§ 8.2. Преобразование телевизионного сигнала в режимах записи и воспроизведения

Режим записи. Входной телевизионный сигнал через схемы фиксации Ф и предыскажений поступает на модулятор и далее через усилитель записи У к головкам (рис. 8.5). Схема фиксации поддерживает постоянство потенциала, соответствующего уровню черного в телевизионном сигнале. Этому потенциалу на входе модулятора в видеомагнитофонах вещательной системы соответствует частота несущей МГц. Чтобы уменьшить уходы частоты, вводится схема подстройки частоты генератора несущей к частоте кварцованного генератора (ПЧ), работающая во время следования площадок черного строчных гасящих импульсов. Цепь предыскажений с коэффициентом передачи, возрастающим в области верхних частот, введена в тракт записи с учетом использования в тракте воспроизведения компенсирующей цепи со спадающей амплитудно-частотной характеристикой. В канале с

частотной модуляцией спектр шума имеет треугольную огибающую с подъемом в области верхних частот, поэтому включение после демодулятора фильтра с подавлением высокочастотных составляющих сигнала и шума приводит к выигрышу в отношении сигнал-шум.

Ограниченные возможности записи на магнитную ленту высокочастотных сигналов обусловливают две характерные особенности ЧМ-сигнала, вырабатываемого модулятором: близость частоты несущей к верхнему значению модулирующей частоты, т. е. к верхней границе спектра телевизионного сигнала, и сравнительно малое отношение девиации частоты к верхнему значению модулирующей частоты. Так, в видеомагнитофонах, применяемых на телецентрах, частота несущей, соответствующая уровню вершин синхронизирующих импульсов телевизионного сигнала, составляет 7,16 МГц, частота несущей при передаче уровней черного и белого — соответственно 7,8 и 9,3 МГц, Изменение частоты несущей при передаче сигнала изображения в интервалах между гасяшими импульсами 1,5 МГц,

Рис. 8.5. Функциональная схема тракта записи

Рассмотрим спектр сигнала с несущей частотой модулированного по частоте синусоидальным сигналом, частота которого Частотно-модулированный сигнал запишем в виде

где — индекс модуляции. Преобразуем (8.1): 11

Представим функции в виде двух рядов:

Тогда соотношение (8.2) примет вид

или

Из (8.3) видно, что спектр ЧМ-сигнала с несущей частотой модулированной синусоидальным сигналом частоты сот, представляет собой сумму бесконечно большого числа гармонических составляющих с частотами и несущего колебания с частотой Амплитуда несущего колебания амплитуды боковых составляющих где — амплитуда немодулированного колебания; — функция Бесселя первого рода порядка; — номер гармонической составляющей.

Рис. 8.6. «Отраженная» составляющая в спектре ЧМ-сигнала

В тракте видеомагнитофона из-за ограниченной полосы пропускания передается только часть спектра, заключенная между боковыми составляющими при моделирующем синусоидальном сигнале частоты здесь — верхняя граничная частота спектра телевизионного сигнала. При этом границы полосы пропускания определяет выражение

В случае МГц, МГц, МГц верхняя граница равна 15,25 МГц, нижняя — 1,75 МГц.

Ограничение спектра ЧМ-колебаний приводит к искажениям телевизионного сигнала. Вследствие ограничения спектра снизу, неизбежного при низкой несущей частоте, в полосе пропускания возникают помехи, формально рассматриваемые как боковые составляющие ЧМ-несущен, «отраженные» от нулевого значения частоты (рис. После демодулятора помехи от отраженных боковых составляющих проявляются с частотой, равной разности частоты несущей и частоты т. е. с частотой

Причиной возникновения помех в тракте передачи ЧМ-сигнала являются также нелинейные искажения, дополняющие спектр сигнала высшими гармониками, которые полностью не могут быть переданы из-за ограничения полосы пропускания сверху. Гармоники, возникающие из-за нелинейности амплитудно-частотных характеристик элементов тракта, имеют свои боковые составляющие, часть которых оказывается в полосе пропускания в виде помехи.

Рассмотрим пример Пусть частота несущей МГц,

частота модулирующего синусоидального сигнала МГц и полоса пропускания тракта сверху ограничена частотой МГц. Тогда в результате появления третьей гармоники ЧМ-сигнала со своей несущей МГц и своими боковыми с частотами МГц в полосу пропускания попадает третья нижняя боковая, отстоящая от своей несущей по шкале частот на МГц и имеющая частоту МГц. После демодулятора эта боковая проявится как помеха частоты

Рис. 8.7. Функциональная схема модулятора

При характерной для видеомагнитной записи низкой частоте несущей спектры ЧМ-сигнала, записываемого на магнитную ленп, и модулирующего телевизионного сигнала перекрываются. При проектировании модулятора и демодулятора принимаются меры для разделения спектров этих сигналов Однако часть составляющих модулирующего сигнала проходит на выход модулятора, что также вызывает искажения телевизионного сигнала после демодуляции

Искажения, обусловленные ограничением спектра ЧМ-сигнала. нелинейностью тракта его передачи и перекрытием спектров частотно-модулированного и модулирующего сигналов принципиально неустранимы, однако выбор параметров ЧМ-сигнала в сочетании с мерами по линеаризации амплитудно-частотной характеристики тракта позволяет обеспечить параметры воспроизводимого сигнала, соответствующие требованиям вещательного телевидения и большинства прикладных систем.

