Как работает телевизор? Принцип построения телевизионного изображения Из чего состоит лед телевизор.
Вся техника периодически может выходить из строя, и телевизор, который имеется практически в каждом доме, тому не исключение. Для возможности своевременной его починки собственными силами необходимо разбираться в схеме работы каскадов, их предназначении и взаимодействии друг с другом, а также представлять основы работы ТВ-приемника.
Основной принцип (технология) работы телевизора
Одним из главных устройств любого телевизора, обеспечивающим прием сигнала, является телевизионная антенна (ТА), причем главным параметром ее работы является правильное согласование выходного R активного вибратора с сопротивлением, присущим кабелю снижения (КС). Он необходим для того, чтобы передавать входящий импульс, принятый ТА и является коаксиальным кабелем высокой частоты, имеющим достаточный КПД (фидер).
Согласование необходимо для достижения более высокого КБВ (коэффициента бегущей волны) в самом кабеле снижения. Устройство согласования предназначено для преобразования R в величину, близкую по значению сопротивлению, которым обладает фидер.
Также ТА обязана иметь определенные значения по полосе пропускания, это является важным параметром, так как ее ширина напрямую определяет равномерность ее амплитудно-частотной характеристики (АЧХ).
Структурную схему обычного, черно-белого телевизора можно представить:
Сигнал, поступающий с антенны, попадает на входное избирательное устройство (ВИУ), которое выделяет тот телевизионный сигнал, требующийся в определенный момент. С учетом того, что его U достаточно мало, далее следует его усиление посредством высокочастотного усилителя (УВЧ).
После усиления он идет на частотный преобразователь (ПЧ), представляющий собой смеситель с гетеродином, точность настройки которого необходима для получения высококачественного изображения (четкости, отсутствия любых искажений по фазе и качеству звука). Плюс, правильная и четкая подстройка способствует сглаживанию имеющихся помех, поступающих от других ТВ-каналов.
По количеству колебательных контуров гетеродин полностью аналогичен ВИУ. После настройки сигнала в гетеродине, он идет на смеситель, куда также приходит и параметр от ВИУ.
Согласно принципу работы смесителя, который переносит принимаемую частоту на промежуточную, в нем происходит умножение частоты имеющегося изображения и частоты звука на частотную составляющую гетеродина.
В результате этого на выходе получаются колебания частоты изображения i, а также звука f (все они - промежуточные).
f ПР = f Г – f С
Таким образом, на выходе ПЧ имеются промежуточная i изображения и звука, при этом первая должна быть на 6,5 МГц выше второй.
Независимо от того, какой канал настраивается, эти значения являются постоянной величиной и имеют следующие значения:
- i изображения = 38 МГц.
- f звука = 31,5 МгЦ.
Данные колебания хотя и являются высокочастотными, однако содержат меньшие f принятых сигналов. Если требуется точно его подстроить, в подобных ситуациях параметры гетеродина возможно регулировать посредством изменения С (емкости) в цепи колебательного контура.
Как правило, в современных моделях имеется блок АПЧГ, который автоматически подстраивает гетеродин.
Проходя через СК (селектор каналов телевизора), промежуточные частоты попадают в БУ, преобразующего промежуточную частоту получаемой картинки (УПЧИЗ).
После него усиленный импульс идет на детектор (ВД).
ВД осуществляет два основных предназначения:
- Выделение видеосигнала.
- Получение новой, 2-ой промежуточной частоты звуковой составляющей, которая представляет собой разницу между промежуточными частотными составляющими картинки и звуковой составляющей и равна 6,5 МГц.
Таким образом, ВД является ничем иным, как ПЧ.
После ВД сигнал видео идет на усилитель (УВС), а после - на модулятор самого кинескопа (МК).
Полученное значение(6,5 МГц) идет на УПЧЗ, после чего она передается на детектор (ЧД), выделяющий непосредственно сам звук, после чего отправляет его на УЧЗ и впоследствии – на громкоговоритель (ГР).
Синхронизирующий сигнал выделяется из УВС посредством блока синхронизации (БС) и, не претерпевая видоизменений, проходит все имеющиеся блоки.
В БС происходит его разделение на строчные и также кадровые импульсы при помощи блоков, осуществляющих развертку (БКР, БСР), после чего они идут на ОС.
После БС все импульсы, получаемые посредством БКР и БСР идут на выпрямитель высокого U (ВВ), необходимый для запитки одного из анодов кинескопа (К). Изначально напряжение на схему U подается из блока питания (БП).
Как уже было сказано, после УВС строчные, а также кадровые импульсы составляют полный готовый видеосигнал. Благодаря этому на экране К электронный луч двигается синхронно и с той же фазой, что и луч, который передается с трубки телецентра.
Видеосигнал содержит импульсы, гасящие луч в К, требуемые на обратный код указанных разверток (кадровых, строчных).
Чтобы выделить непосредственно синхроимпульсы, имеется селектор (ССИ), который находится всегда в запертом состоянии и переходит в открытое состояние из-за импульсов синхронизации. Так как амплитуда синхроимпульсов всегда выше амплитуды сигнала изображения для самых черных элементов, и происходит их выделение. При этом их значение будет соответствовать понятию «чернее черного».
Также ССИ обладает функцией разделения на строчные и кадровые синхроимпульсы посредством измерения разницы по длительности между строчными и кадровыми импульсами (длительность последних выше).
Таким образом, посредством процедуры дифференцирования получают строчные синхроимпульсы, а при помощи интегрирования – кадровые синхроимпульсы.
