Основные показатели РП

1. Диапазоны частот от 150 кГц до 108 МГц;

их подразделяют на поддиапазоны по длинам волн:

длинные волны – ДВ (750…2030 м);

средние волны – СВ (180…570 м);

короткие волны – КВ (24,8…75 м);

ультракороткие волны – УКВ-1 (4,06…4,56м);

УКВ-2 (2,78…3,0 м).

Приёмники высшего и 1-го классов воспринимают сигналы во всех диапазонах, 2-го класса- только три диапазона (обычно ДВ, СВ, КВ) в различных комбинациях, а приёмники 3-го класса имеют обычно два диапазона в различных комбинациях.

2. Выходная мощность. У приёмников высшего класса до 25 Вт, у 1-го класса до 16 Вт, у 2-го класса до 3 Вт, у 3-го до 1,5 Вт. Выходная мощность определяет громкость звучания программ при допустимых искажениях выходного сигнала, которые оцениваются коэффициентом нелинейных искажений (выражается в %).

Значение К.Н.И. для РП высшего класса не более 3%, 1-го класса – 3,5%, 2-го – до 6%, 3-го – до 12%.

3. Чувствительность. Определяется минимальным значением напряжения на входе приёмника, которое обеспечивает на выходе номинальную мощность. Для приёмников высшего класса – 25 мкВ, 1-го кл. – 50мкВ, 2-го кл. – 100 мкВ, 3-го кл. – 200 мкВ.

4. Избирательность. Это способность РП подавлять сигналы соседней по частоте радиостанции при настройке на нужную радиостанцию. Оценивается по величине затухания сигнала соседней радиостанции (выражается в децибелах):

, дБ,

где d – величина затухания, дБ;

U_f(p) – сигнал работающей радиостанции, МВ;

U_f(с) – сигнал соседней радиостанции (мешающей), МВ.

У приёмников с амплитудной модуляцией:

высшего класса величина затухания не менее 56 Дб

1-го класса – 40 Дб;

2-го класса – 35 Дб;

3-го класса – 26 Дб;

Заметим, что затухание в 10 Дб ослабляет сигнал помехи в 3 раза, в 20 Дб – в 10 раз, 40 Дб – в 100 раз, 60 Дб – в 1000 раз.

5. Полоса воспроизводимых частот.

Полоса воспроизводимых частот определяет качество

воспроизведения как основного тона звука, так и внешних гармоник (обертонов). Диапазон звуковых частот включает частоты от 16 Гц до 20 кГц. У РП различных классов полоса воспроизводимых частот различная:

высшего класса- 40…18 000 Гц;

1-го класса- 60…16 000 Гц;

2-го класса- 80…12 000 Гц;

3-го класса- 250…7 000 Гц.

10.2. Телевизионные системы.

Телевидение (от слов tele – далеко, wighn – видеть) – видеть оптические изображения на расстоянии. Это область науки и техники, занимающаяся исследованием, разработкой, изготовлением и эксплуатацией устройств для передачи и приёма оптических изображений на больших расстояниях. Основу телевизионных систем составляют устройства, в которых оптические изображения передаются и принимаются с помощью электрических сигналов по различным каналам связи (радиоканалы, кабельные линии, оптические). Метод электрической передачи изображений на расстояния запатентовал в 1907 г. Борис Львович Розинг, а практически первые телевизионные системы были разработаны в США В.К.Зворыкиным (выходцем из России) и Ф. Фраксуортом, а в СССР В.П.Грабовским, С.И.Катаевым и А.П.Константиновым (30-е годы ХХ столетия).

В настоящее время вся территория России и Европы имеет возможность смотреть телепередачи из Москвы благодаря различным линиям связи – радиорелейным, кабельным, космическим.

Так система «Орбита» через космические спутники Земли «Молния», «Радуга», «Экран» и др. позволяет передавать и принимать телевизионные сообщения от Москвы до Владивостока.

Большую роль телевидение играет в научных исследованиях, в промышленности, в освоении космоса и исследовании океанских глубин.

