кж показано на рис. 5 (кривая 2), обычно осуществляется одной из схем, приведенных на (рис. 6 и 7.

Анализ работы противошумовой коррекции показывает, что при Ru-оо напряжение тепловых шумов нагрузочного резистора стремится к нулю.. Конечно, брать ?н==оо практически невозможно, так как необходимо соблюдать условие Rn<Ri трубки. В случае нарушения этого условия напряжение сигнала не растет пропорционально Ruy и рассмотренные выше соотношения будут неверны. К тому же

4> /±\

->

Рис. б. Варианты схем коррекции частотных искажений входной

цепи с частотно-зависимым делителем (конденсатор С\ следует подключить параллельно резистору Ri). а - схема на лампах; б - схема на транзисторах.

Рис. 7. Варианты схем коррекции частотных искажений входной цепи с частотно-зависимой отрицательной обратной связью. а - схема на лампе; б - схема на транзисторе.

при /?н, соизмеримом с Ru изменения оветавого режима трубки могут привести к искажениям сигнала. Поэтому повышать Rn можно практически не более чем до 150-200 к(Ук. Но и при таком значении применение ПШК почти полностью устраняет тепловые шумы нагрузочного резистора трубки.

Кроме того, ПШК ослабляет шумы первого усилительного прибора предварительного усилителя. При своем возникновении эти шумы имеют в пределах полосы пропускания усилителя в основном равномерный спектр. Но после прохождения через цепь коррекции частотных искажений входной цепи (рис. 8, кривая 2) низкочастотные составляющие шума ослабляются, и спектр нх становится неравномерным (косым) с подъемом на высоких частотах.

Можно показать, что в предельном случае /противошумовой коррекции при Rn-оо и при рассмотренной выше простой ПШК напряжение шумов первого каскада усилителя уменьшится в Уг раз.

Расчеты показывают, что применение простой ПШК дает в целом примерно пятикратное увеличение отношения сигнал/шум на выходе усилителя по сравнению со схемой Е|ходной цепи без коррекции (т. е. когда Rb выбран малым, чтобы устранить шунтирующее действие емкости Сн).

Кроме уменьшения шумов, ПШК ослабляет также микрофонный эффект и другие низкочастотные помехи и наводки, возникающие в каскадах усилителя до коррекции искажений входной цепи.

Находит также применение так называемая сложная противошумовая коррекция, при которой кроме (увеличения сопротивления Rb между передающей трубкой и первым каскадом усилителя включается индуктивность L (рис. 9). Эта индуктивность разделяет паразитную емкость входной цепи

на две части Ci и Сг, которые относителыно индуктивности оказываются соединенными последовательно. В результате образуется колебательный контур с резонансной частотой

рез

Рис. 8. Частотные характеристики.

/ - входной цепн при простой ПШК; 2 -схемы коррекции искажений, вносимых входной цепью при простой ПШК; - входной цепн при сложной ПШК; -схемы коррекции искажений, вносимых входной цепью при сложной ПШК.

2п

Индуктивность подбирают такой, чтобы резонансная частота получившегося колебательного контура была равна:

:(0,7--0.85)/,р.

На этой частоте на частотной характеристике усилителя образуется пж (кривая 3 на рис. 8). Чтобы его устранить и получить на выходе усилителя равномерное усиление частот, в одном из последующих каскадов (обычно в третьем) включается последовательный режекторный, или вырезающий , контур, состоящий из L, Сг и Rb (рис. 10). В результате включения этого контура частот-

ная характеристика вырезающего каскада получается с прО|Валом на частоте /рез (кривая 4 на рис. 8), который и будет компенсировать пик.

Мощность шумов, вносимых первым усилительным каскадом, пропорциональна квадрату площади частотной характеристики усилителя (без учета входной цепи) в пределах полосы частот

Передающая трубка

Г

Рис. 9. Схема входной цепи предварительного усилителя со сложной противошумовой коррекцией.

ДО /гр. Из рис. 8 можно заключить, что эта площадь для сложной ПШК (кривая 4) получится значительно меньше, чем для простой (кривая 2).

По сравнению с простой сложная ПШК дает в 2-2,5 раза более высокое отношение сигнал/шум. Это объясняется увеличением сопротивления нагрузки, а следовательно, н увеличением полезного сигнала на входе первого усилительного каскада на частотах, близких к /рез, и уменьшением влияния тепловых шумов нагрузочного сопротивления передающей трубки и шумов входного усилительного прибора.

