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第一章 电视机的基本工作原理 §1－1 电视显像基本原理 一、 图像的分解与重现 仔细观察报纸上的照片，就会发现它是由许多明暗不同的小点子组成的。其实，任何一幅图像都可以看成是由许多密集的细小点子组成的。这些细小点子称为像素。像素是组成图像的最小单位。一幅图像中，像素取得越多，图像就越清晰、逼真。例如，一张35mm的电影胶片是由近百万个像素组成的，所以电影画面显得非常清晰、逼真。电视图像也是由像素组成的。在发送端把一幅图像分解为许多像素，利用摄像管按顺序将一个个像素转换成对应的电信号传送出去，在接收端通过显像管将电信号再转换成一一对应的像素，组成一幅完整的图像。就像写字一样，从左到右、从上到下，一字一字地顺序写出。图1-1为图像传送示意图。在发送端将“工”字图像分解成许多像素，通过光电转换将像素的亮度按一定顺序转换成电信号，并依次传送出去。在接收端的屏幕上，再按同样顺序将各个电信号在相对应位置上转变为光。当这种顺序传送进行得非常快时，由于人眼的视觉惰性，就会在屏幕上看到一幅完整的“工”字图像。这种在发送端依一定顺序把图像分解成一个个像素，而在接收端依同一顺序把像素再组合成图像的过程称为扫描。 二、电子扫描 1、逐行扫描： 电子束从上向下一行一行地依次扫描称为逐行扫描如图1-2A。 在图中实线及虚线均表示扫描线。实线表示扫描正程，虚线表示扫描逆程。电子束在左上角A点扫到屏幕右下角B点，形成一幅完整光栅。 在电视系统中，摄像管与显像管外面都装有行与场两对偏转线圈，线圈中分别流过行、场锯齿波电流，同时产生水平方向与垂直方向的偏转磁场。当行扫描锯齿波电流流过行偏转线圈时，电子束将在水平方向上受到偏转力，使电子束从左向右进行水平方向上的扫描(也称行扫描)，这一段扫描过程称为行扫描正程。正程结束后，电子束从右端迅速返回到左端，这一段扫描过程称为行扫描逆程。电子束来回扫描一次所需的时间，称为行扫描周期(TH)。假如，只在显像管的行偏转线圈中送入行扫描电流，则荧光屏上将出现中间的一条水平亮线，如图1-2B所示。当场扫描锯齿波电流送到场偏转线圈时，电子束将在垂直方向上受到偏转力，使电子束从上到下地进行垂直方向的扫描(也称场扫描)，这一段扫描过程称为场扫描正程。正程结束后，电子束从下端迅速返回上端，这一段扫描过程称为场扫描逆程。电子束在垂直方向上扫描一次所需的时间，称为场扫描周期(Tv)。假如，只有场扫描，则荧光屏中间将出现一条垂直亮线，如图1-2C所示。如果行、场扫描同时存在，则电子束在水平偏转磁场和垂直偏转磁场的共同作用下，一方面作水平运动，一方面还作垂直运动。由于TH》Tv，电子束的运动是水平略向右下倾斜，形成了如图所示的一幅完整的扫描光栅。电视是在扫描正程时间内显示图像的，而在扫描逆程时间内不传送图像，所以要把逆程的回扫线消去，使它不出现在荧光屏上(称为消隐)，如图1-2D所示。 2、隔行扫描 由于人眼有一定的视觉惰性和分辨能力，假若要不产生亮度闪烁的感觉，并保证有足够的清晰度，则场扫描频率必须在48Hz以上(即每秒传送48帧图像)，扫描行数必须在500以上。这样计算出来的电视图像信号的频带是很宽的，将会使设备复杂化。若为了减小图像信号频带而降低场频，则会引起闪烁现象。如果减少行数，又会引起图像清晰度下降。为此，电视技术中采用隔行扫描方法，将一帧图像分两场进行扫描，这样每秒传送25帧图像，就等于每秒扫描50场，即场频为50Hz，亮度闪烁现象就可不再出现了。 隔行扫描的方法是将一帧图像分成两场进行扫描。电子束先自上而下地扫描每帧图像中的奇数行，即l、3、5……行，在扫描完一帧图像中的全部奇数行后，再回到图像上端依次扫描一帧图像中的偶数行，即2、4、6……行。