После ССИ кадровые синхроимпульсы идут на ГКР (генератор кадровой развертки), где на выходном каскаде из отклоняющих катушек получается напряжение пилообразной формы, что и продуцирует линейный ток I пилообразной формы.
Отклоняющие катушки ОС, обеспечивающие кадровку, соединяются с ГКР при помощи выходного кадрового трансформатора (ВТК), обеспечивающего полное согласование R каскада (лампового) с R отклоняющих катушек. Как вариант, подсоединение может быть выполнено полупроводниками ГКР, так как их R значительно меньше.
Посредством ОС, установленной на горловину трубки кинескопа (К), происходит управление электронным лучом, при этом воздействие на него осуществляется с помощью магнитного поля соленоидов ОС.
Строчные синхроимпульсы проходят на устройство, обеспечивающее автоматическую частотную и фазовую подстройку самой строчной развертки (АПЧиФ). Там же происходит сравнение по длительности строчных синхроимпульсов и импульсов обратного хода самой строчной развертки, которые приходят с ГСР.
Если длительность строчных синхроимпульсов и импульсов обратного хода с ГСР совпадает, на выходе АПЧиФ U будет равняться нулю.
Если по длительности наблюдаются отклонения в ту или иную сторону, на выходе получается U, пропорциональное величине данного отклонения. При этом, полярность напряжения будет зависеть от времени поступления импульсов с ССИ и ГСР.
За счет имеющейся инерционности АПЧиФ, импульсные помехи, также попадающие вместе с входящим сигналом, не оказывают никакого влияния на его работу.
Выходное напряжение с АПЧиФ идет на ГСР, который в свою очередь меняет частотную составляющую напряжения развертки.
Упрощенная электрическая принципиальная (структурная) схема телевизора
Согласно представленной в предыдущем подпункте структурной схеме, становится понятным расположение и взаимодействие отдельных блоков между собой.
С учетом развития технологий, принципы построения схем и работы значительно видоизменились, так как с течением времени телевизоры с черно-белым экраном сменились вначале цветными, а затем и ЖК и плазменными.
В связи с этим, в классическую структурную схему в связи с переходом на цветное вещание были добавлены новые элементы, такие как:
- БЦ – блок цветности.
- БДУ – блок, обеспечивающий управление на расстоянии.
- БКВУ – блок, обеспечивающий коммутацию всех внешних устройств.
Что касается современных, ЖК и плазменных панелей, количество различных блоков в них значительно больше.
Устройство, принципы работы черно-белых моделей (аналоговых)
Все черно-белые телевизоры, относящиеся как к ламповым, так и полупроводниковым моделям, имеют схожую структурную компоновку.
Как видно из представленного рисунка, добавлены следующие устройства:
- Метровый селектор каналов (СКМ).
- Дециметровый селектор каналов (СКД).
- Усилитель промежуточной f изображения (УПЧИ).
Сигналы звука и картинки, усиленные и преобразованные в блоке, переключающем каналы телевизора (ПТК), поступают в УПЧИ.
С учетом того, что частота колебаний гетеродина отличается по значению от f поступающего импульса (выше), как уже указывалось, разница между промежуточной i картинки и звука составляет 6, 5 МГц.
Для получения изображения самого высшего качества, требуется точно настроить гетеродин на входе на нужную частоту, которая обеспечивает четкость видеоизображения и чистоту звукового сигнала, а также отсутствие искажений по фазе.
Все подобные телевизоры имеют функцию как ручной, так и автоматической подстройки
Ручная настройка помогает обеспечить правильную подстройку при приеме тестовой таблицы.
Автоматическая настройка крайне необходимо при различных коммутациях, таких как включение и прогрев самого устройства (меняется частотная составляющая гетеродина), скачка напряжения в электросети, внешних помехах или переключении требуемых каналов.
АПЧГ (автоматическая частотная подстройка гетеродина)
АПЧГ выполняется с ОС и содержит в себе различитель и элемент управления.
Различитель представляет собой не что иное, как дискриминатор фаз, где на вход идет U промежуточной частоты. Таким образом, если телевизор подстроен точно, U на выходе будет равняться нулю.
При имеющемся отклонении частоты гетеродина (от 38 МГц, номинальной), на выходе появляется управляющее U расстройки.
U расстройки идет на устройство, называемое варикапом, который соединено с контуром гетеродина в ПТК. Таким образом, данное U меняет f гетеродина ту сторону, которая противоположна расстройке.
Но полностью устранить имеющуюся расстройку АПЧГ не в состоянии, потому в наличии всегда имеется ее остаточные значения. При этом, чем выше коэффициент автоподстройки, тем меньше будет значение остаточной расстройки.
Зачастую, стандартным решением в устройствах подобного типа является использование АПЧГ по промежуточной f и УПТ (усилителем постоянного I). При такой схеме остаточная расстройка составляет порядка 50 кГц (изначально присутствует в 1,2 МГЦ).
Также многие модели первого поколения комплектуются следующими блоками:
- Автоматической регулировкой усиления (АРУ), обеспечивающим постоянное поддержание каких-либо значений.
- Автоматической постройкой по f и фазе (АПЧиФ).
В данных моделях за счет АПЧиФ в ГСР предусмотрена частотная и фазовая автосинхронизация с подобными параметрами синхроимпульсов от телецентра. Также обеспечивается надежная синхронизация строчной развертки сигнала на входе, если он ослаблен или присутствуют импульсные помехи, что актуально для моделей с большой диагональю экрана.