Рассмотрим одну из наиболее распространенных функциональных схем модулятора гетеродинного типа (рис. 8.7) Телевизионный сигнал со входа 1 через ФНЧ, отсекающий высокочастотные составляющие спектра, на запись которых не рассчитан видеомагнитофон, поступает на схему фиксации Ф и далее на элементы управляющие частотой двух высокочастотных генераторов и Схемой фиксации управляют импульсы строчной частоты, поступающие на вход 3. Производные от частоты генераторов по времени имеют одинаковое значение и противоположные знаки, что соответствует воздействию на однотипные генераторы модулирующих сигналов противоположной полярности. Если возрастание уровня телевизионного сигнала вызывает увеличение частоты первого генератора, то одновременно частота второго генератора понижается. Частотно-модулированный сигнал для записи на магнитную ленту выделяется как сигнал разностной частоты смесителем См и ФНЧ. Благодаря противофазной модуляции девиация частоты разностного сигнала вдвое больше девиации частоты

каждого генератора. Малое относительное изменение частоты генераторов, обусловленное высокой частотой генерируемых колебаний и их противофазной модуляцией, облегчает задачу получения линейной модуляционной характеристики и малого уровня паразитной модуляции.

Во время следования площадки черного строчных гасящих импульсов выходной сигнал модулятора фазовым детектором (ФД) сравнивается с колебаниями стабилизированного кварцем генератора (КГ). В случае расхождения частоты сводятся с помошью сигнала рассогласования, смещающего уровень фиксации телевизионного сигнала на управляющих входах генераторов Импульсы, совпадающие во времени с площадкой «черного» гасящих импульсов, вырабатываются в селекторе, формирующем также импульсы управления схемой фиксации, и подаются на вход 4.

Рис. 8.8 Функциональная схема тракта воспроизведения

С выхода модулятора 2 через усилитель записи ЧМ-сигнал подается параллельно на все головки. Для независимой регулировки тока записи и коррекции частотной характеристики с учетом параметров каждой головки в схему после общего предоконечного усилителя включают отдельные выходные усилители с регуляторами тока записи и пенями коррекции.

Режим воспроизведения. Основными элементами тракта воспроизведения (рис. 8.8) являются усилители У. электронный коммутатор корректоры характеристик тракта воспроизведения ограничитель демодулятор схема компенсации предыскажений и схема автоматической регулировки амплитудно-частотной характеристики

На входы 2 усилителей ЧМ-снгнал поступает непосредственно головок Усилители имеют малый уровень собственных шумов, содержат схему коррекции амплитудно-частотной характеристики Головки поочередно считывают сигнал с ленты. Коммчтатор подключает к последующему тракту усилитель, связанный с головкой, .движущейся по ленте, и отключает головки, являющиеся в то время только источником шума. Переключение головок осуществляется во время следования строчных гасяшнх импульсов перед строчным синхронизирующим импульсом для того, чтобы помеха переключения не была заметна на изображении и синхронизирую импульс и следующая за ним строка воспроизводились одной и тон же головкой Последнее условие имеет существенное зпаче ние для системы коррекции временных искажений. Для формирования

вания поступающих на вход импульсов управления коммутато ром необходима информация о времени перемещения головки по ленте и моменте начала считывания строчного гасящего импульса, с которым должен быть связан момент переключения. Такую информацию получают с помощью датчика, жестко связанного с диском головок, и стройных синхронизирующих импульсов, селектированных воспроизводимого телевизионного сигнала.

Амплитудно-частотная характеристика тракта записи—воспроизведения спадает с увеличением частоты из-за снижения ЭДС головки под воздействием потерь, объединяемых общим названием — волновые потери.

Рис. 8.9. Эквивалентная схема (а) и частотная характеристика (б} корректора

К причинам возникновения волновых потерь относятся: рост магнитного сопротивления контакта головка — лента в области малых длин воли из-за шероховатости ленты (контактные потери), влияние на ЭДС головки соотношения длины волны записи и размеров шели головки (щелевые потери), снижение эффективности отдачи слоев ленты, удаленных от головкя. (слойные потери), т. е. явления, обусловленные длиной волны записи и, следовательно, частотой записываемого на ленту сигнала.

