Телевидение
Телевидение
Телевидение основано на следующем принципе. В телецентре передаваемое изображение проектируется объективом на светочувствительную пластинку в специальной электронно-лучевой трубке. Эта пластинка состоит из мелких, изолированных друг от друга фотоячеек (фотоэлементов), в которых при различной их освещенности возникают электрические заряды различной силы. Электронный луч, выходящий из хвостовой части электронно-лучевой трубки, с большой скоростью и в определенной последовательности обегает все фотоячейки и снимает возникающие там заряды, превращая их в импульсы различной силы. Эти импульсы, усиленные и соответственно обработанные, передаются как видеосигналы и принимаются в телевизионном приемнике. Важнейшей частью этого приемника является приемная телевизионная трубка, имеющая флюоресцирующий экран, покрытый специальным веществом – люминофором.
Электронный луч в трубке, действуя синхронно с передающей станцией, с определенной скоростью обегает экран. Скорость движения электронного луча по экрану новейших телевизоров достигает почти 30 тыс. км/ч. Различная сила принимаемых сигналов вызывает в каждой точке приемного экрана различную силу свечения состава. Это и дает при быстрой смене кадров изображение, которое проектируется на экран. Телевизионное вещание можно рассматривать как высшую форму радиовещания, соединяющее в себе одновременно передачу по радио звука и изображения.
Идея передачи неподвижных изображений по проводам электрической линии связи была высказана еще в середине XIX в., вскоре после изобретения электромагнитного телеграфа. В 1875 г. в США была предложена система одновременной передачи изображения по отдельным точкам электрическими сигналами по телеграфным проводам, основанная на использовании селеновых фотоэлементов. Однако подобные устройства были чрезвычайно громоздкими из-за большого количества соединительных проводов и поэтому практического применения не получили.
Первое усовершенствование в области передачи изображения на расстояние разработал в 1878 г. французский ученый Де Пайва. Он предложил поочередную передачу по одной паре проводов электрических импульсов, интенсивность которых соответствует степени освещенности отдельного фотоэлемента «трубки». Однако технические средства того времени не позволяли осуществить эту идею на практике.
В истории развития телевидения особенно важным было изобретение так называемого «электрического телескопа», предложенного в 1884 г. немецким изобретателем П. II. Нипковым. Изобретение Нипкова положило начало разработке принципа механического разложения (развертки) изображения на элементы. У Нипкова для развертки применялся непрозрачный вращающийся диск со спирально расположенными отверстиями малого диаметра.
На приемной станции электрические импульсы преобразовывались в световые сигналы с помощью плоской неоновой лампы, благодаря быстрому изменению яркости ее свечения (в зависимости от изменения подводимого к электродам лампы напряжения сигнала). И наконец, при помощи аналогичного диска, вращающегося синхронно, воспроизводилось изображение (порядка 2?3 см). Правильное изображение получалось лишь тогда, когда диски передатчика и приемника вращались строго синхронно, чего достигнуть в то время было очень трудно. Установление необходимости синхронизации передающего и приемного устройства явилось очередным этапом развития телевизионных систем. Это позволило в последующем обходиться одним каналом связи между передатчиком и приемником.
В 1907 г. русский ученый Б. Л. Розинг предложил для воспроизведения телевизионных изображений использовать электронно-лучевую трубку.
Он использовал механическую систему развертки для передачи изображения, а электронную – для приема, и применил щелочные фотоэлементы с внешним фотоэффектом вместо селеновых. Сигналы от фотоэлемента подавались на пластины конденсатора, между которыми проходил электронный пучок, что вместе со специальной диафрагмой с отверстием позволяло осуществлять управление яркостью свечения экрана.
Создав действующую модель телевизора с единственной лампой – приемной электронно-лучевой трубкой, Б. Л. Розинг в 1911 г. получил простейшее изображение в виде 3–4-х параллельных линий, осуществив, по его терминологии, «катодную телескопию».
Современные электронно-лучевые трубки – результат работ многих изобретателей. Сначала – в 10–20-х годах XX в. – эти трубки имели серьезные недостатки, например, не было устройств для усиления импульсов, из-за несовершенства электронных ламп. В начале 20-х годов высказывались идеи об использовании радио для передачи изображений, проводились первые опытные телепередачи на большие расстояния.
