ТЕЛЕВИЗИОННОЕ ВЕЩАНИЕ
Полный телевизионный сигнал черно-белого или цветного телевидения передается путем амплитудной модуляции несущей частоты, т.е. в виде амплитудно-модулированного радиосигнала изображения.
Кроме радиосигнала изображения при телевизионном вещании одновременно передается радиосигнал звукового сопровождения, представляющий собой колебание несущей частоты, модулированное по частоте сигналом звукового сопровождения.
Разные виды модуляции радиосигналов облегчают их разделение в телевизионном приемнике.
Диапазон радиоволн, используемый для телевизионного вещания, определяется условиями передачи радиосигнала изображения.
Известно, что при амплитудной модуляции несущая частота должна в несколько раз превышать максимальную частоту спектра модулирующего сигнала. Поскольку высшая частота сигнала изображения при чересстрочной развертке 6 МГц, то несущая частота радиосигнала изображения должна быть не менее 12... 18 МГц, что соответствует коротковолновому диапазону (6...30 МГц).
Однако распространение коротких волн обладает значительной неравномерностью, что делает их непригодными для телевизионного вещания. Кроме того, в коротковолновом диапазоне невозможно разместить более 1...2 радиоканалов телевидения. Поэтому телевизионное вещание осуществляется на ультракоротких волнах, включающих: метровые (10... 1м или 30...300МГц); дециметровые (100...10см или 300...3000 МГц); сантиметровые (10...1см или 3000…30000МГц) и миллиметровые (10...1мм или 30 000... 300000МГц).
В настоящее время для телевизионного вещания отведено пять поддиапазонов в метровом и дециметровом диапазонах ультракоротких волн, позволяющих разместить не менее 73 радиоканалов. Шкала распределения радиочастот между поддиапазонами дана в табл. 2.
Таблица 2
| Радиочастоты, МГц | 48,5 | ||||||||
| Номера поддиапазонов | I | II | III | IV | V | ||||
| метровые волны | дециметровые волны |
Следует заметить, что несущая частота радиосигнала звукового сопровождения может быть значительно ниже несущей частоты радиосигнала изображения. Однако для использования одной и той же антенны на передачу (прием) телевизионной программы несущую частоту радиосигнала звукового сопровождения выбирают в том же диапазоне, что и несущую частоту радиосигнала изображения.
Ультракороткие волны не преломляется ионосферой. Дальность их распространения по сравнению с короткими волнами невелика и ограничивается расстоянием прямой видимости: r=(3,75¸4,12)х(Öh1 -Öh2, где h1 и h2 — высоты передающей и приемной антенн в метрах; г — расстояние между ними в километрах. Обычно это расстояние не превышает 100...150км. Увеличение дальности телевизионных передач достигается ретрансляцией с помощью радиорелейных линий (цепочки приемопередающих устройств, расположенных на расстояниях в несколько десятков километров друг от друга), кабельных магистралей (с системой усилительных пунктов) и космических линий, использующих искусственные спутники Земли. Для радиорелейных и космических линий связи используются волны 30...3 см (1000... 10 000 МГц).
6.2 Полоса частот радиоканала телевизионного вещания
Частотный спектр амплитудно-модулированного сигнала содержит несущую частоту и две боковые полосы частот - верхнюю и нижнюю. Ширина спектра определяется удвоенной наивысшей частотой модулирующего сигнала.
При передаче сигналов изображения, высшая граничная частота которых 6 МГц, радиосигнал изображения будет занимать полосу частот в 2 раза больше, т.е. 12 МГц.
Однако передача обеих боковых полос амплитудно-модулированного сигнала не обязательна, поскольку каждая из них содержит; полную информацию о сигнале изображения, т. е. достаточно передавать только несущую частоту и одну из боковых полос, а вторую полностью или частично (для сохранения несущей частоты) подавлять. Это позволяет увеличить число радиоканалов телевизионного вещания, размещаемых в отведенном диапазоне радиоволн, и упростить радиочастотные цепи приемников, предназначенные для усиления составляющих спектра радиосигнала.
