Беседа одиннадцатая ТЕЛЕВИЗОР В КОНСЕРВНЫХ БАНКАХ
Беседа одиннадцатая
ТЕЛЕВИЗОР В КОНСЕРВНЫХ БАНКАХ
Вернувшись к проблеме приемника, Любознайкин и Незнайкин разберут в общих чертах его состав, прежде чем подробно изучать различные каскады. Как и в случае радиовещательных приемников, они ознакомятся со схемами с прямым усилением и преобразованием частоты. Читатель должен будет внимательно проследить за последовательными изменениями сигнала, рассматривая следующие вопросы: прямое усиление или супергетеродин; приемник звука; каскады высокой частоты; избирательность и разделение звука и изображения; прием на одной боковой полосе; восстановление постоянной составляющей; амплитудная селекция и схемы разделения; совместное усиление по высокой частоте изображения и звука; разделение изображения и звука в супергетеродине; влияние ухода частоты гетеродина на звук.
ПРЯМОЕ УСИЛЕНИЕ ИЛИ СУПЕРГЕТЕРОДИН?
Незнайкин. — Знаешь, дорогой Любознайкин, у меня такое же чувство, как у матери, когда она оставляет своих ребятишек со спичками и ножницами в качестве игрушек.
Любознайкин. — Почему это, дружище?
Н. — Да потому что в последний раз мы с собой оставили где-то между небом и землей волны, которые переносят элементы изображения и синхронизирующие сигналы, дающие возможность располагать их в соответствующем порядке, равно как и звук, дополняющий зрительные впечатления.
Л. — Другими словами, тебе не терпится собрать всю эту энергию высокой частоты…
Н. — …в телевизионный приемник, за сборку которого я, наконец, хотел бы взяться.
Л. — А ты уже остановился на определенном типе схемы? Прямое усиление или преобразование частоты? Одна полоса или две полосы?
Н. — Постой. Я не знал, что нужно выбирать.
Л. — Жизнь, Незнайкин, это бесконечно возобновляемый выбор.
Н. — Пожалуйста, без сентенций, друг мой, и объясни, о чем идет речь. Я думаю, что назначением любого телевизионного приемника являются прием сигналов и выделение из них видеочастоты (которая подается на трубку) и импульсов синхронизации, служащих для поддержания правильной частоты строчной и кадровой разверток.
Л. — Да, при этом условии ты надлежащим образом воспроизведешь переданное изображение.
Н. — Но то, что ты только что сказал, наводит меня на мысль, что, как и в радиовещании, можно либо непосредственно усилить напряжение высокой частоты, принимаемое антенной, с тем чтобы после детектирования выделить видеочастоту, либо начать с понижения частоты, как это обычно практикуется в супергетеродинах, чтобы с большим удобством усилить сигнал до детектирования.
Л. — Оба эти метода действительно используются в телевидении, тогда как в радиовещании схемы с прямым усилением в настоящее время почти не применяются, их вытеснил преобразователь частоты.
Н. — А что предпочтительнее для телевидения?
Л. — Каждая схема имеет свои преимущества и недостатки. Мы рассмотрим и те и другие, потому что обе системы имеют своих сторонников. Однако и тут супергетеродины практически вытеснили приемники прямого усиления.
МУЗЫКА ПРЕЖДЕ ВСЕГО
Н. — Ты опять рисуешь схемы, которые я назвал консервными банками (рис. 73)?
Рис. 73. Блок-схема телевизора прямого усиления.
1 — антенна; 2 — усилитель высоком частоты; 3 — видеодетектор; 4 — видеоусилитель; 5 — блок восстановления постоянном составляющей; 6 — электронно-лучевая трубка; 7 — усилитель промежуточной частоты звука (6,5 Мгц); 8 —амплитудный ограничитель; 9 — частотный детектор; 10 — усилитель низкой частоты; 11 — громкоговоритель; 12 — амплитудный селектор; 13 — генератор строчной развертки; 14 — усилитель строчной развертки; 15 — генератор кадровой развертки; 16— усилитель кадровой развертки; 17 — блок питания.
Л. — Чтобы дать общее представление о телевизоре, такая схема наиболее удобна. Когда я хочу познакомить с Парижем какого-нибудь приехавшего из провинции приятеля или иностранца, я не начинаю с показа живописного лабиринта старинных улочек, а веду его на третью площадку Эйфелевой башни. Оттуда перед ним расстилается весь ансамбль. Когда в его памяти таким образом запечатлелась общая конфигурация города, я ему показываю подробно разные кварталы. Мы так же поступим, разбирая состав телевизионного приемника. Если бы я начертил с самого начала подробную схему, ты бы в ней утонул!
