БЕСЕДА ДЕВЯТНАДЦАТАЯ. ЦВЕТНЫЕ ТЕЛЕВИЗОРЫ

В ходе этой беседы Любознайкин объясняет своему другу, как устроены и как работают электронно-лучевые трубки, на экранах которых появляется цветное изображение. Затем он рассказывает о различных способах, используемых для передачи на одной поднесущей обоих цветоразностных сигналов. В заключение Любознайкин рассматривает используемое в системе SECAM хитроумное устройство — линию задержки.

Цветной телевизор, сконструированный Незнайкиным

Незнайкин. — На этот раз, мой дорогой друг, мы можем поменяться ролями. Сегодня я хотел бы объяснить тебе, как принимают цветные телевизионные изображения.

Любознайкин. — Уж не прочитал ли ты книгу по этому вопросу?

Н. — Нет, но я много думал о рассказе твоего дядюшки. И без какого бы то ни было труда догадался, как при приеме восстанавливаются цветные изображения.

Здесь, как и во всех разделах физики, мы воспользуемся принципом обратимости явлений. Следовательно, главной частью приемника должны служить три кинескопа, интенсивность электронных лучей которых, а значит, и интенсивность излучаемого ими света управляется сигналами R, G и В, Полученными после декодирования и поданными на модуляторы этих кинескопов. В этом телевизоре один кинескоп воспроизводит красную составляющую изображения, второй — зеленую и третий — синюю. Перед каждым из этих трех кинескопов установлен соответствующий цветной фильтр. Все три составляющие с помощью обычных и дихроичных зеркал через один объектив проецируются на экран, где, накладываясь друг на друга, верно воспроизводят цветное изображение.

Устройство из кинескопов, фильтров и зеркал идентично тому, которое описал твой дядюшка, когда говорил о цветной передающей телевизионной камере. Достаточно на приведенном им рисунке изменить направление стрелок на противоположное, и мы получим схему воспроизводящего устройства. Разве я не прав?

Цветной кинескоп с теневой маской

Л. — К сожалению, дорогой Незнайкин, должен тебя огорчить, но такая система никогда не использовалась. Ее сложность, слишком большой объем аппаратуры и высокая стоимость не позволили бы оснастить ею миллионы цветных телевизоров.

Изображение восстанавливается с помощью только одной электронно-лучевой трубки. Наибольшее распространение получила модель, содержащая три электронные пушки.

Н. — Должен признать, что я не думал о такой возможности. Каждая из этих пушек, несомненно, служит для создания одного из компонентов для трехцветного способа цветовоспроизведения. Один из модуляторов получает сигнал R, второй — G, а сигнал В подается на модулятор третьей электронной пушки. Но что же воспроизводит каждый из трех основных цветов? Используют ли здесь специальные фильтры?

Л. — Нет, Незнайкин. Три основных цвета излучает сам люминесцентный экран кинескопа. Для этой цели он состоит из громадного множества люминесцентных точек, называемых люминофорами, которые располагаются группами по три элемента. Каждая из таких групп (их называют триадами) содержит три люминофора: один светится красным светом, второй — зеленым, а третий — синим.

Н. — Сколько же таких триад содержит экран кинескопа?

Л. — Около 500 000.

Н. — Возможно ли это? В этом случае общее количество люминофоров, расположенных на экране, должно составлять 1500000. Какой же диаметр имеет каждый из них?

Л. — Он немного превышает 0,4 мм.

Н. — Элемент действительно не очень велик. У меня возникает вопрос, каким же образом удается направить на каждый люминофор электронный луч, соответствующий его цвету. Этим я хочу сказать, как достигнуть, чтобы на все красные люминофоры попадал только электронный луч, исходящий из пушки, на модулятор которой подаются напряжения R; как зеленые люминофоры бомбардируются пушкой, управляемой напряжениями G, и как обеспечивают, чтобы на синие люминофоры попадали только электроны из пушки, управляемой сигналами В.

Рис. 211. Путь электронных лучен, которые, проходя через отверстие в маске, попадают на люминофоры соответствующего им одного из трех основных цветов.

Л. — Для этого позади экрана, на расстоянии около 15 мм от него, устанавливают так называемую теневую маску (рис. 211). Это очень тонкая стальная пластина, в которой сделано столько отверстий, сколько триад на экране. Каждое отверстие диаметром 0,25 мм располагают напротив центра каждой из триад люминофоров.

Н. — Скажи мне, как же расположены в кинескопе эти три электронные пушки?

Л. — Они расположены вокруг оси кинескопа под углом 120° друг к другу.

Н. — Ясно! Теперь я догадался, как работает этот кинескоп. Из пушки R через маску видны лишь красные люминофоры. Точно так же лучи, испускаемые пушкой G, проходя через отверстия в маске, попадают лишь на зеленые люминофоры. Такая же картина характерна и для пушки В (рис. 212).

