Упражнения. 4.6.1 Рассчитать ток сигнала ic и отношение сигнал/шум Ψ на выходе диссектора по следующим данным:

4.6.1 Рассчитать ток сигнала i _c и отношение сигнал/шум Ψ на выходе диссектора по следующим данным:

диаметр рабочего участка мишени D – 40 мм;

площадь апертурного отверстия S ₀ – 0, 07065 мм ²;

интегральная чувствительность фотокатода ε ₀ – 65 мкА/лм;

коэффициент усиления ВЭУ К _ВЭУ – 10 ⁵;

коэффициент вторичной эмиссии первого динода ВЭУ – 4;

освещенность фотокатода E _ВХ – 1 лк.

Число элементов разложения взять максимально возможным при формате кадра k=4/3, обратным ходом разверток пренебречь, частоту кадров f _К принять равной 50 Гц.

Решение.

Определим элементарный фототок i ₀ по формуле (4.10):

i ₀ = ε ₀ S ₀ E _ВХ = .

Определим размер изображения (с форматом 4/3), вписанный в рабочий участок мишени:

h _p = 24 мм (высота растра);

l _p = = 32 мм (ширина растра).

Проверим: .

Определим площадь растра:

S _ф = = 768 мм ².

Определим число элементов разложения N:

Определим верхнюю граничную частоту спектра видеосигнала по формуле (1.30), в которой вместо kz ² подставим N:

f _В =kz ² f _К /2 = N f _К /2= =271, 75 кГц.

Для определения Ψ ₀ (на входе ВЭУ) использует выражение (4.13), где e – заряд электрона, равный :

Для вычисления Ψ (на выходе ВЭУ) используем выражение (4.14):

Ток сигнала i _c (на выходе ВЭУ) вычислим по формуле (4.11):

i _c = i ₀ К _ВЭУ =

Полученные данные свидетельствуют о приемлемой чувствительности диссектора в телевизионном стандарте с малым разрешением. Попытки увеличить разрешающую способность неизбежно приведут к уменьшению Ψ ₀ и Ψ за счет уменьшения S ₀, увеличения N и f _В, что приведет к резкому снижению чувствительности датчика.

4.6.2 Рассчитать отношение сигнал/шум в видиконном канале для двух случаев:

а) при отсутствии и

б) при наличии простой противошумовой коррекции предварительного усилителя. Принять следующие исходные данные:

ток сигнала видикона i _c – 0, 1 мкА;

паразитная емкость входной цепи C _H – 30 пФ;

шумовое сопротивление усилителя R _Ш – 100 Ом;

верхняя граничная частота сигнала f _В – 6 МГц;

отношение сигнал/шум на выходе видикона Ψ _ТР – 200.

Решение.

Для некорректированного усилителя находим Ψ _УС(0) по формуле (4.32), где R _H необходимо выбирать согласно условию

, (4.52)

при котором частотные искажения во входной цепи не превышают допустимых (3 дБ).

В соответствии с выражением (4.52) выбираем R _H =820 Ом, затем вычисляем:

В вещательном стандарте при простой противошумовой коррекции видеоусилителя R _H обычно выбирают равным 10 ⁵ Ом. Вычисление Ψ _УС проводится по формуле (4.35):

=43, 8.

Для вычисления Ψ на выходе усилителя с учетом шумов трубки необходимо воспользоваться выражением (4.26). Для рассмотренных случаев расчет по формуле (4.26) дает следующий результат:

· для некорректированного усилителя Ψ =8, 8;

· для усилителя с простой противошумовой коррекцией Ψ =42, 8.

Полученные данные позволяют сделать некоторые выводы:

· простая противошумовая коррекция увеличивает Ψ в ТВ канале в 5 раз (для рассмотренного примера);

· несмотря на противошумовую коррекцию, усилитель существенно ухудшает отношение сигнал/шум (Ψ < Ψ _ТР), т.е. возможно дальнейшее увеличение Ψ за счет улучшения шумовых свойств усилителя. Из формулы (4.36) следует, что Ψ _УС может быть увеличено за счет уменьшения R _Ш и C _H. Эта задача эффективно решается в датчиках на основе ПЗС-матриц, где применен встроенный в матрицу усилитель на полевом транзисторе с малой паразитной емкостью C на входе усилителя.

4.6.3 Рассчитать отношение сигнал/шум на выходе ТВ датчика на основе ПЗС-матрицы. Величину зарядового пакета q взять равной заряду, накопленному на элементе мишени видикона из условия предыдущей задачи. Принять следующие значения: R _Ш =100 Ом; C=0, 5 пФ.

Решение.

Вначале определим величину зарядового пакета по очевидной формуле:

q = i _c τ _Э, (4.53)

где i _c и τ _Э возьмем из условий предыдущей задачи. Получаем:

.

