Беседа пятнадцатая ВЫДЕЛЕНИЕ И РАЗДЕЛЕНИЕ

Беседа пятнадцатая

ВЫДЕЛЕНИЕ И РАЗДЕЛЕНИЕ

Этот диалог двух наших приятелей будет необычно длительным. Обсуждаемый вопрос действительно заслуживает особого внимания. Речь идет о методах выделения синхронизирующих импульсов из полного видеосигнала, а также разделения строчных и кадровых импульсов. Изучение этих вопросов приведет Любознайкина к анализу замечательных свойств очень простой цепи, состоящей из последовательно включенных резистора и конденсатора. Попутно приятели рассмотрят следующие вопросы: необходимость разделения; ограничение; место амплитудного селектора; амплитудный селектор с параллельным и последовательным диодом; схема на пентоде; вопросы полярности; применение восстанавливающего диода; преобразование длительности в амплитуду; дифференцирование и интегрирование; влияние постоянной времени; форма дифференцированных и интегрированных сигналов; практические схемы.

АМПЛИТУДНОЕ ОГРАНИЧЕНИЕ

Незнайкин. — Мне кажется, что теперь я знаю все.

Любознайкин. — Все? Что означает это полное скромности утверждение?

Н. — Я хочу сказать, что теперь я знаю все каскады телевизора от усилителя высокой частоты до последнего каскада видеоусилителя, соединенного с кинескопом. И, кроме того, я ничего не забыл о развертывающих устройствах. У меня приятное чувство, что я знаю, наконец, всю совокупность этой сложной техники, которая…

Л. — Не обольщайся, бедный мой Незнайкин. Тебе предстоит еще многое изучить. Ну, хотя бы методы синхронизации тех самых развертывающих устройств, о которых ты так кстати заговорил.

Н. — Я теперь припоминаю, что импульсы в конце строк и кадров служат для синхронизации развертывающих устройств приемника с развертками передатчика. Но разве недостаточно для этого подать на развертывающие устройства полный видеосигнал?

Л. — Это имело бы самые неприятные последствия. Смесь сигналов изображения с синхронизирующими импульсами запускала бы каждое из развертывающих устройств в самые неподходящие моменты. В этой области техники, где время исчисляется долями микросекунды, все должно быть четким и ясным. Каждая развертка должна получать только строго для нее предназначенные импульсы, причем любой другой сигнал должен быть исключен. Начало каждого разряда может определяться часто даже малейшими флуктуациями напряжения на сетке разрядной лампы.

Н. — Я вижу, куда ты клонишь: к необходимости отделить сигналы синхронизации от собственно видеосигнала. Впрочем, когда мы пробовали начертить общую схему телевизора, ты там как раз и предусмотрел для этого каскад амплитудного селектора.

Л. — Надеюсь, что ты без труда угадаешь принцип, позволяющий производить разделение.

Н. — Мне кажется, что речь идет о чем-то вроде электронного переключателя, который в нужные моменты подает сигналы на соответствующие развертки. Например, в конце каждой строки напряжение прикладывается к развертке «строки» и…

Л. — Нет, Незнайкин, твой переключатель было бы очень трудно создать, так как для правильного функционирования его самого нужно было бы синхронизировать. Ты попадаешь в порочный круг со своим проектом… Не видишь ли ты другого средства разделения сигналов изображения и синхронизирующих импульсов, основанного, например, на коренном различии между этими двумя типами сигналов?

Н. — Это различие, очевидно, заключено в разности амплитуд…

Л. — Это, конечно, основное. Теперь ты на верном пути. Продолжай.

Н. — В негативном видеосигнале импульсы синхронизации занимают промежуток между 75 и 100 % полного размаха видеосигнала. Все, что ниже этого, т. е. между 75 и 0 %, соответствует всей гамме яркостей от черного до белого. В позитивном же видеосигнале синхроимпульсы занимают область от 0 до 25 % полного размаха. Значит, нужно только отсечь напряжения, превышающие 75 % или расположенные ниже 25 %, в зависимости от полярности видеосигнала, чтобы остались одни синхроимпульсы.

Л. — Вполне правильные рассуждения, Незнайкин. Нужно чем-то вроде ножа отсечь в полном сигнале все, что выше 75 % или ниже 25 % и что отведено для синхроимпульсов. Такую ампутацию части напряжения называют амплитудным ограничением.

