основы радиосвязи. Основы радиосвязи и телесвязи. 1. Основы радиосвязи

• Название: 1. Основы радиосвязи
• Анкор: основы радиосвязи
• Дата: 29.03.2022
• Размер: 2.77 Mb.
• Имя файла: Основы радиосвязи и телесвязи.doc
• Тип: Документы; #424290
• страница: 7 из 21

Вопросы для самоконтроля

5.1. Перечислите основные функциональные элементы камерного канала.

5.2. Назовите причину возникновения апертурных искажений.

5.3. Как практически осуществляется апертурная коррекция?

5.4. Нарисуйте возможные структурные схемы горизонтальных апертурных корректоров.

5.5. Поясните принципы двумерной апертурной коррекции.

5.6. С какой целью осуществляется электронная цветокоррекция видеосигналов телевизионной камеры?

5.7. Поясните принцип работы регулируемой цветокорректирующей матрицы.

5.8. Объясните необходимость коррекции амплитудной характеристики ТВ тракта.

5.9. В чем заключается принцип коррекции формы амплитудной характеристики ТВ тракта?

5.10. Какие способы построения гамма-корректоров Вы знаете?

Список рекомендуемой литературы

1. Телевизионные передающие камеры / В.А.Петропавловский, Л.Н.Постникова, А.Я.Хесин, А.Л.Штейнберг.-М.: Радио и связь, 1988.- 304с.

2. Техника цветного телевидения / Под ред. С.В.Новаковского.-М.: Связь, 1976.- 496с.

3. Самойлов В.Ф., Хромой Б.П. Основы цветного телевидения.-М.: Радио и связь, 1982.- 160с.

4. Проектирование и техническая эксплуатация телевизионной аппаратуры / Под ред. С.В.Новаковского.-М.: Радио и связь, 1994.- 360с.

6. Телевизионные преобразователи электрических сигналов в оптическое изображение

6.1. Конструкция цветного масочного кинескопа

6.2. Жидкокристаллические устройства воспроизведения телевизионных изображений

6.3. Газоразрядные панели, воспроизводящие телевизионные изображения

6.4. Конструктивные особенности плоских видеопанелей типа "плазматрон"

6.5. Система большого телевизионного экрана

Целью изучения данной темы является ознакомление с принципами преобразования электрических сигналов в оптические изображения, знание конструктивных электрических особенностей цветного масочного кинескопа, просветного жидкокристаллического экрана, газоразрядных панелей, плоских видеопанелей типа "плазмотрон", устройств воспроизведения изображений большого размера.

6.1. Конструкция цветного масочного кинескопа

Конечным звеном ТВ системы является преобразователь видеосигнала в оптическое изображение. В большинстве случаев ТВ изображения воспроизводят при помощи электроннолучевых трубок с люминесцирующими экранами. Такие трубки принято называть приемными или кинескопами. В кинескопах цветного ТВ используется трехрастровая система, при которой на экране формируется три одноцветных растра - R, G, B, совмещенные с достаточной степенью точности друг с другом. Трехрастровая система предполагает наличие в кинескопе трех электронных прожекторов, формирующих три электронных луча и трех люминофорных групп, спектральное излучение которых соответствует основным цветам. Разделение одноцветных изображений, т.е. обеспечение правильного попадания каждого из электронных лучей на люминофорные элементы экрана своего цвета, обеспечивается с помощью теневой маски. Такие кинескопы называются масочными.

Основные физические принципы работы и конструктивные особенности кинескопов любого типа заключаются в следующем. Электронные прожекторы и люминесцирующий экран помещаются в стеклянную колбу, из которой откачан воздух до получения высокого вакуума. Причем люминесцирующий экран наносится на внутреннюю поверхность переднего стекла колбы кинескопа. Отклонение электронных лучей осуществляется отклоняющими катушками, надеваемыми на горловину трубки. Каждый электронный прожектор кинескопа состоит из подогревного катода с нитью накала, управляющего электрода или модулятора и первого анода. Электростатическая фокусировка электронных лучей осуществляется электрическими полями дополнительных электродов, помещаемых в горловине трубки.

Электронные лучи под действием сильного ускоряющего электрического поля бомбардируют люминесцирующий экран, который начинает светиться под действием бомбардировки. Магнитное поле отклоняющих катушек заставляет электронные лучи перемещаться по экрану трубки в горизонтальном и вертикальном направлениях, в результате чего на экране образуются растры одноцветных изображений в виде совокупности отдельных сфокусированных строк. Если на управляющие электроды кинескопа подать видеосигналы основных цветов Е_R, Е_G, Е_B, которые будут изменять количество электронов в соответствующих электронных лучах, то на экране кинескопа появится цветное изображение, полностью соответствующее объекту наблюдения.