После детектирования однополосного радиосигнала выделяется полный телевизионный сигнал, переданный телецентром, но с меньшей амплитудой, чем при двухполосной передаче, что не имеет существенного значения по сравнению с выигрышем от сужения полосы частот радиоканала.
Согласно отечественному стандарту (ГОСТ 7845—79) радиосигнал изображения передается с частичным подавлением нижней боковой полосы, от которой Остается лишь небольшой участок шириной 1,25 МГц (рис. 6.1). Верхняя боковая полоса передается полностью и имеет ширину 6,375 МГц. На частотах, лежащих вблизи несущей /0и, создается некоторый избыток энергии, что может привести к искажению воспроизведения яркости крупных деталей изображения. Однако путем выбора определенной формы частотной характеристики тракта усиления приемника избыток энергии легко компенсируется.
Рис. 6.1 Номинальная радиочастотная характеристика канала телевизионного вещания
Радиоканал звукового сопровождения занимает полосу частот 0,25 МГц и обеспечивает передачу звуковых частот от 30 до 15000Гц.
Частотно-модулированная (с максимальной девиацией ±50 кГц) несущая частота радиосигнала звукового сопровождения /0з выбирается на 6,5 МГц выше несущей частоты радиосигнала изображения.
До модуляции для повышения помехоустойчивости сигналы звукового сопровождения подвергаются низкочастотным предыскажениям, т. е. искусственному подъему уровня их высокочастотных составляющих по сравнению с уровнем низкочастотных.
При передаче цветного телевидения в состав спектра сигнала изображения (сигнала яркости) с помощью частотно-модулированных поднесущих /0/? и /ов, следующих через строку, вводится информация о цвете объекта (см. § 5.6). Общая полоса частот, занимаемая радиоканалом телевизионного вещания с учетом защитного частотного промежутка шириной 0,125 МГц, составляет 8 МГц.
В табл. 3 приведено распределение радиочастот I...IV поддиапазонов между радиоканалами телевизионного вещания (V поддиапазон, предназначенный для размещения радиоканалов с 40 по 81, еще не используется).
Таблица 3
Радиоканалы телевизионного вещания
| Номер канала | Г0И.№ | Гоз- МГ^ | Полоса частот, МГц | Номер канала | /ои* МГц | Гоз- мг* | Полоса частот, МГц |
| I поддиапазон | IV поддиапазон | ||||||
| 49,75 | 56,25 | 48.5—56,5 | 471,25 | 477,75 | 470-478 | ||
| 59,25 | 65,75 | 58—66 | 479,25 | 485,75 | 478-486 | ||
| II поддиапазон | 487,25 | 493,75 | 486-494 | ||||
| 77,25 | 83,75 | 76—84 | 495,25 | 501,75 | 494-502 | ||
| 85,25 | 91,75 | 84—92 | 503,25 | 509,75 | 502-510 | ||
| 93.25 | 99,75 | 92—100 | 511,25 | 517,75 | 510-518 | ||
| III поддиапазон | 519,25 | 525,75 | 518-526 | ||||
| 175,25 | 181,75 | 174—182 | 527,25 | 533,75 | 526-534 | ||
| 183,25 | 189,75 | 182—190 | 535,25 | 541,75 | 534-542 | ||
| 191,25 | 197,75 | 190—198 | 543,25 | 549,75 | 542-550 | ||
| 199,25 | 205,75 | 198—206 | 551,25 | 557,75 | 550-558 | ||
| 207,25 | 213,75 | 206—214 | 559,25 | 565,75 | 558-566 | ||
| 215,25 | 221,75 | 214—222 | 567,25 | 573,75 | 566-574 | ||
| 223,25 | 229,75 | 222—230 | 575,25 | 581,75 | 574-582 | ||
| 583,25 | 589,75 | 582-590 | |||||
| 591,25 | 597,75 | 590-598 | |||||
| 599,25 | 605,75 | 598-606 | |||||
| 607,25 | 613,75 | 606-614 | |||||
| 615,25 | 621,75 | 614-622 |
6.3 Структурная схема телевизионного центра
Телевизионным центром называется комплекс радиотехнических средств, предназначенных для телевизионного вещания. По назначению телецентры делятся на программные и ретрансляционные.
