Сигналы строчной и кадровой развертки

Для осуществления телевизионной развертки в системах аналогового телевидения на передающей и приемной сторонах согласованно и синхронно работают генераторы кадровой и строчной разверток.  Для различных типов оптико-электронных и электронно-оптических преобразователей (электронно-лучевых, твердотельных на основе ПЗС, ЖКИ и плазменных панелей) используются различные физические способы реализации развертки,  однако логика их работы примерно одна и та же. Рассмотрим работу строчной и кадровой разверток на примере электронно-лучевых преобразователей - ОЭП (видикона) и ЭОП (кинескопа).

Отклонение электронного луча в электронно-лучевых приборах осуществляется с помощью магнитного поля, создаваемого отклоняющими катушками – строчной и кадровой – смотри Рис. 4.2, Рис. 4.4, Рис. 4.5.

Для линейного отклонения луча по горизонтали (строчная развертка) и по вертикали (кадровая развертка) – Рис. 5.7, необходимо по линейному закону изменять ток в отклоняющих катушках строчной и кадровой разверток.

Рис. 5.7 Траектория электронного луча в процессе развертки изображения

Развертывание строки в ходе строчной развертки (Рис. 5.7) происходит за время прямого хода луча, равное T_строки = 64 мкс. Затем луч должен быстро вернуться в исходное положение и прочертить новую строку, но уже несколько ниже предыдущей. Возвращение электронного луча в начало строки называется обратным ходом луча. Это пассивное время и оно должно быть как можно меньше. На время обратного хода электронный луч запирается специальным сигналом “гашения”.

Рассмотрим работу устройства формирования сигнала отклонения строчной развертки по упрощенной схеме Рис. 5.8.

На базу строчного транзистора (HOT) подается положительный импульс строчной развертки длительностью T_строки = 64 мкс. Транзистор полностью открывается, к отклоняющей катушке строчной развертки прикладывается полное напряжение питания Vcc, и через нее начинает протекать ток.

Известно, что ток в индуктивности связан с приложенным к ней напряжением интегральной зависимостью вида:

Таким образом, в отклоняющей катушке протекает линейно изменяющийся во времени ток, отклоняя электронный луч по линейному во времени закону (прямой ход луча).

Рис. 5. 8 Упрощенная схема выходного каскада строчной развертки

По окончании импульса (окончании прямого хода луча) транзистор закрывается. Но ток в индуктивности не может измениться мгновенно, поэтому он начинает протекать через конденсатор, заряжая его. Энергия магнитного поля катушки переходит в энергию электрического поля конденсатора. Когда напряжение на конденсаторе достигает максимума, ток заряда спадает до нуля.

Достигнув максимума, напряжение на конденсаторе начинает падать – конденсатор начинает разряжаться через катушку. И ток в ней теперь меняет направление. Возникает обратный ход луча. Но закон изменения тока в катушке теперь уже не линейный, как при прямом ходе, а синусоидальный, определяемый параметрами колебательной LC цепи.

Этот колебательный процесс продолжался бы и дальше, и напряжение на конденсаторе спадало бы по синусоиде, если бы не диод. Как только напряжение на конденсаторе достигнет нуля, диод смещается в прямом направлении, и конденсатор быстро разряжается. Цикл прямого и обратного хода луча по строке заканчивается. Обратите внимание на то, что на обратный ход луча дополнительная энергия не тратится, а обратное отклонение происходит за счет энергии, накопленной в катушке во время прямого хода луча. На самом деле, практические схемы строчной развертки электронно-лучевых трубок намного сложнее, но все они работают примерно так, как это описано выше.

Принцип кадровой развертки такой же, как и у строчной развертки. Но только вертикальное перемещение луча от первой до последней строки полукадра – развертка по кадру, происходит за гораздо большее время -     T _К = 20 мс. После этого, так же как и при строчной развертке, луч должен быстро вернуться в исходное положение для осуществления развертки следующего полукадра. На это время, так же, как и при строчной развертке, производится гашение луча. Схематический вид сигналов кадровой и строчной разверток приведен на Рис. 5.9. При этом, на один период полукадра T_пк приходится около 300 периодов сигнала строчной развертки T_стр, а обратный ход луча кадровой развертки происходит за время равное 0.06· T_пк, которое кратно периоду строки и равно точно длине 25  строк.

Рис. 5.9 Сигналы кадровой и строчной разверток.

Важное отличие формирования сигнала кадровой развертки от строчной заключается в том, что линейно изменяющийся в отклоняющей катушке ток здесь формируется не путем интегрирования напряжения на катушке, а специальным генератором пилообразного тока строго определенной формы с нужными соотношениями времени прямого и обратного хода – Рис. 5.9.  Таких схем очень много, поэтому мы не будем здесь вдаваться в детали.

И еще одно серьезное отличие кадровой развертки – чтобы создать такую же величину магнитного поля, как и при строчной развертке, индуктивность отклоняющей катушки кадровой развертки должна быть гораздо больше, чем индуктивность строчной отклоняющей катушки.  Действительно, поскольку

,

то с уменьшением скорости изменения тока в катушке (скорость изменения тока кадровой развертки примерно в 300 раз меньше, чем строчной – Рис. 5.9), сила магнитного поля падает. Следовательно, для сохранения силы отклонения луча, нужно пропорционально увеличивать индуктивность отклоняющей катушки, а следовательно, количество витков в ней, ее размер и вес. Поэтому системы кадровой развертки электронно-лучевых трубок имеют гораздо большие габариты и вес, чем системы строчной развертки.