Далее, на выходе ФД (фазового детектора), который в обязательном порядке имеется в подобных моделях, будет присутствовать постоянное U, при этом его полярность и значение будут находиться в прямо пропорциональной зависимости от угла сдвига фаз импульсов.
Если данный угол будет нулевым, напряжение на выходе ФД также будет иметь нулевое значение. При других его величинах, данное U идет на управляющую сетку ЗРГ (задающий релаксационный генератор) через фильтр низких частот (НЧФ).
Если напряжение начинает меняться, происходят изменения также и в частоте собственных колебаний ЗРГ. Таким образом, данные колебаний затухнут лишь тогда, когда их расхождение с углом сдвига фаз и f синхроимпульсов также сведется к нулю.
В зависимости от схемы построения, АПЧиФ не всегда способен компенсировать все возможные отклонения f ЗРГ. Во избежание подобной проблемы в таких телевизорах с простой схемой АПЧиФ устанавливается ручная регулировка.
Что касается моделей первого класса, за счет правильного выбора схемы АПЧиФ с широким диапазоном полосы, захватывающей f ЗРГ, отпадает необходимость в установке возможности ручной подстройки. Это достигается за счет контроллера, фазового дискриминатора, который запоминает последнюю величину пикового U разностной f.
Устройство, принципы работы цветных телевизоров (аналоговых)
Данные модели являются аналоговыми и выполнены на полупроводниках.
В отличие от предыдущего изображения, в составе цветного телевизора на полупроводниках добавлены такие новые составляющие:
- Плата дистанционного управления (ДУ).
- Видеопроцессор, укомплектованный декодером цветности.
- Декодер, обеспечивающий телетекст.
- Плеер DVD.Плеер-USB.
Схема, устройство, принципы работы ЖК и плазменных панелей
В данных моделях схема значительно изменена, так как в отличие от аналогового, сигнал обрабатывается цифровым способом.
Основные блоки, присущие подобным устройствам, следующие:
- Инвертор. Благодаря ему обеспечивается напряжение, необходимое для запитки светодиодов или ламп подсветки.
- Память, в которой хранятся данные о настройках – ПЗУ.
- Оперативная память, которая принимает непосредственное участие в их обработке – ОЗУ.
Таким образом, принцип действия телевизора во всех моделях остается одним и тем же, однако за счет развития современных технологий составляющие элементы претерпели значительные изменения.
Телевизионный приемник - устройство для приема телевизионных сигналов и их преобразования в визуально-звуковые образы.
Телевизор состоит из устройства отображения визуальной информации (кинескопа, жидкокристаллической или плазменной панели); шасси - платы, которая содержит основные электронные блоки телевизора (телетюнер, декодер с усилителем аудио- и видеосигналов и др.), корпуса с расположенными на нем разъемами, кнопками управления и громкоговорителями.
Телевизионные радиосигналы, принятые антенной, подаются на радиочастотный (антенный) вход телевизора. Далее они поступают в радиочастотный модуль, называемый также тюнером, где из них выделяется и усиливается сигнал именно того канала, на который в этот момент настроен телевизор. В тюнере также происходит преобразование радиочастотного сигнала в низкочастотные видео- и аудиосигналы.
Видеосигнал после усиления подается в модуль цветности (только в телевизорах цветного изображения), содержащий декодер цветности, а затем на устройство отображения визуальной информации. Декодер цветности предназначен для декодирования сигналов цветности той или иной системы (PAL , SEC AM , NTSC ).
Аудиосоставляющая подается в канал звукового сопровождения, где происходит выделение звукового сигнала и его необходимое усиление. После усиления аудиосигнал подается на громкоговоритель (динамик), преобразующий электрический сигнал в слышимый звук. Если телевизор рассчитан на воспроизведение стерео или многоканального звука, в составе его канала звукового сопровождения имеется соответствующий декодер многоканального звука, который разделяет звуковую составляющую на каналы.
Кинескопы бывают черно-белого изображения и цветного изображения, отличаются они по конструкции.
Экран кинескопа черно-белого изображения изнутри покрыт сплошным слоем люминофора, обладающего свойством светиться белым цветом под воздействием потока электронов. Тонкий электронный луч формируется электронным прожектором, размещенным в горловине кинескопа. Управление электронным лучом осуществляется электромагнитным способом, в результате чего он последовательно в ходе развертки сканирует экран по строкам, вызывая свечение люминофора. Интенсивность (яркость) свечения люминофора в ходе сканирования изменяется в соответствии с электрическим сигналом (видеосигналом), несущим информацию об изображении.
Экран кинескопа цветного изображения изнутри покрыт дискретным слоем люминофоров (в форме кружков или штрихов), светящихся красным, зеленым и синим цветом под действием трех электронных пучков, формируемых тремя электронными прожекторами. Все кинескопы цветного изображения перед экраном имеют цветоделительную теневую маску. Она служит для того, чтобы каждый из трех электронных лучей, одновременно проходящих через многочисленные отверстия маски в ходе сканирования, точно попадал на "свой" люминофор (первый - на зерна люминофора, светящиеся красным цветом, второй - на зерна люминофора, светящиеся зеленым цветом, третий - на зерна люминофора, светящиеся синим цветом).
Каждый электронный луч модулируется "своим" видеосигналом, что соответствует трем составляющим цветного изображения. Поступая на кинескоп, видеосигналы управляют интенсивностью электронных пучков и, следовательно, яркостью свечения люминофоров (красного, зеленого и синего). В результате на экране цветного кинескопа воспроизводятся одновременно 3 одноцветных изображения, создающих в совокупности цветное изображение.