Н. — И каким же образом это осуществляют?

ГРАНИЦЫ ТЕРПЕНИЯ

Л. — Сигналы подают на лампу, которая милостиво усиливает до какого-то уровня, но отказывается переходить эту границу.

Н. — Как мой дядюшка, терпеливо переносивший, когда я был мальчишкой, мою игру на трубе, но выходивший из себя, как только я пробовал применять свои таланты к упражнениям на барабане… Но какой тип ламп также имеет границы терпения?

Л. — Обычно используются пентоды. Но избыток сеток необязателен, и в более дешевых устройствах простой диод худо ли бедно ли выполняет эту задачу.

Н. — А где располагают амплитудный селектор?

Л. — Теоретически можно на него подавать напряжение сигнала до детектирования, потому что, ограничивая, он одновременно и детектировал бы. Но работал бы такой амплитудный селектор недостаточно надежно. Выгоднее подавать на него сигналы с возможно большей амплитудой. Поэтому селектор включают в конце цепи усиления, например на выходе последнего каскада видеоусиления, или в редких случаях, когда схема без видеоусилителя, на выходе детектора.

Н. — Значит ли это, что подаваемый на селектор видеосигнал может быть как позитивным, так и негативным, в зависимости от того, включен ли выход последнего каскада на модулятор или катод кинескопа?

Л. — Нам придется рассмотреть оба случая.

Н. — Допустим, если ты согласен, что видеосигнал позитивный, т. е. что синхронизирующие импульсы «опираются» на нулевой потенциал и что остальной сигнал поднимается в область положительных напряжений. Как в этом случае отделить синхроимпульсы при помощи диода?

Л. — Существует много схем, используемых для этой цели. Наиболее простые содержат диод со смещением, включенный параллельно видеосигналу. В случае позитивного видеосигнала (рис. 102) катоду диода задается положительный по отношению к аноду потенциал. Пока к аноду не прикладывают напряжений, превышающих это напряжение смещения, ток через диод не проходит. Но как только потенциал анода становится положительным по отношению к катоду, возникает ток. Диод создает настоящее короткое замыкание, вследствие чего на выходе устройства не может появиться напряжение выше того, которое вызывает ток через диод.

Рис. 102. Амплитудный селектор с параллельным диодом для позитивного сигнала.

Н. — Мне кажется, я понял, что напряжение смещения выбирается таким образом, чтобы оно было несколько ниже амплитуды синхронизирующих импульсов. На импульсы диод, таким образом, не оказывает никакого действия, и они без ущерба передаются на выходные зажимы. Но как только напряжение превышает напряжение смещения, что соответствует собственно сигналам изображения, гильотина начинает работать и все проходит через диод, не доходя до выхода.

А для чего служит резистор R?

Л. — Для предохранения нагрузочного резистора предшествующего каскада от действия короткого замыкания диода.

Н. — Я об этом не подумал… Мог бы ты мне начертить схему, которая используется для негативных видеосигналов? Мне кажется, что нужно изменить направление диода.

Л. — Конечно. И тут опять (рис. 103), как видишь, потенциал анода отрицателен по отношению к катоду. Во время подачи синхроимпульсов потенциал катода положителен относительно анода, диод не пропускает тока и не оказывает никакого влияния на напряжение синхроимпульсов, точно передаваемых на выход. Сигналы же изображения сообщают катоду отрицательный относительно анода потенциал. Тогда возникает ток и на выходе, замкнутом накоротко диодом, отсутствуют сигналы изображения. Вот в несколько схематичном виде работа параллельного диодного ограничителя.

Рис. 103. Амплитудный селектор с параллельным диодом для негативного сигнала.

Н. — Это заставляет меня предположить, что существует последовательная схема. Как она устроена?

Л. — Схема чрезвычайно проста (рис. 104). Используется диод, анод которого слегка положителен благодаря делителю напряжения, состоящему из двух резисторов R₃ и R₄, включенных между отрицательным и положительным полюсами высокого напряжения. Конденсатор С достаточной емкости служит для пропускания переменных составляющих тока.

Рис. 104. Амплитудный селектор с последовательным диодом для позитивного сигнала.

Н. — Но ведь через диод будет протекать постоянный ток, раз его анод положителен по отношению к катоду.

