Текст книги "Посвящение в радиоэлектронику"

Автор книги: Владимир Поляков

сообщить о нарушении

Текущая страница: 15 (всего у книги 26 страниц)

Формирование диаграммы направленности.

Отдельные антенны в решетке излучателей располагают достаточно часто, на расстоянии 0,5… 0,7 длины волны. Если антенны расположить реже, то в диаграмме направленности появятся дополнительные, побочные максимумы, направленные под большим углом к горизонту и, следовательно, ненужные. Каждый из излучателей должен быть всенаправленным в горизонтальной плоскости. Такими свойствами обладает кольцевой излучатель, или «турникет», составленный из двух скрещенных диполей. На сравнительно толстых мачтах часто устанавливают кольцевой излучатель, состоящий из четырех отдельных полуволновых диполей.

Хозяйство современного телевизионного центра огромно, и высокая телевизионная башня – лишь его составная часть. На верхней части башни располагаются решетки антенн – своя для каждого из передаваемых каналов. Ниже, обычно на той же башне, расположен зал передатчиков. Это делают для того, чтобы были короче фидерные линии от передатчиков к антеннам, ведь потери в фидере пропорциональны его длине. Еще опаснее рассогласование длинной фидерной линии с передатчиком и антенной. При этом часть сигнала отражается от антенны в линию, возвращается к передатчику, снова переотражается к антенне и, будучи излученной в эфир с некоторой задержкой, создает на изображении повторные контуры. Кстати сказать, подобный же эффект создает и рассогласование фидера, проведенного от коллективной антенны к вашему телевизору. Поэтому, увидев на экране двоящееся и троящееся изображение, не спешите ругать качество самого телевизора возможно, все дело в неисправности фидерных линий и разветвительных коробок коллективной антенны.

Антенна в виде решетки турникетных излучателей и кольцевые излучатели, составленные из четырех диполей.

Телебашня Всесоюзного телевизионного центра в Останкине представляет собой уникальное сооружение. Ее основание выполнено из армированного железобетона, а верхняя часть представляет собой конструкцию из металлических решетчатых ферм. Башня рассчитана так, чтобы противостоять порывам даже ураганного ветра, очень редко случающегося в Москве. Прочности железобетона для этого было бы недостаточно, ведь бетон хорошо противостоит только сжатию, а не растяжению. Для повышения прочности в стенках башни имеются вертикальные каналы, в которых расположен сильно натянутые металлические тросы. Натяжение тросов постоянно контролируется, кроме того, когда дует ветер, тросы с наветренной стороны башни натягивают сильнее с помощью специальных лебедок.

Из-за теплового расширения высота телебашни не остается постоянной. Летом она увеличивается на четверть метра, а зимой уменьшается. Даже в течение суток одна сторона башни, нагреваемая солнцем, расширяется больше другой и вершина башни отклоняется, как бы пытаясь уйти от палящих солнечных лучей. Дополнительные колебания с амплитудой до нескольких метров вершина башни совершает под действием порывов ветра.

Данные о высоте башли, приводимые в различных источниках, весьма разноречивы. Отчасти это объясняется тем, что вершина башни недавно перестраивалась в связи с установкой антенн 33-го канала телевидения диапазона ДМВ. Точные измерения координат вершины башни периодически производятся геодезическими приборами. Сегодня специалисты могут с точностью до миллиметра сообщить высоту телебашни: она составляет 540 м 74 мм при температуре + 20 °C.

Отдельно от передатчиков и телебашни с антеннами расположено здание собственно телецентра со множеством студий, дикторских, просмотровых залов, аппаратных и тому подобных помещений. Телецентры оснащены мощной аппаратурой и для внестудийных передач. Видеосигнал со стадиона, из театра или просто с телекамеры, ведущей уличный репортаж, передается по кабелю или через маломощный СВЧ передатчик на телецентр. Непосредственные передачи в эфир ведутся нечасто. Обычно передачу сначала записывают на видеомагнитофон, а потом воспроизводят и передают в эфир в удобное для телезрителей время.

Телебашня в Останкине.

Как устроен телевизор?

Не пора ли нам перейти к тому, что к нам ближе, а именно к нашем домашнему телевизору? В его «нутро» вам, вероятно, приходилось заглядывать. Множество деталей, соединительных проводов… Как же во всем этом разобраться? Поможет структурная схема, тем более, что принципы передачи изображений нам в основном ясны. Давайте в ней разберемся.