К 30-м годам XX в., благодаря достижениям в разработке ламповых усилителей, фотоэлементов и вакуумной техники, положение изменилось. Внимание к электронно-лучевым трубкам возросло, и они вытеснили механические системы с диском Нипкова.
Развивая принцип работы приемной трубки, В. К. Зворыкин в 1929 г. в США создал приемную трубку с электростатической фокусировкой, названную им кинескопом. Аналогичные исследования велись и в Советском Союзе. К концу 30-х годов в СССР были созданы приемные трубки с магнитной фокусировкой и магнитным отклонением. В современных кинескопах обычно используется электромагнитная система управления лучом.
В современных передающих телевизионных трубках элементы оптического изображения преобразуются посредством фотоэффекта в электрические сигналы. Первую передающую телевизионную трубку, основанную на этих принципах, предложил в 1923 г. В. К. Зворыкин. Передача изображения в трубке была основана на разложении изображения, проектируемого на многоэлементный (мозаичный) фотокатод электронным лучом. Однако эта трубка не получила применения. В 1928 г. в США была создана передающая трубка имэдж-диссектор, также обладавшая рядом крупных недостатков.
Более совершенными явились телевизионные трубки, в которых использовался эффект накопления зарядов (в частности иконоскоп). Именно разработка работоспособной конструкции трубки с накоплением электрических зарядов явилась поворотным пунктом в развитии телевидения.
Идея трубки с емкостным накоплением заряда была предложена в 1930 г. советским физиком А. П. Константиновым и жившим в США В. К. Зворыкиным. В 1931–1932 гг. С. И. Китаевым было разработано устройство передающей электронно-лучевой трубки с мозаичным фотокатодом и переносом электронного изображения быстрыми электронами. Одновременно В. К. Зворыкин создает такую трубку и в США, где она получила название иконоскоп. Принцип действия и конструкция мозаичных фотокатодов трубок Китаева и Зворыкина были сходны. В 1933 г. инженер А. В. Москвин создает первый в Советском Союзе иконоскоп.
Иконоскоп – передающая телевизионная трубка с односторонней мозаикой и вторичной электронной эмиссией. Главной частью иконоскопа является мозаика, мозаичный фотокатод – пластинка слюды, покрытая с одной стороны большим количеством (несколько миллионов) зерен серебра (элементарных миниатюрных катодов) с нанесенным на них цезием, а с другой стороны – слоем металла. Импульсы разной силы (переменный ток, представляющий собой сигнал изображения и протекающий по замкнутой цепи на участке мозаика – нагрузка – мозаика) усиливаются и передаются на принимающую станцию.
Появление иконоскопа открыло новый, современный этап в развитии телевидения. В 1933 г. советскими учеными П. В. Тимофеевым и П. В. Шмаковым была создана новая конструкции передающей трубки. В этой трубке, названной по принципу своего действия иконоскопом с переносом изображения, или супериконоскопом, было два электрода – фотокатод и мозаичная мишень. Оптическое изображение проецировалось не на мозаику, а на сплошной полупрозрачный фотокатод с последующим переносом изображения на мозаику, которая подвергалась развертке электронным лучом. За счет вторичной эмиссии достигалось усиление электронного изображения, что улучшило качество изображения.
В 1931 г. в нескольких городах СССР начались регулярные передачи механического телевидения. В 1932 г. была осуществлена первая передача движущегося изображения. Регулярные телепередачи начались в 1936 г. почти одновременно в Германии и Великобритании. В СССР регулярные телепередачи начались в Москве и Ленинграде в 1939 г., в США – в 1941 году.
В 1939 г. американские инженеры А. Розе и X. Ямсем создали ортикон, в котором электроны в развертывающем луче обладают малой скоростью, что, в основном, устраняло вторичную эмиссию электронов из мозаики.