这样，一帧图像经过两场扫描，所有的像素可全部扫完。我们把扫奇数行的场称为奇数场，把扫偶数行的场称为偶数场。图1-3为隔行扫描示意图。 扫描开始时，电子束由左上端A点开始按l、3、5、…顺序扫描，当扫到第575行的一半时，正好扫过287行半，完成第一场(奇数场)的正程扫描。完成奇数场的正程扫描后，电子束立即返回B点并从B点开始第二场的扫描,这一逆程需要25行时间。奇数场共用了312.5行扫描时间，电子束已返回到B点。 紧接着扫描2、4、6……偶数行，当扫到第574行末(C点)时，也扫了287行半，完成了第二场(偶数场)的正程扫描。完成偶数场的正程扫描后，电子束立即返回A点并从A点开始第二帧即第三场的扫描,这一逆程需要25行时间。偶数场共用了312.5行扫描时间，电子束已返回到A点。 两场扫描正程行数共575行，逆程行数共50行，恰好是一帧的扫描总行数。其中偶数场的光栅应刚好嵌在奇数场光栅的中间，这样才能构成一幅均匀的光栅，并得到图像的最高清晰度。图为隔行扫描重现图像示意图。 两场光栅均匀交错是对隔行扫描的基本要求，否则垂直清晰度特大为下降。为了使偶数场光栅镶嵌在奇数场之间，每一场必须包含半行扫描，这就要求每一帧的扫描行数为奇数行。例如，我国采用625行的隔行扫描制，每一场的扫描行数为312.5行；而有的国家则采用525行，每场扫描行数为262.5行。 3、关于电子扫描，我国电视标准规定如下： 行周期： TH＝64μs 行频： FH＝15625Hz 行正程时间： 52μs 行逆程时间： 12μs 场周期： Tv＝20ms 场频： Fv＝50Hz 场正程时间： 18.4ms 场逆程时间： 1.6ms 每帧总行数： 625行 每场行数： 312.5行 每场正程： 占287.5行 每场逆程： 占25行 电视是传送活动景物的系统，通常由摄像、传输、显像三部分组成。电视台先用摄像管将景物(图像)的变化，即光信号，转换成电信号(图像信号)，然后经过放大、调制等过程，将图像信号调制在一个高频载波上，通过天线以无线电波的形式发送出去，在接收端把电信号还原成光信号，重现人眼看得见的图像。即电视传像是通过光-电转换、信号传送、电-光转换等过程而实现的。 §1－2 电视信号的组成 黑白全电视信号由图像灰度信号(视频信号)、逆程扫描不显示（复合消隐）信号、保证每行扫描对齐（复合同步）信号、保证隔行扫描准确（均衡）脉冲、保证场扫描准确（槽）脉冲组成。如图1-4。 伴音调频信号由6.5MHz载频经音频调频而得，也称第二伴音中频信号。 由电台发射的射频信号采用调幅载波的形式将全电视信号和6.5MHz伴音调频信号发送到用户的电视机中。 1、图像信号（图像灰度信号的简称） 视频图像信号是指经扫描、光电转换过程由光像转变成的电信号。图像上明暗不同的像素，通过扫描变成按时间变化的强弱不同的电信号，其电平高低与像素的亮度成比例。若图像越亮，信号电平越高，称为正极性图像信号；反之，信号电平随着图像亮度增加而降低，则称为负极性图像信号。如果传送由黑至白呈五灰度等级竖条图像时，则它的负极性图像信号如图1-5所示。图中75%为黑色电平，12.5%为白色电平，灰色电平介于黑色与白色电平之间。 2、消隐信号 在行扫描的逆程时间内，不传送图像信号，而行、场扫描逆程产生的回扫线对传输图像要起干扰作用。为此，在行、场扫描的逆程期间，要加入黑色电平信号，使逆程期间电子束截止。这个黑色电平信号就是消隐信号，它包括行消隐信号和场消隐信号。如图1-6。行消隐信号和场消隐信号合称为复合消隐信号。消隐信号的幅度应与图像的黑色电平相同，也为75%。周期应分别与行、场扫描周期相同，宽度与扫描逆程大致相同，即行消隐周期为64μS，宽度为12μS；场消隐周期为20ms，宽度为1.6ms(25H)。 