Рисунок 6.2. Щелевая маска Рисунок 6.3. Структура штрихового экрана

Наибольшее применение получили масочные кинескопы компланарного типа (с самосведением электронных лучей) (рисунок 6.1), в которых электронные прожекторы 1 расположены в горизонтальной плоскости, щелевая маска 5 имеет вертикальные прорези (рисунок 6.2), а люминофорное покрытие 6 представляет собой совокупность линейчатых вертикальных полосок трехцветных люминофоров (рисунок 6.3). Ось среднего прожектора (как правило, G) направлена вдоль оси симметрии кинескопа, а два боковых прожектора (R и B) наклонены к ней симметрично в горизонтальной плоскости под углом 1,5° так, что все три электронных луча сходятся в точке, лежащей на поверхности теневой маски. Через щелевые отверстия электронные лучи попадают на чередующиеся по цвету свечения вертикальные люминофорные полоски R, G, B. При одновременном возбуждении электронными лучами трех элементарных люминофорных полосок R, G, B свечение будет воспроизводить один элемент цветного ТВ изображения. Для более точного совмещения одноцветных изображений на горловине кинескопа дополнительно устанавливаются магниты чистоты цвета 2 и статического сведения электронных лучей 3. В тороидальной отклоняющей системе 4 компланарных кинескопов, помимо отклоняющих катушек, размещаются дополнительные обмотки магнитной квадрупольной линзы. Магнитное поле квадрупольной линзы осуществляет сближение электронных лучей в горизонтальном направлении в любой точке экрана, что обеспечивает их динамическое сведение. Обмотки квадрупольной линзы питаются от генератора кадровой развертки.

Для повышения светоотдачи внутреннюю поверхность передней части колбы кинескопа покрывают токопроводящим слоем 7, выполняющим роль второго анода, на который подается достаточно высокое ускоряющее напряжение (до 25 кВ). Ускоряющее напряжение второго анода обеспечивает ускорение до больших скоростей электронов, бомбардирующих люминофорное покрытие.

6.2. Жидкокристаллические устройства воспроизведения телевизионных изображений

Основные электрооптические эффекты в жидких кристаллах. Жидкокристаллическое (мезоморфное) состояние наблюдается как особая термодинамическая фаза у многих органических соединений, обладающих одновременно свойствами жидкости и твердого тела. Температурный интервал существования жидкокристаллической фазы может составлять десятки градусов. В пределах такого интервала температур наблюдается одна или несколько различных мезофаз, отличающихся по виду и степени упорядоченности. Эти фазы принято подразделять на нематическую, холестерическую и ряд смектических фаз. Практически во всех жидкокристаллических фазах наблюдаются электрооптические эффекты, многие из которых находят техническое применение.

В устройствах воспроизведения изображений наибольшее применение получили жидкие кристаллы (ЖК) нематического типа, у которых нитеобразно вытянутые органические молекулы стремятся ориентироваться таким образом, чтобы их главные оси были параллельны друг другу. Основными электрооптическими эффектами в подобных ЖК являются: динамическое рассеивание света и управляемое вращение плоскости поляризации в закрученной структуре или "твист-эффект".

Для наблюдения электрооптических эффектов используются специальные ячейки типа сэндвич, которые в наиболее простом виде состоят из двух параллельных стеклянных пластин, между которыми помещена капля ЖК нематического типа. Тонкие проводящие покрытия, прозрачные для света, или штриховые проводящие линии на внутренней поверхности пластин, на которое подается постоянное напряжение, создают внутри ячейки однородное электрическое поле. Толщина пленки ЖК устанавливается в пределах в 6 - 25 мкм с помощью распорок из полимеров.

В воспроизводящих устройствах, использующих динамическое рассеяние света в ЖК, в отсутствие электрического поля ЖК прозрачен, т.е. полностью пропускает падающий на него свет, почти не рассеивая его. В том случае, когда к обкладкам приложено постоянное или низкочастотное (несколько десятков Герц) напряжение в ЖК появляется оптоэлектрический эффект динамического рассеяния, при котором молекулы стремятся ориентироваться своим дипольным моментом по полю. В таком состоянии



Рисунок 6.4. Зависимость угла вращения плоскости поляризации от напряжения на электродах жидкокристаллической ячейки

ЖК становится турбулентным и непрозрачным (диффузно-рассеивающим), приобретая молочно-белую окраску. Для осуществления оптоэлектрического эффекта динамического рассеяния напряженность электрического поля в ЖК должна составлять около 5000 В/см. Например, для ячейки с толщиной пленки ЖК 12 мкм необходимо прикладывать напряжение величиной 6 - 50 В. Воспроизводящие устройства с динамическим рассеянием света обеспечивают контраст получаемых изображений, равный 15 40, время включения 1 300 мс, время выключения 20 20·10³ мс при управляющем напряжении от 15 В и выше. Быстродействие жидкокристаллических ячеек зависит от химического состава ЖК, например, от наличия добавок понижающих вязкость (холестерическая добавка в ЖК нематического типа уменьшает время срабатывания), температуры, амплитуды и частоты управляющего напряжения. При увеличении управляющего напряжения от 9 до 100 150В время включения уменьшается в 10³раз.

