Tài liệu Kỹ thuật truyền hình trắng đen_chương 1 pptx

Để truyền hình đi xa, trung tâm truyền hình biến những tín hiệu quang của những hình ảnh động thμnh những tín hiệu điện gọi tắt lμ tín hiệu hình ảnh video, rồi đưa những tín hiệu nμy cùn

Phần 1

Kỹ thuật truyền hình trắng đen

Chương 1

Đại cương về vô tuyến truyền hình

1.1 Nguyên lý chung về vô tuyến truyền hình

Mạch Ghép

Lọchμi PHTK

KĐCS CTần

Camer

a

ĐCTT (AM)

Nhân Tần

KĐại

Âm

ĐCTT (FM)

Nhân Tần

Đèn chiếu

Hình 1.1 Sơ đồ khối tổng quát của phần phát tín hiệu truyền hình tại đμi hát

2 1

3

4

7

ĐCTT (AM): khối điều chế trung tần hình, điều chế biên độ

ĐCTT (FM): khối điều chế trung tần tiếng, điều chế tần số

PHTK: mạch phối hợp trở kháng

Để truyền hình đi xa, trung tâm truyền hình biến những tín hiệu quang của những hình ảnh động thμnh những tín hiệu điện (gọi tắt lμ tín hiệu hình ảnh video), rồi đưa những tín hiệu nμy cùng với tín hiệu âm thanh đến máy phát để điều chế bằng sóng cao tần cực ngắn (gọi lμ sóng mang)

Tập hợp những tín hiệu nμy (gọi chung lμ tín hiệu truyền hình) được bức xạ dưới dạng sóng điện từ qua không gian hoặc truyền bằng cáp đến máy thu

Mỗi hình ảnh được camera ở trung tâm truyền hình phân tích thμnh khoảng 520.000 phần tử rất nhỏ (gọi lμ điểm ảnh) mμ dưới góc nhìn 1 phút (1/60 độ) hay

1/3438 Radian thì mắt ta không phân biệt được vμ có cảm giác chúng liền nhau Các

điểm ảnh mang thông tin về độ chói vμ mμu sắc của vật Sau đó, camera biến đổi độ

sáng của từng điểm ảnh thμnh tín hiệu điện có biên độ điện áp tỉ lệ với độ sáng đó

(nhờ bộ biến đổi quang điện) Đó lμ quá trình phân tích ảnh ở đμi phát

ở máy thu diễn ra quá trình ngược lại Đó lμ quá trình khôi phục hay tổng

hợp ảnh, biến đổi tín hiệu điện nhận được thμnh tín hiệu quang, hiện hình ảnh trên

mμn hình, nhờ bộ biến đổi điện quang, còn gọi lμ ống thu hình CRT hoặc mμn

hình tinh thể lỏngLCD

Để chùm tia điện tử của ống thu hình do các tín hiệu hình khống chế không

chỉ phóng vμo một điểm trên mμn hình, một hệ thống mạch điện được bố trí để lái

chúng từ trái sang phải (gọi lμ quét ngang hay quét dòng) vμ lái chúng từ trên xuống

dưới (gọi lμ quét dọc, quét mμnh hay quét mặt)

Để việc quét ở tất cả các máy thu đồng bộ so với ở đμi phát, ngoμi tín hiệu

hình ảnh, đμi truyền hình còn phát thêm những tín hiệu điều khiển việc quét ở mỗi

dòng, mỗi mμnh cho đúng (gọi lμ tín hiệu đồng bộ ngang vμ dọc); đồng thời cũng

phát những tín hiệu xoá dấu để tắt các tia quét ngược ở máy thu không lμm lộ ra

những vệt trắng trên mμn hình; gọi lμ những xung xoá hồi ngang (xung tắt dòng) vμ

hồi dọc (xung tắt mặt)