К современным средствам отображения визуальной информации относят жидкокристаллические экраны, проекционные системы, плазменные панели.
В жидкокристаллических телевизорах LCD (Liquid Crystal Display ) изображение формируется системой из жидких кристаллов и поляризационых фильтров. С тыльной стороны жидкокристаллическая панель равномерно освещается источником света. Управление ячейками (пикселями) жидких кристаллов осуществляется матрицей электродов, на которую подается управляющее напряжение. Под действием напряжения жидкие кристаллы разворачиваются, образуя активный поляризатор. При изменении степени поляризации светового потока, изменяется его яркость. Если плоскости поляризации жидкокристаллического пикселя и пассивного поляризационного фильтра отличаются на 90°, то через такую систему свет не проходит.
Цветное изображение получается в результате использования матрицы цветных фильтров, которые выделяют из излучения источника белого цвета три основных цвета, комбинация которых дает возможность воспроизвести любой цвет. Жидкокристаллические телевизоры отличаются компактностью, отсутствием геометрических искажений, вредных электромагнитных излучений, малой массой и потребляемой мощностью, но в то же время имеют малый угол обзора изображения.
В проекционных телевизорах изображение получается в результате оптической проекции на просветный или отражающий экран телевизора яркого светового изображения, создаваемого проектором. Проекторы, используемые в проекционных телевизорах, могут быть построены на электроннолучевых кинескопах, жидкокристаллических матричных полупроводниковых элементах, а также лазерных проекционных трубках.
Основными недостатками проекционных телевизоров являются их громоздкость, высокая потребляемая мощность, низкая четкость увеличенного изображения и узкая зона размещения зрителей перед экраном телевизора.
В основу работы плазменного телевизора положен принцип управления разрядом инертного газа, находящегося в ионизированном состоянии между двумя расположенными на небольшом расстоянии друг от друга плоскопараллельными стеклами ячеистой структуры. Рабочим элементом (пикселем), формирующим отдельную точку изображения, является группа из трех пикселей, ответственных, соответственно, за три основных цвета. Каждый пиксель представляет собой отдельную микрокамеру, на стенках которой находится флюоресцирующее вещество одного из основных цветов. Пиксели находятся в точках пересечения прозрачных управляющих электродов, образующих прямоугольную сетку. При разряде в толще инертного газа возбуждается ультрафиолетовое излучение, которое, воздействуя на люминофоры первичных цветов, вызывает их свечение. Изображение последовательно, точка за точкой, по строкам и кадрам развертывается на экране.
Яркость каждого элемента изображения на панели определяется временем его свечения. Если на экране обычного кинескопа свечение каждого люминофорного пятна непрерывно пульсирует с частотой 25 раз в секунду, то на плазменных панелях самые яркие элементы светятся постоянно ровным светом, не мерцая. Плазменные панели выпускается форматом изображения 16:9. Толщина панели размером экрана в 1 м не превышает 10-15 см, что позволяет использовать их в настенном варианте. Надежность плазменных панелей превышает надежность традиционных кинескопов.
История человечества содержит целую череду замечательных открытий и изобретений. Телевидение - т. е. передача звука и изображения на огромные расстояния, по праву занесены в этот список.
Какие же физические процессы лежат в основе передачи и воспроизведения телевизионного изображения? Кому мы обязаны рождению телевизора?
Как рождалось телевидение
Над созданием дальновидения трудились ученые разных стран на протяжении многих десятилетий. Но телевизор изобрели российские ученые: Б. Л. Розинг, В. К. Зворыкин и Григорий Оглоблинский.
Первыми шагами, приблизившими мир к передаче изображения на расстояние, было разложение изображения на отдельные элементы с помощью диска немецкого инженера Пауля Нипкова, а также открытие фотоэффекта немецким учёным Генрихом Герцем. Первые телевизоры, работавшие на основе диска Нипкова, были механическими.
В 1895 году человечество обогатилось двумя великими изобретениями - радио и кино. Это послужило толчком для поисков способа передачи изображения на расстояние.
…Эра электронного телевидения началась с 1911 года, когда российский инженер Борис Розинг получает патент на передачу изображения на расстояние с помощью сконструированной им электронно-лучевой трубки.
Переданное изображение представляло собой четыре белых полосы на черном фоне.
В 1925 году ученик Розинга Владимир Зворыкин демонстрирует созданный им полноценный электронный телевизор.
Но на дальнейшие исследования и выпуск телевизионных приёмников нужны были огромные деньги. Известный американский предприниматель российского происхождения Дэвид Сорнов сумел оценить это великое изобретение. Он вложил необходимую сумму для продолжения работ.
В 1929 году совместно с инженером Григорием Оглоблинским Зворыкин создает первую передающую трубку - иконоскоп.
А в 1936 году в лаборатории В. Зворыкина получил путёвку в жизнь первый электронный телевизор на лампах. Это был массивный деревянный ящик с экраном в 5 дюймов (12,7) см. Регулярное телевещание в России началось в 1939 году.
Постепенно ламповые модели вытеснялись полупроводниковыми, а затем всего одна микросхема стала заменять всю электронную начинку телевизора
Очень кратко об основных этапах работы телевидения
В современной телевизионной системе можно выделить 3 этапа, каждый из которых выполняет свою задачу:
- преобразование изображения объекта в серию электрических импульсов, называемых видеосигналом (сигналом изображения);
- передача видеосигнала к месту его приёма;
- преобразование принятых электрических сигналов в оптическое изображение.