Л. — Так будет по крайней мере в отсутствие сигнала, подаваемого на выход схемы. И не думай, что ток этот будет очень большим. Он создает на резисторе нагрузки R₂ такое падение напряжения, что между анодом и катодом остается сравнительно небольшая разность потенциалов U. Соответственно выбирая R₃ и R₄, устанавливают U несколько меньшим, чем напряжение синхронизирующих импульсов.

Н. — А для чего здесь резистор R₁?

Л. — Это резистор связи предшествующего каскада, я его ввел в схему, так как нужно, чтобы цепь тока диода была полностью замкнута.

Н. — Мне кажется, я без труда угадываю, что происходит в схеме. Пока напряжение видеосигнала, подаваемого на катод, ниже разности потенциалов U, т. е. во время действия синхронизирующих импульсов, потенциал анода остается положительным по отношению к катоду и ток проходит через диод. Но вне этих коротких моментов положительное напряжение, приложенное к катоду, выше, чем U, вследствие чего потенциал анода отрицателен по отношению к катоду. В этих интервалах диод блокирован, т. е. не пропускает тока.

Л. — Твое рассуждение правильно. Ты видишь, что в этой схеме ток проходит только во время синхронизирующих импульсов. Каждый из этих импульсов тока вызывает на резисторе R₂ падение напряжения, создающее отрицательный импульс напряжения, снимаемого с анода.

Н. — Хорошо ли это? Я припоминаю, что некоторые развертывающие устройства обязательно требуют положительных синхронизирующих импульсов, тогда как другие менее разборчивы.

Л. — Если это необходимо, то всегда можно изменить полярность импульсов при помощи фазоинверсной лампы.

Н. — А как следует поступать в случае негативных видеосигналов?

Л. — Принцип остается таким же. Но нужно перевернуть диод (рис. 105) и подать на его катод незначительное отрицательное смещение. И в этом случае диод пропускает ток лишь во время действия импульсов. Сигналы изображения сообщают аноду отрицательный относительно катода потенциал, вследствие чего ток прекращается. Каждый синхроимпульс создает на сопротивлении нагрузки положительный импульс напряжения.

Рис. 105. Амплитудный селектор с последовательным диодом для негативного сигнала.

НА ТРИ СЕТКИ БОЛЬШЕ

Н. — Я должен констатировать, что диод не меняет полярности импульсов. Во всяком случае эти схемы кажутся мне соблазнительно простыми и я не вижу, почему следует им предпочесть другие, безусловно более сложные, в которых используются пентоды.

Л. — В технике простота не всегда сочетается с качеством. Вот так и диодные селекторы далеко не блещут добродетелями. Разделение, которое они обеспечивают, несовершенно, так как при очень быстром изменении яркости сигнал изображения попадает на развертывающие устройства через паразитную емкость анод — катод диода. Это значит, что на развертки воздействует помеха, нарушающая синхронизацию.

С другой стороны, диод передает только то, что на него подают, да и то не полностью. В то же время очень выгодно использовать усилительную способность пентодов, у которых к тому же очень незначительная емкость между сеткой и анодом.

Н. — Но как поступить, чтобы исчерпать терпение пентодов?

Л. — Это «терпение», или, другими словами, анодный ток, может быть ограничено с двух сторон (рис. 106). С одной стороны — в области отрицательных напряжений на сетке; это, как ты знаешь, нижний изгиб характеристики. Кроме того, приблизительно около 0 в на сетке можно отметить ярко выраженный верхний изгиб характеристики, за которым следует горизонтальный участок.

Рис. 106. Характеристика пентодного амплитудного селектора.

Н. — Таким образом, любое увеличение напряжения на сетке сверх нуля уже не повлечет за собой никакого изменения анодного тока?

Л. — Совершенно верно, так же как и всякое уменьшение ниже напряжения, соответствующего возникновению анодного тока.

Н. — Я начинаю предугадывать все, что можно извлечь из этих двух границ терпения. Но прежде мне хотелось бы узнать, в результате каких уловок удается получить такую форму характеристики пентода.

Л. — Конечная цель — воспрепятствовать увеличению потока электронов сверх определенной интенсивности, каково бы ни было отверстие того электронного крана, каким является сетка. Это удается в результате выбора соответствующих напряжений на аноде и экранирующей сетке. Можно, например, при очень небольшом положительном напряжении (порядка 5 в) на аноде подать от 30 до 40 в на экранирующую сетку.