Прежде всего необходимо принять сигнал. Чаще всего для этого служит коллективная телевизионная антенна, от которой проведен кабель и к вашему телевизору. Телевизионных антенн разработано великое множество, но основным типом остается знакомый нам полуволновый диполь-вибратор. Для того чтобы он лучше принимал сигнал от телецентра и ослаблял приходящие помехи, рядом с вибратором устанавливают другие, пассивные вибраторы, формирующие желаемую диаграмму направленности.

Первый блок на структурной схеме – ПТК, или переключатель телевизионных каналов (здесь будут использоваться сокращения, привычные для литературы по телевидению). В ПТК входит усилитель радиочастоты, смеситель и гетеродин элементы, имеющиеся в каждом супергетеродинном приемнике. На каждый канал имеется набор катушек, все они закреплены на общем барабане. Поворачивая барабан ручкой переключения каналов, мы можем включать определенный комплект катушек, соответствующий выбранному каналу. Переключатель телевизионных каналов с барабанными переключателями теперь используется все реже. Им на смену пришли ПТК с электронной настройкой, малогабаритные и более надежные.

Для перестройки резонансной частоты контуров в них установлены специальные полупроводниковые диоды-варикапы. На варикап подается запирающее напряжение смещения, при этом р-n переход не пропускает электрический ток. Но его емкость изменяется при изменениях напряжения смещения. Необходимое для настройки на каждый канал напряжение устанавливается заранее с помощью потенциометров, а включение канала производится нажатием кнопки или сенсорного контакта. Согласитесь, что такой способ настройки гораздо удобнее. После преобразования частоты сигнала приводятся к единой для всех каналов полосе. Промежуточная частота несущей изображения по существующему стандарту равна 38 МГц, звука – 31,5 МГц. Но как же так, ведь в любом канале частота звуковой несущей выше частоты несущей изображения? Все просто: гетеродин ПТК настраивается выше частоты канала и проходит инверсия спектра. Для первого канала, например, частота гетеродина равна 87,75 МГц. Вычитая из этого значения 49,75 МГц (частота видеонесущей), получаем 38 МГц, а вычитая 56,25 МГц (частота звуковой несущей), получаем 31,5 МГц.

Далее следует УПЧИ усилитель промежуточной частоты изображения. Раньше он содержал три-четыре ламповых каскада усиления, а теперь несколько транзисторных каскадов. Между каскадами установлены колебательные контуры и фильтры, выделяющие только нужный спектр частот. Они определяют селективность приемника. Усиленный сигнал подается на детектор, а продетектированный видеосигнал через видеоусилитель – на управляющий электрод кинескопа. Там видеосигнал управляет током луча, а следовательно, и яркостью элементов изображения в соответствии с передаваемым сюжетом. А как же звук? Отдельного усилителя сигнала с частотой 31.5 МГц нет – он хорошо усиливается в УПЧИ и попадает на детектор вместе с видеонесущей. Между несущими звука и изображения возникают биения. Их частота равна разности частот несущих, т.с. 6, 5 МГц. Сигнал с этой частотой и выделяется после видеодетектора и дополнительно усиливается в УПЧЗ-усилителе промежуточной частоты звука. Сигнал ПЧЗ промодулирован по амплитуде видеосигналом и по частоте звуковым сопровождением. Амплитудную модуляцию можно снять ограничителем. Да к тому же и частотный детектор (ЧД) ее хорошо подавляет. В результате на выходе ЧД выделяется звуковой сигнал, подаваемый через усилитель звуковой частоты (У3Ч) на громкоговоритель. Описанный тракт приема получается проще, чем тракт с отдельными приемниками каналов звука и изображения.

Следующий блок, подключенный к выходу видеоусилителя, селектор синхроимпульсов (ССИ). Он отделяет синхроимпульсы от видеосигнала и подает их на генератор кадровой развертки (ГКР) и строчной развертки (ГСР). Генераторы вырабатывают ток пилообразной формы, питающий отклоняющие катушки, для получения растра на экране кинескопа. Этот процесс нам уже знаком. Последний элемент структурной схемы высоковольтный выпрямитель (ВВ), питающий кинескоп высоким напряжением, ускоряющим электроны. Выпрямитель присоединен к генератору строчной развертки, и вот почему.

