Любите ли вы телевидение так, как не люблю его я?
Телевизор - это вообще - отвратительная штука. Чем просиживать часами перед "голубым экраном", куда полезнее вести здоровый образ жизни: не спеша, с чашкой кофэ - за компьютером…
Тем не менее, вещи, которые я буду рассказывать в этом цикле статей, могут вполне пригодиться в нашей с вами практической деятельности.
Итак, сейчас мы разберемся, как же происходит передача видеосигнала. Рассматривать мы будем родную до боли систему SECAM, потому что в нашей стране (а именно - Российской Федерации) официально принята именно эта система телевидения. Впрочем - обо всем по порядку.
Как работает телевизор?
Телевизор работает по 24 часа в сутки 7 дней в неделю. Это понятно.
У него есть экран - 1шт и динамик - от 1 до бесконечности, в зависимости от "навороченности" агрегата. Еще у него есть антенна и пульт управления. Но нас сейчас интересует только экран. А переводя с языка домохозяек на язык мудрых котов - кинескоп
(электронно-лучевая трубка - ЭЛТ).
Я прекрасно понимаю, что в наш век плазмы и жидкого кристалла, электронно-лучевой кинескоп кажется кому-то пережитком старины. Однако, понять принцип работы телевизора, проще всего именно разбираясь с ЭЛТ.
Электронно-лучевая трубка
Шо це таке. Причем здесь электроны? Причем здесь лучи?
Дело в том, что картинка на экране рисуется при помощи электронного луча. Электронный луч очень похож на световой. Но световой луч состоит из фотонов, а электронный - из электронов, и мы его увидеть не можем. Куча электронов несется с бешеной скоростью по прямой от пункта А - к пункту Б. Так образуется "луч".
Пункт Б - это анод. Он находится прямо на обратной стороне экрана. Также, экран (с обратной стороны) вымазан специальным веществом - люминофором. При столкновении электрона на бешеной скорости с люминофором, последний испускает видимый свет. Чем быстрее летел электрон до столкновения - тем свет будет ярче. То есть, люминофор - это преобразователь "света" электронного луча в свет, видимый для человеческого глаза.
С пунктом Б разобрались. А что же такое пункт "А"? А - это "электронная пушка ". Название страшное. Но страшного в ней ничего нет. Она не предназначена для того, чтобы жестоко расстреливать пришельцев с Марса. Но "стрелять" она все же умеет - электронным лучем в экран.
Как это все устроено?
Вообще, ЭЛТ - это такая большая электронная лампа. Как? Вы не знаете что такое лампа? Ну ладно…
Электронные лампы - это такие же усилительные элементы как и любимые всеми нами транзисторы. Но лампы появились намного раньше их кремниевых "коллег", еще в первой половине прошлого века.
Лампа
- это такой стеклянный баллон, из которого откачан воздух.
В самой простой лампе - 4 вывода: катод, анод и два вывода нити накала. Нить накала нужна для того, чтобы разогреть катод. А разогреть катод нужно для того, чтобы с него полетели электроны. А электроны должны полететь затем, чтоб возник электрический ток через лампу. Для этого обычно на нить накала подается напряжение - 6,3 или 12,6 В (в зависимости от типа лампы)
Кроме того, чтобы полетели электроны - нужно высокое напряжение между катодом и анодом. Оно зависит от расстояния между электродами и от мощности лампы. В обычных радиолампах это напряжение составляет несколько сотен вольт, расстояния от катода до анода в таких лампах не превышают нескольких миллиметров.
В кинескопе расстояние от катода, находящегося в электронной пушке до экрана может превышать несколько десятков сантиметров. Соответственно, и напряжение там нужно намного большее - 15…30 кВ
.
Такие зверские напряжения создает специальный повышающий трансформатор. Его еще называют строчный трансформатор, поскольку он работает на строчной частоте. Но, об этом - чуть позже.
При ударении электрона об экран, кроме видимого света, "вышибаются" также и другие излучения. В частности - радиоактивное. Вот почему не рекомендуется смотреть телек ближе 1…2 метров от экрана.
Итак, луч получили. И он так красивенько светит аккурат в центр экрана. Но нам-то надо, чтоб он "чертил" по экрану линии. То есть, нужно заставить его отклоняться от центра. И в этом вам помогут… электромагниты. Дело в том, что электронный луч, в отличие от светового, очень чувствителен к магнитному полю. Поэтому то он и используется в ЭЛТ.
