Евгений Айсберг - Радио и телевидение?.. Это очень просто!
Прав ли я? Верны ли мои гипотезы?
Л. — Огорчен, но мне придется тебя разочаровать. Передача и прием происходят не так. Чтобы передать 625 строк 25 раз в секунду, пришлось бы заставить световой луч совершить в секунду 15625 путешествий туда и обратно. Такие быстрые прогулки как в передатчике, так и в приемнике совершают электронные лучи, перемещающиеся в вакууме электронно-лучевой трубки. Мой дядюшка объяснит тебе, как устроены и как работают такие трубки. А сейчас лишь прими к сведению, что на стороне передатчика электронный луч просматривает поверхность, на которую объектив проецирует передаваемое изображение. Будучи выполненной из фотоэлементов, эта поверхность изменяет интенсивность электронного луча в зависимости от яркости каждого из элементов изображения. Таким образом создаются видеосигналы (рис. 175).
Рис. 175. Передаваемое изображение с помощью объектива проецируют на светочувствительную поверхность передающей электронно-лучевой трубки (а). Телевизионный приемник оснащен электронно-лучевой трубкой с люминесцентным экраном (б).
В приемнике электронный луч совершает такой же путь, а его интенсивность управляется принятым от передатчика видеосигналом. Электроны ударяют о люминесцентный экран и порождают на нем свет, пропорциональный интенсивности луча. Вот в чем заключается основной принцип телевидения.
Н. — Это представляется мне очень увлекательным. Я с нетерпением буду ждать объяснений, которые мне любезно даст профессор Радиоль.
Комментарий профессора Радиоля
ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВАЯ ТРУБКА
Используемая как для передачи, так и для приема электронно-лучевая трубка снабжена устройством, испускающим электронный луч, а также устройствами, обеспечивающими управление его интенсивностью, фокусировку и отклонение. Здесь рассказывается обо всех этих операциях. В заключение профессор Радиоль заглядывает в будущее телевидения.
Итак, мой любезный Незнайкин, я должен объяснить тебе устройство и принципы работы электронно-лучевой трубки, так как она применяется в телевизионных передатчиках и приемниках.
Электронно-лучевая трубка существовала задолго до появления телевидения. Она использовалась в осциллографах — измерительных приборах, позволяющих наглядно увидеть формы электрических напряжений.
Электронная пушка
Электронно-лучевая трубка имеет катод обычно с косвенным накалом, который испускает электроны (рис. 176). Последние притягиваются анодом, имеющим положительный относительно катода потенциал. Интенсивностью потока электронов управляет потенциал другого электрода, установленного между катодом и анодом. Этот электрод носит название модулятора, имеет форму цилиндра, частично охватывающего катод, а в его дне есть отверстие, через которое проходят электроны.
Рис. 176. Пушка электронно-лучевой трубки, испускающая пучок электронов.
Н — нить накала; К — катод; М — модулятор; А — анод.
Я чувствую, что ты сейчас испытываешь определенное недовольство мною. «Почему он не сказал мне, что это просто-напросто триод?!» — возможно, думаешь ты. В самом деле, модулятор играет ту же самую роль, что и сетка в триоде. А все эти три электрода вместе образуют электронную пушку.
Почему? Стреляет она чем-нибудь? Да. В аноде проделано отверстие, через которое пролетает значительная часть притягиваемых анодом электронов. В передатчике электронный луч «просматривает» различные элементы изображения, пробегая по светочувствительной поверхности, на которую проецируется это изображение. В приемнике луч создает изображение на флуоресцирующем экране.
Чуть позже мы более подробно рассмотрим эти функции. А сейчас я должен изложить тебе две основные проблемы: как концентрируется луч электронов и как заставляют его отклоняться, чтобы обеспечить просмотр всех элементов изображения.
Способы фокусировки
Фокусировка необходима для того, чтобы сечение луча в месте его соприкосновения с экраном не превышало размеров элемента изображения. Луч в этой точке соприкосновения обычно называют пятном.