Программный телецентр осуществляет подготовку и передачу собственных программ телевизионного вещания, передачу программ, ретранслируемых в порядке обмена с других телецентров, и консервацию программ путем их записи на магнитную или кино-, пленку.
Ретрансляционные телецентры собственных программ не создают, а служат для ретрансляции программ, получаемых по радиорелейным, кабельным или космическим линиям связи (например, системам «Орбита», «Москва», «Экран»),
Упрощенная структурная схема телецентра показана на рис. 6.2.
В состав телецентра входят: аппаратно-студийный блок АСБ, блоки внестудийного вещания и междугородных (международных) программ, центральная аппаратная и передающая станция.
Аппаратно-студийный блок включает в себя студии, в которых размещены передающие телевизионные камеры и звуковая аппаратура, а также телекинопроекционную, видеомагнитофонную и техническую аппаратные.
Камеры кроме передающих трубок содержат предварительные усилители сигналов изображения, генераторы разверток, управляемые синхронизирующими (ведущими) импульсами, и видеоконтрольные устройства.
Из технической аппаратной сигналы изображения и звукового сопровождения поступают в центральную аппаратную. Кроме того, в нее поступают сигналы от блока междугородных (международных) программ и блока внестудийного вещания. Последний связан радиорелейными или кабельными линиями с передвижными телевизионными станциями (ПТС), размещаемыми в автобусах, и стационарными трансляционными пунктами (СТП), которые оборудуются в концертных залах, театрах, на стадионах и т.п.
Передвижные станции и стационарные пункты представляют собой миниатюрные телецентры. В их состав входят: несколько передающих камер, звуковое оборудование, аппаратные с устройствами формирования полного телевизионного сигнала и радиопередатчики, работающие в дециметровом или сантиметровом диапазоне волн.
В ПТС передающие камеры и микрофоны могут выноситься из автобуса на расстояние до 300м.
Центральная аппаратная является основным диспетчерским и контрольным пунктом телецентра, где окончательно формируются программы вещания из отдельных фрагментов. В центральной аппаратной размещаются синхрогенераторы, усилительные устройства, режиссерские пульты управления и другое оборудование.
Полный телевизионный сигнал сформированной программы из центральной аппаратной поступает на радиопередающую станцию.
Передатчик радиосигнала звукового сопровождения работает на общую с передатчиком радиосигнала изображения-антенну, но имеет в 10 раз меньшую мощность.
Так как телевизионный сигнал униполярен, то возможны два варианта модуляции: негативная, при которой максимальному уровню несущей соответствует передача уровня сигналов синхронизации (рис. 6.3, а), и позитивная, когда передатчик излучает максимальную мощность при передаче уровня белого (рис. 6.3,6).
Отечественным стандартом (ГОСТ 7845—79) установлена негативная модуляция, обладающая рядом достоинств. При негативной модуляции средняя излучаемая мощность значительно меньше, чем при позитивной, так как на изображениях обычно преобладают светлые тона. Помехи при негативной модуляции проявляются на изображении в виде черных точек, которые менее заметны. Уровень синхроимпульсов при негативной модуляции, независимо от содержания изображения, всегда соответствует максимальной излучаемой мощности, что повышает помехоустойчивость синхронизации и облегчает построение ряда схем телевизионных приемников.
Рис. 6.2. Структурная схема телецентра
Рис. 6.3. Полярность модуляции: а — негативная; б — позитивная
|
6.4 Структурная схема синхрогенератора
Синхрогенератор, являющийся одним из основных устройств оборудования центральной аппаратной телецентра, служит для формирования синхронизирующих и гасящих импульсов всех видов.
Структурная схема синхрогенератора показана на рис. 6.4. Ее можно представить в виде трех основных частей: задающего устройства ЗУ, формирующего устройства ФУ и. Усилителя-распределителя импульсов УРИ.
Задающее устройство осуществляет жесткую связь между частотами строк и кадров.