Нужно поставить две пары отклоняющих катушек. Одна пара будет отклонять по горизонтали, другая - по вертикали. Умело управляя ими, можно гонять луч по экрану куда угодно.
А куда угодно?
Вот отсюда мы и начинаем нашу повесть о строчках точках и крючочках…
Повесть о Строчках, Точках и Крючочках
Картинка на экране телевизора образуется в результате того, что луч с бешенной скоростью чертит слева-направо сверху-вниз по экрану. Такой метод последовательной прорисовки изображения называется "развертка ".
Поскольку развертка происходит очень быстро - для глаза все точки сливаются в строчки а строчки - в единый кадр.
В системах PAL и SECAM за одну секунду луч успевает пробежать весь экран 50 раз.
В американской системе NTSC - еще больше - аж 60 раз! Вообще говоря, системы PAL и SECAM отличаются лишь в передаче цвета. Все остальное у них - одинаково.
Картинка образуется за счет того, что во время "бега", луч изменяет свою яркость в соответствии с принимаемым видеосигналом. Как происходит управление яркостью?
А очень просто! Дело в том, что кроме рассмотренных электродов - анода и катода , в лампах бывает еще третий электрод - сетка . Сетка - это управляющий электрод. подавая на сетку сравнительно низкое напряжение, можно управлять током, протекающим через лампу. Иными словами, можно управлять интенсивностью потока электронов, "летящих" от катода к аноду.
В ЭЛТ сетка используется для изменения яркости луча.
Подавая на сетку отрицательное напряжение (относительно катода), можно ослабить интенсивность потока электронов в луче, или вообще закрыть "дорогу" для электронов. Это бывает нужно, например, при перемещении луча от конца одной строки к началу другой.
Теперь поговорим поподробнее именно про принципы развертки.
Для начала, стоит запомнить несколько несложных чисел и терминов:
Растр
- это одна "строчка", которую рисует луч на экране.
Поле
- это все строчки, которые нарисовал луч за один вертикальный проход.
Кадр
- это элементарная единица видеоряда. Каждый кадр состоит из двух полей - четного и нечетного.
Это стоит пояснить: изображение на экране телевизора разворачивается с частотой 50 полей в секунду. Однако, телевизионный стандарт равен 25 кадрам в секунду. Поэтому один кадр при передаче разбивается на два поля - четное и нечетное. В четном поле содержатся только четные строчки кадра (2,4,6,8…), в нечетном - только нечетные. Изображение на экране также "рисуется" через строку. Такая развертка называется " чересстрочная развертка ".
Бывает еще "прогрессивная развертка " - когда весь кадр развертывается за один вертикальный ход луча. Она используется в компьютерных мониторах.
Итак, теперь сухие числа. Все приведенные числа справедливы для систем PAL и SECAM.
Кол-во полей в секунде - 50
Кол-во строк в кадре - 625
Количество эффективных строк в кадре - 576
Количество эффективных точек в строке - 720
А эти числа выводятся из вышеприведенных:
Кол-во строк в поле - 312,5
Строчная частота - 15625 Гц
Длительность одной строки - 64 мкС (вместе с обратным ходом луча)
Сегодня мы разберемся в том, как работает телевизор и как происходит передача видеосигнала. Ныне наиболее популярными телевизорами являются плазменные и жидкокристаллические. Но для того, чтобы наиболее полно понять принцип работы телевидения, лучше рассматривать телевизоры изготовленные на основе электронно-лучевой трубы.
Основной принцип работы телевизоров
Формально процесс передачи изображения довольно прост:
- Светочувствительные элементы телекамер конвертируют световое излучение в определенный электросигнал.
- Полученный электрический сигнал обрабатывают и передают в эфир.
- В задней части телевизора находится три электронных пушки. В результате принятия сигналов из телеэфира они создают пучки электронов и направляют их на внутреннюю сторону телевизора, которая покрыта специальным веществом – люминофором. При контакте данного вещества и электронов образуется свечение.
- Из свечения красного, зеленого и синего света и создается вся картинка на экране телевизора.