1.2 Tiêu chuẩn truyền hình

Trên thế giới có nhiều chuẩn truyền hình, trong đó có 3 chuẩn chính vμ đã trở

thμnh phổ biến lμ FCC, CCIR vμ OIRT

Bảng 1.1 Các thông số quan trọng của 3 tiêu chuẩn truyền hình

ST

T

THôNG Sô

CáC TIêU CHUẩN

5 Tần số quét ngang (quét dòng) 15.750Hz 15.625Hz 15.625Hz

6 Chu kỳ quét ngang (quét dòng) 63,5μs 64μs 64μs

9 Phương pháp điều chế tín hiệu

hình

Biên độ âm Biên độ âm Biên độ âm

10 Các mức tín hiệu - Đỉnh Đồng

bộ

thμnh phần so với - Xoá

tín hiệu Video - Mức trắng

- Mức đen

100%

(75±2,5)%

(12,5±2,5)%

(70±2,5)%

100%

(75±2,5)%

(12,5±2,5)

% (70±2,5)%

100%

(75 2,5)% ±

(12,5±2,5)

% (70 2,5)%±

11 Phương pháp điều chế tín hiệu Tần số Tần số Tần số

tiếng

12 Khoảng cách giữa sóng mang

hình vμ tiếng

4,5MHz 5,5MHz 6,5MHz

13 Độ rộng dải tần chung (hình,

tiếng)

6MHz 7MHz 8MHz

14 Tần số trung tần hình 45,75 MHz 38MHz 38MHz

15 Tần số trung tần tiếng 41,25MHz 32,5MHz 31,5MHz

16 Trung tần thứ hai của tiếng 4,5MHz 5,5MHz 6,5MHz

1 FCC: Federal Communication Commission: Uỷ hội Thông tin Liên bang;

được áp dụng đầu tiên ở các nước Mỹ, Canada, Cuba

2 CCIR: Comité Consultatif International de Radio et Television: Uỷ ban tư

vấn Vô tuyến Điện Quốc tế ; được áp dụng đầu tiên ở các nước Đức, áo, Hμ

Lan, Nam tư

OIRT: Organisation International Radio and Television: Tổ chức Phát thanh

vμ Phát hình Quốc tế được áp dụng đầu tiên ở phần lớn các nước XHCN (cũ)Lấy

chuẩn truyền hình trắng đen OIRT (chuẩn để xây dựng hệ mμu PAL D/K ở Việt

Nam) để phân tích một số thông số đặc trưng của nó

1 Số dòng quét mỗi hình lμ 625

Chất lượng hình phụ thuộc vμo độ phân giải Số dòng quét cμng nhiều, chất

lượng hình ảnh cμng đẹp Do đó, việc chọn số dòng quét mỗi hình phải đủ lớn để

đảm bảo sao cho khi mắt người cách mμn hình một khoảng bằng 6 chiều cao của

hình thì góc tạo bởi mắt người đến 2 dòng liên tiếp trên mμn hình phải nhỏ hơn 1

phút (1/60 độ) Có như vậy, mắt ta mới không phân biệt được ranh giới giữa 2 dòng

vμ hình nhìn thấy sẽ mịn, không bị sứa ngang

Từ đó xác định được số dòng quét tương ứng với các chuẩn FCC, CCIR vμ

OIRT lần lượt lμ 525, 625 vμ 625

60 / 1

<

α độ l= 6h

h

Hình 1.2 Cách xác định số dòng quét trên mμn hì h

2 Số hình trong 1s lμ 25

Người ta chọn số hình trong 1s lớn hơn số hình tương ứng với thời gian lưu

ảnh của mắt thì hình sẽ hiện ra liên tục, không gây cảm giác bị gián đoạn Số hình

cμng lớn thì cμng có cảm giác liên tục Mắt có thời gian lưu ảnh từ 1/25s 1/8s Do

đó nếu chọn số hình trong 1s lớn hơn hoặc bằng 25 hình thì đạt yêu cầu Ngoμi ra, cần phải chọn số hình lμ ước số của tần số mạng điện xoay chiều để tránh hiện tượng hình bị rung, lắc hoặc có vết đen trôi trên mμn hình khi bộ lọc nguồn không bảo