Как работает видеокамера
Производство телепрограмм начинается с работы передающей телевизионной камеры. Рассмотрим устройство и принцип работы такого устройства, разработанного Владимиром Зворыкиным еще в 1931 году.
Основной частью камеры (иконоскопа) является светочувствительная, мозаичная мишень. Именно на неё и проецируется изображение создаваемое объективом. Мишень покрыта мозаикой из нескольких миллионов изолированных серебряных крупинок, покрытых цезием.
Принцип работы иконоскопа основан на явлении внешнего фотоэффекта - выбивании электронов из вещества под действием падающего света. Падающий на экран свет, выбивает из этих крупинок электроны, количество которых зависит от яркости светового потока в данной точке экрана. Таким образом, на экране возникает невидимое для глаза электрическое изображение.
Здесь же в трубке имеется электронная пушка. Она создает электронный луч, который 25 раз в 1 секунду успевает «оббежать» мозаичный экран, считывая это изображение и создавая в электрической цепи ток, называемый сигналом изображения.
В современных камерах изображение фиксируется не на светочувствительной плёнке, а на цифровой матрице, состоящей из миллионов светочувствительных ячеек - пикселей. Свет, попадающий на ячейки, вырабатывает электрический сигнал. Причем, его величина пропорциональна интенсивности светового луча.
Для получения цветного изображения пиксели покрываются красным, синим и зеленым светофильтрами. В результате матрица фиксирует три изображения - красное, синее и зелёное. Их наложение и дает нам цветное изображение, фотографируемого объекта.
Как видеосигнал доходит до телевизора
Полученный видеосигнал имеет низкую частоту и не может распространяться на значительные расстояния. Поэтому в качестве несущей частоты используют высокочастотные э-м волны, модулированные (изменённые) видеосигналом. Они распространяются в эфире со скоростью 300 000 км/сек.
Телевидение работает на волнах метрового и дециметрового диапазона, которые могут распространяться только в пределах прямой видимости, т. е. не могут огибать земной шар. Поэтому для расширения зоны телевещания используют высокие телебашни с передающими антеннами, Так, Останкинская телебашня имеет высоту 540 метров.
С развитием спутникового и кабельного телевидения практическая значимость телебашен постепенно снижается.
Спутниковое телевидение осуществляется за счёт целого ряда спутников, расположенных над экватором. Наземная станция передает свои сигналы на спутник, который ретранслирует их на землю, охватывая достаточно обширную зону. Сеть таких спутников позволяет охватить телевещанием всю территорию Земли.
Кабельное телевидение предусматривает одну приёмную антенну, от которой телевизионные сигналы передаются к отдельным потребителям по специальному кабелю.
Как работает телевизор
Итак, в 1936 году в лаборатории В. Зворыкина был создан первый электронный телевизор с электроннолучевой трубкой (кинескопом). Конечно, с тех пор он претерпел много изменений, но все же рассмотрим, как происходит воспроизведение изображения в телевизоре с электроннолучевой трубкой.
Именно в этой стеклянной колбе и происходит превращение невидимого электронного сигнала в видимое изображение. В его узкой части расположена электронная пушка, а с противоположной стороны - экран, внутренняя поверхность которого покрыта люминофором. Пушка обстреливает это покрытие электронами. Количеством электронов управляет поступивший в приёмное устройство видеосигнал. Электроны, попадая на люминофор, вызывают его свечение. Яркость свечения зависит от количества электронов, попавших в данную точку. Совокупность точек разной светимости и создают картинку. Электронный луч обстреливает экран слева направо, строчка за строчкой, постепенно спускаясь вниз, всего 625 строк. Все это происходит с огромной скоростью. За 1 секунду электронный луч успевает нарисовать 25 статических картинок, которые мы воспринимаем как движущееся изображение.
Цветное телевидение появилось в 1954 году. Для создания всей гаммы цветов понадобилось 3 пушки - красная, синяя и зеленая. Экран, соответственно, снабдили тремя слоями люминофора соответствующих цветов. Обстрел красного люминофора из красной пушки создает красное изображение, из синей - синее и т. д. Их наложение создает всё многообразие цветов, соответствующих передаваемой картинке.
Почему телевизоры «похудели»
Описанные телевизионные приёмники с ЭЛ трубкой - это наше недавнее прошлое. На смену им пришли более изящные, плоские жидкокристаллические и плазменные модели. В ЖК телевизорах экраном служит тонкая матрица с огромной плотностью светящихся элементов (пикселей), позволяющих получить изображение хорошей чёткости.
Пиксели плазменного телевизора состоят из микроламп, заполненных газами 3-х видов. Их свечение и создает цветную картинку.
Цифровое и аналоговое телевидение
До недавних пор основным форматом телевидения был аналоговый формат. Однако телевидение всегда быстро реагировало на новые технологии. Поэтому последние годы видеотехника перешла на цифровой формат. Он обеспечивает более устойчивое и качественное изображение, а также чёткий звук. Появилась возможность передавать огромное количество телеканалов одновременно.
Полный переход на новый формат будет осуществлен к 2018 году. А пока можно пользоваться специальными приставками к старым телевизорам, и наслаждаться услугами цифрового телевидения.
Телевизионная аудитория самая многочисленная в мире. Ведь это не только способ развлечь себя, но и возможность обогащения кругозора, не выходя из дома. Особенное значение в этом плане играет интернет-телевидение, позволяющее пользователям выбирать пакет каналов по своим интересам и просматривать прошлые телевизионные программы.
