Телевизионные преобразователи. Датчики телевизионных сигналов и их характеристики. Передающие телевизионные трубки. (Лекция 6)

1.

Иркутский филиал
Московского государственного технического
университета гражданской авиации
Экипаж- 2 чел.,
Дальность - 12500 км,
Количество пассажиров – 295,
Длина – 63 м,
Высота – 16,7 м
Стоимость - $205 млн
Airbus А330
широкофюзеляжный реактивный самолет
для средних и дальних дистанций
(первый полет в 1992 г., выпущено 671 шт.)

2.

3.

Электроника управления A330 одинаковая с A340 и A320. Кабина
управления одинаковая для А320 и A330. Кабина управления А380 и А350
сделана на основе серии A330. Благодаря этому обучение лётчиков для
этих моделей происходит по схожим программам

4.

5. Математические функции, описывающие поэлементный анализ и синтез оптических изображений

Объект переданный
В=fB(x,y,z,t)
λ= f λ (x,y,z,t)
P= fP(x,y,z,t)
Объект в канале связи
U= f(t)
Объект воспроизведенный
В=f'B(x,y,z,t)
λ= f'λ (x,y,z,t)
P= f'P(x,y,z,t)
Упрощения в передаче изображений
Черно-белое телевидение
В=fB(x,y,t)
U= f(t)
В'=fB(x,y,t)
Цветное телевидение
В=fB(x,y,t)
В'=fB(x,y,t)
U= f(t)
λ= f λ (x,y,t)
λ' = f λ(x,y,t)
P= fP(x,y,t)
P' = fP(x,y,t)
Вывод: Дискретизация изображения и его развертка

6.

Дисциплина
«Устройства отображения информации»
Тема 4. Телевизионные преобразователи
Лекция 6 (2 часа)
Изучаемые вопросы:
• Датчики телевизионных сигналов и их характеристики.
• Передающие телевизионные трубки.
• Твердотельные фотоэлектрические преобразователи
изображения.
•Классификация телевизионных преобразователей
электрических сигналов в оптическое изображение
•Кинескопы черно-белого телевидения
•Цветные кинескопы
•Сведение лучей в масочном кинескопе
•Матричные преобразователи сигнала в изображение
Лектор – к.ф.м.н., доцент Кобзарь В.А.

7. Вклад ученых в создание передающих телевизионных трубок

в 1925г. А.А.Чернышев (СССР) предложил передающую трубку с
мозаичным полупроводниковым фотослоем, в которой были
заложены возможности использования эффекта накопления заряда;
в 1928г. Ч.Дженкинс (США) сформулировал принцип накопления
света применительно к телевидению, а также предложил схему с
накопительными ёмкостями и коммутатором;
в 1930г. А.П.Константинов (СССР) изобрёл первую передающую
трубку с накоплением зарядов;
в 1931г. С.М.Катаев (СССР), а затем В.К.Зворыкин (США)
независимо друг от друга предложили проект иконоскопа;
в 1933г. П.В.Шмаков и П.В.Тимофеев (СССР) изобрели
супериконоскоп.
Появление высокочувствительных передающих трубок позволило
уже в 1937г. осуществлять высококачественное телевизионное
вещание со стандартом 240 строк в Ленинграде и 343 строки – в
Москве. В 1941 году был принят стандарт 441 строка, а с 1948 по
настоящее время – 625 строк.

8. Датчики телевизионных сигналов и их характеристики

Преобразователи оптических изображений в электрические сигналы —
датчики ТВ сигнала — преобразуют световую энергию, отраженную от
объекта и спроецированную на фоточувствительную поверхность
преобразователя, в последовательность электрических сигналов
Характеристики преобразователей СВЕТ-СИГНАЛ
Чувствительность
(минимальная
освещенность, позволяющая
воспроизводить заданное
отношение сигнал/шум )
Разрешающая
способность
(способность
воспроизводить сигнал от
мелких деталей)
Световая
характеристика
Спектральная
характеристика
(зависимость выходного
тока от освещенности
фоточувствительного слоя )
(зависимость выходного
тока от длинны волны
светового потока )
Инерционность
(время запаздывания
изменения выходного
сигнала при изменении
освещенности)

9. Передающие телевизионные трубки

Системы мгновенного действия
Qз=iф*tк
Системы с накоплением зарядов
Qр=iр*tэ
Qз =Qр
iр*tэ=iф*tк iр=iф*tк/tэ=iф*N
В системах с накоплением зарядов выходной ток превышает ток систем
мгновенного действия в N раз. Следовательно чувствительность таких
систем в N раз выше.

10. Видикон [1], стр. 117-123

Трубки типа видикон содержат два основных узла: фотомишень и электронный
прожектор, создающий коммутирующий пучок. Фотомишень 1 состоит из фотослоя и
сигнальной пластины.
Видикон
ЛИ484я-1

11. Твердотельные фотоэлектрические преобразователи изображения

В основе прибора с зарядовой связью ПЗС лежат
свойства структуры металл - окисел - полупроводник
(МОП-структура), способной собирать, накапливать и
хранить зарядовые пакеты неосновных носителей в
локализованных потенциальных ямах, образующихся у
поверхности полупроводника под действием
электрического поля
Перенос
зарядовых
пакетов в более
глубокую
потенциальную
яму

12.

13.