đảm chất lượng Tổng hợp các điều kiện trên, các chuẩn truyền hình FCC, CCIR vμ OIRT chọn số hình trong 1s lần lượt lμ 30, 25 vμ 25.(tương ứng với tần số mạng điện xoay chiều lần lượt 60Hz, 50Hz vμ 50Hz

(Ví dụ: khảo sát tần số chớp tắt f của một bóng đèn, nếu f>25Hz (25lần trong 1s) thì do khả năng lưu ảnh nên mắt người có cảm giác đèn luôn sáng)

3 Các dòng trong một mμnh được quét xen kẽ

Để khắc phục hiện tượng nhấp nháy do cách quét 25 hình (hoặc 30 hình) trong 1s, người ta sử dụng cách quét xen kẽ; lần lượt quét mμnh lẽ theo thứ tự 1,3,5,7 rồi quét mμnh chẵn theo thứ tự 2,4,6,8 Như thế, trong một mμnh chẵn hay một mμnh lẽ, mỗi dòng chớp sáng (xuất hiện) 25 lần, nhưng 2 dòng kề nhau thuộc 2 mμnh khác nhau thì xuất hiện 50 lần trong 1s Nhưng vì khoảng cách giữa 2 dòng rất bé nên mắt không phát hiện được Kết quả lμ ta có cảm giác số hình xuất hiện trong 1s tăng gấp đôi, khắc phục được hiện tượng nhấp nháy của hình ảnh trên mμn hình

Bắ

1

3

5

2

623

4

Đường quét ngược

mμnh lẽ

Đường quét ngược mμnh chẵn

Hình 1.3 Các dòng chẵn vμ dòng lẽ trong phương pháp quét

kẽ

4 Tần số quét ngang (quét dòng) lμ 15.625Hz

Với 625 dòng trong 1 hình vμ quét xen kẽ 25 hình trong 1s thì số dòng quét

mμ mạch quét ngang quét được trong 1s lμ: 625 dòng/hình x 25 hình/s = 15.625 dòng/s

Do đó tần số quét ngang f H = f d =15.625Hz Vμ chu kỳ quét ngang T H = T d

=64μs

C

A

E D

B

D

C B

64 sμ

8 sμ

56 sμ

I q

t

Hình 1.4 Dòng quét ngang có dạng răng cưa tuyến tính theo thời i

5 Tần số quét dọc (quét mμnh) lμ 50Hz

Với cách quét xen kẽ, chu kỳ (thời gian) quét mỗi hình, kể cả quét ngược lμ

T H =1/50 = 20ms (hoặc 1/60=16,7ms chuẩn FCC) Vậy tần số quét mμnh lμ f V =50Hz (hoặc 60Hz chuẩn FCC)

6 Tín hiệu hình được điều chế biên độ âm (để chống nhiễu biên độ);

điểm trắng nhất của hình tương ứng với biên độ điện áp thấp nhất

+ Tín hiệu hình chiếm từ 10% - 71% biên độ tín hiệu Video

+ Tín hiệu đồng bộ chiếm từ 75% - 100% biên độ tín hiệu Video

+ Tín hiệu xoá tia quét ngược ở mức 75% biên độ tín hiệu Video

100%

75%

71%

50%

10%

I q

t

t V

Hình 1.5 Một dòng quét AB của tín hiệu hình được điều chế theo biên độ

â

Xung đồng bộ ngang

Đen hơn tối đen Tối đen

Đen nhất

Đen vừa Xám Trắng

Quét ngược Quét thuận

Xung xoá dấu

7 Độ rộng dải tần chung của tín hiệu hình vμ tiếng lμ 8MHz

6,5MHz

8MHz

f RF/VID f RF/S

f

Biên tần trên Tín hiệu hình

Biên tần dưới

Tín hiệu hình

A V

Hình 1.6 Đặc tính biên tần của tín hiệu cao tần truyền Trong phổ tần của tín hiệu truyền hình, thực ra dải biên dưới của sóng mang hình đã bị đμi phát lọc đi một phần lớn để tiết kiệm dải tần vì 2 biên tần mang thông tin tín hiệu như nhau Dải biên còn lại lμ dải biên trên gọi lμ dải biên cụt (nyquist)

hì h

8 Tín hiệu tiếng (âm thanh) được điều chế theo tần số

Nhờ điều tần nên âm thanh nghe trung thực hơn; ngoμi ra trong máy thu hình kiểu đổi tần tín hiệu trung tần hình vμ tiếng dễ đi chung với nhau ít nhất cho