Известно, что при чересстрочной развертке число строк в кадре нечетное и каждый кадр состоит из двух полей. Чтобы связать частоты строк [г и полей /К) необходимо строчную частоту разделить на 2/2, т. Е. На число строк в одном поле. Однако число г/2 дробное. Поэтому для получения возможности деления частоты в целое число раз частота задающего генератора ЗГ удваивается и делается равной 2 [г. Затем эта частота делится на два и на 2. В результате на выходе ЗУ образуются колебания частот 2 (г, [г и /к-
Частота полей /к = 50 Гц на многих телецентрах синхронизируется частотой питающей сети. Это значительно снижает заметность помех от нестабильности частоты питающей сети, которые проявляются в виде медленно перемещающихся по экрану разно 
ярких горизонтальных полос. В результате синхронизации указанные помехи становятся неподвижными и поэтому малозаметными.
Рис. 6.4. Структурная схема синхрогенератора
Для осуществления такой синхронизации в синхрогенератор вводятся реактивный элемент РЭ и фазосдвигающее устройство ФСУ. На вход фазосдвигающего устройства поступают напряжения частоты полей /к и частоты питающей сети [с, а на выходе вырабатывается поправочное напряжение АС!, пропорциональное по величине и знаку сдвигу фаз между входными напряжениями. Поправочное напряжение через реактивный элемент управляет частотой задающего генератора. –
Однако при обмене телевизионными программами между городами и странами синхронизация частотой питающей сети не имеет смысла, поскольку в местах передачи и приема она может быть различной. В этих случаях элементы РЭ и ФСУ отключаются, а в задающем генераторе формируются сигналы высокостабильных частот.
С задающего устройства сигналы частот 2 [г, [г и [к поступают в формирующее устройство, являющееся наиболее сложной и многокаскадной частью синхрогенератора. В блоке Ф2 этого устройства формируются синхронизирующие и гасящие импульсы строчной частоты, в блоке Фк — аналогичные импульсы с частотой полей, в блоке Фв — уравнивающие импульсы и импульсы врезок.
Сформированные импульсы поступают на усилитель-распределитель, где после предварительного усиления и ограничения в блоке УО они подаются на выходные каскады ВК и распределяются между потребителями.
Число выходов каждого вида импульсов зависит от состава аппаратуры телецентра.
6.5. Структурная схема черно-белого телевизора
Современные телевизионные приемники как черно-белого, так и цветного телевидения строятся по супергетеродйнной.схеме с двукратным преобразованием несущей частоты радиосигнала звукового сопровождения (рис. 6.5, а).
Принятые антенной А телевизионные сигналы поступает на радиочастотный блок телевизора, называемый переключателем телевизионных каналов ПТ К, который выполняется преимущественно на радиолампах и рассчитан для приема двенадцати каналов метрового диапазона волн, или селектором каналов СК, выполняемым на транзисторах. Селекторы каналов бывают метрового диапазона (СК-М), дециметрового (СК-Д) и всеволновые, т. Е. Предназначенные для метрового и дециметрового диапазонов (СК-В).
Используемые в телевизорах радиочастотные блоки имеют коэффициент усиления 6... 10 и полосу пропускания 8... 14 МГц. С их помощью из всего спектра частот, поступающих на вход телевизора, выделяются и усиливаются радиосигналы изображения и звукового сопровождения принятого канала и преобразуются несущие частоты этих радиосигналов (/0.и и /0.3) в единые для любого канала промежуточные частоты /п и = 38 МГц и /пэ == 31,5 МГц.
Рис. 6.5. Построение схем телевизоров: а — структурная схема черно-белого телевизора; б — структурная схема узлов цветного телевизора при модуляции токов лучей кинескопа цветоразностными сигналами. В — модуляция токов лучей цветного кинескопа первичными сигналами основных цветов.
В состав радиочастотного блока входят усилитель радиочастоты УРЧ, гетеродин Г и смеситель См.
Усилитель радиочастоты — широкополосный резонансный. Сопротивление его входной цепи согласовывается с волновым сопротивлением фидера антенны. С выхода УРЧ радиосигналы изображения и звукового сопровождения подаются на смеситель. Сюда же поступает синусоидальное напряжение, выработанное гетеродином. Частота этого напряжения /г на любом канале выбирается выше несущих частот так, чтобы в результате биений на выходе смесителя получались разностные (промежуточные) частоты /г — /ои = = /„.„ = 38 МГц; /г —/0.з = /п.з=31,5 МГц.