Н. — Не могу сказать, чтобы твой метод мне не нравился, я не питаю враждебных чувств к консервным банкам. Рассматривая их совокупность, предположительно изображающую телевизор с прямым усилением, должен сознаться, что ничего не могу понять.
Почему например, в канале звукового сопровождения ты поместил усилитель промежуточной частоты, в то время как это приемник прямого усиления и никакого гетеродина в схеме не существует. И почему напряжение на канал звука снимается не с антенны и усилителя высокой частоты, а после видеодетектора и видеоусилителя, где никакой высокой частоты уже нет?
Л. — Потому что прием сигналов звукового сопровождения осуществляется по методу биений, в котором в качестве промежуточной частоты звука используются биения между несущими частотами изображения и звука. Усилитель высокой частоты усиливает, как ты можешь убедиться на схеме, и сигналы звука и сигналы изображения, разнос несущих частот которых составляет (мы уже об этом говорили) 6,5 Мгц (или близкую к этому величину в некоторых других странах). Несущие частоты образуют биения, огибающая которых выделяется после детектирования полного телевизионного сигнала и усиливается видеоусилителем. Частота биений 6,5 Мгц промодулирована по амплитуде видеосигналом, а по частоте — сигналом звукового сопровождения.
Если взять такой частотный детектор, который совершенно не реагировал бы на амплитудную модуляцию, то после частотного детектирования выделилась бы только звуковая частота. Так как, однако, почти все частотные детекторы в той или иной степени детектируют и амплитудно-модулированные колебания, вследствие чего в канал звука может попасть видеосигнал, воспринимаемый, как неприятный треск с частотой 50 гц, перед частотным детектором обычно ставят каскад амплитудного ограничителя. Ты помнишь, что при негативной передаче область от 0 до 15 % амплитуды полного телевизионного сигнала остается непромодулированной. Поэтому, если срезать амплитудным ограничителем все, что выше 15 %, на частотный детектор попадет сигнал, промодулированный только звуковыми частотами.
Амплитудный ограничитель при этом, естественно, не вносит искажений в сигнал звукового сопровождения, так как он промодулирован по частоте, а не по амплитуде. Можно было бы, конечно, применять в канале звука схему супергетеродина или прямого усиления. Однако исключительная простота и надежность схемы приема на биениях несущих являются причиной почти полного вытеснения всех других типов схем.
Н. — А усилитель низкой частоты тоже какой-нибудь особенный?
Л. — Не забудь, что полоса передаваемых звуковых частот здесь не урезана, как при передаче на средних волнах. Следовательно, мы заинтересованы в сохранении всех модулирующих частот, для чего полоса пропускания усилителя промежуточной частоты должна быть достаточно широкой, а усилитель низкой частоты и громкоговоритель — действительно высококачественными.
Н. — Как это ни кажется парадоксальным, по-видимому, телевизионные специалисты являются большими знатоками низкой частоты?
Л. — По крайней мере должны быть…
КОГДА ЗВУК И ИЗОБРАЖЕНИЕ СМЕШИВАЮТСЯ
Н. — Обратимся теперь к каналу изображения. Я вижу, что он начинается с усиления высокой частоты.
Л. — Да, сначала идут три или четыре каскада с настроенными контурами. Это количество может показаться чрезмерным. Однако оно необходимо для создания требуемого усиления, так как на используемых частотах, к тому же с учетом ширины полосы передаваемых частот, усиление каждого каскада невелико.
Н. — Могу ли я тебе верить, Любознайкин? Когда-то ты говорил, что почти невозможно осуществить больше двух настроенных каскадов высокой частоты из-за возможности самовозбуждения вследствие паразитных связей между каскадами. И вот теперь ты совершенно хладнокровно говоришь о трех- или четырехкаскадных усилителях!!!
Л. — Такое количество каскадов можно использовать благодаря их очень малому усилению. Тем не менее возможность возникновения паразитных колебаний не исключена. Поэтому осуществление этих устройств требует известных мер предосторожности: экранирования каскадов, эффективных цепей развязок, рационального расположения деталей и монтажа и т. п….
Н. — Но зачем же применять настроенные контуры? Раз хотят пропустить очень широкую полосу частот, апериодические цепи прекрасно подошли бы, а риск самовозбуждения был бы значительно уменьшен.
Л. — Без настроенных контуров усиление оказалось бы недостаточным. Кроме того, нужно обеспечить определенную избирательность. А это довольно сложная проблема. Пропуская бел ослабления все частоты видеосигнала, усилитель должен исключить возможность попадания в канал изображения несущей и боковых полос звука (рис. 74). Но между видеосигналом и звуком интервал частот очень незначителен. Это значит, что кривая избирательности приемника изображения должна быть широкой и плоской и одновременно должна иметь крутые скаты. В противном случае звук проникнет в изображение, а это уже катастрофа!