Схема работы 3D телевизора
Как видите, принцип работы старых телевизоров довольно прост. Но как работает 3D телевизор?
На самом деле 3D телевизоры только создают иллюзию трех измерений. Весь принцип создания иллюзии трёхмерной довольно прост и основывается на том факте, что наши глаза находятся на расстоянии друг от друга. Исходя из данного факта, можно предположить, что если показать каждому глазу одинаковое изображение, но под различным углом – мозг скомбинирует данные два изображения, и в результате выйдет трехмерное изображение. В киноиндустрии используются методы, которые опираются на данный фактор.
В первом случае два изображения обедняются, при этом каждое изображение видоизменяется с помощью цветового фильтра. Для того, чтобы просмотреть подобное видео, потребуются очки с двумя линзами разных цветов. Благодаря данным очкам каждый глаз видит одно изображение, но под разным углом. Данный метод создания 3D уже известен довольно давно и впервые использовался с целью придать объемности изображению в черно-белом кино. Метод с использованием цветового фильтра принято называть анаглифом.
В современных фильмах анаглиф используется все реже. На смену цветовому фильтру пришел так называемый фильтр поляризации. Принцип при поляризации подобен тому, который используется в анаглифе, но вместо преобразования цвета изменяются волны света, которые замечает глаз зрителя. При просмотре подобных фильмов также нужны очки, которые имеют линзы разной поляризации. Данный метод создания 3D дает лучший и более реалистичный результат.
Не так давно появился и еще один метод, который уже начали использовать в 3D телевизорах. Суть проста - все линзы и фильтры устанавливаются перед экраном, а программное обеспечение телевизора идентифицирует положение пользователя и обеспечивает плавную 3D картинку.
Принцип работы дистанционного пульта
Теперь нам осталось узнать только, как работает пульт телевизора.
На самом деле данный процесс довольно прост:
- При нажатии любой кнопки на пульте происходит замыкание двух дорожек.
- Вследствие данного замыкание на центральный чип пульта передается импульс.
- Далее центральный чип посылает электрический сигнал на фотодиод. Информация передается с помощью инфракрасного сигнала. Данный сигнал невиден человеческому глазу, но его можно обнаружить с помощью различного оборудования (для примера можно использовать фотокамеру).
- Данный сигнал ловится и обрабатывается приемником самого телевизора. Сигнал проверяется на информацию о модели пульта, а также на нужную команду.
Телевизионный приемник - устройство для приема телевизионных сигналов и их преобразования в визуально-звуковые образы.
Телевизор состоит из устройства отображения визуальной информации (кинескопа, жидкокристаллической или плазменной панели); шасси - платы, которая содержит основные электронные блоки телевизора (телетюнер, декодер с усилителем аудио- и видеосигналов и др.), корпуса с расположенными на нем разъемами, кнопками управления и громкоговорителями.
Телевизионные радиосигналы, принятые антенной, подаются на радиочастотный (антенный) вход телевизора. Далее они поступают в радиочастотный модуль, называемый также тюнером, где из них выделяется и усиливается сигнал именно того канала, на который в этот момент настроен телевизор. В тюнере также происходит преобразование радиочастотного сигнала в низкочастотные видео- и аудиосигналы.
Видеосигнал после усиления подается в модуль цветности (только в телевизорах цветного изображения), содержащий декодер цветности, а затем на устройство отображения визуальной информации. Декодер цветности предназначен для декодирования сигналов цветности той или иной системы (PAL , SEC AM , NTSC ).
Аудиосоставляющая подается в канал звукового сопровождения, где происходит выделение звукового сигнала и его необходимое усиление. После усиления аудиосигнал подается на громкоговоритель (динамик), преобразующий электрический сигнал в слышимый звук. Если телевизор рассчитан на воспроизведение стерео или многоканального звука, в составе его канала звукового сопровождения имеется соответствующий декодер многоканального звука, который разделяет звуковую составляющую на каналы.
Кинескопы бывают черно-белого изображения и цветного изображения, отличаются они по конструкции.