При конструировании камер с передающими трубками без вторично-электронного умножения (супериконоскопы, видиконы, плюм-биконы) особое значение имеет правильный выбор усилительного прибора для работы во входном каскаде усилителя. Этот прибор должен обладать возможно меньшим уровнем собственных шумов, чтобы не снижать отношения сигнал/шум усилителя, высоким входным сопротивлением и малой входной емкостью, чтобы не шунтировать нагрузку i?H передающей трубки и не снижать действия ПШК.

В годы господства электронных ламп кроме применения ПШК для ослабления шумовых помех на выходе телевизионных камер с указанными трубками во входном усилительном каскаде использовали наименее шумящие лампы ~ триоды с большой крутизной или пентоды в триодяом включении. Но поскольку в триодах проходная емкость достигала сравнительно большой величины, что приводило к снижению коэффициента усиления на высоких частотах и к возможности самовозбуждения усилителя, то на входе предварительного усилителя применяли к а с к о д н у ю схему. Эта схема состояла из двух каскадов на триодах. Пфвый каскад собирался по схеме с общим катодом, а второй - по схеме с общей сеткой.

Рис. 10. Каскад коррекции частотных искажений входной цепи вблизи /рез при сложной ПШК (каскад с вырезающим контуром).

Каскады между собой соединялись таким образом, что нагрузкой первого из них служило входное сопротивление второго, равное Rbx2U2- Тогда коэффициент усиления пфвого каскада /Ci= =SiRbx2=Si/S2. При одинаковых лампах (а их обычно брали однотипными, в частности использовали один двойной триод) Ki=U и поэтому каскад был не склонен к самовозбуждению'.

Коэффициент усиления второго каскада /Сгг^а, и, следовательно, общий коэффициент усиления

Ко = К1К2 = ~*1а-

Во втором каскаде с общей сеткой паразитная обратная связь между анодом и сеткой обусловлена не емкостью Сас, а во мно.го раз м еньшей емкостью Сак- Таким образом, каскодная схема в целом не самовозбуждалась и работала устойчиво.

Как известно, входная емкость триода вычисляется по формуле Свх=СскН-Сас(1---/(), где /С - коэффициент усиления каскада; Сек - емкость сетка - катод лампы; Сас-проходная емкость. В обычной усилительной схеме на триоде /С^1 и Свх весьма ве-чика. В каскодной же схеме и

вх = ск+ 2Са(.,

т. е. входная емкость первой лампы каскодной схемы оказывалась сильно сниженной за счет уменьшения динамической емкости. Практически обычно считали, что входная емкость каскодной схемы близка к статической входной емкости первой лампы. Это облегчало коррекцию частотных искажений, вносимых входной цепью усилителя.

Так как в каскрдных схемах применяли триоды с большой крутизной (не меньшей, чем у пентодов), коэффициент усиления каскодного усилителя был примерно равен коэффициенту усиления усилителя, собранного на одном пентоде.

Таким образом, каскодный усилитель по усилению и склонности к самовозбуждению был примерно равен усилительному каскаду на пентоде, а по уровню шумов соответствовал усилительному каскаду на триоде. Дробовой шум на выходе каскодной схемы определялся в основном дробовым шумом первого триода.

Как видно из сказанного, для ооеопечения в телевизионных камерах с передающими трубками без вторично-электронного умножения высокого отношения сигнал/шум приходилось прибегать к довольно сложным мероприятиям: применять противошумовую коррекцию, использовать малошумящие трехэлектродные лампы, собирать выходной каскад по каскодной схеме.

При создании передающих камер с трубками типа суперортикон выбор усилительного прибора для первого каскада упрощается. Эти трубки, используя внутреннее вторично-электронное умножение, обеспечивают подачу на вход предварительного усилителя сигнала в сотни раз большего, чем сигнал видикона. Поэтому шумы входного прибора усилителя оказываются не столь существенны.

Основной путь снижения шумовых помех в телевизионных системах с супертиконами - совершенствование самих передающих трубок, повышение отношения сигнал/шум на их выходе. Это может

быть достигнуто повышением светочувствительности и увеличением размеров фотокатода, повышением эффективности умножения в секции переноса электронного изображения, применением эффективного еторично-электропного умножения, выбором оптимальных значений элементов конструкции трубки (например, расстояния сетка -мишень суперортикона) и, наконец, увеличением освещенности объектов.

При прохождении сигнала через входную цепь предварительного усилителя в спектре шумов, даваемых суперортиконом, ослабляются высокочастотные составляющие, а при прохождении через цепь коррекции частотных искажений, вносимых входной цепью, эти составляющие восстанавливаются. В результате спектр шумов на выходе телевизионного тракта с супер ортиконом получается равномерным (гладким).