Было бы очень сложно делать сетевой выпрямитель на напряжение в десятки киловольт. Но по счастью, у нас уже есть генератор строчной развертки, вырабатывающий ток с частотой 15625 Гц. Это довольно высокая частота, следовательно, период колебаний тока мал, всего 64 мкс. Но еще меньше время обратного хода луча, т. е. время, за которое пилообразный ток изменяется от максимального значения до минимального. Оно составляет, согласно телевизионным стандартам, не более 12 мкс. Строчные катушки обладают некоторой индуктивностью, да и подключены они к генератору развертки через трансформатор (так называемый строчник), также обладающий индуктивностью. А когда в индуктивной цепи резко изменяется ток (вспомните катушку Румкорфа), возникает большая ЭДС самоиндукции. Поэтому при работе генератора строчной развертки на его трансформаторе возникают импульсы напряжения амплитудой в несколько киловольт. Так это же то, что нужно! Остается выпрямить их и подать на анод кинескопа. Тем более, что потребляемый кинескопом ток очень невелик: не более нескольких миллиампер. Так устроено питание кинескопа во всех современных телевизорах. Если вышел из строя генератор кадровой развертки, на экране видна одна горизонтальная ярко светящаяся линия: все строки сливаются в одну. Если же отказал генератор строчной развертки, на экране ничего не видно: вместе со строчной разверткой прекратилось и питание кинескопа высоким напряжением. Вот мы и рассмотрели устройство телевизора.

«Но как же цвет?» спросите вы. Да, мы рассматривали черно-белый телевизор. Их сейчас выпускают все меньше и меньше, а черно-белые телепередачи уже почти не ведутся. Наступила эра цветного телевидения. О нем мы сейчас и побеседуем.

Структурная схема телевизионного приемника.

Как раскрасить изображение?

Проще всего это было сделать лет 25 назад. Тогда продавалась цветная пленка, накладываемая на экран черно-белого телевизора. Сверху она была голубой (небо), внизу зеленой (трава), а в середине… я уже забыл, какой она была в середине! Поскольку такой вариант цветопередачи не устраивал ни телезрителей, ни уважающих себя инженеров, пленка из продажи быстро исчезла, а специалисты разработали модели цветных телевизоров. Как же передают цвет? И сколько цветов надо передавать? Оказывается, основных цветов всего три: красный, зеленый и синий. В телевидении их обозначают начальными буквами соответствующих английских слов: R (red), G (green), В (blue). Любой другой цвет можно получить комбинацией этих трех. Желтый, например, получается при смешении красного и зеленого. Таким приемом широко пользуются художники, смешивая на палитре краски.

Смешение цветов.

Итак, на первый взгляд самая простая и очевидная система цветного телевидения должна предусматривать передачу одновременно тpex изображений: красного, зеленого и синего. Исходное цветное изображение через соответствующие светофильтры проецируются одновременно на три передающие трубки, а на приемной стороне изображение с экранов трех кинескопов: красного, зеленого и синего проецируется на общий экран. Нет таких кинескопов?

Ничего страшного – подходят обычные, белые, со светофильтрами, наложенными на экран. Беда в другом – нужны три канала передачи.

Неужели для передачи одной цветной программы нанимать три телевизионных канала? Слишком расточительно. Телевизор получается сложным и дорогим, как киноустановка, поскольку изображение надо проецировать на киноэкран, да и три кинескопа стоят недешево. Воспользуемся опять принципом кино и будем передавать красное, зеленое и голубое изображения поочередно, решили инженеры. Такая система цветного телевидения была разработана и даже испытывалась в 50-х годах. Перед телекамерой и перед экраном черно-белого кинескопа устанавливали вращающиеся диски с прозрачными цветными секторами – светофильтрами. Произошел как бы возврат к механическому телевидению, но уже на основе электронного! Диски вращались синхронно, и для стабилизации их вращения служила специальная система. А частоту кадровой и строчной разверток пришлось утроить, чтобы в течение 1/25 с (время передачи одного кадра в черно-белом телевидении) передать три изображения. Результаты получились неплохие, и несколько опытных цветных телевизоров работало в Москве. Но опять беда: подавляющее большинство телезрителей – владельцев черно-белых телевизоров смотреть эти передачи не могли. Смотреть-то, конечно, могли, и автор сам это делал, но на экране воспроизводилось сразу девять одинаковых картинок! Так получилось потому, что при цветной передаче частота развертки изображения была втрое выше. Поскольку картинки получались мелкими, смотреть их не доставляло никакого удовольствия. Говоря техническим языком, предложенная система цветного телевидения не обладала совместимостью с черно-белой системой.