Другая особенность нематических ЖК заключается в ориентации их молекул параллельно поверхности проводящего покрытия, нанесенного на стеклянную пластинку. Если стеклянные пластины ЖК ячейки повернуть относительно друг друга на 90°, то в толще ЖК ориентация его молекул постепенно меняется от одной пластины к другой. Направление поляризации света при прохождении его через такое устройство также изменяется винтообразной структурой молекул ЖК на 90°. При наложении электрического поля молекулы ЖК раскручиваются ("твист-эффект") и ориентируются в направлении его вектора напряженности (рисунок 6.4). Конструкция воспроизводящей ячейки при использовании "твист-эффекта" в тематическом ЖК отличается от ранее рассмотренной наличием двух дополнительных пленок-поляризаторов, расположенных с наружной стороны стеклянных пластин. При ортогональных осях поляризации пленок-поляризаторов в случае отсутствия электрического поля световое излучение проходит через воспроизводящую ячейку, а при наличии электрического поля - не проходит. При параллельных осях поляризации пленок-поляризаторов наблюдается обратный эффект. Основное достоинство подобных устройств по сравнению с ячейками, использующими ЖК в режиме эффекта динамического рассеяния, - значительно меньшие значения управляющего напряжения (1 10 В), а следовательно, и более высокая их экономичность. К недостаткам следует отнести необходимость дополнительного применения двух пленок-поляризаторов, приводящую к снижению интенсивности проходящего светового потока.

В целом воспроизводящие устройства на ЖК, использующие "твист-эффект", обеспечивают более высокое качество получаемых изображений по сравнению с ячейками, работающими на основе эффекта динамического рассеяния света. Поэтому жидкокристаллические воспроизводящие устройства, использующие "твист-эффект", получили наибольшее применение в различных ТВ устройствах.

Методы адресации телевизионных жидкокристаллических экранов. В ТВ ЖКЭ требуемое изображение формируется из огромного числа (около 400000) элементов отображения (пикселей), равномерно распределенных по площади экрана и адресуемых индивидуально. Каждый пиксель представляет собой элементарную жидкокристаллическую ячейку. Поскольку для подачи управляющего напряжения формирование отдельного контакта к каждому пикселю исключено, используется матричный принцип организации ЖКЭ (рисунок 6.5), позволяющий осуществлять адресацию матрицы т х п пикселей с помощью т + n контактных шин. Практически это реализуется следующим образом. На внутренние поверхности двух высокоплоскостных стеклянных пластин, между которыми находится слой ЖК толщиной менее 10 мкм, наносят полосковые взаимоперпендикулярные прозрачные электроды; в местах их пересечения образуются элементарные жидкокристаллические ячейки, оптические свойства которых определяются напряжением, приложенным к электродам соответствующих строк и столбцов. Если пиксель характеризуется пороговой реакцией на управляющее напряжение, то при определенных амплитуде и полярности импульсных напряжений, подаваемых на соответствующие электроды строк и столбцов, возможно независимое управление ("включение-выключение") каждым пикселем матрицы без существенного изменения состояния остальных элементов. Такой режим с использованием импульсных управляющих напряжений с временным разделением называется мультиплексированием. Основным его недостатком является трудность сохранения высокого контраста изображения при большом числе сканируемых строк.



1 - элементарная ячейка

Рисунок 6.5. Схема, поясняющая матричный принцип управления жидкокристаллическим экраном

Это объясняется тем, что жидкокристаллические ячейки имеют достаточно высокую инерционность и реагируют на действующее, а не на мгновенное значение приложенного напряжения. Напряжение на включенную ячейку U_ВКЛ подается только при адресации данной строки, а напряжение на выключенной ячейке U_ВЫКЛв наиболее неблагоприятном случае может оказаться приложенным почти все время. Поскольку скважность импульсов возбуждения включенной ячейки по мере роста числа строк развертки z увеличивается, то действующие значения напряжения U_ВКЛи U_ВЫКЛсближаются. Так, при z = 1000 даже для оптимального соотношения возбуждающих напряжений на строках и столбцах будут соблюдаться следующие соотношения U_ВКЛ = 1,048 U_ПОР и U_ВЫКЛ=0,949 U_ПОР. Отсюда вытекает, что для получения высокого контраста мультиплексируемый ЖКЭ с достаточно большой информационной емкостью должен иметь чрезвычайно крутую вольт-контрастную характеристику и одинаковые значения U_ПОР для всех ячеек матрицы, что эквивалентно требованию строгого соблюдения расстояния между электродами и однородности их обработки. Кроме того, управляющие напряжения должны поддерживаться с высокой точностью.