Волновые потерн не вызывают фазовых искажений. Поэтому для устранения вызванной ими неравномерности АЧХ используют корректор с линейной фазовой характеристикой. Широко применяемая в видеомагнитофонах схема косинусного корректора содержит разомкнутый на конце и согласованный на входе эквивалент длинной линии (рис. 89, а) На входе эквивалента длинной линии суммируются два сигнала (входной и отраженный). При этом гармонические составляющие, период которых целое число раз укладывается на интервале, равном задержке совпадают но фазе и увеличивают амплитуду вдвое, а гармонические состанлнющие, оказавшиеся в противофазе из-за соотношения периода и времени задержки, компенсируются. Амплитуды гармонических составляющих с периодами, отличающимися от указанных предельных значений, в зависимости от частоты изменяются но косинусоидальному закону. После вычитания в дифференциальном усилителе (ДУ)

сигнала, полученного на входе эквивалента длинной линии, из сигнала, поступающего на вход корректора, АЧХ принимает вид На рис. 8.9, б приведены графики зависимости от частоты амплитуды гармонических составляющих сигнала в точках а (кривая 1) и б (кривая 2) и на выходе схемы (кривая 5). Регулируя размах сигнала, поступающего на вход дифференциального усилителя с эквивалента длинной линии, можно изменять форму АЧХ корректора.

Обычно косинусные корректоры включают после каждой головки до коммутатора для раздельной коррекции характеристики каждой головки и в общий тракт после коммутатора. Для снижения уровня шумов после схемы, корректирующей волновые потери на рис. 8.8), включают корректор в виде фильтра с линейно падающей АЧХ и линейной фазочастотной характеристикой. Искажения огибающей ЧМ-сигнала на выходе такого корректора не сопровождаются искажениями модулирующего телевизионного сигнала [19].

Рис. 8.10. Удвоение частоты при демодуляции

Демодуляция ЧМ-сигнала сводится к следующим операциям, выполняемым ограничителем и демодулятором (см. рис.

8 8): ограничению, формированию импульсов нормированной длительности,

Совпадающих по временному положению с точками нулевых значений входного ЧМ-сигнала и выделению полезного сигнала из импульсной ЧМ-последовательности. Последняя операция выполняется с помощью ФНЧ, верхняя граница полосы пропускания которого совпадает с верхней границей спектра телевизионного сигнала. Двусторонний ограничитель должен обладать высокой симметрией порогового ограничения входного сигнала при глубине ограничения, превышающей 50 дБ. Обычно схема ограничения содержит несколько последовательно включенных усилителей с малым раствором входной характеристики и большим коэффициентом усиления. Формирование импульсов нормированной длительности, близкой половине периода наиболее высокочастотных колебаний несущей частоты, включает операцию удвоения частоты, необходимую для смещения спектра ЧМ-сигнала вверх по шкале частот (рис. 8.10).

На рис. 8.10 показаны ЧМ-сигнал (а), сигнал на выходе ограничителя импульсы нормированной длительности, сформированные с помощью выходного сигнала ограничителя (в) и последовательность импульсов удвоенной частоты . В результате удвоения частоты уменьшается перекрытие спектров частотно-модулированного и модулирующего телевизионного сигнала и создаются условия для выделения телевизионного сигнала ФНЧ. Если

ЧМ-сигнал на входе ограничителя имеет вид

то для последовательности симметричных импульсов на выходе ограничителя может быть использовано выражение [19]

где — нечетные целые числа;

Формирование импульсов постоянной длительности можно представить как вычитание сдвинутой последовательности, т. е. последовательности

где длительность импульсов.

Такое вычитание выполняется схемой с короткозамкнутым эквивалентом длинной линии, задержка которого составляет Удвоение частоты осуществляется суммированием последовательностей импульсов положительной и отрицательной полярности. Переход к однополярной последовательности импульсов можно трактовать как возведение в квадрат разностного сигнала, получаемого на входе эквивалента длинной линии. Возведя в квадрат разность сигналов (8.6) и (8.7), после тригонометрических преобразований можно показать, что в полосу ФНЧ попадает полезный сигнал и боковые составляющие удвоенной частоты несущей, являющиеся помехой: где — номер боковой составляющей. Следовательно, отношение сигнал-шум

Схема коррекции предыскажений (см. рис. 8.8) компенсирует подъем АЧХ в тракте записи. Благодаря спаданию АЧХ этой схемы возрастает отношение сигнал-шум в воспроизводимом сигнале Из-за износа головок размах считываемого с ленты сигнала может изменяться в процессе эксплуатации. Чтобы с помощью усилителей выравнять размах сигналов входа коммутатора, на выходе демодулятора в схеме регулирования АЧХ измеряют размах немодулированной цветовой поднесущей, передаваемой в

пределах строчного гасящего импульса. Если размах поднесущей с одной из головок уменьшится, сигнал рассогласования, воздействуя на соответствующий усилитель, компенсирует падение ЭДС головки. Для определения номера головки и связанного с ней усилителя; на схему измерения подают импульсы коммутации головок. Измеряется обычно размах поднесущей одного из цветоразностных сигналов Видно, что коэффициент передачи регулируется по результатам анализа сравнительно высокочастотной составляющей телевизионного сигнала. Всю цепь подстройки, следовательно. можно рассматривать как систему автоматической коррекции АЧХ тракта воспроизведения.