Система с последовательной передачей цветов.

Были и другие недостатки: быстро вращающийся диск шумел, электризовался от трения о воздух и, притягивая мелкие пылинки, скоро становился пыльным до непрозрачности. Во всем мире начались поиски и разработки новых, совместимых систем цветного телевидения.

Таких систем сейчас используется три. NTSC (НТСЦ) в США, Канаде, Японии, Республике Куба и ряде стран Центральной и Южной Америки; PAL (ПАЛ) в ФРГ, Великобритании и ряде стран Западной Европы, Азии и Африки; SECAM (СЕКАМ) – в ряде стран Европы (в том числе СССР), Азии и Африки. Системы во многом схожи и различаются лишь деталями формирования так называемых сигналов цветности.

Остановимся подробнее на системе SECAM. Она полностью совместима, т. е. цветная телепередача принимается черно-белым телевизионным приемником как черно-белая, а черно-белую передачу можно смотреть и с помощью цветного телевизора, но, разумеется, без цвета. Сейчас практически все телепередачи ведутся в цветном изображении.

В системе SECAM сигналы, соответствующие трем основным цветам изображения, не передаются. Вместо этого передаются их комбинации, прежде всего так называемый яркостный сигнал E_Y. Он является суммой цветовых сигналов красного Е_R, зеленого Е_G и синего F_B, причем суммирование производится с учетом кажущейся различной яркости цветных изображений. В результате яркостный сигнал создаст на экране телевизора обычное черно-белое изображение. Яркостный сигнал передается в полосе частот 6 МГц точно так же, как и обычный видеосигнал в черно-белом телевидении. Для передачи цвета формируют цветоразностные сигналы E_R-Y, E_G-Yи E_В-Y (на рисунке, для простоты, они обозначены R-Y, G-Y, B-Y). Они несут информацию только о цвете передаваемого изображения.

Передавать все четыре сигнала (яркости и три цветоразностных) нет необходимого, поскольку третий сигнал цветности можно сформировать в телевизоре из сигналов E_R-Y и E_В-Y. Это делается в так называемом матричном устройстве, в котором в определенной пропорции складываются принятые сигналы E_R-Y и E_В-Y. В результате получается сигнал – E_G-Y, у которого остается лишь инвертировать полярность, чтобы получить третий цветоразностный сигнал E_G-Y. Затем из имеющихся трех сигналов вычитается яркостный сигнал E_Y и образуются исходные цветовые сигналы Е_R, Е_G и F_B. Они и подаются на управляющие электроды кинескопа.

Матричное устройство можно выполнить на резисторах, операционных усилителях или специальных микросхемах. В ряде моделей телевизоров матрицирование осуществляют в самом кинескопе, подавая три цветоразностных сигнала на управляющие электроды трех электронных «прожекторов» кинескопа, а яркостный сигнал – на его общий катод. При этом повышение потенциала управляющих электродов увеличивает ток лучей, а повышение потенциала катода – уменьшает. Соответственно изменяется и яркость свечения экрана. Это как раз и соответствует «вычитанию» яркостного сигнала.

Таким образом, необходимо передавать, кроме яркостного лишь два сигнала цветности. Любопытно, что для их передачи используется та же самая полоса частот, что и для сигнала яркости, и полная полоса цветного телевизионного сигнала получается не шире, чем черно-белого. Вот как это делается.

Система цветного телевидения SECAM (передающая часть):

_{1 – телекамера; 2 – матрица; 3 – синхронизатор; 4 – смеситель яркостного и синхронизирующих сигналов; 5 – электронный коммутатор; 6 – фильтр нижних частот; 7 – блок предыскажений; 8 – ограничитель; 9 – частотный модулятор: 10 – генератор цветовой поднесущей; 11 – фильтр; 12 – линия задержки; 13 – смеситель}

Система цветного телевидения SЕCAM (приемная часть):

_{1 – приемник; 2 – фильтр сигнала; 3 – линия задержки; 4 – фильтр цветоразностных сигналов; 5 – фильтр R-Y и B-Y; 6 – линия задержки; 7 – электронный коммутатор; 8 – амплитудный селектор; 9 – частотный детектор сигнала R-Y; 10 – частотный детектор сигнала B-Y; 11,12 – корректирующий блок; 13 – матрица; 14 – кинескоп}

