§ 6.4. Амплитудная селекция сигналов синхронизации

В состав телевизионного сигнала входят синхронизирующие посылки, с помощью которых в месте приема обеспечивается соответствие координат воспроизводимого изображения координатам изображения, спроектированного на ФЭП. От способа передачи, формы синхронизирующих посылок и метода обработки их в месте приема в значительной мере зависит помехозащищенность ТВС. Используются два способа передачи синхронизирующих посылок: либо ниже уровня черного сигнала изображения за счет части динамического диапазона телевизионного сигнала, либо в одном

динамическом диапазоне с сигналом изображения с размахом, равным размаху сигнала изображения. При втором способе помехозащищенность как сигнала изображения, так и синхронизирующих посылок возрастает, однако для обработки принятого сигнала требуются более сложные устройства, поскольку в тракте сигнала изображения необходимо исключить засветку экрана кинескопа синхронизирующими посылками, а в тракте селекции и обработки синхронизирующих посылок подавить сигнал изображения. В вещательном телевидении применяют оба способа. Импульсы синхронизации по строкам и полям передают ниже уровня черного в сигнале изображения, сигнал опознавания для цветовой синхронизации — в пределах динамического диапазона сигнала изображения.

Рассмотрим сигнал синхронизации вещательной ТВС (рис. 6.7). Для синхронизации по строкам в этом сигнале передается непрерывная последовательность временных отсчетов, образованная фронтами импульсов частоты строк, а также фронтами каждого второго из выравнивающих импульсов и каждого второго из импульсов, образующих синхронизирующую посылку частоты полей. Синхронизацию по полям осуществляют посылки длительностью

2,5 строки, разделенные на отдельные импульсы для того, чтобы во время их следования не прерывалась синхронизация по строкам. Выравнивающие импульсы позволяют создать одинаковые условия для селекции синхронизирующих импульсов частоты полей в четных и нечетных полях. Сигнал цветовой синхронизации предназначен для фазирования импульсов полустрочной частоты, коммутирующих цветоразностные сигналы и

Сигнал синхронизации, передаваемый ниже уровня черного, в сигнале изображения отделяют от видеосигнала схемы амплитудных селекторов. Амплитудные селекторы выполняют две операции: фиксируют уровень вершин синхронизирующих импульсов и отделяют путем ограничения сигнал синхронизации от видеосигнала.

Вследствие фиксации синхронизирующих импульсов уровень ограничения практически не зависит от среднего значения телевизионного сигнала и, следовательно, от содержания передаваемого изображения. При нарушении работы фиксирующей цепи значительные изменения уровня ограничения могут привести к прохождению части сигнала изображения через ограничитель, к пропаданию синхроимпульсов на выходе ограничителя либо к временному сдвигу синхронизирующих импульсов на выходе ограничителя. Уровень вершии синхронизирующих импульсов фиксируется в большинстве схем амплитудных селекторов схемой с одним диодом.

Рассмотрим схему амплитудного селектора (рис. 6.8) более подробно. Предположим, что входное сопротивление ограничителя намного превышает сопротивление и установим зависимость между параметрами фиксирующей цепи и изменением уровня черного сигнала на входе ограничителя при максимальном изменении средней составляющей, происходящем при переходе от сигнала

белого к черному (рис. 6.8). При известном изменении уровня черного, полагая для простоты, что фронты синхронизирующих импульсов линейны, можно определить временной сдвиг выходных импульсов селектора где крутизна фронта синхронизирующих импульсов.

Оценим различия уровней черного при стационарных значениях средней составляющей сигналов, соответствующих белому и черному полю, не рассматривая особенностей переходных процессов.

Рис. 6.8. Амплитудный селектор: а — принципиальная схема; б — эквивалентная схема входной цепи; в — сигнал в точке 1

Пусть в точке А (рис. 6.8, а) размах сигнала при белом поле изображения при отсутствии фиксирующего диода — часть белого сигнала на закрытом диоде, часть сигнала на открытом диоде (рис. 6.8, a); , так как часть сигнала ослабляется из-за подключения параллельно сопротивлению фиксирующего диода.

Полагая, что размах синхроимпульсов в полном сигнале изображения равен можно считать, что уровень черного, отсчитанный от уровня открывания диода при белом сигнале, составит

В стационарном режиме работы селектора заряд конденсатора С, накапливающийся во время передачи синхронизирующего

импульса, должен равняться заряду, теряемому за время передачи строки за счет разряда через сопротивление так как много меньше Приравнивая выражения, определяющие заряд и разряд, легко получить соотношение

где

— длительность строчного синхронизирующего импульса; — интервал между строчными синхронизирующими импульсами;

Из (6.1) и (6.2) следует

Обозначая часть сигнала черного поля на закрытом диоде через и зная, что размах этого сигнала в точке 1 при отсутствии фиксирующего диода составляет для оценки уровня черного, отсчитанного от уровня открывания диода при сигнале черного поля, получаем

Обозначая изменение уровня черного при максимальном изменении средней составляющей через получаем

Соответственно временной сдвиг синхронизирующих импульсов на выходе амплитудного селектора при максимальном изменении средней составляющей сигнала

где — длительность фронта синхронизирующих импульсов на входе селектора. Тогда

Если задано или , то к фиксирующей цепи селектора предъявляется требование

Для правильной работы ограничителя селектора уровень черного должен быть больше уровня ограничения При изменении средней составляющей сигнала величина принимает минимальное значение в случае передачи изображения белого поля, поэтому можно записать

Это неравенство определяет требования к ограничителю селектора. Неравенства (6.4) и (6.5) позволяют найти соотношение между постоянными времени Имея в виду, что в выражении разложим экспоненты в ряд

и, ограничившись для последующих рассуждений двумя первыми членами разложения, получим соотношение

С учетом (6.6) неравенства (6.4) и (6.5) принимают вид

откуда

Эта система неравенств определяет требования к селектору как к схеме, выполняющей операции фиксации и ограничения сигнала синхронизации, и позволяет при заданных значениях и Аилст найти отношение постоянных времени входной цепи селектора.