3、同步信号 为了保证显像管扫描与摄像管扫描的频率与相位完全一致，电视台还要在消隐期间内提供行同步信号和场同步信号，这两个信号合称为复合同步信号。每扫完一行时要传送一个行 同步信号，每一场结束时要传送一个场同步信号。如图1-4、图1-5、图1-6。 如果接收机扫描与发送端不同步，则重现的图像将发生混乱。例如，行扫描周期大于 64μS，即正程时间延长，除了扫完一行图像外，还扫出一段消隐信号，屏幕上出现消隐黑线，以后的各行正程时间依次向后推移，消隐黑线在屏幕上逐渐左移。如果场扫描周期大于20ms，则在扫描正程时间内获得多于一场的图像，即使后一场图像提前了，并且以后各场图像都依次提前，结果看到的图像会不断上移。 为了使同步信号既不影响消隐，又与消隐信号能区分，将同步脉冲叠加在消隐脉冲之上，使同步脉冲电平高于消隐脉冲电平，如图所示。同步脉冲的相对幅度为100%，行同步信号的宽度为4.7μS(0.073H)，周期为64μS；场同步信号宽度为160μS(2.5H)，周期为20ms。 4、槽脉冲与均衡脉冲 场同步脉冲的宽度为2.5H，若在此期间行同步信号中断，则会造成场扫描正程开始部分同步紊乱，引起图像上部扭曲。为了在场同步信号期间不丢失行同步信号，使行扫描保持同步，在场同步信号中开五个小槽，称为槽脉冲。槽脉冲的后沿必须对准行同步信号的前沿。槽脉冲宽度等于行同步脉冲宽度，槽脉冲的周期为半行。 在场同步脉冲前后还各有五个窄脉冲，称为前后均衡脉冲，宽度为行同步脉冲宽度的一半，间隔为半行。前后均衡脉冲的作用是保证隔行扫描的准确性，使扫描时偶数场正好镶嵌在奇数场之间，不会产生并行现象。由图像信号、复合消隐信号、复合同步信号、均衡脉冲和榴脉冲组成的黑白全电视信号波形如图1-4所示。 §1－3 电视信号的调制 电视信号由图像信号和伴音信号组成。图像信号和伴音信号都包含有丰富的低频成分，因此不能直接把它们发射出去，需要把它们调制在频率较高的载波上，然后再发射出去。 图像信号和伴音信号在电视台是同时发射的，电视接收机也是同时接收的，为了防止两种信号互相影响，采用了不同的调制方式。图像信号采用调幅的方式，伴音信号采用调频的方式。 图像信号采用调幅方式，即利用图像信号去调制高频载波的幅度，使高频载波幅度随图像信号幅度变化而变化。图像信号包含了0-6MHz之间的各种频率的信号。我国采用负极性视频信号进行调制，也即负极性调制，经负极性调制后的视频信号波形如图1-7所示。 采用负极性调制有以下优点： 1. 干扰信号时图像影响较小。外来干扰信号一般都以脉冲形式叠加在调幅波上，在荧光屏上表现为黑点，而黑点不易被人眼察觉，所以对图像影响较小。 2. 节省发射功率。由于图像亮的部分比暗的部分多一些，发射图像信号时的平均功率较小。 3. 便于实现自动增益控制。由于同步电平幅度最高，电视接收机的自动增益控制电路可以利用同步脉冲的峰值电平作为参考电平，实现自动增益控制。 由此可见，采用负极性调制可减小于扰对图像的影响，且信号发射时平均功率也较小，还有利于实行自动增益控制。但外来干扰容易破坏接收机同步，所以接收机中通常加入消噪电路。 伴音信号调制：伴音信号采用调频调制方式，即利用伴音信号去调制高频载波的频率，使高频载波的频率随着伴音信号的幅度变化而变化。在伴音信号中，高频分量的振幅比低频分量的小，容易受到干扰的影响。为此，在调频信号的发送中，常将高频分量的振幅预先提高，称为预加重；在接收端，必须将高频分量予以衰减，以恢复伴音信号的原来状况，称为去加重。 §1－4 频道划分 对图像信号进行调制时，载波频率要比图像信号频率高十倍左右。因此，电视台发出的射频电视信号是由超短波或微波来传送的。我国电视广播应用甚高频段(V取)和特高频 段(UHF)。VHF分为12个频道，UHF分为56个频道。其频率分配见表。