Давно замечено, что восприимчивость человеческого глаза к окраске деталей изображения зависит от размеров этих деталей. С их уменьшением восприимчивость цвета резко падает, и мелкие детали цветного изображения воспринимаются как черно-белые. Следовательно, с высокой четкостью необходимо передавать лишь черно-белую структуру изображения, которой соответствует яркостный канал. Цветоразностные каналы высокой четкости не требуют, поэтому они могут занимать гораздо более узкую полосу частот. Ведь, как мы помним, чем выше четкость изображения, т. е. чем на большее число элементов разбивается изображение, тем шире требуемая полоса частот для передачи изображения. В системе SECAM полоса частот, в которой передаются сигналы цветности, не превосходит 1… 1,5 МГц, что в 4 раза меньше полосы частот канала яркости (6 МГц). Сигналы цветности передаются на вспомогательных цветовых поднесущих 4,25 и 4,406 МГц. Цветовые поднесущие оказываются в спектре видеосигнала яркости.

Не мешает ли это смотреть передачу? Оказывается, не мешает. Когда луч развертывает строку, его яркость изменяется в небольших пределах с частотой цветовой поднесущей. В результате строка становится как бы пунктирной – яркие участки на ней чередуются с темными. Но поскольку структура этих участков мелкая, то глаз ее не замечает, точно так же, как он не замечает строчную структуру растра, если, конечно, не сидеть слишком близко к экрану.

Цветовые поднесущие модулируются сигналами цветности по частоте, причем девиация выбирается не слишком большой: не более 0,5 МГц. Таким образом, весь спектр сигналов цветности занимает лишь верхнюю часть спектра сигнала яркости. Кстати, догадайтесь теперь, как, глядя на экран черно-белого телевизора, определить, идет ли цветная передача? Догадались? Очень просто: структура изображения при близком рассмотрении его оказывается точечной – это «работают» цветовые поднесущие, модулируя яркость луча.

Итак, в цветном телевизоре нужен новый блок – блок цветности. В этом блоке выделяются цветовые поднесущие, детектируются, а из продетектированных сигналов получаются с помощью матричной схемы сигналы цветности Е_R, Е_G и Е_B. Внимательный читатель может задать вопрос: «Не мешают ли две цветовые поднесущие друг другу, ведь их частоты расположены близко и между ними могут возникнуть биения?». Это действительно может быть, но проблему решили просто. Сигналы цветности передают через строку: в течение одной строки – сигнал E_R-Y, а в течение другой – E_В-Y. Это вполне оправдано, ведь четкость цветовой картинки невысока. Для компенсации запаздывания цветоразностного сигнала вводят специальную линию задержки на время, равное времени передачи одной строки – 64 мкс. Существует еще одна проблема. Время задержки сигнала в цепях телевизионного приемника, как впрочем и любого другого устройства, обратно пропорционально полосе пропускания. Следовательно, широкополосный сигнал яркостного канала проходит через цепи приемника быстрее, чем сравнительно узкополосные сигналы яркости. Если задержку сигналов яркости не скомпенсировать, то на экране цветного телевизора можно увидеть довольно любопытные эпизоды.

Например, ярко-рыжий лев прыгнул из одного угла экрана в другой, но прыгнул черно-белым, а его ярко-рыжая шевелюра прыгнула вслед за ним с некоторым опозданием! Я немного утрирую, но «смазывание» цветов на движущемся изображении будет заметным. Для компенсации этого явления в канал яркости цветного телевизора вводят еще одну линию задержки. Тем не менее «смазывание» цветов на быстро движущихся изображениях иногда все-таки бывает заметно.

Ну вот, мы и рассмотрели отличия в структурной схеме цветного телевизора. Сейчас самое главное – устройство цветного кинескопа, поскольку именно он окончательно формирует цветное изображение. Цветные кинескопы в их современном виде появились после того, как были разработаны люминофоры, светящиеся под ударами электронов красным, синим и зеленым цветами. Цветной кинескоп имеет три катода и соответственно три электронных прожектора. Сфокусированные ими три электронных луча направляются на экран под некоторым утлом друг к другу.

Устройство цветного кинескопа.