Экран кинескопа черно-белого изображения изнутри покрыт сплошным слоем люминофора, обладающего свойством светиться белым цветом под воздействием потока электронов. Тонкий электронный луч формируется электронным прожектором, размещенным в горловине кинескопа. Управление электронным лучом осуществляется электромагнитным способом, в результате чего он последовательно в ходе развертки сканирует экран по строкам, вызывая свечение люминофора. Интенсивность (яркость) свечения люминофора в ходе сканирования изменяется в соответствии с электрическим сигналом (видеосигналом), несущим информацию об изображении.
Экран кинескопа цветного изображения изнутри покрыт дискретным слоем люминофоров (в форме кружков или штрихов), светящихся красным, зеленым и синим цветом под действием трех электронных пучков, формируемых тремя электронными прожекторами. Все кинескопы цветного изображения перед экраном имеют цветоделительную теневую маску. Она служит для того, чтобы каждый из трех электронных лучей, одновременно проходящих через многочисленные отверстия маски в ходе сканирования, точно попадал на "свой" люминофор (первый - на зерна люминофора, светящиеся красным цветом, второй - на зерна люминофора, светящиеся зеленым цветом, третий - на зерна люминофора, светящиеся синим цветом).
Каждый электронный луч модулируется "своим" видеосигналом, что соответствует трем составляющим цветного изображения. Поступая на кинескоп, видеосигналы управляют интенсивностью электронных пучков и, следовательно, яркостью свечения люминофоров (красного, зеленого и синего). В результате на экране цветного кинескопа воспроизводятся одновременно 3 одноцветных изображения, создающих в совокупности цветное изображение.
К современным средствам отображения визуальной информации относят жидкокристаллические экраны, проекционные системы, плазменные панели.
В жидкокристаллических телевизорах LCD (Liquid Crystal Display ) изображение формируется системой из жидких кристаллов и поляризационых фильтров. С тыльной стороны жидкокристаллическая панель равномерно освещается источником света. Управление ячейками (пикселями) жидких кристаллов осуществляется матрицей электродов, на которую подается управляющее напряжение. Под действием напряжения жидкие кристаллы разворачиваются, образуя активный поляризатор. При изменении степени поляризации светового потока, изменяется его яркость. Если плоскости поляризации жидкокристаллического пикселя и пассивного поляризационного фильтра отличаются на 90°, то через такую систему свет не проходит.
Цветное изображение получается в результате использования матрицы цветных фильтров, которые выделяют из излучения источника белого цвета три основных цвета, комбинация которых дает возможность воспроизвести любой цвет. Жидкокристаллические телевизоры отличаются компактностью, отсутствием геометрических искажений, вредных электромагнитных излучений, малой массой и потребляемой мощностью, но в то же время имеют малый угол обзора изображения.
В проекционных телевизорах изображение получается в результате оптической проекции на просветный или отражающий экран телевизора яркого светового изображения, создаваемого проектором. Проекторы, используемые в проекционных телевизорах, могут быть построены на электроннолучевых кинескопах, жидкокристаллических матричных полупроводниковых элементах, а также лазерных проекционных трубках.
Основными недостатками проекционных телевизоров являются их громоздкость, высокая потребляемая мощность, низкая четкость увеличенного изображения и узкая зона размещения зрителей перед экраном телевизора.
В основу работы плазменного телевизора положен принцип управления разрядом инертного газа, находящегося в ионизированном состоянии между двумя расположенными на небольшом расстоянии друг от друга плоскопараллельными стеклами ячеистой структуры. Рабочим элементом (пикселем), формирующим отдельную точку изображения, является группа из трех пикселей, ответственных, соответственно, за три основных цвета. Каждый пиксель представляет собой отдельную микрокамеру, на стенках которой находится флюоресцирующее вещество одного из основных цветов. Пиксели находятся в точках пересечения прозрачных управляющих электродов, образующих прямоугольную сетку. При разряде в толще инертного газа возбуждается ультрафиолетовое излучение, которое, воздействуя на люминофоры первичных цветов, вызывает их свечение. Изображение последовательно, точка за точкой, по строкам и кадрам развертывается на экране.
Яркость каждого элемента изображения на панели определяется временем его свечения. Если на экране обычного кинескопа свечение каждого люминофорного пятна непрерывно пульсирует с частотой 25 раз в секунду, то на плазменных панелях самые яркие элементы светятся постоянно ровным светом, не мерцая. Плазменные панели выпускается форматом изображения 16:9. Толщина панели размером экрана в 1 м не превышает 10-15 см, что позволяет использовать их в настенном варианте. Надежность плазменных панелей превышает надежность традиционных кинескопов.
