Вопросы

1. Перечислите основные сигналы синхронизации и управления.

2. Опишите преимущества и недостатки интегрирующей цепи.

3. Как надо настроить генератор импульсов строчной развертки для устойчивой синхронизации?

4. Чему равна длительность импульса кадровой син­хронизации по отечественным стандартам?

5. Что такое импульсы врезки?

6. Какова частота импульсов врезки?

7. Чему равно количество импульсов кадровой развёртки?

8. Какую функцию выполняют дифференцирующие цепи в телевизионном сигнале?

4. Развертывающие устройства

4.1. Отклонение электронного луча

Отклоняющая система. Развертка изображений в ТВ-устройствах осуществляется путем отклонения электронного луча по определен­ному закону. Электронный луч может быть отклонен как с помощью изменяющихся электрического (используются отклоняющие пласти­ны), так и электромагнитного (используются отклоняющие катушки индуктивности) полей. При линейно-строчном законе развертки на отклоняющие пластины подается отклоняющее пилообразное напря­жение, а в отклоняющих катушках создается отклоняющий пилооб­разный ток.

На заре развития электронного телевидения применялись оба спо­соба отклонения электронного луча. Однако по мере увеличения раз­меров экрана кинескопа и увеличения угла отклонения стала ясна непригодность отклонения электронного луча в кинескопе электриче­ским полем. В этом случае предельный угол отклонения, при котором еще можно считать дефокусировку луча допустимой, составляет не более 30°. Для больших экранов современных телевизоров угол откло­нения электронного луча в кинескопах достигает 110° и более. Элект­ромагнитное отклонение электронного луча в кинескопе позволяет получать указанные углы отклонения без существенной дефокусиров­ки электронного луча. При отклонении электрическим полем для раз­мера экрана 67 см длина колбы кинескопа будет 123 см, а при откло­нении электромагнитным полем она равна 24 см, т.е. выигрыш составляет почти 5 раз.

При отклонении электронного луча электрическим полем необхо­димо подавать на отклоняющие пластины напряжение, составляю­щее примерно одну треть от напряжения на главном аноде. Но так как напряжение на главном аноде в современных кинескопах равно 16...25 кВ, отклоняющее напряжение должно быть 5...8 кВ, что трудно достижимо и экономически нецелесообразно. В связи с этим в кинескопах современных телевизоров используется исключительно электромаг­нитное отклонение электронного луча. Для электромагнитного откло­нения луча на ЭЛТ устанавливается отклоняющая система (рис. 4.1, слева изображено равномерное магнитное поле в сечении отклоняю­щей системы), создающая магнитное поле, которое отклоняет элект­ронный луч так, чтобы он перемещался по поверхности экрана (мише­ни) в соответствии с требуемым законом развертки. Закон развертки определяет изменение во времени напряженности отклоняющего по­ля и тем самым изменение тока, протекающего по катушкам отклоня­ющей системы и создающего указанное поле. Объясним воздействие магнитного поля на электронный луч.

При отклонении электронного луча равномерным электромагнит­ным полем траектория движения электронов имеет вид окружности с радиусом

, (4.1)

где U_a – напряжение на втором аноде; m и е – масса и заряд элект­рона; Н – напряженность магнитного поля.

Перемещение луча в плоскости экрана у = Ltg α. Из подобия треугольников ОАВ и СЕF следует, что

(4.2)

или

, (4.3)

где L – расстояние от центра отклоняющего поля до экрана;

l₀ – длина отклоняющего поля.

Рис. 4.1. Отклонение электронного лу­ча в электронно-лучевой трубке

Анализ выражения (4.2) показывает, что при линейном перемеще­нии луча напряженность поля должна изменяться во времени по сложному закону. Это особенно важно учитывать при построении развертывающих устройств для кинескопов с углом отклонения боль­ше или равным 90° и плоским экраном.

Рассмотрим характерные геометрические искажения, возникаю­щие на плоском экране при таких углах отклонения. Как видно из рис. 4.1, отклонение луча растет быстрее (сплошная кривая), чем от­клоняющий ток; появляются симметричные геометрические искаже­ния растра, т.е. края растра получаются растянутыми. Чтобы умень­шить эти искажения, необходимо добиваться неравномерности воздействия на луч отклоняющего поля внутри горловины кинескопа, что достигается либо соответствующей динамической коррекцией формы тока отклонения (S-коррекция), либо рациональным размеще­нием витков кадровых катушек (КК) и строчных катушек (СК) (рис. 4.3, а) по сечению.

Рис. 4.2. Зависимость отклонения луча от отклоняющего тока

Связь между напряженностью магнитного поля H и числом ампер-витков iω, создающих это поле, определяется интегралом Ампера

. (4.4)

Интегрирование ведется по замкнутому контуру (4.l).

Для нашего случая l – замкнутая силовая линия (рис. 4.3, а), при­чем число ампер-витков определяется произведением тока, протека­ющего в катушках, на число витков, расположенных внутри контура l. Магнитный сердечник (на рис. 4.3, а не показан) имеет магнитную проницаемость, в сотни раз большую, чем магнитная проницаемость вакуума, поэтому и напряженность магнитного поля в сердечнике оказывается в сотни раз меньшей.

Рис. 4.3. Поперечное сечение отклоняющей катушки:

a – создание равномерного магнитного ноля; б – упрощенный вид седловидных катушек

Это позволяет при вычислении интеграла (4.4) пренебречь той его частью, которая относится к участ­ку силовой линии, находящейся внутри сердечника. Кроме того, при линейном законе развертки на участке силовой линии внутри горло­вины трубки поле должно быть равномерным, т.е. напряженность поля Н = const в любой точке горловины. Поэтому

, (4.5)

откуда

, (4.6)

где d – диаметр горловины трубки.