А теперь, уважаемый читатель, позвольте спросить вас, зачем нужны маски? Да, да, маски! Для маскарада, разумеется! Маска оказалась нужна в цветном кинескопе! Она представляет собой тонкий металлический лист, установленный перед самым экраном. В маске имеются отверстия диаметром 0,25 мм. Число их огромно: 550000. Но это еще не самое удивительное. Люминофор черно-белой трубки чрезвычайно прост. Он нанесен внутри на экран, и все. А вот люминофор цветного кинескопа выполнен в виде мозаики из более чем полутора миллионов зернышек люминофоров красного, зеленого и синего свечения (R, С, В), причем расположены эти зернышки в строгом порядке позади отверстий маски. Представляете, какая нужна точность при изготовлении масочного цветного кинескопа!

Три луча от трех «прожекторов» направлены под некоторым углом друг к другу. Пройдя сквозь отверстие в маске, они попадают как раз на три зернышка люминофора. То же повторяется, когда лучи при развертке переместятся к соседнему отверстию. И так далее. В результате каждый из лучей вызывает свечение экрана только своим, определенным цветом. Сигнал яркостного канала из приемника подается на все три катода кинескопа и модулирует яркость всех трех лучей. Так формируется черно-белое изображение. А сигналы цветности из блока цветности подаются на управляющие электроды (сетки) трех электронных прожекторов и как бы «раскрашивают» изображение.

Масочный кинескоп.

Надо отметить, что масочный цветной кинескоп отнюдь не последнее слово телевизионной техники. У него много недостатков, и самый главный из них – недостаточная яркость и сочность цветов изображения. Ведь площадь отверстий маски мала по сравнению с площадью всего экрана, поэтому значительная часть тока лучей «съедается» маской и лишь небольшая часть электронов достигает экрана. В результате нужны высокие ускоряющие напряжения (25 кВ), большие токи лучей (по 0,3…0,4 мА на каждый), что требует мощного высоковольтного выпрямителя и мощных блоков развертки.

Более совершенны недавно разработанные планарные кинескопы. В них три электронных прожектора расположены в один ряд. Маска заменена системой тонких проволок, расположенных перед экраном и своим электрическим полем, «распределяющим» лучи по цветным вертикальным полоскам люминофора. Яркость экрана такого кинескопа получается выше, а энергопотребление меньше. Но тонкие проволоки цветоделительной сетки можно закрепить лишь в натянутом состоянии: следовательно, экран должен быть плоским. В небольших по размерам кинескопах это еще возможно, но в больших кинескопах экран должен быть выпуклым, чтобы противостоять давлению окружающего воздуха, ведь внутри кинескопа – вакуум. Сила атмосферного давления на экран домашнего телевизора достигает двух-трех тонн! Около выпуклого экрана размешают теневую маску с удлиненными отверстиями, площадь которых составляет значительную часть общей площади маски. За каждым щелевидным отверстием в маске расположены три полоски люминофоров красного, зеленого и синего свечения на экране. Вся триада образует один элемент изображения. Благодаря штриховой структуре экрана неточность установки лучей по вертикали мало влияет на качество изображения.

Планарный кинескоп.

Большой проблемой в цветных кинескопах является сведение лучей. Если первоначальной регулировкой удалось добиться точного попадания трех лучей в одно отверстие маски в центре экрана, то вряд ли это получится на его краях. Для сведения лучей на всей площади экрана устанавливают дополнительные электромагниты динамического сведения, питаемые током специально подобранной формы. В современных планарных кинескопах используют самосведение лучей, осуществляемое специально сконструированной отклоняющей системой с неравномерным (астигматическим) магнитным полем. В новейших конструкциях и постоянный магнит статического сведения расположен в колбе трубки. Он намагничивается лишь однажды, при заводской регулировке кинескопа. Все эти меры заметно упрощают телевизионный приемник и повышают качество цветного изображения. Телевизоры нового поколения с планарным кинескопом совсем не имеют электронных ламп. Они собраны только на полупроводниковых приборах.

А нельзя ли вообще избавиться и от последнего электровакуумного прибора кинескопа?

Здесь мы подошли к последнему разделу этой главы. Назовем его…

Будущее телевидения

Это будущее очень близко. Одна из японских фирм уже рекламировала телевизор, смонтированный в корпусе наручных часов. В нем нет, разумеется, никакого кинескопа, а экран выполнен на жидких кристаллах, примерно так же, как и циферблат обычных электронных часов. Четкость изображения, безусловно, невысока, да и контрастность черно-белого изображения оставляет желать лучшего. Заманчиво другое: не сделать ли экран в виде матрицы светодиодов? Сейчас уже разработаны и выпускаются светодиоды зеленого, красного и синего свечения.