В этой статье мы поговорим с вами об устройстве CRT телевизоров (кинескопных ), разберём структурную схему этих аппаратов и немного поговорим о функциях того или иного блока.
Хочу сразу заметить, что статья не претендует на какую-нибудь научность, а носит чисто ознакомительный характер и основана только на личном опыте. Также здесь не присутствует информация о знаниях в области ремонта каких-либо электронных изделий.
Итак, начнём со структурной схемы ЭЛТ телевизоров .
Приведённая на рисунке ниже структурная схема весьма условна и проста, но отражает принцип работы кинескопного телевизора .
Теперь разберём, что же это за буковки в прямоугольничках:
БП – это блок питания;
БУ – блок управления;
ССИ – селектор синхроимпульсов;
СК – селектор каналов;
УПЧ – усилитель промежуточной частоты;
УНЧ – усилитель низкой частоты;
МЦ – модуль цветности;
МКР – модуль кадровой развёртки (КР);
МСР – модуль строчной развёртки (СР);
ЭЛТ – электронно-лучевая трубка (кинескоп).
Маленькие прямоугольнички – это катушки отклоняющей системы кадровой и строчной развёрток.
Теперь коротенько о каждом блоке.
Блок питания (БП)
В современных телевизорах устанавливаются импульсные блоки питания (ИБП).
Что же это означает? А это означает, что первичная обмотка импульсного трансформатора, который используется в таком ИБП, питается импульсами тока изменяющимися по времени. Ширина (время) такого импульса регулируется определённой схемой, чтобы достичь постоянных по величине напряжений выхода. Блок питания обеспечивает питанием все остальные модули и блоки телевизора и имеет два режима работы – «дежурный» и «рабочий». Отличаются эти режимы величиной энергопотребления. Когда телевизор находится в «дежурном» режиме, т.е. выключенным только от пульта, ток на БП всё равно поступает, только в меньшем количестве. По этому производители рекомендуют отключать телевизор кнопкой «сеть» на передней панели.
Блок управления (БУ)
К данному блоку относятся всевозможные кнопки управления телевизором (переключение каналов, громкость, настройки и т.д.), инфракрасный сенсор для управления телевизором от пульта. Также сюда относятся микросхемы памяти и управление включением строчной развёртки.
Селектор синхроимпульсов (ССИ)
Данный селектор из общего видеосигнала выделяет строчные и кадровые синхроимпульсы для блоков, соответственно, строчной и кадровой развёрток.
Селектор каналов (СК)
Селектор каналов – это чувствительный приёмник, который управляется частотой настройки с помощью постоянного напряжения. Селектор выдаёт сигнал, который содержит в себе ПЦТС (полный цветовой телевизионный сигнал). ПЦТС модулируется на одной частоте, которая не зависит от частоты принимаемого сигнала ПЧ (промежуточная частота).
Усилитель промежуточной частоты (УПЧ)
Этот усилитель усиливает сигнал промежуточной частоты (ПЧ), промежуточной звуковой частоты и выделение ПЦТС. УПЧ состоит, в основном, из видеодетектора, усилителя промежуточной частоты звука (УПЧЗ) и частотного детектора звуковой частоты.
Усилитель низкой частоты (УНЧ)
Просто усиливает звуковой сигнал.
Модуль цветности (МЦ)
В модуле цветности происходит декодирование сигналов красного, синего и зелёного цветов и их усиление до нужного значения.
Модуль кадровой развёртки (МКР)
В данном модуле вырабатывается пилообразный, с частотой 50 Гц, сигнал, необходимый для катушек кадровой (вертикальной) развёртки.
Модуль строчной развёртки (МСР)
В этом модуле вырабатывается пилообразный сигнал с частотой 15625 Гц, необходимый для катушек строчной (горизонтальной) развёртки. В состав СР, помимо всего остального, входит ТДКС (трансформатор диодно-каскадный строчный), в котором путём умножения напряжения на конденсаторах, формируется высокое напряжение для анода кинескопа. Вторичные обмотки ТАКСа используются в качестве питания вторичный цепей (16 В, 12 В, 6 В и т.п.).
