не вошел в синхронизм — в ряде приемников синхронизма добивались вручную, нажимая пальцем на вращающийся диск сквозь специальное окошко в корпусе.

Затем движение полос замедляется, останавливается и вы различаете какую-то

смутную тень — человека! Он шагнул, поднял руку. Вы все видите. Это ли не чудо?! Вероятно, так и воспринимались первые телевизионные передачи из Москвы в конце 30-х годов. Вы удивитесь, вероятно, если узнаете, что велись они на длинных волнах и принимать телепередачи можно было за многие сотни, а то и тысячи километров. «Но как же это возможно?» — спросите вы. Чтобы ответить на вопрос, почему возможно длинноволновое телевидение и почему его теперь нет, давайте немного посчитаем. Ничего, кроме знания арифметики и тех начал теории информации, о которых вы уже читали в этой книге, нам не потребуется.

Немного арифметики

Итак, мы передаем 30 строк изображения в одном кадре и по 40 элементов изображения в каждой строке. Всего в кадре 1200 элементов. Чтобы картинка не мелькала, будем передавать, как это делалось в малострочной электромеханической системе телевидения, 12,5 кадров в секунду. Итого получается 1200·12,5 = 15000 элементов изображения в секунду. Какова же при этом частота видеосигнала? Она максимальна при передаче изображения, состоящего из 20 черных и 20 белых вертикальных полос, чередующихся между собой.

При развертке такого изображения получается видеосигнал в виде меандра (прямоугольных колебаний) с частотой 7500 Гц. Воспроизводить крутые фронты такого сигнала нет необходимости: все равно круглое отверстие диска Нипкова, пробегая мимо полосы изображения, смажет края. Значит, достаточно передать только основную частоту такого видеосигнала 7,5 кГц. Такая же высокая частота видеосигнала получается и при передаче изображения «шахматной» доски, содержащей 600 белых и столько же черных квадратов. Все другие изображения дадут видеосигнал, изменяющийся медленнее, а следовательно, и содержащий меньшие частоты.

Итак, надо передать спектр видеосигнала шириной 7,5 кГц. Но это же звуковой спектр! И любая радиовещательная станция пригодна для передачи телевизионных изображений. Другое дело, что четкость этих изображений никакой критики не выдерживает, даже диктора узнать нельзя! Чтобы повысить четкость, надо перейти к электронному телевидению. По современному отечественному стандарту кадр развертывается 625 строками по 820 элементов в строке (ширина кадра составляет четыре третьих его высоты). За одну секунду передается 25 кадров. Видеосигнал займет спектр шириной почти 6,5 МГц. Для его передачи не хватило бы ДВ, СВ и половины КВ диапазона, вместе взятых. Поэтому современные телецентры ведут передачи только на УКВ, где еще есть запас по частоте.

Осваивается диапазон дециметровых волн (ДМВ), а в недалеком будущем ожидается переход и на сантиметровые волны, но последнее уже связано с непосредственным телевизионным вещанием со спутников Земли.

Сцены, дающие максимальную частоту видеосигнала.

Электронно-лучевая трубка

С

удовольствием просматривая мультфильм «Ну, погоди!», вы вряд ли задумывались о том, как устроен телевизор, а тем более передающий телецентр.

Рождение электронного телевидения началось с изобретения электронно-лучевой трубки (ЭЛТ). Она и явилась тем «волшебным зеркальцем», которое, как в сказке, показывает нам весь мир. Основные идеи, заложенные в конструкции ЭЛТ, сформулировал еще в 1907 году профессор Петербургского университета Б. Л. Розинг. Однако лишь в 30-х годах появились приемные трубки — кинескопы — с магнитной фокусировкой луча, дававшие удовлетворительную четкость изображения. Первые передачи электронного телевидения начались в нашей стране с октября 1938 года. Изображение развертывалось на 243 строки при 25 кадрах в секунду, что давало намного более четкое изображение по сравнению с электромеханической системой, которая, кстати, еще функционировала.

Передачи велись на УКВ по одной программе. Прерванные войной передачи возобновились в 1946 году в Москве и Ленинграде. Был принят новый, современный телевизионный стандарт с разложением изображения на 625 строк.

Так что же представляет собой ЭЛТ? Стеклянная колба, из которой откачали воздух. В горловине — катод, выполненный в виде металлического цилиндра с вмонтированной внутри нитью накала. По ней пропускают электрический ток, нагревая катод до оранжевого свечения. Происходит термоэлектронная эмиссия: так же как и в радиолампе, катод испускает электроны. Около катода, как и в радиолампе, расположена управляющая сетка. Подавая на нее отрицательный относительно катода потенциал, можно регулировать количество электронов, пролетающих сквозь нее к экрану. В результате, забегая вперед, скажем, что от этого зависит яркость свечения экрана. Далее расположена довольно сложная конфигурация металлических цилиндров — ускоряющий и фокусирующий электроды. Их часто называют первым и вторым анодами. Эти электроды разгоняют электроны по направлению к экрану и «сжимают» электронный поток в узкий луч таким образом, чтобы на поверхности экрана диаметр луча был минимален. Обычно он составляет доли миллиметра. Естественно, что для ускорения электронов первый и второй аноды должны иметь положительный потенциал относительно катода. Ну а чтобы электроны не оседали на них, электроды выполнены в виде цилиндров, по оси которых и проходит луч.

Теперь посмотрим на ЭЛТ с другой стороны, а именно с той, с которой на нее обычно смотрят, т. е. со стороны экрана. Экран изнутри покрыт белым составом — люминофором. Он обладает способностью светиться при ударе в него электронов. Почему он светится? Быстро движущийся электрон несет некоторую кинетическую энергию. Попав в вещество, он отдаст ее первому попавшемуся на пути атому. Атом переходит в возбужденное состояние, но долго оставаться в нем не может, ибо все в природе стремится к равновесию, т. е. к состоянию с минимальной энергией. Возвращаясь в равновесное состояние, атом отдает избыток энергии в виде кванта света.

Явление люминесценции распространено в природе. Может быть, темной ночью в лесу вы видели, как светятся гнилушки. Их свет даже чем-то напоминает свечение экрана ЭЛТ. Атомы соединений фосфора, образующегося при гниении дерева, возбуждаются в результате химических реакций (так называемая хемилюминесценция), а отдают энергию с квантами света. Чтобы экран ЭЛТ светился ярче, электроны нужно разогнать до большой скорости. Этому служит третий (и последний) анод ЭЛТ, образованный графитовым покрытием на стенках колбы вокруг экрана. Да и сам экран приобретает потенциал третьего анода.