Процесс передачи оптического изображения состоит в преобразовании его в электрический сигнал сообщения на передающей станции (видеосигнал) и передачи его по каналу связи к принимающей станции, где происходит его преобразование в оптическое изображение.

В основе электронных систем телевидения лежит использование основных свойств зрения человека:

а) глаз обладает определённой разрешающей способностью по угловому расстоянию, когда два близких предмета становятся неразличимыми и сливаются в один (это около одной угловой минуты 1');

б) глаз обладает инерционностью при восприятии, которое выражается в том, что изображение на сетчатке глаза остается некоторое время после удаления наблюдаемого предмета (это время составляет около 0,02 секунды). Это позволяет разбить оптическое изображение на отдельные мелкие элементы, передавать их с достаточной быстротой одно за другим, глаз будет воспринимать изображение как единое целое; это свойство позволяет передавать и принимать движущиеся изображения, если кадры менять со скоростью не менее 24 кадров в секунду;

в) свойство глаза позволили создать и цветное телевидение; так как сетчатка глаза состоит из трех типов нервных клеток, воспринимающих оптическое излучение трех длин волн – синий свет (λ = 0,47 мкм), зелёный свет (λ = 0,53 мкм) и красный (λ = 0,61 мкм). Всё многообразие цветов определяется различным соотношением яркостей красного, зелёного и синего цветов. Так, сочетание красного и зелёного цветов воспринимается как жёлтый цвет, сочетание красного, зелёного и синего цветов может дать белый цвет, если взять их в соотношении

Е_Б = 0,3 Е_К + 0,59 Е_з + 0,11 Е_с,

где Е_Б - интенсивность белого цвета;

Е_К - интенсивность освещённости красного цвета;

Е_з - интенсивность освещённости зелёного цвета;

Е_с - интенсивность освещённости синего цвета.

Разложение оптического изображения на элементы осуществляется в передающей телекамере путём развёртки изображения по строкам и кадрам на экране передающей трубки с помощью электронного луча. На рисунке 10.2 показана часть экрана передающей трубки и схема движения луча при развёртке изображения.

Рис. 10.2. Схема движения луча при развертке изображения

По экрану передающей трубки луч движется слева направо и сверху вниз по линии АВ – 1-я строка, затем 3-я строка и т.д. Развёртки осуществляются через строку (сначала нечётные, затем чётные строки). Пройдя весь экран, луч возвращается в начало экрана, и начинает новый кадр. Развёртка одного кадра образует «растстр» (от латинского «rastrym»- грабли). На рис. 10.2 показан растр и 10 строк.

Соотношение сторон кадра выбирают из условия хорошей видимости изображения по углу зрения (12° по вертикали и 16° по горизонтали) 3:4. Число строк разложения выбирают из условия разрешающей способности (около 1'): . У нас стандартом установлено 625 строк. Число элементов разложения n = n_гор · n_верт = 625² · 4/3 = 521 000 элементов. Частота смены кадров составляет 25 Гц и выбирается из условия плавного движения движущихся изображений.

Преобразование оптического изображения в видеосигнал осуществляется в передающих телевизионных трубках ПТ, в которых экран покрыт светочувствительным слоем, на который с помощью объектива проецируется оптическое изображение. В одних ПТ используется внешний фотоэффект (иконоскоп, суперортикон), при котором в светочувствительном слое образуются электрические заряды, величина которых зависит от яркости элементов изображения, а в других ПТ (например, в видиконе) используется внутренний фотоэффект, при котором на светочувствительной пластине полупроводника изменяется проводимость его под действием света. В обоих случаях при движении электронного луча развёртки по светочувствительной «мишени» ПТ появляются импульсы электрического напряжения видеосигнала. Движение луча развёртки осуществляется под действием напряжения с генераторов строчной и кадровой развёртки, встроенных в телекамеру.

Для синхронизации движения луча развёртки в передающей камере (ПК) и телевизионных приёмниках используются синхронизирующие импульсы строчной и кадровой развёрток, включённые в видеосигнал и запускающие генераторы развёртки телевизионного приёмника.