§1－5 电视传送图像的过程 一幅静止的图像，可以通过光电转换，利用扫描的方式进行传送，那么如何传送活动的图像呢?人眼在观看某一光点或一幅图像时，当这个光点或图像消失后，人眼对亮度的感觉并不立即消失，而有瞬时的保留，然后才逐渐消失，这种现象称为视觉暂留(视觉惰性)。人的视觉暂留时间为0.1s。如果每两幅静止图像出现的间隔小于0.1s，就会使人有连续动的感觉。利用视觉的暂留特性，电视采用每秒传送25幅(帧)图像，每幅图像又分两次(场)扫描，即每秒钟传送50场，实现了活动图像的传送。 黑白图像只有明暗变化而没有色彩变化，所以图像信号中只有一个亮度变化的物理量，传送的过程就显得比较容易。电视广播是利用无线电波来传送图像和声音的，黑白电视信号的传输过程如图1-8所示。 电视信号包含了图像信号和伴音信号，其中图像信号反映了被摄景物的内容，伴音信号反映了声音的强弱及高低。被摄景物在摄像管的光电转换靶上成像，靶面上几十万个光敏二极管把图像分解成几十万个像素，每个像素的光强信号在光敏二极管内转换成电信号。利用电子束扫描，将各光敏二极管的电信号按照一定顺序逐个取出，并依次传送出去。摄像机输出的电信号称为图像信号，对应着各个像素的明暗程度。图像信号经放大并在其中叠加同步信号和消隐信号。组成全电视信号送到图像发射机中进行高频调制，形成调幅波；景物的伴音则通过声电转换，将反映声音的电信号送到音频放大器进行放大，再送入伴音发射通道调制，形成调频波。将图像调幅波和伴音调频波在双工器中进行图声载波混合后，从天线以无线电波形式发射出去，如图1-8A所示。 电视接收天线接收下来的高频载波信号，经过选择、放大、图像信号的解调(检波)得到与摄像机输出端相同的图像信号电压及伴音载频信号，将图像信号电压去控制显像管内电子束的强弱，配合与摄像端电子束相同的扫描规律，正确重现被摄景物的图像，完成电光转换；将伴音信号经解调(鉴频)、放大后推动扬声器还原出声音，完成电声转换，如图1-8B所示。 §1－6 电视机的基本工作原理 电视接收机通常简称电视机，它将电视台发射的高频电视信号接收后，加以放大和解调，将视频图像信号送显像管重现图像，将伴音信号送扬声器重放伴音。为了保证显像管正确重现图像，电视机通过电路驱动显像管中的电子束产生扫描，并使扫描在同步信号的控制下，同电台发射端完全同步。所以，一台电视机的电路应该有两大基本组成部分，即信号接收解调系统和同步扫描系统。 一、直接放大式信号接收系统电视机工作原理 所谓直接放大式，就是将高频信号接收下来以后，不改变其频率而直接进行放大，经过解调取出低频调制信号。这种方式虽然简单，但对不同频率的高频信号，放大量有很大差异，且工作稳定性差，所以在电视机中通常不采用。 二、超外差式接收解调系统工作原理 超外差式接收机是将不同频率的高频信号先变换成较低频率的中频信号，经过中频放大并进行解调，取出低频调制信号。由于中频信号频率相对较低，中频放大电路可以有较大的放大量、较好的选择性和较高的工作稳定性。所以，电视机都采用超外差式。 电视接收机采用超外差内载波方式对高频电视信号进行处理，如图1-9。混频电路的作用是将本机振荡器产生的信号同接收到的高频信号混合，产生中频信号。以接收2频道电视节目为例，其图像载频为57.75MHz，伴音载频为64.25MHz，这时本机振荡器只要产生95.75(57.75+38.0)MHz的等幅高频信号，在混频器中与57.75MHz的高频图像信号差频，产生出载频为38MHz的中频图像信号；同64.25MHz的伴音载频差频，产生载频为31.5MHz的中频伴音信号。由图可见，虽然载频频率发生了变化，但调制方式并不改变，图像信号为调幅波，而伴音信号仍为调频波。 