Теперь определим напряжение сигнала U _C, создаваемое зарядовым пакетом на паразитной емкости C, шунтирующей вход встроенного усилителя ПЗС-матрицы:

Величину Ψ _УС найдем по формуле:

Примененная здесь формула и полученный результат справедливы, если предположить, что схема двойной коррелированной выборки (ДКВ) полностью убирает шумы сброса, возникающие за счет неидеального ключа K (см. рисунок 4.15, а).

Так как полученное значение Ψ _УС отвечает условию Ψ _УС > > Ψ _ТР (по условию предыдущей задачи Ψ _ТР= 200), вычисление Ψ на выходе усилителя по формуле (4.26) дает следующий результат:

Ψ = Ψ _ТР =200.

Вывод таков: на выходе ПЗС-матрицы отношение сигнал/шум определяется дробовыми шумами фототока, т.е. Ψ можно вычислять по формуле (4.13), где вместо i ₀ подставляем ток сигнала i _c:

. (4.54)

Теперь подставим значение i _c, выраженное через зарядовый пакет, из формулы (4.53) в (4.54):

,

где n – величина зарядового пакета, выраженная числом электронов (или дырок) в пакете.

Полученное выражение соответствует теоретическому пределу чувствительности ТВ датчика.

Вопросы для самопроверки

1. Назначение и основные параметры объектива видеокамеры.

2. Как правильно выбрать объектив?

3. Как рассчитать освещенность на входе ПСС?

4. Перечислите и кратко опишите основные типы ПСС.

5. Устройство диссектора.

6. Какие функции выполняют в диссекторе фотокатод, анод, ВЭУ?

7. Зачем нужны внешние магнитные устройства диссектора – длинная магнитная линза и отклоняющая система?

8. Как рассчитать ток сигнала и отношение сигнал/шум на выходе диссектора?

9. Достоинства и недостатки диссектора.

10. Принцип накопления зарядов в ПСС.

11. Что дает применение этого принципа в телевидении?

12. Устройство видикона.

13. Что такое ФОС и из чего она состоит?

14. Что такое потенциальный рельеф и как он образуется в видиконе?

15. Принципиальное отличие видикона от диссектора.

16. Что такое внутренний и внешний фотоэффект?

17. Световые характеристики диссектора и видикона, в чем их отличия?

18. Принцип работы ПЗС-матрицы.

19. Что такое потенциальная яма, зарядовый пакет, как они образуются?

20. Принцип самосканирования (направленного перемещения зарядовых пакетов) в ПЗС-матрице? Форма и частота управляющих сигналов.

21. Организация режимов накопления и хранения в ПЗС-матрице.

22. Организация строчной и кадровой развертки в ПЗС-матрице.

23. Устройство и принцип работы выходного узла ПЗС-матрицы.

24. Устройство и принцип работы схемы ВПС.

25. Что такое противошумовая коррекция телевизионного предварительного видеоусилителя?

26. Структурная схема видеоусилителя с простой противошумовой коррекцией.

27. Зачем в этом усилителе нужен дифференцирующий каскад?

28. От чего зависит эффективность противошумовой коррекции и как ее повысить?

29. Что такое двойная коррелированная выборка (ДКВ)?

30. Схема ДКВ и механизм ее работы.

31. Принцип магнитного отклонения электронного луча.

32. Устройство и принцип работы отклоняющей системы.

33. Эквивалентная схема отклоняющих катушек:

а) на частоте кадровой развертки;

б) на частоте строчной развертки.

34. Особенности кадровой развертки.

35. Как уменьшить длительность обратного хода кадровой развертки?

36. С какой частотой осуществляется кадровая развертка в вещательном стандарте и как называется эта частота?

37. Особенности строчной развертки. Почему в выходном каскаде строчной развертки нецелесообразно использовать линейный режим?

38. Ключевой режим работы выходного каскада строчной развертки. Пример схемной реализации.

39. Особенности синхронизации строчной и кадровой разверток в телевизоре. Зачем в канале строчной синхронизации использована система АПЧиФ?

40. Канал синхронизации разверток в ТВ приемнике. Зачем нужен амплитудный селектор? Зачем нужна интегрирующая цепь в кадровом канале?

41. Зачем нужен и как работает фазовый детектор (ФД) в канале строчной синхронизации телевизора?

42. Схема и принцип работы ТВ синхрогенератора.

43. Устройство и принцип работы черно-белого кинескопа.

44. Устройство и принцип работы цветного кинескопа.

45. Зачем в кинескопе нужно высокое напряжение (10–25 кВ)?

46. Как устроен ТВ экран кинескопа?

47. Как устроен электронный прожектор?

48. Как осуществляется фокусировка электронного луча?

49. Что такое теневая маска, как она устроена и зачем нужна?

50. Мозаичная структура экрана цветного кинескопа; принцип формирования цветного изображения.