Для силовой линии, проходящей по диаметру горловины, т.е. при φ = 90°, полное число ампер-витков пары отклоняющих катушек

. (4.7)

Подставляя значение H из (4.5) в (4.1) и зная заряд и массу элект­рона, получаем

. (4.8)

Таким образом, полное число ампер-витков отклоняющей системы пропорционально синусу угла отклонения электронного луча.

С достаточной для практических расчетов точностью индуктив­ность пары отклоняющих катушек, Гн,

. (4.9)

Для увеличения чувствительности к отклонению, т.е. получения заданного угла отклонения возможно меньшим числом ампер-витков, колбы кинескопов с большим углом отклонения (110°) должны иметь плавный переход от горловины к раструбу. Для этого часть отклоня­ющих катушек должна располагаться в месте этого перехода. Таким образом увеличивается электрическая длина катушки и согласно (4.5) необходимое число отклоняющих ампер-витков может быть уменьшено. При этом уменьшаются искажения изображения на пери­ферии экрана за счет краевых эффектов и затенения.

Выведенные соотношения (4.2) и (4.5) основываются на предполо­жении, что магнитное поле отклоняющей системы однородно и откло­няющий ток линейно изменяется в течение прямого хода развертки. Однако, изменив распределение магнитного поля, сделав его неодно­родным, можно получить другие результаты.

При неоднородности магнитного поля возникают подушкообразные либо бочкообразные искажения. Следовательно, можно, подби­рая характер неоднородности поля в горловине кинескопа, компенси­ровать искажения, вносимые плоским экраном кинескопа. Требуемая для компенсации искажений кинескопа неоднородность поля созда­ется изменением распределения витков в сечении отклоняющей ка­тушки. Как видно из рис. 4.3, а, для получения равномерного поля рас­пределение плотности витков по сечению отклоняющей катушки должно быть неодинаково. Если для получения равномерного поля распределение плотности витков по сечению должно соответствовать косинусоидальному закону (зависимость от угла φ), то для компенса­ции искажений необходимо, чтобы распределение витков происходи­ло по закону соs²φ или cos³φ. Однако введение неоднородных полей для компенсации геометрических искажений приводит к некоторому ухудшению фокусировки луча на краях вследствие астигматизма по­ля. Поэтому часто для черно-белых кинескопов принимают такое рас­пределение витков, чтобы добиться хорошей фокусировки, а коррек­тировку поля осуществляют одной или двумя парами вспомогательных постоянных магнитов, смонтированных в передней части отклоняющей системы, прилегающей к колбе кинескопа.

Эффективным способом борьбы с искажениями от плоского экра­на кинескопа является подбор специальной формы отклоняющего тока, обеспечивающей нужное отклонение луча по всему растру. В черно-белых кинескопах для этой цели применяется S-коррекция то­ка отклонения в выходных каскадах генераторов, а в цветных телеви­зорах кроме S-коррекции в токах отклонения применяется взаимная перекрестная модуляция отклоняющих токов, о чем будет сказано в следующих разделах.

При конструировании отклоняющей системы необходимо обеспе­чить минимальное значение отклоняющего тока для получения задан­ных размеров изображения, создать хорошую фокусировку луча в пределах всего поля изображения, избежать подушкообразных и дру­гих геометрических искажений. При этом конструкция должна быть простой, габариты, масса и стоимость – малыми.

Современная конструкция отклоняющей системы широкоуголь­ного кинескопа выполнена на тороидальном панцире из феррита, име­ющем раскрыв по форме перехода от горловины к раструбу кинеско­па. Внутрь тора вложена пара катушек СК седловидной формы (рис. 4.3, б), плотно прилегающих к стеклу колбы. В окнах этой пары катушек (ортогонально) размещаются две встречно включенные КК, намотанные непосредственно на торе ферритового панциря. При та­ком исполнении отклоняющая система получается очень компактной и с минимальными потерями в меди КК, однако с относительно боль­шой реактивностью, что необходимо учитывать при конструировании генераторов кадровой развертки.

К конструкции отклоняющих систем для цветных масочных кине­скопов предъявляется ряд дополнительных требований по сравнению с отклоняющими системами для черно-белых кинескопов. В них следует обеспечить такое сведение лучей при отклонении, которое позво­лило бы осуществить необходимое динамическое сведение лучей по полю экрана, чистоту цвета изображения на экране при соблюдении жестких допусков на электрические и конструктивные параметры.

Для сравнения отклоняющих систем вводится понятие эффектив­ности и электрической прочности. Эффективность отклоняющих сис­тем характеризуется максимальной энергией магнитного поля, необ­ходимой для полного отклонения лучей:

1) по горизонтали СК

, (4.10)

где I_{max z} – амплитуда отклоняющего тока, A; L – результирующая индуктивность, Гн; II_г – ускоряющее напряжение на втором аноде кинескопа, кВ;

2) по вертикали КК

(4.11)

где I_{max k} – амплитуда отклоняющего тока, A; R – результирующее активное сопротивление, Ом.

Отклоняющие системы цветного телевидения обычно работают при напряжении на втором аноде кинескопа 25 кВ, а отклоняющие системы черно-белого телевидения – при напряжении 16 кВ. В ре­зультате этого при одинаковых углах отклонения и диаметрах горло­вины кинескопа эффективность отклоняющих систем цветных телеви­зоров в 1,5...2,5 раза меньше, чем отклоняющих систем черно-белых телевизоров.

Электрическая прочность отклоняющих систем, измеряемая в вольтах, должна быть больше максимального напряжения U_mах на СК во время обратного хода Т_ох.