В 1943 г. А. Розе, П. Венмер и X. Лоу создали суперортикон, в котором были объединены положительные стороны супериконоскопа и ортикона. В этой конструкции была применена двухсторонняя емкостная мишень (мозаика). В суперортиконе достигается разделение областей заряда и разряда мозаики, перенос электронного изображения, а также усиление сигнала изображения электронным умножителем. Эта трубка является наиболее чувствительной современной передающей телевизионной трубкой. Чувствительность суперортикона намного превосходит чувствительность ортикона. Появление суперортикона сделало возможным передачу хорошего изображения не только из специально оборудованных освещенных студий, но и из театров, со спортивных площадок.
В 20-е годы начались работы по передаче цветных изображений. В 1925 г. советский инженер И. А. Адамян, предложил принцип последовательной передачи трех основных цветов изображения. Однако в то время еще не было условий для его реализации.
В процессе совершенствования техники телевидения системы цветного телевидения реализовывались в двух основных вариантах.
Первый вариант – последовательная передача цветных изображений с достаточно большой скоростью. Разложение цветов на три основные составляющие и воспроизведение их при приеме осуществляется при помощи вращающегося дискового трехцветного светофильтра. Он устанавливался между рассматриваемым объектом и фотокатодом передающей трубки, с одной стороны, и перед экраном приемной трубки, с другой. Каждому цветному кадру соответствует свой импульс, который усиливается и последовательно передается, как и в черно-белом телевидении. Ввиду того, что количество импульсов здесь увеличивается в три раза, вместо 25 кадров в секунду нужно передавать 75 кадров – трижды каждый кадр – через красный, зеленый и синий светофильтры.
Впервые опыт цветного телевидения по этому принципу был осуществлен на малом экране Дж. Бэрдом в Англии в 1928 году.
Хотя цветное телевидение с кадровой сменой цветов при помощи вращающегося диска являлось наиболее простым, оно имело ряд недостатков: при передаче происходило изменение цветов из-за набегания одного цвета на другой, а при быстром движении объекта возникали цветные ореолы.
Второй вариант был основан на одновременной передаче цветов. Здесь тоже необходимо разложение всей гаммы цветов на три основных цвета, но их передача и прием осуществляются одновременно при помощи трех передающих и трех приемных трубок со своими каналами связи. Он также имел свои недостатки: были необходимы тройной комплект видеоустройств как в передатчике, так и в приемнике и расширенная (утроенная) по сравнению со стандартом черно-белого телевидения полоса видеочастот. Возникали трудности и в регулировке приема. Долго не удавалось добиться оптического совмещения трех изображений на общем экране. Обе эти системы были несовместимы с черно-белым телевидением.
В 1953 г. была разработана система цветного телевидения с одновременной передачей цветов без увеличения полосы частот видеосигналов. Она совместима с черно-белым телевидением и делает возможным просмотр цветной передачи на телевизорах черно-белого изображения, при этом на цветном телеприемнике можно смотреть черно-белое изображение обычной программы. Главной частью телеприемника такой системы является специальная приемная трубка с трехлучевым круглым трехцветным экраном. В передающей камере имеются три трубки со светофильтрами.
В 50-е годы был сконструирован плоский кинескоп в форме прямоугольного параллелепипеда, упростивший схему цветного телевизора. В нем внутренняя поверхность передней стенки колбы имела цветной мозаичный флуоресцирующий слой. Непосредственно за экраном размещалась так называемая теневая маска – непрозрачная для электронного луча защитная пластинка с огромным количеством небольших отверстий, а сама трубка имела трехлучевую электронную пушку (катод) и сложную систему развертки. Для получения в нужной точке нужного цвета, электронный пучок проходил через маску так, что каждый из трех лучей возбуждал в соответствующей точке цветную мозаику экрана, создавая пятно определенного цвета. Маска производит разделение цветных составляющих. Большое количество близко расположенных отдельных точек разного цвета на таком экране сливалось при просмотре в общую цветную картину.
Передача телевизионного сигнала ограничивается прямой видимостью, поэтому антенны транслирующих станций устанавливали на высоких объектах или строили специальные вышки. Позже стали строить небольшие ретранслирующие станции, расположенные на расстоянии прямой видимости. После начала космических полетов стали запускать специальные спутники связи. Нескольких таких спутников достаточно, чтобы ретранслировать сигналы в любую точку Земли.
Данный текст является ознакомительным фрагментом.