Как устроен светодиод? Довольно просто: миниатюрный кристаллик полупроводника закреплен на металлической подложке. Сверху напылен практически совсем прозрачный, настолько он тонок, металлический контакт. И все. Когда через светодиод проходит электрический ток, атомы полупроводника возбуждаются ударами носителей заряда, а возвращаясь в равновесное состояние, отдают накопленную энергию в виде квантов света.

Казалось бы, столь простое устройство можно было бы создать давным-давно, но этого не случилось. Нужна была очень совершенная технология производства полупроводников, надо было подобрать соответствующие материалы – арсенид галлия, фосфид галлия и некоторые другие. Хотя… первые светодиоды были изготовлены в кустарных условиях более полувека назад! Был в Нижегородской радиолаборатории, о которой я вам рассказывал в предыдущей главе, скромный молодой сотрудник О. В. Лосев. Фанатик радио, дни и ночи проводил он в лаборатории, экспериментируя с различными кристаллами для детекторных приемников. Я сказал «ночи» вовсе не для красного словца, ибо только глухой темной ночью удалось ему обнаружить слабое свечение той точки, где металлическое острие упиралось в кристалл. Свечение возникало в том случае, если к детектору (диоду) подводилось определенное напряжение от внешней батареи. О практическом применении светодиода в то время не могло быть и речи (да и названия такого – «светодиод» – еще не придумали), но явление-то было обнаружено. И еще одно замечательное открытие сделал О. В. Лосев, экспериментируя с диодами, на которые подавалось внешнее напряжение смещения. Оказалось, что диод может генерировать! И детекторный приемник превратился в автодинный. Вот что писал редактор американского журнала Radio News, прочитав сообщение о работах О. В. Лосева:

«Мы счастливы предложить вниманию наших читателей изобретение, которое открывает новую эпоху в радиоделе и которое получит большое значение в ближайшие годы. Молодой русский инженер О. В. Лосев подарил миру это изобретение, не взяв даже на него патента…».

Это написано в 1924 году, а «ближайшие годы» растянулись на полвека, ведь только в 60-70-х годах были выпущены промышленностью и стали использоваться в технике сверхвысоких частот туннельные диоды, диоды Ганна, лавинно-пролетные диоды. Все эти полупроводниковые приборы имеют вольт-амперную характеристику с «падающим» участком, т. е. участком отрицательного сопротивления. Если рабочую точку диода вывести внешним напряжением смещения на этот участок, диод будет генерировать, причем на очень высоких частотах. Во всяком случае, вполне вероятно, что будущие телевизионные приемники, работающие в диапазонах ДМВ и сантиметровых волн (СМВ) будут иметь гетеродин, собранный на «генерирующем диоде». Очень жаль, что О. В. Лосев не увидел воплощения своих идей и изобретений: он погиб от голода в блокадном Ленинграде.

Но вернемся к матричному телевизионному экрану. Полтора миллиона цветных фотодиодов разместить на экране задача вполне посильная современной микроэлектронике. Труднее другое – диоды надо «зажигать» по очереди, в соответствии с разверткой телевизионного растра. В принципе это тоже можно сделать с помощью сверхбольшой интегральной микросхемы (СБИС). И еще – яркостью свечения диодов надо управлять принятым телевизионным сигналом. Сделать все это пока достаточно трудно, но если сделать… телевизор можно будет повесить на стену, как картину! Четкость изображения получится необычно высокой, отпадут проблемы «сведения лучей», регулировки «чистоты цвета», характерные для современных телевизоров с кинескопами. А уж об энергопотреблении и говорить нечего – можно будет питать весь телевизор от батарейки карманного фонаря, ведь светодиоды потребляют ток всего несколько миллиампер при напряжении 2…3 В!

Ну а если читатель позволит мне помечтать, нарисуем такую картину: вы приехали на опушку леса, на пикник, развернули рулон вроде киноэкрана и повесили на соседнюю берегу (а почему бы матричный экран и не сделать гибким, ведь есть уже батареи гибких солнечных элементов!). Направили небольшую чашу-антенну куда-то на юго-запад и немного вверх, и смотрите себе цветную передачу, транслируемую со спутника Земли!