电视机对接收到的图像及伴音高频信号有两种处理方式：一种是利用一个信号通道对两者进行放大处理，即所谓单通道；另一种是分别用两个信号通道对图像和伴音高频信号进行处理，即双通道。双通道式电路结构复杂、成本高，所以电视接收机一般为单通道。也是本书所述的电路。 由混频级产生的38MHz图像中频和31.5MHz伴音中频信号，经过共用中频放大器放大后，送图像检波器，图像中频信号还原成视频图像信号，伴音中频在图像检波器中与图像中频进行第二次差频，产生出6.5MHz的第二伴音中频信号。在伴音第二次混频时，将图像中频当作了本机振荡信号使用，而未采用单独的本机振荡器，所以称这种方式为内载波式。它的优点是第二伴音中频信号频率很稳定，鉴频失真小。 三、超外差式电视机工作原理 超外差内载波式电视接收机的电路框图如图1-10，它由高频调谐器、中频公共通道、伴音通道、图象灰度部份（视放输出电路）和图象形状尺寸控制部份（同步扫描）四部分构成。 高频放大器、混频器和本机振荡器组成高频调谐器。高频调谐器工作在VHF或UHF频段，输入信号为电视机接收天线的输入信号，其幅度很小(微伏级)，为防止同其它电路相互影响，通常做成一个独立组件并进行电屏蔽，俗称高频头。高频头将天线接收的信号输人后，选择某一频道的高频电视信号，经放大、混频，产生38MHz图像中频和31.5MHz的伴音中频信号。 图像中频放大器、视频检波器、前置视频放大器(预视放)、消噪电路(ANC)及自动增益控制电路(AGC)组成中频公共通道。公共通道是图像中频和伴音中频信号共用的电路。中频信号经放大后，图像中频信号由检波器还原成视频信号；伴音中频信号在检波器内混频后，产生第二伴音中频信号，视频信号一路送视频放大的输出级，另一路经消噪电路抑制干扰脉冲后，分两路输出，即扫描系统的同步分离级和控制中放增益的AGC电路。AGC电路的作用是在天线接收到的高频信号幅度发生变化时，自动调整中频放大器和高频放大器的增益，保证检波器输出的视频信号幅度基本保持一致。 伴音中频放大器，鉴频器和低频放大器组成伴音通道。从公共通道输出的6.5MHz第二伴音中频信号，经伴音中放电路放大、限幅，再经鉴频器还原成音频伴音信号，送低频放大器放大到足够的功率，推动扬声器发出伴音。 视频放大输出级将公共通道送来的视频信号放大到足够的幅度，激励显像管的阴极，从屏幕上重现出电视图像。 高频调谐器的电压增益约为20-30dB，相当于对电视信号有10-30倍的电压放大。若天线接收到的电视信号幅度为100μV，则调谐器处理后输出的图像中频信号幅度在1mV以上。 中频公共通道除了放大和解调中频信号以外，还要根据选择性、单通道和残留边带的要求，对某些信号进行衰减和抑制。 为了减小中频图像信号和伴音信号之间的相互干扰，中频通道放大器对伴音信号的放大量大约只有图像信号的5％。通常对图像信号放大在60dB以上(相当于1000倍)，将调谐器输出的1mV左右的图像中频信号放大到l-3V(峰-峰值)输出，而对伴音信号放大量约34dB(相当于50倍)。 由于图像信号的传送采用了残留边带方式发送，将高频图像信号的下边带大部分滤除，只传送全部的上边带和下边带的小部分，在中放电路中，对以单边带方式传送的图像信号频谱，放大量为100％；对伴音中频的放大只有图像中频的5％。 另外，为了衰减邻近频道的图像载频干扰和伴音载频的干扰，中放电路的幅-频特性曲线还应在30MHZ(本机振荡频率与下一频道图像载频之差)和39.5MHz(本机振荡频率与上一频道图像载频之差)频率处有两个吸收点。 视频检波器能将调幅图象中频的幅度变化检测出来，即输出0-6MHz的视频图像信号，同时还将图像中频与伴音中频进行混频。输出6.5MHz的第二伴音中频信号。