Если это сообщение тебе пригодилось, буда рада видеть тебя
От редакции
Мы продолжаем знакомить читателей с основами современной телевизионной техники. Те, кто знакомы с нашими предыдущими публикациями («Цифровое телевидение: что это такое?» и «Мобильное телевидение: что это такое?», «3D-телевидение: что это такое?»), смогут расширить свои знания в этой области.
Серость жизни не скрасит даже цветной телевизор
Народная мудрость
Роль телевидения в жизни современного человека трудно переоценить. Когда-то (по историческим меркам еще совсем недавно) телевизионных каналов было совсем мало, сами телевизоры были примитивны, а качество изображения (тогда еще черно-белого) оставляло желать лучшего, но и тогда популярность телевидения была весьма высокой. Зачастую приходилось делать предельно простой выбор между вариантами: «можно купить» и «нигде не достать».
За последние двадцать лет ситуация изменилась кардинально. В любом магазине бытовой электроники полки и витрины заставлены сотнями моделей телевизоров различных марок, типов, размеров и цен. Выбор аппаратуры огромен, и разобраться в этом порой нелегко даже специалисту.
В данной статье рассмотрены две основные технологии современного телевизоростроения, а также преимущества и недостатки каждой из них. Все это сделано для того, чтобы заинтересованный читатель смог сделать обоснованный выбор.
Плоские телевизоры сменяют кинескопные
Все многообразие представленных моделей определяется двумя наиболее важными параметрами: типом конструкции и размером экрана. Сегодня традиционные кинескопные телевизоры сходят со сцены, и рынок завоевывают два типа плоских телевизоров: жидкокристаллические (ЖК) — LCD (Liquid Crystal Display) и плазменные — PDP (Plasma Display Panel). Именно эти современные технологии сегодня являются главными конкурентами, и именно их противоборство зачастую заставляет покупателей чесать затылки, выбирая замену устаревшему кинескопному «старичку».
В отличие от кинескопных, плоские телевизоры (иногда говорят плоскопараллельные панели) не имеют геометрических искажений изображения и в них не используется высокое напряжение (да-да, те самые киловольты, без которых ни один кинескоп работать не может). Такие телевизоры не создают вредных электрических и магнитных полей, так как они не содержат таких узлов разверток и высоковольтного напряжения, какие используются в традиционных телевизорах. Они и сами не подвержены влиянию внешних полей, что с успехом позволяет использовать их в качестве устройств отображения информации в домашних кинотеатрах совместно с акустическими системами, содержащими динамические головки с неэкранированными магнитами.
Плоские телевизоры имеют очень малую толщину корпуса, позволяющую более экономично использовать жилое пространство и вписывать их практически в любой интерьер. И еще, что очень важно, только плоские современные телевизоры в полной мере поддерживают новейшие цифровые технологии, в том числе обеспечение показа телевидения высокой четкости.
Главное отличие новых технологий формирования изображения на плоских экранах от кинескопных заключается в управлении всем массивом элементов изображения одновременно. Напомним читателю, что процесс воспроизведения изображения на экране кинескопа сводится к последовательному прорисовыванию электронными лучами отдельных строк, цельная картина из которых складывается только благодаря инерционности ее восприятия зрением человека.
И та, и другая технологии используют общий базовый принцип получения многообразия цветов — разбиение экрана на мельчайшие точки (пикселы), каждая из которых формируется тремя еще меньшими точками (субпикселами) или ячейками трех основных цветов: красного, зеленого, синего (триадами). Если зритель находится на каком-то удалении от экрана, то он не может различить субпикселы друг от друга и воспринимает их как единое целое. Поэтому, используя три этих цвета в различных пропорциях, можно создавать многообразие цветов, а в равных пропорциях, но с различной интенсивностью, — все оттенки серого от белого до черного.
Рассмотрим, прежде всего, чем же отличаются друг от друга эти две современные технологии.
На жидких кристаллах
ЖК-телевизоры (их еще называют ЖК-дисплеями) используют тонкий слой жидкокристаллического материала — органического соединения, характеризующегося сочетанием свойств жидкости (например, текучестью) и твердых кристаллов (например, оптической анизотропией, т.е. различием оптических свойств среды в зависимости от направления распространения в ней света и его поляризации).
Рассмотрим, как это все работает. С технической точки зрения технология работы ЖК-дисплея представляет собой способ модуляции (изменения проницаемости) света с помощью набора большого количества ЖК-ячеек (это и есть субпикселы). Для получения изображения субпикселы не светятся сами, а только изменяют прозрачность.
Такую плоскую конструкцию называют ЖК-матрицей. Говоря проще, изображение на экране создается путем пропускания или прерывания света специального источника задней подсветки множеством ячеек. Благодаря их способности становиться полностью прозрачными или наоборот закрытыми, можно управлять проходящим светом, создавая цельное изображение.
Источник подсветки излучает обычный неполяризованный белый свет. Как известно из курса физики, свет представляет собой электромагнитную волну, где векторы электрического и магнитного полей направлены перпендикулярно друг другу и направлению распространения волны, а поляризация влияет на ориентацию вектора электрического поля.
Работа ЖК-дисплея основана на использовании эффекта вращения плоскости поляризации светового потока слоем ЖК-материала (так называемого крутящего или твист-эффекта). Известно, что молекулы ЖК-материала обладают дипольным моментом. Напомним читателю, что диполь — это совокупность двух разноименных электрических зарядов одинакового значения, находящихся на некотором расстоянии друг от друга.