СИНХРОИМПУЛЬСАМИ ВВЕРХ И ВНИЗ

Н. — Я полагаю, что все пентодные селекторы устраивают так, чтобы синхронизирующие импульсы занимали область напряжений сетки, при которых анодный ток изменяется, иначе говоря, занимали восходящую ветвь характеристики. Собственно же сигнал изображения, конечно, попадает либо в область верхнего горизонтального участка, либо в область нулевого анодного тока. В обоих случаях лампой будут усилены только синхронизирующие импульсы, тогда как сигналы изображения не вызовут изменения анодного тока.

Л. — Ты прекрасно изложил принцип пентодного селектора. Поэтому для меня не составит трудности подробно рассмотреть его схему. Возьмем, если хочешь, в качестве примера случай позитивного видеосигнала (рис. 107). На аноде пентода благодаря делителю напряжения, состоящему из резисторов R₁ — R₄, потенциал очень низок, на экранирующей сетке потенциал выше, а потенциал катода из-за падения напряжения на резисторе R₁ положителен относительно управляющей сетки или, что эквивалентно, управляющая сетка имеет отрицательное смещение по отношению к катоду.

Рис. 107. Схема пентодного амплитудного селектора с низким анодным напряжением для позитивного сигнала. Для большей ясности конденсаторы развязки опущены.

Н. — Все это ясно. Но для чего служит смещение?

Л. — Посмотри на характеристику лампы (рис. 108). Смещение регулируют так, чтобы рабочая точка была расположена у самого начала характеристики. Таким образом, синхронизирующие импульсы займут всю область напряжений на сетке, где лампа усиливает (восходящая часть характеристики). Нужно, впрочем, чтобы импульсы дошли или даже зашли за верхний изгиб характеристики. Тогда вся часть сигналов, относящаяся к изображению, попадет на горизонтальный участок характеристики, где анодный ток практически неизменен. Таким образом, только синхроимпульсы окажутся усиленными, так как при каждом импульсе ток упадет до нуля, а все остальное время будет сохранять максимальное значение.

Рис. 108. Принцип работы пентодного селектора в случае позитивного сигнала.

Н. — Раз ток определяет падение напряжения на нагрузочном резисторе R, падение, которое определяет действительное напряжение на аноде, то во время импульсов при отсутствии тока это падение становится нулевым. В эти моменты напряжение на аноде, следовательно, возрастает и достигает напряжения питания. В результате мы получаем на аноде положительные синхронизирующие импульсы вместо отрицательных импульсов, подаваемых на сетку.

Л. — Это тебя удивляет? Однако это и есть изменение полярности напряжения, сопровождающее усиление. А теперь, рискуя разочаровать тебя, должен сказать, что по схеме, как я начертил, селектор не сможет правильно работать.

Н. — Ах, Любознайкин, ты каждый раз окатываешь меня холодным душем. Ведь это такое простое и симпатичное устройство!

Л. — Прежде всего амплитудный селектор связан с предшествующим каскадом через конденсатор. Тот, кто говорит «конденсатор», говорит «исчезновение постоянной составляющей».

Н. — Мы действительно последний раз достаточно об этом говорили. Но чему это мешает в данном случае?

Л. — Да разве это не бросается тебе в глаза?.. Вся работа амплитудного селектора основана на точном выравнивании оснований импульсов на уровне сеточного напряжения, соответствующего возникновению анодного тока. Если при отсутствии постоянной составляющей «ноги» импульсов начнут нечто вроде беспорядочного балета и окажутся на разных уровнях в соответствии с формой напряжения видеосигнала, то появится зависимость анодного тока от этого напряжения, синхронизирующие импульсы будут неодинаковыми, а развертки будут синхронизироваться неправильно, так как напряжение видеосигнала пройдет через амплитудный селектор.

Н. — Какой ужас! Нельзя ли помочь этому, включив параллельно резистору утечки сетки R₅ наш добрый восстанавливающий диод?

Л. — Так и поступают, и все приходит в порядок (рис. 109) или почти что так, так как существуют еще помехи, возникающие из-за сеточного тока…

Рис. 109. Восстанавливающий диод, дополняющий схему на рис. 107. Конденсаторы развязки опущены.

Н. — Что это еще за почти что?