38MHZ的中频载频被滤掉。 伴音通道的电压增益在60dB以上，当输入伴音通道的第二伴音中频信号幅度仅几毫伏时，经通道处理后的音频信号电压可达几伏，足以推动扬声器发声。 视放输出级的电压放大量在24-38dB之间，可以人为进行调节即对比度调节，它可以将中频公共通 道输出的1-3V(峰-峰值)视频信号放大到50-80V(峰-峰值)，控制显像管阴极发射电子量。调节视放输出级的放大量，就改变了屏幕上图像的对比度。 三、 同步扫描系统的工作原理与组成 1．同步扫描系统的组成 同步扫描系统又可分为同步分离电路、场扫描电路和行扫描电路。同步分离级包括同步分离电路和积分电路。场扫描电路由场振荡、场激励和场输出电路组成。行扫描电路由行AFC电路、行振荡、行激励和行输出电路组成。场偏转线圈和行偏转线圈分别是场扫描和行扫描电路的负载。 高压电路利用行扫描电路产生的逆程脉冲电压，经整流后产生显像管所需的直流中压(100-200V)和直流高压(9-14kV)。 2．同步扫描系统的基本原理 同步分离级的作用是从全电视信号中分离出复合同步信号，并用它们控制行、场扫描与发送端的扫描保持同步。从全电视信号中分离出复合同步信号，是由同步分离级完成的。分离出的复合同步信号，一路送积分电路，另一路送行AFC电路。 积分电路具有脉冲宽度分离功能，能从复合同步信号中选出脉宽较宽的场同步脉冲，选出的场同步脉冲直接送场振荡级，触发场振荡级进行同步振荡。 行AFC电路又称自动行频控制电路，它的作用是将行扫描锯齿波同行同步信号进行相位比较(鉴相)，产生与相位误差成正比的控制电压，行振荡电路在控制电压作用下，被牵引实现行同步振荡。 场扫描电路产生和放大场频锯齿波电压，并通过场偏转线圈，驱动显像管电子束作垂直扫描运动。在场同步脉冲触发下，这种扫描运动可以与发送端保持同步。场频锯齿波电压的产生和触发同步，是在场振荡级完成的，场激励级对锯齿波电压进行放大，并减少输出级对振荡级的影响。场输出级在锯齿波电压激励下，向场偏转线圈输出足够的锯齿波电流，以保证电子束在垂直方向的满幅扫描。 行扫描电路在行偏转线圈中产生行频锯齿波电流，驱动显像管电子束作水平方向的扫描运动。在行AFC控制电压的作用下，这种扫描运动也能同发送端保持同步。 与场扫描电路不同的是，行振荡和行激励级产生和放大的不是锯齿波电压，而是行频矩形脉冲。行输出级在矩形脉冲的激励下工作于开关状态，在行偏转线圈中产生行频锯齿波电流。 思考题 1. 什么叫像素？ 2. 什么叫扫描？ 3. 什么叫逐行扫描？ 4. 什么叫行扫描？ 5. 什么叫行扫描正程？ 6. 什么叫行扫描逆程？ 7. 什么叫行扫描周期？ 8. 什么叫场扫描正程？ 9. 什么叫场扫描周期？ 10. 什么叫隔行扫描？ 11. 我国电视标准规定行周期、行频、行正程时间、行逆程时间、场周期、场频、场正程时间、 场逆程时间、每帧总行数、每场行数各为多少？ 12. 黑白全电视信号由哪几部份组成？ 13. 什么叫称为正极性图像信号？ 14. 什么叫称为负极性图像信号？ 15. 图像灰度信号(视频信号)的作用是什么？ 16. 复合消隐信号的作用是什么？ 17. 复合同步信号的作用是什么？ 18. 均衡脉冲的作用是什么？ 19. 槽脉冲的作用是什么？ 20. 什么叫调幅？ 21. 伴音信号采用什么调制方式？图像信号采用什么调制方式？ 22. VL有几个频道？VH有几个频道？UHF有几个频道？ 23. 以接收9频道电视节目为例，其图像载频频率为多少？伴音载频频率为多少？这时本机振荡器产生的等幅高频信号频率多少？ 24. 画出超外差内载波式电视接收机的接收系统电路框图。 |
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