На рисунке 10.3 показана структурная схема телевизионной системы. На схеме обозначено: П – передающие трубки, ТК – телекамера, ГР – генераторы строчной и кадровой развёрток, ГС – генератор синхроимпульсов, ВУ – видеоусилитель, РП – радиопередатчик, ПР – приёмник видеосигналов, БС – блок синхронизации, ПрТ – приёмная трубка (кинескоп).

Рис. 10.3. Структурная схема телевизионной системы

Передающая трубка ПТ преобразует оптическое изображение в видеосигнал, генераторы строчной и кадровой развёрток перемещают электронный луч ПТ по светочувствительной «мишени», развёртывая изображение по строкам и кадрам, видеоусилитель усиливает видеосигнал и направляет его к радиопередатчику РП, а генератор синхроимпульсов управляет генераторами развёрток как телекамеры, так и телевизионного приёмника импульсами, содержащимися в видеосигнале. Блок синхронизации БС в приёмнике разделяет синхроимпульсы строчной и кадровой развёрток, которые запускают генераторы ГР строчной и кадровой развёрток кинескопа.

В кинескопе (приёмной трубке) экран покрыт специальным веществом- люминофором, которое светится под воздействием электронного луча, модулированного по яркости, что позволяет воспроизводить изображение на экране телевизионного приёмника.

Следует отметить, что наряду с сигналом изображения в телеканале ведётся передача сигнала звукового сопровождения на частотах, близких к сигналу изображения, а различаются эти сигналы типом модуляции: сигнал изображения - амплитудная модуляция, а сигнал звукового сопровождения – частотная.

Рассмотренная телевизионная система передает черно – белое изображение (черно – белое телевидение). В системах цветного телевидения формирование цветного изображения более сложно, чем в системе черно – белого. Системы цветного телевидения (ЦВТ) делают совместимыми с системой ЧБТ, для чего выбирают те же характеристики, т.е. частота кадров 25Гц, число строк 625, полоса частот сигнала изображения около 6 МГц. Чтобы сигнал ЦВТ давал на экранах черно – белое изображение, в ЦВТ передают опорный сигнал яркости, который кодирую сигналами цветности

U_я= аU_к+ вU_з + сU_с (10.4)

где U_я – напряжение сигнала яркости;

U_к, U_з, U_с - напряжения сигналов яркости красного, зеленого и синего цветов.

Коэффициент а, в, с подбираются в соответствии с чувствительностью глаза к различным цветам, их величина меньше 1.

Ширина спектра сигнала яркости такая, как у ИБТ. Сигналя цветности – узкополосные, так как глаз видит в цвете только крупные элементы изображения, а мелкие детали видит черно – белыми.

В системе ЦВТ передающие трубки разделяют цветные изображения на три составляющие – красное, зеленое и синее с помощью светофильтров и формируют видеосигналы, соответствующие сигналам яркости трех цветов U_к, U_з, U_с и сигналу яркости U_я , а радиоканал передаются только разностные сигналы U_к - U_я и U_с - U_я, так как к их искажением глаз менее чувствителен. Имея на входе приемника три сигнала: один яркостный и два цветоразностных, формируют все сигналы цветного изображения:

U_с=U_я+(U_с-U_я) (10.5)

U_к=U_я+(U_к-U_я) (10.6)

(10.7)

Эти операции выполняют в приемнике цветного изображения специальные схемы, выполненные на полупроводниковых приборах или интегральных микросхемах.

Воспроизводят цветные изображения с помощью приемников цветных изображений, которые содержат цветные кинескопы, экраны которые покрыты тремя видами люминофора, красный, синий и зеленый цвет, сочетание которых и дает цветное изображение.

10.3. Запись и воспроизведение звука

Впервые запись и воспроизведение звука осуществил известный инженер, ученый, изобретатель Эдисон (США), который в конце XIX веке изобрел прибор под названием «фонограф». Запись звука велась на цилиндрический валик, покрытый слоем воска. В этом слое под действием металлической иглы, колеблющейся под воздействием мембраны от колебаний воздуха, прорезалась канавка различной глубины. Барабан вращался от часового механизма, а игла перемещалась вдоль образующей валика, так что он был весь покрыт винтовой канавкой.