Л. — Как ты можешь видеть, сигнал изображения создает на сетке довольно значительное положительное напряжение. В этих условиях сетка действует, как анод, т. е. на нее попадают электроны. Таким путем возникает ток, идущий во внешней цепи от катода к сетке. Чтобы уменьшить этот недостаток, на пути тока включают резистор R₆. Сеточный ток создает падение напряжения, повышающее отрицательное смещение и уменьшающее, таким образом, положительные потенциалы на сетке.

Н. — А как поступают в случае негативного видеосигнала? Мне кажется, что восстанавливающий диод должен быть включен в обратном направлении и что…

Л. — Никаких диодов! При негативном видеосигнале (рис. 110) проблема значительно упрощается. Отпадает необходимость в смещении, так как достаточно заставить отдыхать «ноги» импульсов на нулевом потенциале. Не требуется восстанавливающий диод, потому что сетка лампы без смещения играет роль анода такого диода, как мы это видели во время последней беседы. Наконец, нечего опасаться сеточного тока, раз все происходит в области отрицательных напряжений сетки.

Рис. 110. Схема пентодного амплитудного селектора без диода с низким напряжением на экранирующей сетке. При негативном сигнале необходимость в восстанавливающем диоде отпадает.

Н. — Это поистине замечательно! Я вижу, что и в этом случае (рис. 111) только синхроимпульсы занимают область восходящей части характеристики. Что же касается собственно сигналов изображения, то они попадают в зону нулевого анодного тока и не влияют на его величину.

Рис. 111. Принцип работы пентодного селектора в случае негативного сигнала.

Л. — Можешь отметить, что и здесь входные и выходные сигналы имеют противоположные полярности. Синхроимпульсы вызывают импульсы анодного тока, которые в результате падения напряжения на сопротивлении нагрузки создают отрицательные импульсы напряжения.

НЕЗЛОБИВЫЙ КОНДЕНСАТОР И СВАРЛИВЫЙ РЕЗИСТОР

Н. — А теперь, когда мы умеем, наконец, с помощью диодов или пентодов извлекать положительные или отрицательные синхроимпульсы, что нужно делать, чтобы отделить импульсы строк от импульсов кадров?

Л. — Ты знаешь, что они различаются по своей длительности. Принцип разделения состоит в преобразовании длительности в амплитуду.

Н. — Вот это ясно! Даже греческие пифии так двусмысленно не выражались…

Л. — Однако все это очень просто. Чаще всего прибегают к методам интегрирования и дифференцирования.

Н. — Час от часу не легче! Теперь уж мне, конечно, придется изучить дифференциальное и интегральное исчисление, чтобы понять твои объяснения…

Л. — Это вовсе необязательно. Термины, которые произвели на тебя такое сильное впечатление, относятся в этом случае к поведению сигналов в простейшей цепи, состоящей из последовательно включенных резистора и конденсатора (рис. 112). Если хочешь, разберем, что произойдет, если мы внезапно приложим к зажимам такой цепи напряжение U, сохраним его в течение некоторого времени T, а затем снимем.

Рис. 112. Искажения прямоугольного сигнала в цепи из последовательно соединенных конденсатора и резистора (слева — при большой, справа — при малой постоянной времени).

Н. — За то время, что мы с тобой встречаемся, я узнал многое, в частности я научился угадывать твои задние мысли. Я уже прекрасно вижу, что это за напряжение, которое включают, а затем внезапно выключают. Это обыкновенный прямоугольный сигнал, являющийся строчным импульсом, если Т короткое, или кадровым, если Т более продолжительное. Так ведь?

Л. — От тебя ничего не скроешь, Незнайкин! Рассмотрим форму напряжений U_R и U_c, которые появятся на резисторе и на конденсаторе.

Н. — Но, дорогой Любознайкин, это для меня далеко не новая проблема. Ведь мы ее уже рассматривали в пятой беседе, касаясь развертывающих устройств. Когда включают напряжение U, начинают заряжать конденсатор С через резистор R. Напряжение V_с на зажимах конденсатора возрастает по экспоненциальной кривой более или менее быстро сообразно с постоянной времени цепи, являющейся произведением RC.

Л. — Твоя превосходная память намного облегчает мне объяснения. По существу, в зависимости от того, имеют ли резистор и конденсатор большую или малую величину (на рисунке я предусматриваю оба случая), конденсатор будет заряжаться медленнее или быстрее. Можешь ты мне сказать, что произойдет в это время с резистором R?

