Посвящение в радиоэлектронику
Шрифт:
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.
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.
Более совершенны недавно разработанные планарные кинескопы. В них три электронных прожектора расположены в один ряд. Маска заменена системой тонких проволок, расположенных перед экраном и своим электрическим полем, «распределяющим» лучи по цветным вертикальным полоскам люминофора. Яркость экрана такого кинескопа получается выше, а энергопотребление меньше. Но тонкие проволоки цветоделительной сетки можно закрепить лишь в натянутом состоянии: следовательно, экран должен быть плоским. В небольших по размерам кинескопах это еще возможно, но в больших кинескопах экран должен быть выпуклым, чтобы противостоять давлению окружающего воздуха, ведь внутри кинескопа — вакуум. Сила атмосферного давления на экран домашнего телевизора достигает двух-трех тонн! Около выпуклого экрана размешают теневую маску с удлиненными отверстиями,
Планарный кинескоп.
Большой проблемой в цветных кинескопах является сведение лучей. Если первоначальной регулировкой удалось добиться точного попадания трех лучей в одно отверстие маски в центре экрана, то вряд ли это получится на его краях. Для сведения лучей на всей площади экрана устанавливают дополнительные электромагниты динамического сведения, питаемые током специально подобранной формы. В современных планарных кинескопах используют самосведение лучей, осуществляемое специально сконструированной отклоняющей системой с неравномерным (астигматическим) магнитным полем. В новейших конструкциях и постоянный магнит статического сведения расположен в колбе трубки. Он намагничивается лишь однажды, при заводской регулировке кинескопа. Все эти меры заметно упрощают телевизионный приемник и повышают качество цветного изображения. Телевизоры нового поколения с планарным кинескопом совсем не имеют электронных ламп. Они собраны только на полупроводниковых приборах.
А нельзя ли вообще избавиться и от последнего электровакуумного прибора кинескопа?
Здесь мы подошли к последнему разделу этой главы. Назовем его…
Это будущее очень близко. Одна из японских фирм уже рекламировала телевизор, смонтированный в корпусе наручных часов. В нем нет, разумеется, никакого кинескопа, а экран выполнен на жидких кристаллах, примерно так же, как и циферблат обычных электронных часов. Четкость изображения, безусловно, невысока, да и контрастность черно-белого изображения оставляет желать лучшего. Заманчиво другое: не сделать ли экран в виде матрицы светодиодов? Сейчас уже разработаны и выпускаются светодиоды зеленого, красного и синего свечения.
Как устроен светодиод? Довольно просто: миниатюрный кристаллик полупроводника закреплен на металлической подложке. Сверху напылен практически совсем прозрачный, настолько он тонок, металлический контакт. И все. Когда через светодиод проходит электрический ток, атомы полупроводника возбуждаются ударами носителей заряда, а возвращаясь в равновесное состояние, отдают накопленную энергию в виде квантов света.
Казалось бы, столь простое устройство можно было бы создать давным-давно, но этого не случилось. Нужна была очень совершенная технология производства полупроводников, надо было подобрать соответствующие материалы — арсенид галлия, фосфид галлия и некоторые другие. Хотя… первые светодиоды были изготовлены в кустарных условиях более полувека назад! Был в Нижегородской радиолаборатории, о которой я вам рассказывал в предыдущей главе, скромный молодой сотрудник О. В. Лосев. Фанатик радио, дни и ночи проводил он в лаборатории, экспериментируя с различными кристаллами для детекторных приемников. Я сказал «ночи» вовсе не для красного словца, ибо только глухой темной ночью удалось ему обнаружить слабое свечение той точки, где металлическое острие упиралось в кристалл. Свечение возникало в том случае, если к детектору (диоду) подводилось определенное напряжение от внешней батареи. О практическом применении светодиода в то время не могло быть и речи (да и названия такого — «светодиод» — еще не придумали), но явление-то было обнаружено. И еще одно замечательное открытие сделал О. В. Лосев, экспериментируя с диодами, на которые подавалось внешнее напряжение смещения. Оказалось, что диод может генерировать! И детекторный приемник превратился в автодинный. Вот что писал редактор американского журнала Radio News, прочитав сообщение о работах О. В. Лосева:
«Мы счастливы предложить вниманию наших читателей изобретение, которое открывает новую эпоху в радиоделе и которое получит большое значение в ближайшие годы. Молодой русский инженер О. В. Лосев подарил миру это изобретение, не взяв даже на него патента…».
Это написано в 1924 году, а «ближайшие годы» растянулись на полвека, ведь только в 60-70-х годах были выпущены промышленностью и стали использоваться в технике сверхвысоких частот туннельные диоды, диоды Ганна, лавинно-пролетные диоды. Все эти полупроводниковые приборы имеют вольт-амперную характеристику с «падающим» участком, т. е. участком отрицательного сопротивления. Если рабочую точку диода вывести внешним напряжением смещения на этот участок, диод будет генерировать, причем на очень высоких частотах. Во всяком случае, вполне вероятно, что будущие телевизионные приемники, работающие в диапазонах ДМВ и сантиметровых волн (СМВ) будут иметь гетеродин, собранный на «генерирующем диоде». Очень жаль, что О. В. Лосев не увидел воплощения своих идей и изобретений: он погиб от голода в блокадном Ленинграде.