В результате взаимодействия электрических полей диполей образуется спиралевидная структура из молекул ЖК-материала, которая в отсутствии приложенного к ячейке напряжения обеспечивает поворот плоскости поляризации светового потока на 90° (рис.1,а).
Конструкция ЖК-дисплея такова, что плоскости поляризации верхнего и нижнего поляризационных фильтров (их еще называют поляроидами) повернуты друг относительно друга на 90°. Как показано на рис.1,а световой поток сначала проходит через верхний поляризационный фильтр. При этом его половина (на рисунке условно показана белым цветом), не имеющая азимутальной поляризации, теряется. Остальная часть уже поляризованного светового потока (на рисунке условно показана черным цветом), проходя через слои ЖК-материала, поворачивается на 90°. В результате ориентация плоскости поляризации светового потока совпадает с плоскостью поляризации нижнего фильтра и световой поток проходит через него практически без потерь.
Если же к ЖК-ячейке приложить определенное напряжение, как это показано на рис.1,б, то спиралевидная молекулярная структура разрушается и проходящий через ЖК-материал световой поток уже не изменяет плоскость поляризации и практически полностью поглощается нижним поляризационным фильтром. Таким образом, ЖК-матрица имеет два крайних оптических состояния: прозрачное и непрозрачное. Отношение коэффициентов пропускания светового потока в обоих состояниях определяет контрастность изображения.
Поэтому, если на кристалл подать напряжение, то угол поворота плоскости поляризации будет зависеть от его величины подобно стрелке компаса, ориентирующейся по магнитному полю Земли. В зависимости от угла поворота, т.е. от уровня приложенного напряжения, могут быть и промежуточные значения прозрачности, а это значит, что через кристалл будет проходить больше или меньше света, в результате чего каждый субпиксел даст то или иное количество красного, зеленого или синего цвета.
Это свойство жидких кристаллов и стало причиной их успеха в дисплейных технологиях.
Итак, каждый пиксел благодаря триадам обретает строго определенный цвет, который задается с помощью прозрачных цветовых фильтров. Если быть точным, то фильтры просто не пропускают ненужные цвета спектра, поглощая до 75% света. Каждый субпиксел имеет одинаковое строение и отличается только размещенным напротив него цветовым фильтром. Различные сочетания цветов соседних пикселов обеспечивают получение обширного диапазона цветовых оттенков на экране.
Ложка дегтя в бочке меда
ЖК-технология имеет много преимуществ. Прежде всего, благодаря полупроводниковым технологиям производства (литография, напыление и т.п.), удается делать чрезвычайно маленькие пикселы, в связи с чем ЖК-матрицы очень компактны. Поэтому они находят применение во многих портативных приборах: мобильных телефонах, навигаторах, дисплеях и т.п. Основной их объем занимают люминесцентные лампы задней подсветки. Но в связи с внедрением в последних разработках ЖК-телевизоров в качестве источников задней подсветки современных миниатюрных белых светодиодов (так называемые LED (Light Emitting Diode)-телевизоры), они становятся еще более плоскими.
Поскольку качественные ЖК-матрицы «живут» очень долго, то телевизоры с ними имеют большую долговечность. Большинство встречающихся дефектов ЖК-телевизоров связаны с отказами ламп подсветки или источников их питания (инверторов). Неисправные лампы подсветки в большинстве случаев можно заменить.
ЖК-панели имеют большую яркость свечения и пикселы в них не мерцают, поэтому их можно рассматривать с достаточно близкого расстояния, что и является причиной их массового использования в качестве компьютерных мониторов.
ЖК-панели потребляют от питающей сети гораздо меньше энергии, нежели аналогичные по размеру диагонали кинескопные телевизоры.
Но, как известно, без ложки дегтя не обходится ни одна бочка меда. И, главное, что здесь необходимо отметить: получение настоящего глубокого черного цвета на ЖК-матрице долгое время было затруднительно. Ведь и в закрытом состоянии ячейки не могут быть абсолютно непрозрачными, а даже, если это так, то свет «умудряется» просачиваться между ними и в итоге черные области выглядят темно-серыми.
Применение для подсветки нескольких тысяч светодиодов, о которых говорилось выше, стало одновременно и эффективным методом повышения контрастности изображения. Целенаправленное выключение светодиодов, расположенных за темными областями изображения, делает черный цвет более глубоким. В ряде моделей благодаря используемой управляемой светодиодной подсветке величина контрастности достигает 1000000:1. Однако какими бы малыми светодиоды ни были, и как бы много их ни было, их все равно в тысячи раз меньше, чем ячеек. Поэтому с высокой точностью подсветить лишь светлые области изображения не всегда возможно. Вследствие этого неизбежно появление артефактов изображения — светлых окаймлений вокруг светлых объектов на темном фоне.
Еще одной проблемой использования ЖК-матриц долгое время было уменьшение яркости, контрастности и насыщенности изображения в зависимости от углов обзора (углов поля зрения). Ведь не надо забывать, что излучаемый подсветкой свет проходит через два поляризационных фильтра, и лишь затем покидает поверхность экрана. Ранее, когда ЖК-матрицы использовались только в мониторах, непосредственно перед которыми находился пользователь, эта проблема не была так важна. Другое дело в телевизорах с большими экранами, перед которыми в качестве зрителей может собираться вся семья. Надо отметить, что в последнее время в связи с внедрением новейших технологий построения ЖК-матриц с этим недостатком удалось успешно справиться. Сейчас нормой стали углы обзора во всех направлениях не менее 170°.