Н. — Ну, что же, в начале заряда через него пройдет максимальный ток, который обусловит большое падение напряжения U_R. Затем по мере заряда величина тока, а следовательно, и величина напряжения U_R уменьшатся опять же по экспоненциальной кривой.

Л. — А ты не подумал о том, что сумма напряжений U_R и U_с должна быть в любой момент равна общему напряжению U?

Н. — Признаюсь, что эта элементарная истина ускользнула от меня. Очевидно, если ее учесть, то можно построить кривую U_R по кривой U_с и наоборот, раз сумма их дает горизонтальную площадку.

Л. — Я начертил кривые напряжений для постоянной времени RC, более высокой по сравнению с длительностью Т прямоугольного импульса, а также для малого значения RC.

В первом случае я принял, что заряд практически заканчивается в конце интервала времени Т. Во втором случае он заканчивается очень быстро, так что за всплеском напряжений U_с и U_R следуют горизонтальные участки. Теперь перейдем ко второму акту драмы: приложенное напряжение U вновь падает до нуля.

Н. — В этот момент конденсатор С начинает разряжаться через резистор R и источник напряжения. Вследствие этого напряжение U_с начинает уменьшаться, также по экспоненте и с той же постоянной времени. Когда постоянная времени достаточно велика, мы опять встречаемся с нашим старым добрым знакомым — зубом пилы, одним из тех зубьев, которыми мы были сыты по горло за время изучения развертывающих устройств.

Л. — Наш зуб пилы отличается от других тем, что заряд и разряд происходят в соответствии с одним и тем же законом, тогда как в развертывающих устройствах разряд происходит значительно скорее, поскольку цепь разряда имеет очень небольшое сопротивление и поэтому небольшую постоянную времени… Но, однако, вернемся к нашим напряжениям. Что произойдет с U_R на резисторе?

Н. — Поразительные явления! Когда конденсатор начнет разряжаться, ток через резистор R изменит направление. Появится, следовательно, отрицательное падение напряжения. Ток и, следовательно, напряжение, значительные в начале разряда, затем уменьшаются по экспоненциальному закону, который решительно оказывается высшим законом в телевидении.

Л. — Не удивляйся так изменению направления напряжения на резисторе R. При наличии некоторой логики ты мог бы и предвидеть это. Ведь U_R + U_c = U. Если U упало до нуля, то для сохранения этого равенства нужно, чтобы U_R стало отрицательным, если U_c положительно, в противном случае сумма их не может быть равна нулю…

Н. — Это ясно. Но у меня в противоположность тебе нет «математической шишки» и физические рассуждения для меня гораздо более убедительны. Твои научные термины…

Л. — Пусть они тебя не пугают. Говорят, что напряжение U интегрируется, когда снимается напряжение U_c с конденсатора. Его форма изменяется в том смысле, что все округляется. Внезапные изменения смягчаются. Наоборот, все эти изменения резче выражены в дифференцированном напряжении U_R, которое снимают с резистора.

Н. — В общем конденсатор — это незлобивый толстяк, во всем видящий хорошее. Напротив, резистор — это сварливая карга с резкими движениями, с приступами громоподобного гнева…

ДИФФЕРЕНЦИРУЮЩИЕ И ИНТЕГРИРУЮЩИЕ ЦЕПИ В ДЕЙСТВИИ

Л. — Твои дикие сравнения меня огорчают… Запомни из того, что мы говорили, следующее: одна и та же цепь может служить и дифференцирующей и интегрирующей в зависимости от того, откуда снимают напряжение — с резистора или конденсатора. Однако в дифференцирующей цепи R и С должны быть сравнительно небольшой величины, их произведение, т. е. постоянная времени, не должно превышать приблизительно пятой части продолжительности импульса Т. Наоборот, R и С интегрирующей цепи должны быть большими, так чтобы постоянная времени была в несколько раз больше Т.

Н. — Следовательно, если я правильно понял, практически используются разные цепи для дифференцирования и интегрирования. И все же, должен признаться, я не совсем ясно себе представляю, как их используют.

Л. — А ведь ты уже достаточно знаешь, чтобы понять это. Начерти форму синхронизирующих сигналов на выходе амплитудного селектора.