Следует отметить, что при выборе частоты гетеродина выше несущих промежуточные частоты по сравнению с несущими как бы меняются местами, т. Е. Промежуточная частота /п.3 оказывается ниже /п.и на 6,5 МГц, в то время как несущая частота /0.3 любого канала выше несущей частоты /0.и на 6,5 МГц.
Переключение (перестройка) радиочастотного блока с канала на канал может осуществляться ручным или электронным способом. В последнем случае радиочастотный блок дополняется специальным устройством сенсорного СВП или кнопочного (псевдосенсорного) выбора программ.
Для повышения стабильности промежуточных частот в телевизоре предусматривается система автоматической подстройки частоты гетеродина АПЧГ, которая при отклонении от номинального значения одной из промежуточных частот (обычно /„.„) вырабатывает определенное управляющее напряжение, корректирующее частоту гетеродина.
С выхода блока амплитудно-модулированный сигнал промежуточной частоты изображения /п.и и частотно-модулированный сигнал промежуточной частоты звукового сопровождения /г.3 поступают в общий (трех-четырехкаскадный) усилитель промежуточных частот УПЧИ, где радиосигнал изображения усиливается в несколько тысяч раз, а радиосигнал звукового сопровождения в 300...400 раз. Такое соотношение уровней радиосигналов способствует устранению взаимных помех между ними и в то же время обеспечивает оптимальные условия для получения второй промежуточной частоты звукового сопровождения, в качестве которой используется разностная частота биений /р= /„.и — 1п.з — 1о.э — /«.и = 6,5 МГц.
Следующий за УПЧИ каскад — амплитудный видеодетектор ВД — выделяет из амплитудно-модулированного радиосигнала изображения полный телевизионный сигнал, который усиливается широкополосным видеоусилителем ВУ и поступает на кинескоп ЛК (обычно на его катод), а также в схемы автоматической регулировки усиления АРУ и канала синхронизации КС.
Система АРУ вырабатывает регулирующее напряжение, которое, воздействуя на каскады УРЧ и УПЧИ, изменяет их коэффициенты усиления так, что уровень сигнала изображения на катоде кинескопа поддерживается почти неизменным при значительных колебаниях уровня входного радиосигнала,
Канал синхронизации осуществляет отделение от полного телевизионного сигнала импульсов строчной и кадровой синхронизации, разделение их и формирование синхронизирующих сигналов для управления работой задающих генераторов блоков кадровой БКР и строчной БСР разверток (рис. 6.5, а).
Пилообразные токи строчной и кадровой частот, выработанные выходными каскадами соответствующих блоков разверток, питают отклоняющую систему ОС.
С выходным каскадом блока строчной развертки связан высоковольтный выпрямитель ВВ, предназначенный для питания второго анода Ач кинескопа.
Кроме полного телевизионного сигнала на нагрузке видеодетектора выделяется сигнал разностной частоты /Р.ч = б,5 МГц, поступающий в канал звукового сопровождения непосредственно с видеодетектора или после предварительного усиления видеоусилителем.
Проникновение этого сигнала вместе с сигналом изображения на катод кинескопа недопустимо, так как на изображении возникнут помехи в виде мелкоструктурной сетки. Поэтому сигнал частоты /р.ч подавляется в видеоусилителе режекторным фильтром, настроенным на 6,5 МГц.
Канал звукового сопровождения состоит из усилителя промежуточной (разностной) частоты УПЧЗ, частотного детектора ЧД и усилителя звуковой частоты УЗЧ. Использование в качестве промежуточной частоты звукового сопровождения разности /п.и — /п.з= =/рч = 6,5 МГц делает независимым качество звука от стабильности частоты гетеродина радиочастотного блока. Однако это требует применения в УПЧЗ и частотном детекторе глубокого амплитудного ограничения, поскольку сигнал разностной частоты /Р.ч помимо частотной модуляции сигналом звукового сопровождения подвержен также паразитной амплитудной модуляции сигналом изображения.’ При недостаточном уровне ограничения в громкоговорителе Г прослушивается посторонний звуковой фон или рокот.