И еще одна важная, но решаемая проблема связана с инерционностью изменения свечения, вызванной тем, что реакция ЖК-материала на изменение приложенного напряжения отнюдь не мгновенна. Это может выражаться в появлении так называемых «шлейфов» за быстро перемещающимися на экране объектами. Используется даже (особенно часто в компьютерных мониторах) связанный с этим явлением специальный параметр, называемый временем отклика.
Одним из вариантов решения этой проблемы могло бы быть отключение подсветки во время смены кадров, но при этом появляется не полезное для зрения мерцание. В современных моделях ЖК-телевизоров и мониторов эта проблема решена схемными и конструктивными методами, время отклика не превышает 5 мс и никакие «шлейфы» даже при просмотре очень «быстрых» фильмов уже не видны.
Текст: Александр Пескин,
доцент МГТУ
им. Н.Э.Баумана
Громоздкие и объемные кинескопные телевизоры остались позади, в прошлом, уступив своё место новым технологиям. Современные плоские телевизоры очень быстро завоевали огромную популярность и полюбились пользователям. И дело не только в том, что их дизайн гораздо более адаптирован к условиям жилища, но и в качестве изображения, цветопередачи, а также наличии дополнительных возможностей у соответствующих моделей.
Виды современных телевизоров
Несмотря на то, что ассортимент телевизионной техники на рынке обновился довольно давно, многие покупатели по сей день не знают отличия между используемыми технологиями в различных телевизорах.
Для того, чтобы понять, в чем принципиальная разница между ними, можно рассмотреть два наиболее популярных вида:
LCD устройства отличаются дисплеями, подсветка которых осуществляется посредством флуоресцентных или люминесцентных ламп. С развитием технологий, они стали немного уступать свои позиции LED устройствам, где в качестве подсветки использованы светодиоды. Обусловлено это не только более низким энергопотреблением и возможностью сделать изделие более плоским, но и возможностью равномерно регулировать яркость и цветопередачу, да и качество изображения значительно лучше.
Принцип работы телевизора
Как уже стало ясно, подсветка дисплея в LED телевизорах осуществляется за счет светодиодов. Однако и среди данных устройств есть отличия. Заключаются они в типах подсветки:
- Edge LED;
- Direct LED.
Принцип прямой подсветки (direct) заключается в равномерном расположении диодов по всей площади матрицы. Таким образом удается достичь уменьшения толщины телевизора и равномерного распределения света, а значит и более качественного изображения. Такие модели отличаются высоким уровнем яркости и контрастности.
Краевой тип (edge) не может обеспечить столь высокого качества изображения и отличного контрастного перехода. Причина этого кроется не только в расположении светодиодов, но и в технологии в целом. Свет, излучаемый расположенными по бокам и краям диодами, падает на специальный распределитель, после чего на рассеиватель и затем на экран. В данном случае используется меньшее количество диодов, нежели в случае с прямой подсветкой. Добиться равномерного распределения света довольно сложно, учитывая условия организации в более тонком корпусе. Не удается достичь должной подсветки матрицы и порой можно заметить образование светлых пятен на затемненных участках экрана.
Примечательно, что многие покупатели обращают внимание на подобные детали лишь после совершения покупки, ведь при хорошей освещенности в магазине многие просто физически не замечают этого, а после принимают эту особенность за дефект. Специалистам сервисного центра IMaster часто приходится объяснять, что это нормально и клиенту вовсе не о чем волноваться, ведь подобное явление можно часто наблюдать в случае, если устройство сделано с использованием краевой подсветки.
Главные комплектующие телевизора
Многие считают, что нет необходимости знать устройство телевизора, ведь всё равно в случае возникновения каких-либо поломок его ремонтом будет заниматься сервисный центр. Однако, если есть желание приобрести качественный продукт по разумной цене, некоторые основополагающие вещи всё же стоит знать.
Основа матрицы включает в себя также дополнительно печатную плату, модуль задней подсветки и жидкие кристаллы. Каждый составляющий элемент отвечает за итоговое качество получаемого изображения. От качества матрицы будут зависеть угол обзора, контрастность и другие характеристики. Подсветка будет отвечать за яркость и цветовой диапазон.
Стоит также отметить тот факт, что подсветка бывает статической и управляемой, то есть динамической. Второй тип позволяет осуществлять регулировку яркости в определенной зоне экрана. Это позволяет не только улучшить цветопередачу, но и снизить энергопотребление.
Из-за чего ломаются телевизоры
Каждого покупателя интересует вопрос, как продлить срок службы приобретенного изделия. Но любой электронный прибор имеет свои индивидуальные особенности в процессе эксплуатации.
Поломка телевизора может возникнуть как по причине заводского брака или некачественной сборки, так и по другим обстоятельствам, к примеру, от перепада напряжения. Чаще всего в случае скачка напряжения выходит из строя блок питания. Они, к слову, бывают двух типов: внутренние (расположенные непосредственно в корпусе устройства) и внешние (в комплекте с сетевым адаптером). В случае LCD дисплеев рано или поздно заканчивается срок службы лампы подсветки и необходимо произвести её замену.
При возникновении какой-либо неисправности лучше обратиться в сервисный центр, профессионально занимающийся ремонтом телевизионной техники, так как помимо специальных навыков могут понадобиться также инструменты и детали для замены.