Рис. 74. Частотная характеристика изображения при приеме двух боковых полос.
Н. — Наверное, экран приемной трубки начнет вибрировать?
Л. — Не говори глупостей, Незнайкин. Звуковые частоты, смешиваясь с видеосигналом, дают на изображении горизонтальные черные или серые полосы.
Н. — Что же нужно сделать, чтобы избежать этой опасности?
Л. — Придать кривой избирательности такую форму, чтобы пропустить всю полосу видеомодуляции, не пропуская, однако, модуляции звука. Это удается не без труда. Иногда приходится прибегать к режекторным фильтрам, которые улучшают разделение звука и изображения.
Н. — А как поступают в случае передачи на одной боковой полосе, о которой ты говорил в последней беседе?
Л. — В этом случае (рис. 75) кривая избирательности рассчитывается так, чтобы проходили боковая полоса, расположенная ближе к несущей звука, и часть второй полосы. Это облегчает возможность использования одной антенны и общих входных каскадов.
Рис. 75. Частотная характеристика приемника изображения при приеме одной боковой полосы.
Н. — Ты меня успокоил, Любознайкин. Но есть еще один вопрос, который меня мучает: при большом числе настроенных каскадов проблема настройки на разные передачи должна быть очень трудной.
Л. — До сравнительно недавнего времени этот вопрос не возникал. Но в связи с бурным ростом количества передатчиков телевизионные зрители получили возможность выбирать желаемую передачу. С этой целью их приемники снабжены предварительно настроенными на необходимые частоты контурами, которые переключаются при помощи кнопок или поворотных переключателей. Очевидно, что многоканальные приемники бывают преимущественно супергетеродинного типа, с тем чтобы сократить число переключаемых контуров, предшествующих преобразованию частоты.
СОЛНЦЕ ВСТРЕЧАЕТСЯ С ЛУНОЙ
Н. — Как и в любом уважающем себя приемнике, высокая частота заканчивается у детектора, где она подобно раскрывающемуся и выпускающему куколку кокону возвращает видеосигнал, заключенный в нее в модулирующем каскаде передатчика.
Л. — Твое поэтическое сравнение вполне правильно. Полный телевизионный сигнал, содержащий одновременно импульсы синхронизации и видеосигнал, усиленный по мере надобности, будет подан на приемную трубку.
Н. — А что это за консервная банка, названная блоком восстановления постоянной составляющей?
Л. — Здесь речь идет о схеме для восстановления постоянной составляющей напряжения, приложенного к управляющему электроду трубки. Видеосигнал состоит из переменной составляющей, отражающей изменения яркости различных элементов изображения, и постоянной составляющей, пропорциональной среднему уровню яркости изображения.
Н. — Если я правильно понял, постоянная составляющая играет ту же роль, что и время экспозиции фотоснимка в процессе печатания. С одной и той же переменной составляющей, я хочу сказать с одним и тем же негативом, можно получить снимок более светлый или более темный в соответствии с длительностью экспозиции.
Л. — Это именно так. И я могу открыть тебе секрет великолепных снимков при лунном освещении на фотографиях (и в кино): они производятся против света при ярком солнце! Передерживая их при печати, добиваются желаемого эффекта.
Н. — А как выполнена схема для восстановления постоянной составляющей?
Л. — Сегодня обойдемся без подробностей. Ты узнал, какова ее роль, и отныне сумеешь найти ей место в схеме. Мы к ней еще вернемся, когда будем рассматривать отдельные элементы телевизора.
Н. — В таком случае остальная часть твоей схемы меня не пугает. Я вижу, что видеосигнал подается также на амплитудный селектор. Без сомнения, здесь речь пойдет об устройстве, где импульсы синхронизации отделяются от видеосигнала в собственном смысле слова, т. е. от той его части, которая передает яркость элементов изображения?
Л. — Да. Кроме того, в этом селекторе производится разделение импульсов кадров и строк…
Н. — …чтобы направить каждый вид импульсов на соответствующее развертывающее устройство. И за этими устройствами я вижу усилители и отклоняющие обмотки. Тут уж мы, как у себя дома.
Л. — Позже мы рассмотрим схему и принцип работы селектора. Но подумал ли ты, что множество ламп в различных каскадах телевизора нуждается в питании?
Н. — Так вот почему ты оставил самую большую из консервных банок для питания. Что же в ней заключено?
Л. — Источники накала, анодного питания и иногда высокого напряжения. Речь идет о напряжении в несколько тысяч вольт, которое должно быть приложено к аноду трубки. Его можно получить многими способами, и у нас будет возможность заняться им.