При воспроизведении валик вращался, как и при записи, а игла двигалась вдоль канавки и приводила в движение мембрану воспроизводящего устройства с рупором для усиления звука, который можно было слышать, находясь вблизи «фонографа».

Этот прибор был несовершенен, воск слишком мягкий материал и выдерживал всего несколько воспроизведений, да и хранить такие записи было почти невозможно. Однако «фонограф» позволил сохранить голоса многих выдающихся людей того времени (писателей, артистов, певцов). Так, мы можем услышать голоса Л.Н. Толстого, Ф.И. Шаляпина, В.И. Ленина и др. Но главное достоинство фонографа в том, что он позволил принципиально осуществить запись звука и дал возможность инженерам создать новые, более совершенные аппараты и развить целую индустрию аудиотехники.

Были разработаны способы электромеханической записи на круглые плоские из пластмассы, которые были гораздо прочнее восковых валиков, могли долго храниться и позволяли многократные воспроизведение записей.

Так появились граммофоны и портативные патефоны, которые позволили познакомить широкие слои населения с творчеством великих певцов и музыкантов. Эти аппараты просуществовали вплоть до 40 – х годов прошлого века.

С развитием средств электроники граммофоны и патефоны заменили электрофоны – приборы, которые воспроизводили звук с пластмассовых пластинок, записанный в специальных студиях электромеханическим способом в виде спиральных канавок, по которым при воспроизведении движется игла, колебания которой преобразуются в электрические сигналы с помощью звуковоспроизводящих головок. Затем эти сигналы усиливаются электронными усилителями и воспроизводятся электродинамическими громкоговорителями («динамиками»).

Качество записи и воспроизведения звука значительно возросло, так как расширилась полоса воспроизводимых частот, улучшилась звукопередача особенностей голосов певцов, стало возможным записывать исполнение музыкальных произведений целыми ансамблями и даже симфоническими оркестрами.

Появилась стереофоническая запись на долгоиграющие пластинки. Стали создаваться фонотеки как в студиях звукозаписи, так и у любителей музыки.

Успехи в области электроники позволили создать новый вид музыкальных инструментов – ЭМИ (электроорганы, синтезаторы звука и др.), которые позволили значительно расширить палитру музыкальных исполнителей. Принцип действия ЭМИ основан либо на преобразовании механических колебаний струн в электрические сигналы с помощью специальных датчиков с последующем их усилением и воспроизведением через громкоговорители, либо на использовании генераторов электрических колебаний с перестраиваемыми частотами и дальнейшим их усилением и воспроизведением через динамики.

Появление ЭВМ способствовало совершенствованию усилительной техники, акустических систем, улучшению элементной базы радиоэлектроники (созданию малошумящих электронных ламп, транзисторов, термостабильных резисторов и т.п.).

ЭМИ постоянно совершенствуются и в настоящее время. Серьезную конкуренцию электрофонам составили появившиеся в 30 – х годах XX века. магнитофоны – аппараты с записью звука на магнитные ленты. Их преимущество перед электрофонами в высоком качестве звука, возможности стирать наружные записи с ленты и записывать на нее новые, а также большая длительность записи и воспроизведения (от 20 мин до 2–3-х часов непрерывной записи в зависимости от емкости катушек с лентой или кассетой). Один и тот же аппарат может вести и запись и воспроизведение звука. Еще одно достоинство магнитофона – запись звука ведется в электрической форме путем преобразования звуковых колебаний в электрические сигналы и запись их на ленту в виде магнитных отпечатков на магнитной ленте. Такие записи могут храниться годами и даже десятилетиями в соответствующих условиях для хранения магнитных лент (постоянство температуры и влажности). Запись электрических сигналов на магнитную ленту значительно расширила область применения магнитофонов, которые стали применятся и в измерительной технике (системы точной магнитной записи) и в научных исследованиях, и в управлении технологическими процессами, и в вычислительной технике.