Значительно более сложным я!вляется построение предварительных усилителей телевизионных камер на биполярных транзисторах. Это объясняется, в первую очедь, их малым входным сопротивлением. Кроме того, отношение сигнал/шум транзисторов сильно зависит от их типов, схемы включения, режима работы и температуры. Все это существенно затрудняет создание предварительных усилителей на транзисторах.

Если предварительный усилитель на биполярных транзисторах для камеры с оуперортиконом с трудом еще удавалось создать, то для камер с видиконом или плюмбиконом создание такого усилителя оказалось невыполнимым делом. .Транзистор в первом каскаде предварительного усилителя давал недопустимо высокий уровень шумов, а очень низкое входное сопротивление не позволяло осуществить глубокую ПШК.

В случае острой необходимости создания предварительного усилителя на транзисторах приходилось прибегать к комбинированной конструкции: входные каскады собирать на лампах, а последующие- на транзисторах. Так, например, в видиконной телевизионной камере КТ-90 входные каскады усилителя собраны по кас-кэдной схеме на двух миниатюрных металлокерамических триодах 6С52Н. Затем следует катодный повторитель на такой же лампе и только после этого следуют пять каскадов на транзисторах.

Используя полевые транзисторы, обладающие очень малым уровнем собственных шумов и высоким входным сопротивлением, можно создать предварительные усилители для KaiMepbi с видиконом полностью на транзисторах с отношением сишал/шум выше, чем в лучших ламповых вариантах. Схемы входных каскадов предварительных усилителей иа полевых транзисторах приведены на рис. 4 (гьростая ПШК) и на рис. 9 (сложная ПШК).

Как уже отмечалось выше, мешающее действие шумовых помех определяет не их абсолютная величина, а отношение оигнал/шум на выходе видеотракта.

Для нахождения этого отношения необходимо напряжение от трех упомянутых выше основных источников шумовых помех (тепловых шумов нагрузочного сопротивления, дробовых шумов первой ycИvитeльнoй лампы и шумов передающей трубки), выраженных формулами (1), (3) и (13), пересчитать к выходу видеотракта. При STOM необходимо учитывать коэффициент усиления видеотракта и его частотную характеристику (наличие в видеотракте искажений, вносимых входной цепью и устройством коррекции этих искажений) .

На выходе тракта указанные напряжения будут равны:

ачений налряж

ш.вых- 0 X

Поаколыку эти источники шумо© не зависят друг от друга, напряжения их складываются по квадратичному закону, т. е.

После подстановки значений напряжений и упрощений получим:

4кТП . .. / 1 . (oWcC

4kTnR f -f 2qiJI.

Учитывая, что напряжение полезного сигнала на выходе тракта Uc.bux==IcRbKo, можш найти отношение сигнал/шум на выходе тракта:

Ф

ш.вых

с

(14)

Это вы1ражение позволяет получить наглядное представление о сущности и результатах противошумоеой коррекции. В самом деле, увеличивая нагрузочное сопротивление передающей трубки, мы уменьшаем значение отдельных членов знаменателя н повышаем таким путем отношение сигнал/шум. При этом мож|но практически полностью избавиться от тепловых шумов в нагрузочном сопротивлении (характеризующихся первым членом знаменателя) и несколько уменьшить шумовые помехи, вносимые первой усилительной лампой (второй член знаменателя).

Увеличив Rb до значения, поз1воляющего пренебречь соответствующими членами выражения, получим более простое приближенное выражение для отношения сигнал/шум на выходе тракта:

П(ри данных параметрах передающей телевизионной камеры получить необходимое отношение сигнал/шум можно, регулируя освещенность передаваемой сцены и добиваясь нужного значения тока сигнала изображения.

3. ШУМЫ ПРИЕМНОЙ АНТЕННЫ

На любую приемную антенну, кроме электромагнитного поля полезного сигнала, действуют всевозможные поля, создающие мешающие сигналы. По шроисхЪждению эти помехи разделяют на атмосферные, промышленные, помехи от других радиотехнических средств и, наконец, шумовые помехи, создаваемые тепловым движением частиц окружающей антенну среды, а также радиоизлучением Солнца и некоторых космических источников. В диапазоне УКВ, используемом для передачи телевизионных изображений, большин-етво из названных видов помех значительно ослабляется, и наибольшее значение приобретают шумовые помехи,

В отдельных случаях (например, при значительном удалении от передатчика) шумовые помехи могут оказаться сравнимыми или больше полезного сигнала, и прием изображений с удовлетворительным качеством станет невозможным.