Для того чтобы пятно было достаточно малым, луч нужно пропустить через электронную линзу. Так называют устройство, использующее электрические или магнитные поля и воздействующее на электронный луч так же, как двояковыпуклая стеклянная линза на световые лучи.
Фокусировка осуществляется электрическими силовыми линиями, для чего за первым анодом устанавливают второй (также снабженный отверстием), на который подают более высокий потенциал. Можно также установить за вторым анодом третий и подать на него еще более высокий потенциал, чем на второй. Разность потенциалов между анодами, через которые проходит электронный луч, воздействует на электроны наподобие электрических силовых линий, идущих от одного анода к другому. И это воздействие имеет тенденцию направить к оси луча все электроны, траектория которых отклонилась (рис. 177).
Рис. 177. Благодаря воздействию нескольких анодов электронный луч фокусируется в одну точку на экране.
Потенциалы анодов в используемых в телевидении электронно-лучевых трубках часто достигают нескольких десятков тысяч вольт. Величина же анодных токов, наоборот, очень небольшая. Из сказанного ты должен понять, что мощность, какую нужно отдать в трубке, не представляет собой ничего сверхъестественного.
Сфокусировать луч можно также воздействием на поток электронов магнитным полем, создаваемым протекающим по катушке током (рис. 178).
Рис. 178. Фокусировка электронного луча обеспечивается магнитным полем, создаваемым катушкой, к которой приложено постоянное напряжение.
Отклонение электрическими полями
Итак, нам удалось настолько сфокусировать луч, что его пятно на экране имеет крохотные размеры. Однако неподвижное пятно в центре экрана не дает никакой практической пользы. Нужно заставить пятно пробегать по чередующимся строкам обоих полукадров, как это объяснил тебе Любознайкин во время вашей последней беседы.
Как обеспечить отклонение пятна, во-первых, по горизонтали, чтобы оно быстро пробегало по строкам, и, во-вторых, по вертикали, чтобы пятно переходило с одной нечетной строки на следующую нечетную или же с одной четной на следующую четную? Кроме того, нужно обеспечить очень быстрый возврат с конца одной строки к началу той, которую пятну предстоит пробежать. Когда же пятно закончит последнюю строку одного полукадра, оно должно очень быстро подняться кверху и занять исходное положение в начале первой строки следующего полукадра.
В этом случае отклонение электронного луча может также осуществляться изменением электрических или магнитных полей. Позднее ты узнаешь, какую форму должны иметь управляющие разверткой напряжения или токи и как их получить. А сейчас посмотрим, как устроены трубки, отклонение в которых осуществляется электрическими полями. Эти поля создают путем приложения разности потенциалов между двумя металлическими пластинами, расположенными по одну и другую сторону от луча. Можно сказать, что пластины представляют собой обкладки конденсатора. Ставшая положительной обкладка притягивает электроны, а ставшая отрицательной — их отталкивает (рис. 179).
Рис. 179. Отклонение электронного луча переменным полем.
Ты легко поймешь, что две расположенные горизонтально пластины определяют отклонение электронного луча по вертикали. Для перемещения луча по горизонтали нужно использовать две пластины, расположенные вертикально (рис. 180).
Рис. 180. Две пары пластин позволяют отклонять электронный луч в вертикальном и горизонтальном направлениях.
В осциллографах как раз и используют этот способ отклонения; там устанавливают как горизонтальные, так и вертикальные пластины. На первые подают периодические напряжения, форму которых нужно определить, — эти напряжения отклоняют пятно по вертикали. На вертикальные пластины подают напряжение, отклоняющее пятно по горизонтали с постоянной скоростью и почти мгновенно возвращающее его к началу строки.
При этом появляющаяся на экране кривая отображает форму изменения изучаемого напряжения. По мере перемещения пятна слева направо рассматриваемое напряжение заставляет его подниматься или опускаться в зависимости от своих мгновенных значений. Если ты будешь таким образом рассматривать напряжение сети переменного тока, то на экране электронно-лучевой трубки увидишь красивую синусоидальную кривую (рис. 181).