Н. — Вот они стоят стройными рядами (рис. 113). Я изобразил два строчных импульса, затем более длинные кадровые импульсы, затем опять импульсы строк[7].

Рис. 113. Разделение синхронизирующих сигналов с помощью схемы на рис. 114.

Л. — Я в свою очередь дополню твой рисунок, отметив стрелками моменты начала развертки строк. Напомню мимоходом, что синхронизация строчной развертки поддерживается и во время подачи кадровых синхроимпульсов. Сумеешь ты теперь начертить форму дифференцированного напряжения?

Н. — В соответствии с тем, что ты только что говорил, я полагаю, что постоянная времени очень мала, менее пятой части длительности импульсов… чего?

Л. — Самых коротких импульсов, строчных.

Н. — Дифференцированные сигналы имеют вид коротких и острых импульсов, положительных или отрицательных сообразно с тем, идет ли речь о начале или конце импульсов.

Л. — Эти сигналы, острые, как лезвие бритвы, весьма пригодны для точной синхронизации строчной развертки. В более простых телевизорах они непосредственно используются для синхронизации блокинг-генератора или мультивибратора, о которых мы уже говорили. В телевизорах подороже эти импульсы управляют схемой автоматической подстройки строчной частоты, отличающейся повышенной помехоустойчивостью, особенно необходимой в условиях дальнего приема при слабом входном сигнале.

А теперь попробуй начертить форму сигналов на выходе интегрирующей цепи.

Н. — Я думаю, что ее постоянная времени должна превышать длительность кадрового импульса. В этих условиях строчной импульс многого не сделает. Действительно, едва начнется заряд конденсатора, как нужно, чтобы начался разряд. Бедняжка толстяк не успеет достигнуть сколько-нибудь значительного напряжения, как оно уже начнет падать.

Л. — Тем лучше, Незнайкин! То, что импульсы строк почти не появляются на выходе интегрирующей цепи, великолепно, так как эта цепь поможет нам выделить кадровые импульсы.

Посмотри-ка, как она реагирует на эти импульсы.

Н. — Так как их продолжительность больше, у конденсатора будет время зарядиться в какой-то мере. Но в конце первого импульса и во время, отделяющего его от следующего импульса, он немного разрядится. Затем, во время второго импульса его напряженно еще повысится. Последует короткий разряд, затем новый заряд и т. д. Все это похоже на тот танец, где делают три шага вперед, затем шаг назад, потом опять три шага вперед и т. д.

Л. — С той только разницей, что по мере увеличения напряжения шаги становятся короче.

Н. — Конечно, раз устройство подчиняется этому неизбежному экспоненциальному закону… Но всему приходит конец. И когда серия кадровых импульсов закончит сбое шествие, конденсатор разрядится по наилучшей экспоненциальной кривой.

Л. — Не такой уж хорошей из-за маленьких бугорков от последующих строчных импульсов.

Н. — В общем благодаря интегрирующей цепи совокупность кадровых импульсов дает длинный и высокий зуб пилы, причем строчные импульсы практически исчезают. А что делают с проинтегрированным напряжением?

Л. — Его подают на кадровую развертку, которая в благоприятном случае оказывается правильно синхронизированной. Для повышения качества синхронизации можно использовать диод со смещением, чтобы пропустить только верхушки импульсов и устранить таким образом остатки строчных синхроимпульсов. Но этого практически не требуется. Чаще всего цепь разделения встречается в простейшей форме (рис. 114), где напряжение с нагрузочного резистора R амплитудного селектора подается, с одной стороны, на дифференцирующую цепочку R₁C₁, соединенную с каскадом строчной развертки, а с другой — на интегрирующую цепочку R₂C₂, соединенную с каскадом кадровой развертки.

Рис. 114. Схема дифференцирующей цепи для выделения строчных импульсов и интегрирующей цепи для выделения кадровых импульсов.

Н. — А для чего служат конденсатор С₃ и резистор R₃?

Л. — Конденсатор С₃ обеспечивает связь и в то же время не дает анодному напряжению селекторной лампы попасть на вход каскада кадровой развертки, а резистор R₃ является утечкой сетки лампы этого каскада.

Н. — Все это прекрасно? Но разве С₃ и R₃ не представляют собой нечто вроде дифференцирующей цепи, наложенной на интегрирующую и мешающей ей?