Доказано, что если все точки окружающей антенну среды имеют одинаковую температуру и антенна находится в тепловом равновесии с окружающей средой, то на ее зажимах возникает э. д. с, которую можно подсчитать по формуле Найквиста:

E = Vm%Ti, (15)

где /?А -полное активное сопротивление антенны, равное сум.ме сопротивления излучения антенны и сопротивления потерь; Т- абсолютная температура окружающей среды.

В реальных условиях среда, окружающая антенну, имеет в разных местах различную температуру, вследствие чего в формулу (15) вместо постоянной температуры Т вводят эффективную температуру антенны 7а, зависящую от распределения температур в окружающей ее среде. Кроме того, в телевизионных диапазонах, как правило, применяются направленные антенны, поэтому эффективная температура антенны зависит не только от распределения температур окружающей среды, но и от направленных свойств антенны, т. е. эффективная температура телевизионной антенны представляет собой уоредненную температуру по окружающему пространству с учетом распределения источников помех и характеристики направленности антенны. Поскольку направленность антенны зависит от ее конструкции, шумы антенн могут быть различными при разных конструкциях антенн, даже если волновые сопротивления этих антенн одинаковы.

Проведенные исследования показали, что для остронапрАВленной антенны, максимум излучения которой направлен в открытое небо, эффективная температура ГлЮ К (для частот />300 МГц). Если же эта антенна главным максимумом направлена в горизонтальном направлении, то вследствие влияния Земли, имеющей температуру около 300 К, эффективная температура антенны повышается до 7л 40 К.

Рассмотренные тепловые шумы обычно являются главным источником внешних помех на частотах более 300 МГц. На более низких частотах возрастает значение космических источников нетеплового излучения, и на частотах 30-60 МГц они преобладают над тепловыми.

Понятие об эффективной температуре антенны свободно применяется и к общему случаю, когда на антенну действуют не толь-

ко тепловые шумы, но и шумы, обусловленные другими причинами. В таком случае эффективная температура также определяется формулой (15), iB которой под понимается наведенная в антенне э. д. с, обусловленная действием всех источников помех.

В общем случае эффективная температура Та, а следовательно, и уровень помех зависят от частоты. Однако если на антенну действуют толжо тепловые помехи, то ее температура и уровень помех практически не зависят от частоты. Составляющая эффективной температуры, обусловленная источниками не тепловых помех, быстро убывает с ростом частоты.

Кроме антенны, принимающей различного рода шумовые помехи, источником тепловых помех является также линия, связывающая антенну с телевизионным приемником.

Температура теплового шума линии Гш.л обусловлена потерями в ней и при согласовании ее волнового сопротивления со входным сопротивлением телевизионного приемника может быть найдена из выражения

7ш.л = 7-л(1-1). (16)

где Tji -температура линии в градусах абсолютной шкалы; т]- к. п. д. линии приемной антенны.

4. ШУМЫ ТЕЛЕВИЗИОННЫХ ПРИЕМНИКОВ

Из предыдущего следует, что если бы телевизионный приемник не вносил в тракт передачи никаких шумовых помех, то все равно антенное устройство кроме полезного сигнала неизбежно создало бы на входе приемника шумовую помеху. Поскольку любой реальный телевизионный приемник имеет собственные шумы, то они добавляются к шумам антенны.

Хотя собственные шумы телевизионного приемника образуются во всех его цепях и каскадах, мощность шумов на выходе приемника определяется главным образом шумами входных устройств и иервото каскада, так как возникшие там шумы усилив1аются всеми последующими каскадами, и напряжение ихна выходе будет существенно превышать напряжение шумов от остальных (промеж,уточ-ных) устройств и каскадов приемника.

Шумы первого каскада определяются в первую очередь типом использованного в нем усилительного прибора (лампы, транзистора и т. п.). На рис. 11 приведены кривые зависимости шумовой температуры 7ш, а следовательно, и мощности шумов Рш=кТшПп1 от частоты для различного типа электронных приборов.

Кроме входного усилительного прибора, шумовые флуктуации возникают во входных цепях телевизионного приемника, в том числе во входном контуре, связанном с антенной, во входном сопротивлении усилительного прибора первого каскада и пр.

Общее напряжение шумов на входе приемника от этих независимых источников (антенны, входного контура, входного усилительного прибора) определяется как общее напряжение шумов на передающем конце телевизионной системы, т. е. как корень квадратный из суммы квадратов совместно действующих напряжений.

Чтобы сигнал на выходе телевизионного приемника не искажался шумами, отношение сигнал/шум на входе приемника должно превышать некоторое минимально допустимое значение.