Л. — Браво, Незнайкин! Ты очень хорошо понял роль маски и установил исключительные связи между люминофорами каждого цвета и соответствующей пушкой. Учти, что в действительности каждый электронный луч имеет диаметр, значительно больший диаметра отверстия в маске; поэтому он одновременно проходит через несколько соседних отверстий, попадая при этом только на люминофоры одного цвета.

Н. — Я думаю, что значительная часть электронов каждого луча не может пройти через отверстия и оседает на самой маске. Так ли это?

Рис. 212. Схематическое изображение цветного кинескопа с перфорированной теневой маской.

Л. — Увы, да. В этом заключается один из самых существенных недостатков кинескопа с теневой маской. Около 80% электронов задерживается маской. Их энергия нагревает маску и тем самым вызывает ее расширение. Малейшее смещение отверстий вызывает искажение цветов, так как в этом случае электронные лучи могут попасть на люминофоры, не соответствующие их сигналам. Поэтому для предотвращения подобной деформации принимают соответствующие меры.

Кроме того, то обстоятельство, что только пятая часть всех испускаемых электронов достигает люминофоров, объясняет малую яркость свечения экрана. Для доведения яркости до достаточного уровня на аноды прилагают напряжения значительно большие, чем в монохромных кинескопах. При напряжении 25000 В удается придать электронам достаточное ускорение, чтобы получить хорошую яркость свечения экрана.

Высокая точность

Н. — Я предполагаю, что все три луча одновременно пробегают по строкам и электроны каждого из них через отверстия в маске попадают на соответствующие люминофоры. Таким образом три основных цвета появляются на экране.

Л. — Да, именно так воспроизводятся все цвета спектра, так как в нашем глазу сливаются воедино ощущения, возникающие от соседних люминофоров.

Н. — Я восхищен изумительной точностью, с которой изготовляется кинескоп с теневой маской. Ведь для того, чтобы испускаемые каждой из трех пушек электроны попадали только на люминофоры соответствующего цвета, необходимо расположить 500000 отверстий в маске и 1500000 люминесцентных точек с исключительно высокой точностью... Да и сами электронные лучи должны быть надежно ограждены от какого бы то ни было отклоняющего воздействия. Я невольно спрашиваю себя, имеются ли в армии столь же точные бомбардиры, как пушки в масочном кинескопе. И если земное притяжение воздействует на траекторию снарядов, то не отклоняет ли магнитное поле нашей планеты электронные лучи?

Л. — Это действительно имеет место. Вот почему для предотвращения этого влияния масочные кинескопы нужно экранировать.

Кинескоп с цветоделительной сеткой

Н. — А нет возможности создать цветной кинескоп без этой маски, которая задерживает большую часть электронов? По моему мнению, следовало бы найти способ, позволяющий направлять луч каждой из трех пушек на соответствующие люминофоры, не прибегая при этом к использованию маски.

Л. — Уже немало лет в этом направлении проводятся исследования. Представляется, что наилучшее решение заключается в кинескопе с цветоделительной сеткой, эксперименты с которым дали положительные результаты.

Рис. 213. Схематическое изображение кинескопа типа хроматрон, в котором электронный луч проходит сквозь сетку.

В этом кинескопе, получившем название хроматрон, экран состоит из очень узких вертикальных полосок красного, зеленого и синего люминофоров, которые, многократно повторяясь в такой последовательности, покрывают всю его поверхность. Позади экрана установлена сетка из очень тонких проволочек, располагающихся против линий, разделяющих красные и синие полоски. Следовательно, эти проволочки находятся против вертикальных полос люминофоров (рис. 213).

Н. — А не представляют ли эти проволочки препятствие для прохождения электронов, как это происходит в случае использования маски?

Л. — Нет, так как на сетку подается потенциал, значительно меньший потенциала экрана. Поэтому экран притягивает все электроны, излучаемые тремя пушками. Благодаря разности потенциалов между экраном и сеткой последняя обеспечивает фокусировку электронных лучей, сужая и направляя каждый из них на полоску люминофора соответствующего ему цвета.

Монохромное изображение на цветном кинескопе

Н. — Яркость в этом случае, несомненно, значительно выше, чем в масочном кинескопе. Я надеюсь, что вскоре мы сможем приобраести такой кинескоп. А пока у меня возник другой вопрос. То, что цветные передачи можно принимать на черно-белые телевизоры, меня не удивляет: ведь несущая волна модулируется яркостным сигналом Y. Но как обеспечивается другой аспект совместимости, согласно которому цветные телевизоры должны принимать монохромные передачи?

Л. — Здесь нет ничего необычного. В этом случае один и тот же видеосигнал подают на модуляторы всех трех пушек. Следовательно, люминофоры трех цветов дают идентичную яркость свечения. А это означает, надеюсь, ты не забыл, что их сумма дает белый свет большей или меньшей интенсивности.