Л. — Нисколько, Незнайкин. Величины этих двух элементов настолько велики, что их дифференцирующее действие совершенно ничтожно.

ЭКСПОНЕНЦИАЛЬНАЯ ЛЕСТНИЦА

Н. — Почему ты сказал, неопределенно улыбнувшись, что кадровая развертка будет правильно синхронизирована интегрирующей цепью лишь в благоприятном случае?

Л. — Потому что я не люблю этих цепей. Сигналу, который они дают, не хватает четкости: все вяло, бесформенно, все закруглено… Покажи мне дифференцирующую цепь, где какой бы то ни было сигнал расплывался бы на всю ширину!

Н. — Но не применишь же ты дифференцирующую цепь, чтобы выделить кадровые импульсы.

Л. — А почему бы и нет? Но только для этого я возьму конденсатор и резистор достаточной величины, чтобы получить постоянную времени намного выше, чем в строчной дифференцирующей цепи.

Н. — Не понимаю, как все это будет работать. Не мог бы ты еще раз облегчить мне понимание соответствующим чертежом?

Л. — Возьмем импульсы (рис. 115) отрицательной полярности, когда на селекторную лампу подают негативный видеосигнал. Попробуй начертить форму напряжения на резисторе.

Рис. 115. Выделение кадровых импульсов с помощью дифференцирующей цепи и амплитудного ограничителя.

Н. — В момент, когда возникает отрицательное напряжение строчного импульса, на сопротивлении появляется полное напряжение. Зарядный ток, который его определяет, медленно уменьшается из-за постоянной времени цепи и…

Л. — Но, дорогой Незнайкин, заряд не может быть длительным, ибо строчной импульс, определяющий его, сам имеет малую длительность.

Н. — Это так. Поэтому вскоре после начала заряда и незначительного уменьшения отрицательного напряжения на резисторе напряжение вновь поднимется в момент прекращения строчного импульса и вернется к нулевому уровню.

Л. — Ты в этом так уверен? Когда напряжение сигнала изменяется от минус U в до нуля, оно увеличивается на U в. И то же происходит с напряжением на резисторе. Следовательно, поскольку после начала заряда оно уже несколько поднялось от уровня минус U в, оно достигает в момент прекращения импульса некоторой положительной величины. В процессе же разряда конденсатора напряжение на резисторе упадет до нуля.

Н. — Верно. Какие, однако, сложные вещи могут происходить в простом резисторе, присоединенном к конденсатору!

Л. — Все это гораздо проще, чем кажется на первый взгляд. Посмотрим теперь, что будет происходить с кадровыми импульсами.

Н. — В принципе то же, что и со строчными. Но заряд будет длиться дольше для каждого импульса. Таким образом, напряжение будет располагать большим количеством времени, чтобы увеличиться. При каждом прекращении импульса, поднимаясь на U в, напряжение на резисторе будет становиться все более и более положительным. И это тем более, что между двумя последовательными кадровыми импульсами у конденсатора почти не останется времени, чтобы разрядиться.

Л. — Видишь, как напряжения поднимаются, образуя нечто вроде лестницы…

Н. — …экспоненциальной, я в этом уверен. Этот процесс тянется до конца кадровых импульсов, после чего конденсатор может, наконец, разрядиться, сказав с облегчением: «уф»…

Л. — Ты видишь теперь, что с помощью дифференцирующей цепи с достаточно большой постоянной времени удалось выявить кадровые сигналы в виде ряда импульсов, явственно преобладающих над пейзажем. Что еще нужно сделать, чтобы можно было использовать их для целей синхронизации?

Н. — Я догадываюсь, что, отрезав все, что находится вне интервала амплитуд, заключенных между двумя уровнями, отмеченными пунктиром, получают напряжения, вычерченные на графике U_огр. Этого можно добиться при помощи ограничителей с диодами или пентодами. Полученное таким образом напряжение может быть использовано для синхронизации кадровой развертки.

Л. — Заметь, насколько она может быть более четкой по сравнению с синхронизацией от интегрирующей цепи. С первого же импульса, там, где я начертил стрелку, с высокой точностью начнется кадровая развертка[8].

Н. — Что касается меня, то моя развертка времени, которую я ношу на браслете, показывает, что мне пора ложиться спать, чтобы проинтегрировать твои дифференциальные объяснения.