Передача постоянной составляющей и низких частот , в видеосигнале. Фиксирующие цепи

Средняя яркость объекта передачи может меняться в широких пределах от L_min до L_max. Соответственно меняется и размах ТВ сигнала в тракте передачи. При этом, если на пути прохождения видеосигнала имеется хотя бы один разделительный конденсатор, то произойдет потеря постоянной составляющей сигнала и ухуд­шится передача очень низких частот (независимо от того, даст ли датчик информацию о средней яркости или нет). На осциллограмме такой видеосигнал" при изменении яркости объекта перемещается вверх или вниз, стремясь сбалансироваться относительно линии равных площадей (рис.5.1). При этом меняется положение уровней сигналов от одинаково освещенных деталей объекта в зависимости от содержания изображения. Это требует увеличенного почти в 2 раза раствора амплитудной характеристики тракта, иначе неизбеж­ны нелинейные искажения и даже ограничения. Видеосигнал без средней составляющей, поданный на кинескоп, будет воспроизво­диться с градационными искажениями, требующими непрерывной регулировки яркости этого кинескопа в зависимости от содержания передачи.

Таким образом, наличие средней составляющей в ТВ сигнале обязательно. Однако строить весь ТВ тракт на усилителях постоян­ного тока невозможно из-за их большой нестабильности.

Однако не все звенья передачи ТВ сигнала требуют сохранения информации о постоянной составляющей и низких частотах в его спектре. В ряде случаев целесообразно исключить передачу посто­янной составляющей, особенно обусловленной режимом работы цепей передачи ТВ сигнала. При этом крайне низкие частоты также будут значительно ослаблены. Но степень их подавления можно контролировать по форме переходной характеристики в области низких частот, иценивая спад вершин прямоугольных импульсов в установившемся режиме.

При нахождении спада вершин П-импульсов расчетным путем с использованием приближенных формул можно получить большие погрешности. Во многих случаях целесообразно пользоваться хотя и громоздкой, но точной формулой:

где г_п - длительность периода следования импульсов, с;

х_и - длительность импульса, с;

х = O(Rr + R_H) - постоянная времени переходной цепи, с;

С - емкость переходного конденсатора, Ф;

R_r - выходное сопротивление генератора

(предыдущей цепи), Ом;

R_H - сопротивление нагрузки (входное сопротивление последующей цепи), Ом,

При нахождении спада П-импульсов от нескольких последова­тельно включенных переходных цепей можно воспользоваться обычным суммированием спадов от отдельных звеньев

если величина общего спада не превьппает 50%.

Для точного подсчета общего спада горизонтальных вершин импульсов в многозвенном устройстве может быть также примене­на точная формула. Необходимо, однако, учитывать, что в этом случае вместо т_п/т и х_и/т должны использоваться соответственно

Однако для большей части ТВ устройств требуется совершенно неискаженная передача низких частот вплоть до постоянного тока. Поэтому цепи фиксации (т.е. восстановления постоянной состав­ляющей, обеспечивающей передачу среднего уровня яркости изо­бражения) имеются в различных точках видеотракта: в датчиках сигнала, в камерных каналах, в микшерно-коммутационных уст­ройствах, в модуляторах радиопередающих устройств, в ТВ прием­никах и мониторах. Без фиксирующих цепей просто невозможна правильная работа таких устройств, как ограничители ТВ сигнала или гамма-корректоры.

Современные преобразователи свет-сигнал (ПСС), включая " бегущий луч", генерируют видеосигнал, в котором уровень черно­го совпадает с уровнем вершин гасящих импульсов или отличается от него на некоторую величину, не меняющуюся в процессе пере­дачи. Это свойство ТВ сигнала позволяет терять постоянную со­ставляющую и применять в устройствах стабильные цепи с разде­лительными конденсаторами, однако в ответственных участках тракта постоянную составляющую восстанавливать с помощью фиксирующих цепей.

Различают схемы управляемой и неуправляемой фиксации.

