Энергетика. Для телевидения полоса частот должна быть в несколько тыщ раз шире Электровакуумные приборы

Возникает полностью резонный вопросец: если с спектром УКВ так много хлопот, то почему телевизионный сигнал не передают на более длинноватых радиоволнах, которые полностью успешно употребляются для передачи радиопрограмм? Дело в том, что звуковая радиопередача просит достаточно узкой полосы передаваемых частот: для удовлетворительного звучания ей полностью довольно 10 кГц. Для телевидения полоса частот должна быть в несколько тыщ раз шире. Хоть какое изображение представляет собой определённое сочетание световых пятен различной формы и интенсивности. Чтобы передать точное изображение со всеми деталями, его необходимо разложить на множество мелких частей. Для высококачественной передачи чёрно-белого изображения нужно около 100 тыс. частей, а цветного — уже около 500 тыс. Упорядоченные определённым образом элементы составляют формат изображения. К примеру, 100 тыс. частей могут быть уложены в прямоугольники с различным соотношением числа элементов по горизонтали и вертикали: к примеру, 250 — в вертикальных и 400 — в горизонтальных рядах. В телевидении, как и в кино, принят формат кадра с более комфортным для глаза соотношением сторон 4:3, т. е. на четыре единицы длины изображения приходится три единицы его высоты. В компьютерах, где используются телевизионные мониторы, качество «рисунки» принято оценивать количеством пикселей, приходящихся на единицу площади изображения. Таким образом, если разрешающая способность монитора компьютера в передаче изображения равна 800x600 пикселей, то по горизонтали оно будет передано 800 элементами, а по вертикали — 600. Всего же в таком изображении будет 800x600 = 480 000 элементов, каждый их которых представляет определённое значение силы света в данной точке изображения. Однако неувязка состоит в том, что каждому из 480 тыс. элементов «рисунки» необходимо поставить в соответствие определённый сигнал. Передать их сразу по 480 тыс. каналов невозможно. Для того чтоб пропустить весь этот большой поток информации через один канал — пару проводов, был выбран способ последовательной передачи сигналов. Импульсы тока для каждого элемента изображения следуют друг за другом серией, образуя видеосигнал. Элементы на экране телека загораются поочерёдно, но видим мы их все целиком благодаря инерции зрения, из-за которой изображение удерживается на сетчатке глаза в течение приблизительно 0,1 с. И если отдельные изображения — кадры — сменяют друг дружку довольно скоро, глаз воспринимает движущееся изображение как слитное. В российском, как и европейском, телевидении принята скорость 25 кадров в секунду, а в южноамериканском и японском — 30 кадров в секунду. Если в каждом кадре изображения содержится, например, 480 тыс. частей, а в секунду передают 25 кадров, то получится 25x480 000 = 12 000 000 частей изображения. Когда электрический ток, определяющий яркость элемента, воспринимает максимальное значение, элемент «включён» и светится, а когда малое — «выключен» и не горит. Таким образом, за один период полного колебания сигнала можно передать состояние 2-ух рядом расположенных элементов изображения, один из которых светлый, а иной тёмный. Отсюда частота видеосигнала равна 12 000 000:2 = б 000 000 Гц, либо 6 МГц (мегагерц). Это и есть полоса пропускания телевизионного канала — совсем высочайшая частота, лежащая в спектре УКВ.

В 1904 г. британский учёный Дж. Флеминг создал первую электронную лампу — диод. Из герметичного стеклянного корпуса лампы выкачан воздух, снутри находятся два электрода — катод и анод. Анодом служит железная пластинка, а катод в простейшем виде представляет собой узкую вольфрамовую нить, нагреваемую электрическим током. Из раскалённого сплава вылетают электроны — отрицательно заряженные частицы. Когда на анод подаётся положительный электрический заряд, он начинает притягивать отрицательно заряженные электроны. Через лампу идёт электрический ток, который называют анодным. Если на анод подать отрицательный заряд, он станет отталкивать вылетающие электроны и возвращать их обратно на катод. Анодный ток будет равен нулю — диод «заперт». Свойство двухэлектродной лампы проводить ток лишь в одном направлении (от катода к аноду) употребляется в разных радиоприёмных устройствах и для выпрямления переменного тока — преобразования его в постоянный. Через два года опосля изобретения Флемингом диода, в 1906 г., Южноамериканский учёный и предприниматель Ли Форест (1873—1961) разработал трёхэлектродную лампу, либо триод. В триоде меж катодом и анодом размещён ещё один электрод — управляющая сетка. Если на сетку подать положительный электрический потенциал, она ускорит движение электронов к аноду; если отрицательный — движение электронов прекратится и лампа «запрётся». А это значит, что слабые электрические колебания, поданные на сетку, вызовут точно такие же колебания анодного тока. Произойдёт усиление сигнала в сотни и тыщи раз. Триоды возникли, когда во всём мире бурно развивалась радиотехника, проводились опыты по радиосвязи между различными городками и странами. Триоды стали неотъемлемой частью усилителей радиоприёмных устройств. По мере развития радиотехники были сконструированы более сложные лампы — тетроды, пентоды (с 4-мя и пятью электродами соответственно) и т. д. Электроны стали ускорять, замедлять, собирать в пучок В конце XIX в. немецкому физику Карлу Фердинанду Брауну (1850— 1918) пришла мысль применять электронный пучок как собственного рода световой карандаш. Если направить сфокусированный пучок электронов на экран, покрытый особым веществом — люминофором, то экран начинает светиться в том месте, где они в него ударяют. Перемещая электронный луч электрическими либо магнитными полями, можно рисовать на экране линии. При изменении плотности потока электронов яркость свечения изменяется, что дозволяет рисовать лучом не только полосы, но и движущиеся чёрно-белые рисунки. В 1909 г. за заслуги в области беспроволочной передачи информации К. Браун был удостоен Нобелевской премии. В первый раз электронно-лучевую трубку Брауна в 1921 г. употреблял российский инженер Борис Львович Розинг (1869—1933). Передатчиком служило механическое устройство — диск Нипкова (см. статью «Техника телевидения»). Так родилось телевидение. В технике приходится иметь дело с физическими величинами, которые могут изменяться сотни и тыщи раз в секунду. Уследить за ними человек не способен. И тут на помощь пришли осциллографы (от лат. oscillo — «качаюсь» и греч. «гра'фо» — «пишу») — приборы, умеющие рисовать помощью электронного луча. Осциллограф дозволяет учить форму сигнала, измерять его длительность, амплитуду, частоту следования отдельных импульсов и т. д. Неэлектрические величины — давление, температура, скорость, ускорение — предварительно преобразуются в электрическое напряжение. Оно подаётся на отклоняющие пластинки электронно-лучевой трубки и принуждает электронный луч рисовать на экране линии, воспроизводящие конфигурации исследуемой величины. На экран осциллографического устройства традиционно наносится сетка с делениями, помогающая исследователю судить о величине и длительности сигнала. Создание чисто электронного телевидения оказалось только сложным делом. Создать электронно-лучевые трубки для передачи и приёма телевизионного изображения удалось лишь через три с лишним десятилетия опосля изобретения Брауна. Создателем первых конструкций передающей трубки — иконоскопа и приёмной трубки — кинескопа стал российский инженер В. К. Зворыкин.