Матрица ПЗС с числом элементов
288x232, работающая с покадровым
переносом накопленной информации и
трехтактным регистром управления
Способ организации
покадрового переноса

14. Классификация телевизионных преобразователей электрических сигналов в оптическое изображение

Преобразователи СИГНАЛ-СВЕТ
Твердотельные
Кинескопы
Черно-белые
(матричные)
Цветные
Системы большого
экрана
Проекционные
Светоклапанные
устройства
Лазерные
проекторы
Электролюминисцентные
Светодиодные
Газоразрядные
Жидкокристаллические

15. Кинескопы черно-белого телевидения

«Модуляция по току с одновременным отклонением луча в двух взаимноперпендикулярных плоскостях» Б.Л.Розинг 1907 год патенты: России № 18076,
США №1161734, Англии № 27570, Германии №209320
Три вида управления лучом:
фокусировка, отклонение, модуляция
Рис.8.2. Эскиз устройства
электростатической фокусировки в
кинескопе
F=e[ŪB]
Рис.8.3. Эскиз кинескопа с
электромагнитной фокусировкой:
1термокатод; 2 – управляющий электрод;
3 – главный анод; 4 – стальное ярмо
фокусирующей катушки; 5 – обмотка
фокусирующей катушки; 6 –
отклоняющая система; 7 – раструб
колбы кинескопа; 8 – люминесциРис.8.4. Зависимость относительных
рующий экран; 9 – электронный луч; δ –
размеров кинескопа от угла отклонения 30 и магнитный зазор; НФ – фокусирующее
магнитное поле.
1100; Для D= 60см - LЭ=110 см, LМ=21 см

16. Цветные кинескопы

Принцип
устройства
мозаичного
люминофора
Пространственное смешение
цветов
Прохождение лучей через
отверстия маски
Устройство кинескопа:
1 - электронные пушки; 2 – электронные лучи;
3 – отклоняющая система;4 – люминофор; 5 –
маска; 6 – электромагниты радиального сведения
лучей; 7 – магни-ты чистоты цвета; 8 – магнит
сведения «синего» луча

17. Сведение лучей в масочном кинескопе

Радиальное сведение лучей
Сведение чистоты цвета
Сведение синего луча
Эффект расслоения лучей на
краях экрана

18.

Цветные
кинескопы
Масочный
Тринитрон
Хромотрон
•Сложная конструкция
кинескопа
•Относительно
высокая прозрачность
•Высокая прозрачность
маски – 90%
•Маска перехватывает
85% электронов
•Значительная
прочность маски
•Компланарные
прожекторы
•Увеличение
вызывает
Uа2=25кВ
•Компланарные
прожекторы
•Эффект провисания
проволок маски под
действием электронной
бомбардировки
яркости
рост
•Самосведение лучей

19. Недостатки кинескопов

•Преобразователем
электрического
сигнала
в
изображение служит лишь тонкий слой люминофора,
а остальные элементы ЭЛТ выполняют функции
управления
•На отклонение электронного
значительная доля мощности
луча
расходуется
•Для создания необходимой яркости изображения
требуются большие анодные напряжения
•Размеры экранов ограничены
значениям отклонения луча
по
предельным

20. Матричные преобразователи сигнала в изображение

21. Выводы:

1.
2.
3.
В кинескопах осуществляется фокусировка, модуляция
и отклонение электронного луча, который управляет
свечением люминофора экрана
В цветных кинескопах для обеспечения сходимости
лучей в центре экрана (статическое сведение)
применяются постоянные магниты: радиального
сведения, чистоты цвета, коррекции синего цвета, а
для устранения расходимости на краях экрана
(динамическое сведение) – катушки динамического
сведения
Устранение недостатков преобразователей сигналсвет на основе кинескопов возможно с использованием
матричных экранов, ячейки которых излучают на
различных физических принципах
Задание на самостоятельную работу:
Повторить материал лекций 7-8
[1], Стр. 135-151, конспект_

22. Задание на самостоятельную работу

Прочитав конспект лекций, ответить на следующие вопросы:
1. Как классифицируются преобразователи сигналов в изображение? Какие типы
твердотельных (матричных) преобразователей Вы знаете?
2. Поясните принцип электростатической и электромагнитной фокусировки и
отклонения луча в кинескопах?
3. Почему в телевидении нашел применение метод электромагнитной фокусировки
и отклонения луча, но не применяется электростатический метод?
4. Как осуществляется пространственное смешение цветов в цветном кинескопе и
каков принцип устройства мозаичного люминофора.
5. Какие основные элементы входят в состав цветного кинескопа? Нарисуйте
устройство цветного кинескопа.
6. Где расположена маска цветного кинескопа и каково ее назначение?
7. Для чего предназначено статическое сведение лучей в цветном кинескопе? Как и
для каких целей осуществляется в масочном кинескопе: радиальное сведение
лучей, сведение синего луча и сведение чистоты цвета?
8. Как и для каких целей производится динамическое сведение лучей в масочном
кинескопе?
9. Каковы основные особенности устройства тринитронов и чем они лучше
масочных кинескопов?
10. Каковы основные особенности устройства хромотронов и чем они лучше
масочных кинескопов?
11. Какие основные типы матричных экранов Вы знаете? Почему наибольшее
применение нашли жидкокристаллические и плазменные экраны?

23. Задание на самостоятельную работу

Прочитав конспект лекций ответить на следующие вопросы:
1. Каково назначение и какие основные характеристики
преобразователей изображения в телевизионный сигнал Вы
знаете?
2. Почему чувствительность преобразователей с накоплением
заряда многократно превышает чувствительность
преобразователей мгновенного действия?
3. Какие основные элементы видикона Вы знаете и каков
принцип его работы?
4. Какие свойства структуры металл - окисел - полупроводник
(МОП-структура) легли в основу принципа работы
преобразователей на ПЗС? Приведите поясняющий рисунок.
5. Как осуществляется перемещение зарядовых пакетов в
трехфазном сдвиговом регистре на ПЗС? Приведите
поясняющий рисунок.
6. Как осуществляется покадровый перенос информации в
матрице ПЗС?
[1] – Телевидение/под. Ред. В.И. Джакония. М.: Высшая
школа, 2007, с. 117-123