Особенно недостатки мультиплексирования сказываются при воспроизведении полутоновых изображений. Это обусловлено тем, что с ростом числа строк разложения уменьшается время выборки отдельных элементов, что затрудняет использование временных методов модуляции (широтно-импульсного, т.е. ШИМ, кодово-импульсного или их комбинации). Таким образом, мультиплексируемые твист-нематические ЖКЭ пригодны для портативных персональных компьютеров и в значительно меньшей степени - для телевизоров.

Для устранения вышеназванных недостатков в ЖКЭ используется построчное управление с индивидуальной адресацией каждого элемента отображения с помощью "своего" ключа (рисунок 6.6), формируемого в непосредственной близости от него и исключающего возможность приложения напряжения к неадресуемым элементам. Для изготовления высокоинформативных ЖКЭ с активной адресацией на специальной подложке необходимо сформировать активную матрицу, содержащую огромное число таких ключей. Таким образом, при активной матричной адресации последовательно с каждой жидкокристаллической ячейкой включен коммутирующий элемент, заряжающий эквивалентную емкость ячейки



Рисунок 6.6. Схема, поясняющая принцип активной матричной адресации

В качестве коммутирующих элементов используются либо монокристаллические транзисторы, либо тонкопленочные транзисторы и структуры металл - диэлектрик - металл.

В активной транзисторной матрице выводы транзисторов присоединены к полосковым взаимноперпендикулярным прозрачным электродам (столбцам и строкам) и к точечным электродам элементарных жидкокристаллических ячеек, расположенным на одной из подложек. В свою очередь, столбцы соединены с источником видеосигнала, а строки - со схемой развертки. Если экран содержит N столбцов, то выборка и хранение видеосигнала осуществляются для N точек строки. При включении строки эквивалентные емкости элементарных ячеек ЖКЭ заряжаются до соответствующих значений напряжения видеосигнала.

В конце развертки любой из строк, напряжение с транзисторов снимается, что приводит к их выключению. В результате электрические заряды на эквивалентных емкостях элементарных ячеек ЖКЭ сохраняются в течение кадра до следующего периода развертки, При этом на элементарные ячейки могут подаваться видеосигналы с меняющимися в широком диапазоне действующими значениями напряжений, чем обеспечивается передача большого числа полутонов. К ключевым свойствам транзисторов предъявляются следующие два требования: сопротивление в проводящем состоянии должно быть достаточно мало, чтобы обеспечить заряд эквивалентной емкости элементарной ячейки ЖКЭ до напряжения на столбце (видеосигнала) в течение периода развертки строки, а сопротивление в непроводящем состоянии - достаточно велико, чтобы напряжения на ячейках заметно не менялись в течение интервала кадра.

В принципе матрицы транзисторов могут быть сформированы на кремниевой подложке. Недостатком транзисторной структуры на кремниевой подложке является то, что из-за непрозрачности подложки нельзя реализовать твист-нематический просветный экран. Применение же здесь отражательного режима ухудшает качество черно-белого изображения и делает невозможным получение цветного. Наилучшим образом удовлетворяют требованиям телевидения активные матрицы с транзисторами, изготовленными по тонкопленочной технологии на прозрачных подложках. Во-первых, они дешевле и могут быть, в принципе, значительно больших размеров. Во-вторых, на их основе можно изготовить ЖКЭ, работающие "на просвет" и воспроизводящие высококачественные цветные изображения.

В целом ЖКЭ с активной матричной адресацией, использующие матрицу тонкопленочных транзисторов, обеспечивают в четыре раза более высокое быстродействие (50 мс и менее) по сравнению с устройствами, работающими в режиме обычного мультиплексирования.

Для практической реализации отмеченных преимуществ необходимо решить ряд сложных технологических проблем, связанных с изготовлением активной матрицы с необходимым высоким выходом годных транзисторов, так как с увеличением числа элементов изображения значительно снижается вероятность получения бездефектной активной матрицы. Если вероятность дефектности одного транзистора в активной матрице обозначить как P, а число пикселей как Q, то выход активных матриц с совершенно бездефектными транзисторами будет равным (4-Р)^Q *100%. В случае если вероятность дефекта одного транзистора составляет одну часть на миллион, то при количестве элементов отображения в пределах 100000 выход активных матриц составляет около 90%. С учетом того, что для высококачественного изображения требуется более 1 млн. пикселей, то в этом случае бездефектный выход матриц в процентном отношении быстро снижается. Снижение дефектности можно добиться путем сокращения количества фотолитографических операций при изготовлении активных матриц.



Рисунок 6.7. Конструкция просветного жидкокристаллического экрана