Чтобы определить емкость С, следует рассмотреть особенности переходных процессов в фиксирующей цепи селектора при резких изменениях средней составляющей сигнала. Скорость изменения уровня черного на выходе видеоусилителя, включенного перед амплитудным селектором, определяется видом переходной характеристики в области больших времен. Чем быстрее она спадает, тем быстрее должна срабатывать схема фиксации. Чтобы колебания уровня черного при переходных процессах не превышали установленные формулой (6.4) значения, необходимо, чтобы смещение вершин синхроимпульсов из-за низкочастотных искажений усилителя за время передачи одной строки было не больше смещения вершин синхроимпульсов из-за разряда емкости С.

Если изменение уровня вершин синхронизирующих импульсов на выходе фиксирующей схемы за одну строку из-за разряда емкости в относительных единицах составляет а, то можно записать

При изменении уровня вершин синхроимпульсов за одну строку из-за низкочастотных искажений, равном (рис. 6.9) для нормальной работы фиксирующей цепи необходимо, чтобы , следовательно,

Существенным недостатком амплитудного селектора с неуправляемой фиксирующей цепью является паразитная фазовая модуляция строчных синхронизирующих импульсов, выделяемых во время следования синхронизирующих импульсов частоты полей. Возникает она из-за различия длительности импульсов, открывающих диод фиксирующей цепи. При увеличении длительности импульсов возрастает заряд конденсатора и входной сигнал смещается относительно уровня ограничения. В пределах длительности фронта изменяется временное положение импульсов на выходе ограничителя.

Рис. 6.9. Низкочастотные искажения сигнала

Рис. 6.10. Двухкаиальный амплитудный селектор

Возмущения фазы строчных синхронизирующих импульсов неблагоприятно сказываются на работе узкополосных схем инерционной синхронизации, поэтому в профессиональной аппаратуре часто используют двухканальные амплитудные селекторы (рис. 6.10). В первом канале после усилителя и ФНЧ телевизионный сигнал поступает на амплитудный селектор, состоящий из неуправляемой фиксирующей цепи и ограничителя выделяющих сигнал синхронизации. Далее этот сигнал используется только для формирования импульсов, управляющих работой фиксирующей цепи второго канала Поступающие с формирователя импульсы по времени совпадают с площадками «черного» на строчных гасящих импульсах. Включенный за управляемой цепью фиксации ограничитель отделяет сигнал синхронизации. Смещение фиксирующих импульсов в пределах площадки «черного» не изменяет уровень фиксации и не приводит к фазовой модуляции выходных импульсов ограничителя.

С выхода амплитудного селектора сигнал синхронизации поступает на цепи селекции строчных и кадровых синхронизирующих импульсов. Селекция строчных синхроимпульсов осуществляется в результате нормирования по длительности составляющих сигнала синхронизации и последующего исключения импульсов двойной строчной частоты. В качестве простейшей схемы

нормирования длительности широко используется дифференцирующая цепь.

Селекция импульсов частоты полей заключается в выделении из сигнала синхронизации импульсов, длительность которых превышает длительность импульсов частоты строк. Схемы селекции импульсов частоты полей могут быть разделены на две группы: широкополосные схемы, выделяющие импульсы частоты полей без подавления высокочастотных составляющих спектра сигнала синхронизации; узкополосные схемы, подавляющие высокочастотные составляющие спектра сигнала синхронизации при селекции импульсов частоты полей.

Схемы первой группы, к которым относятся селектор с дифференцирующей цепью, селектор с линией задержки и селектор с логической цепью селекции импульсов по длительности используются, в основном, в замкнутых телевизионных системах с высоким отношением сигнал-шум в тракте синхронизации. Эти схемы отличаются малой задержкой импульсов и высокой крутизной фронтов селектированных импульсов. Ко второй группе относятся селекторы с двухзвенными и трехзвенными интегрирующими цепями. Благодаря простоте схемы и высокой помехозащищенности они наиболее распространены в телевизионных приемниках.

В профессиональной телевизионной аппаратуре нашли применение двухканальные селекторы импульсов частоты полей, обеспечивающие наряду с хорошей помехозащищенностью высокую крутизну фронтов селектированных импульсов. В первом, широкополосном канале таких селекторов выделяются импульсы частоты полей с большой крутизной фронта. Во втором, узкополосном канале формируются строб-импульсы, выделяющие из сигнала первого канала только необходимые импульсы частоты полей и исключающие прохождение мешающих сигналов между этими импульсами.

Импульсы опознавания, передаваемые для цветовой синхронизации, занимают часть динамического диапазона сигнала изображения, однако метод и схемы их селекции существенно отличаются от рассматриваемых далее методов и схем селекции синхронизирующих посылок, передаваемых в одном динамическом диапазоне с видеосигналом, по двум причинам. Во-первых, для селекции из принятого сигнала импульсов опознавания используются строби-рующие импульсы частоты полей, селектированные из этого же сигнала и исключающие влияние мешающих компонентов, во-вторых, импульсы опознавания используются только для установки триггера, коммутирующего задержанный и незадержанный цветоразностные сигналы, поэтому требования к точности их временного положения на выходе селектора весьма низкие. Достаточная помехозащищенность обеспечивается при сравнительно простой функциональной схеме, рассчитанной на селекцию радиоимпульсов частоты 4,775 МГц контуром, используемым в качестве квазиоптимального фильтра.