Принцип записи электрических сигналов на магнитную ленту состоит в том, что специальная магнитная головка, состоящая из сердечника магнитомягкого материала и обмотки медного провода преобразует переменный ток полезного сигнала в магнитный поток направленного действия, который намагничивает участки магнитной ленты, движущейся в близи магнитной головки с постоянной скоростью. Магнитная лента либо намотана на специальную катушку большой емкости (50…1000м) – это катушечные магнитофоны, помещенные в закрытые кассеты (кассетные магнитофоны).

При воспроизведении записи лента протягивается с той же скоростью вблизи магнитной головки воспроизведения, аналогичной по конструкции головки записи, в которой магнитный поток с ленты наводит в обмотке электрический ток, соответствующий записанному сигналу. Этот ток усиливается электронным усилителем и приводит в действие громкоговоритель или любое другое устройство индикации.

Магнитофоны довольно сложные и дорогие аппараты, так как содержат точечную механическую часть (лентопротяжный механизм) и электрическую (усилители записи и воспроизведения, генераторы подмагничивания и стирания, магнитные головки), однако несмотря на это они носили широкое применение.

Совершенствование систем магнитной записи электрических сигналов позволило создать аппараты для записи видеосигналов и записывать и воспроизводить оптические изображения.

Такие аппараты назвали «видеомагнитофонами» (ВМ). Они позволили записывать целые видеофильмы, создавать видеозалы для коллективного просмотра видеофильмов, создавать домашние кинотеатры. Все это позволяет значительно расширить области применения звукозаписи и видеозаписи и способствовать развитию культуры и обмену информации между людьми.

Современные системы записи звука и изображения основываются на записи электрических сигналов на пластиковые аудио – и видеодиски с помощью лазерного луча. Емкость таких дисков весьма велика (время воспроизведения длится часами), качество записей очень высокое, хранятся диски весьма длительное время. Появилась возможность вести записи электрических сигналов в цифровой форме и совмещать эти записи с ЭВМ (например персональными компьютерами), что позволяет не только поднять общий культурный уровень населения, но развивать творческие способности человека в его практической деятельности.

10.4. Электроника в бытовых машинах

Электроника все больше и шире используется в различных бытовых приборах и машинах (электрообогревателях, осветительных приборах, вентиляторах, кондиционерах, холодильниках, стиральных машинах и т.п.). Она облегчает труд людей, предоставляет значительные удобства в эксплуатации приборов, сокращает время на приготовление пищи, стирку одежды, уход за жилыми помещениями и т.д.

Применение электронике в быту стало возможным благодаря разработке и промышленному выпуску больших интегральных схем (БИС), которые обладают большими функциональными возможностями при сравнительно низкой цене, т.к. изготавливаются по интегральной технологии и обладают большой повторяемостью и стабильностью параметров. БИС мы встречаем в микрокалькуляторах, в регуляторах освещения, в программах стиральных машин, в телефонных аппаратах с запоминаниям номеров, в холодильниках с программным изменениям температуры, в регуляторах силы света настольных ламп и поточных светильников и во многих других устройствах.

Особый интерес предоставляют микропроцессорные системы. Микропроцессор (МП) – это сверхбольшая интегральная схема (СБИС), содержащая на одной пластине полупроводникового материала более 100 тысяч транзисторов, резисторов, диодов, межсоединений и оформленная как законченный электронный блок в одном небольшом монолитном корпусе с многочисленными выводами для внешних соединений. На базе МП можно строить микро – и мини – ЭВМ, так как он имеет арифметическо-логическое устройство (АЛУ), постоянное и оперативное запоминающиеся устройство (ПЗУ и ОЗУ) и устройство управления (УУ).

Широкой популярностью пользуются в настоящее время программируемые контроллеры (ПК) для управления различными технологическими процессорами, например автоматической регулировкой температуры в теплице, освещением, проветриванием помещений, сигнализацией, автоматической подачей воды из колодца или скважин и т.д.