Неуправляемая фиксирующая схема состоит из диода VD, резистора R и конденсатора С (рис.5.2). При поступлении первого же импульса (строчного гасящего) на вход схемы, через С и VD по­течет ток заряда i₃ и на конденсаторе начнет накапливаться заряд. Через несколько строчных периодов процесс стабилизируется. Бу­дет происходить только небольшой подзаряд конденсатора верши­нами гасящих импульсов, а в паузах между импульсами конденса­тор будет частично разряжаться током i_p, протекающим через R и источник сигнала с внутренним сопротивлением Rj. Постоянная времени цепи разряда

так как R» R_fl. По этой причине разряд в паузе происходи! мед­ленно, а заряд во время импульса - быстро. В установившемся ре­жиме на выходе схемы от строк с неизменным содержанием (свет­лых) образуется определенное значение постоянной" составляющей U_cpl и спад сигнала к концу строки AU. Если теперь на вход схемы начнет поступать видеосигнал темных строк, то U_cpi мгновенно из­мениться не сможет и в течение нескольких периодов будет проис­ходить перезаряд конденсатора С, пока вершины гасящих импуль­сов вновь не зафиксируются на нулевом уровне. В установившемся режиме образуется новое значение постоянной составляющей U_cp2.

Основным недостатком схемы неуправляемой фиксации является неодинаковая скорость срабатывания при уменьшении и увеличении постоянной составляющей в видеосигнале, причем если во входном сигнале имелось резкое уменьшение постоянной составляющей, то возникает так называемый " отрыв", когда фиксация фактически не работает и все это время существуют градационные искажения. Дру­гой недостаток этой схемы - перекос вершин гасящих импульсов AU, а значит, и изменение яркости изображения вдоль строки. При прак­тически незаметном изменении яркости относительная величина пе­рекоса (называемая еще точностью фиксации) составляет 5%, т.е.

откуда

Так, при Т_с = 64 мке; Т_сг= 12 мке; Д = 0, 05; (R||R_flo6p||R_B]J = 100 кОм, получим С = 10 нФ.

Значительно лучшими характеристиками обладают управляе­мые схемы фиксации. Хотя принцип работы управляемой схемы фиксации аналогичен рассмотренному, она не имеет отмеченных выше недостатков. Главное отличие ее состоит в том, что управле­ние проводимостью диода (или другого ключа, установленного вместо диода; осуществляется не видеосигналом, а специальными управляющими импульсами, которые его надежно отпирают при

любом мгновенном значении размаха ТВ сигнала. Наиболее рас­пространены схемы управляемой фиксации, показанные на рис.5.3. С помощью схем управляемой фиксации можно скорректиро­вать наклон вершин симметричных П-имнульсов частоты полей ве­личиной даже в 75%, возникший после разделительного конденса­тора, допустив строчный перекос всего А = 0, 01. Если на видео­сигнал воздействует синусоидальное напряжение помехи с часто­той 50 Гц, образуя линейную сумму, то при Д ~~ 0, 01 отношение сигнал / помеха можно повысить в 50 раз по сравнению со схемой без фиксации (рис.5.4).

Важным параметром устройств управляемой фиксации являет­ся время установления, выраженное, например, в числе строк, за которые точность фиксации Д достигнет заданного значения.

Это необходимо знать, например, при смене источников сиг­нала с различными постоянными смещениями, при импульсной помехе в ТВ канале и т.д. (рис.5.5). Выражение для нахождения времени установления фиксированного состояния ТВ сигнала име­ет вид:

где

- относительная величина помехи, срываю-

щей фиксацию.

Так, при А_п = 2; Т_иф = Т_сг = 12 мке; С = 10 нФ; R, = 10 Ом; Ккл-мин ■ = 90 Ом; Якл-макс = ЮО кОм и Д = 0, 01 получим п = 0, 5, т.е. процесс фиксации завершится менее чем за одну строку, или Т_уст = п Т_с = 0, 5 64 мке = 32 мкс.