Рис. 11. Зависимость шумовой температуры телевизионного приемника от частоты для различного типа усилительных приборов, используемых на входе.

Коэффициент шума (8), (9), введенный для характеристики шумовых свойств усилителей и транзисторов, успешно используют и для характеристики шумовых свойств приемных устройств. В этом случае коэффициент шума показывает, во сколько раз полная мощность шума на выходе приемника лт.вых больше мощности на выходе, обусловленной только шумами антенны Рш.а, т. е.

-)

л ш.а.вых Шумы, добавляемые приемной частью телевизора к полезному сигналу, снижают отношение сигнал/шум на его выходе по сравнению с этим отношением на входе. Поэтому коэффициент шума iV можно определить так:

(Яе/Рш)вх

(Яс/Яш)в

т. е. в данном выражении коэффициент шума показывает, во сколько раз реальный телевизионный приемник ухудшает отношение сигнал/шум по МОЩНОСТИ в сравнении с идеальным (нешумящим) приемником. Чем больше коэффициент шума, тем сильнее должен быть полезный сигнал, с тем чтобы шумы не мешали его приему. Коэффициент шума сильно колеблется для различных типов усилительных устройств и возрастает с увеличением частоты, начиная с 4-5 для первых телевизионных каналов и достигая 10-15 в дециметровом диапазоне.

К одной из важнейших характеристик любого радиоприемника, в том числе и телевизионного, относится его чувствительность. Под чувствительностью понимается наименьшая э. д. с. сигнала в антенне, при которой возможен устойчивый прием изображений при допустимых искажениях их шумами.

Различают реальную и предельную чувствительности. Реальная чувствительность характеризуется величиной полезного сигнала в антенне, при которой на выходе телевизионного приемника получается необходимое для нормального приема отношение полезного сигнала к шумам (обычно принимается отношение сигнал/шум,равное 80).

Предельная чувствительность Uc.n определяется величиной полезного сигнала в антенне, при которой отношение полезного сигнала к шумам на выходе усилителя промежуточной частоты изображения (на выходе линейной части телевизора или на входе видеодетектора) равно единице.

Реальная чувствительность характеризует телевизор в целом, тогда как предельная чувствительность позволяет судить о качестве линейной части телевизора в отношении вносимых ею флуктуационных помех.

Известно, что мощность Р, выделяемая в нагрузке R, равна P=zU/R. При этом максимальная мощность выделится при равенстве внутреннего сопротивления генератора и сопротивления нагрузки. В последнем случае напряжение на нагрузке U равняется половине э. д. с. Е. Учитывая это и пользуясь формулой Найквиста (1), найдем матаимальную мощность шумов, выделяемую антенной на входном сопротивлении телевизионного приемника:

/ш. м а к с== 7*0/7.

С учетом коэффициента шума на выходе линейной части мощность шумов составит РщЫкТ^П; так как э. д. с. шума Ещ

= а напряжение (Уш=ш/2. получаем: NkTflR.

Отсюда можно найти предельную чувствительность телевизионного приемника:

U = 0,S/NkT,nR,

где -сопротивление источника шума, равное входному сопротивлению приемника.

Качество изображения на экране телевизора в основном определяется отношением полезного сигнала к шуму на выходе усилителя промежуточной частоты изображения телевизионного приемника. Если это отношение пересчитать ко входу приемника и обозначить а, то реальная чувствительность будет определяться выражением

При принятом в нашем телевизионном стандарте частичном подавлении нижней боковой полосы частот несущая изображения в приемнике подавляется вдвое, а прилегающая к несущей ампли-тудно^астотная характеристика в области ±0,75 МГц имеет косо-симметричную форму (рис, 12). Вследствие этого усиление сигнала в приемной части осуществляется в 2 раза меньшей степени, чем усиления шумов. Поэтому для получения необходимого отношения сигнал/шум, равного 80, на выходе телевизионного приемника отношение сигнал/шум на входе его должно составлять 160, и тогда

Если принять обычно встречающиеся значения величин, входящих в выражение (15), а именно /?=?75 Ом, Го = 290 К, Я = = 6.10< Гц, Л^ = 4 (для первых телевизионных каналов), то легко подсчитать, что предельная чувствительность

п=0,5К 4.1,38.10-2з.290.6.10 .75 = 1,34.10-вВ = 1,34 мкВ.

Реальная чувствительность при тех же условиях составит:

р = 160К4.1,38.10- .290.6.10 .75 = = 430.10- В = 430 мкВ.