НА ВЕСАХ СУПЕРГЕТЕРОДИН И ПРЯМОЕ УСИЛЕНИЕ
Н. — Я начал посматривать на начерченную тобою схему телевизора с преобразованием частоты (рис. 76) и, если говорить правду, решительно ничего в ней не понимаю!
Рис. 76. Блок-схема телевизионного приемника супергетеродинного типа.
1 — антенна; 2 — усилитель высокой частоты; 3 — смеситель; 4 — гетеродин; 5 — усилитель промежуточной частоты изображения (34,25 Мгц); 6 — видеодетектор; 7 — видеоусилитель; 8 — блок восстановления постоянной составляющей; 9 — электронно-лучевая трубка; 10 — усилитель промежуточной частоты звука (27,75 Мгц); 11 — частотный детектор (иногда с амплитудным ограничением); 12 — усилитель низкой частоты; 13 — громкоговоритель; 14 — амплитудный селектор; 15 — генератор кадровой развертки; 16 — усилитель кадровой развертки; 17 — генератор строчной развертки; 18 — усилитель строчной развертки; 19 — блок питания.
Л. — Да почему, мой бедный Незнайкин? За исключением той части схемы, которая предшествует детектированию, все остальное весьма схоже с ранее изученным.
Н. — Конечно. Но я не понимаю, каким образом предварительное усиление высокой частоты и преобразователь частоты с гетеродином могут быть общими для звука и изображения. Результатом этого, возможно, является большая экономия, но как все это может работать?
Л. — Безупречно, уверяю тебя. Заметь для начала, что полоса пропускания усилителя высокой частоты достаточно широка, чтобы охватить и несущую звука с ее модуляцией и несущую изображения с обеими боковыми полосами или по крайней мере с той из них, которая ближе к несущей звука.
Н. — Хорошо. Но как же удается разделить звук и изображение после преобразования частоты?
Л. — Чудес здесь нет. В результате биений частоты гетеродина с частотами звука и изображения получаются две разные частоты, которые без труда могут быть разделены настроенными контурами.
Н. — Это что-то не очень ясно.
Л. — Возьмем числовой пример. Предположим, что звук передается на частоте 56,25 Мгц, а изображение — на 49,75 Мгц. Если настроить гетеродин приемника на частоту 84 Мгц, каковы будут величины разностных частот, полученных после преобразования частоты?
Н. — Для звука получим 84–56,25 = 27,75 Мгц, а для изображения 84–49,75 = 34,25 Мгц.
Л. — Ну вот, если настроить на эти частоты соответственно усилитель промежуточной частоты канала звука и канала изображения, то разделение произойдет без затруднений. Понятно?
Н. — Да, на этот раз все ясно. Но это поразительно, усилитель промежуточной частоты, настроенный на 34,25 Мгц.
Л. — Почему же? Когда речь идет о том, чтобы полоса пропускания была порядка 6 Мгц, трудно выбрать более низкую частоту. Кроме того, кривая избирательности усилителя промежуточной частоты должна отвечать тем же требованиям, которые предъявляются к усилителю высокой частоты в случае прямого усиления.
Н. — Что же нужно предпочесть, в конце концов?
Л. — Весы колеблются, но постепенно чаша с супергетеродином все больше перевешивает. Супергетеродин обычно более чувствителен и поэтому чаще рекомендуется для приема отдаленных передатчиков. Но по самому своему принципу он склонен создавать помехи, которые проявляются…
Н. — …в виде свиста!
Л. — В радиовещании, да. Здесь же в виде параллельных полос, муара и других искажений. Зато желаемую кривую избирательности значительно легче получить в супергетеродине. И, таким образом, легче отделить звук от изображения. Однако нужно, чтобы гетеродин приемника был достаточно устойчивым. Если его частота немного меняется, то это почти не оказывает влияния на изображение, но гибельно для звука, полоса пропускания которого много уже, особенно в новом дециметровом диапазоне.
Н. — Что же в таком случае делать?
Л. — Можно пойти по пути увеличения стабильности частоты гетеродина. В современных телевизорах уже применяются схемы автоматической подстройки частоты гетеродина. Однако существует более простой путь. Нужно отказаться от схемы усиления звука на самостоятельной промежуточной частоте и перейти на схему приема на биениях несущих частот. В этом случае схема канала звукового сопровождения будет совершенно идентичной со схемой на рис. 73. Так поступают практически во всех современных типах телевизоров.
Ты легко поймешь, что в такой схеме уход частоты гетеродина повлечет за собой совершенно одинаковый уход промежуточных частот звука и изображения, так что разность между ними сохранится равной 6,5 Мгц. Поэтому уход частоты гетеродина почти но скажется на канале звука.
Н. — Я об этом не подумал.
Л. — Это доказывает, что ты устал и лучше продолжить нашу беседу в другой раз.