đến tầng tách sóng hình Nhờ vậy, tín hiệu tiếng không bị suy giảm hoặc bị méo khi tần số ở tầng đổi tần bị xê dịch Ngoμi ra nó còn giảm được hiện tượng tiếng lẫn vμo hình

9 Khoảng cách giữa sóng mang hình vμ sóng mang tiếng lμ 6,5MHz

+ Tần số sóng mang cao tần tiếng lớn hơn sóng mang cao tần hình f RF/S >f RF/VID

vμ

f RF/S - f RF/VID =6,5MHz + Suy ra tần số trung tần hình lớn hơn trung tần tiếng f IF/VID >f IF/S vμ

f IF/VID - f IF/S=6,5MHz

10 Phổ tín hiệu hình:

Xác định phổ tần của tín hiệu hình lμ xác định các thμnh phần xoay chiều của tín hiệu Các chi tiết lớn của hình ảnh tương ứng với thμnh phần tần số thấp vμ các chi tiết nhỏ tương ứng với thμnh phần tần số cao Thμnh phần thấp nhất của phổ tần

được xác định bằng tần số quét dọc Trong khi đó giới hạn trên của phổ tần được xác định bằng thμnh phần tần số cao của tín hiệu hình

Hệ thống truyền hình chỉ có thể khôi phục lại được hình ảnh với các chi tiết có kích thước xấp xĩ phần tử ảnh- được xác định bằng ô vuông mμ mỗi cạnh bằng chiều rộng của một dòng quét

Tần số cao nhất của phổ tín hiệu hình phụ thuộc vμo số dòng quét Để đạt

được độ rõ nét của ảnh cμng cao thì số dòng quét cμng lớn, kích thước phần tử ảnh cμng nhỏ Lúc đó độ rộng của dải tần hình cμng tăng Sử dụng phương pháp quét xen kẽ sẽ giảm được dải tần nμy

Ví dụ: Nếu quét liên tục 625 dòng với tỉ lệ khuôn hình 4:3 vμ số hình trong 1s

lμ 25, (theo chuẩn CCIR va OIRT) thì

Số phần tử của ảnh trong 1 dòng: 625 x 4/3 = 833 phần tử

Số phần tử của ảnh trong 1 hình: 625 x 833 = 520.625 phần tử

Số phần tử của ảnh trong 1s (25 hình): 520.625 x 25 = 13 triệu phần tử

Như vậy, tần số cao nhất của tín hiệu hình phải lμ 13 MHz

Nếu sử dụng phương pháp quét xen kẽ thì tần số mμnh được nâng lên gấp đôi nên tần số cao nhất của tín hiệu hình giảm xuống một nửa Nghĩa lμ f max =6,5 MHz

f V

3f V

nf V

f H

2f H

3f H

f H +f V

f H -f V

2f H +f V

f

f H +nf V V

Hình1.7 Phổ của tín hiệu hình Phổ của tín hiệu hình được minh hoạ trên hình 1.7 Đó lμ phổ gián đoạn gồm các hμi của tần số quét dọc vμ các nhóm phổ quanh hμi của tần số quét ngang, trong

đó hμi có bậc cμng cao thì biên độ cμng bé

Đặc điểm lμ giữa các nhóm phổ hμi tần số quét ngang tồn tại các khoảng trống Có thể lợi dụng những khoảng trống nμy để truyền những tín hiệu khác Trường hợp 2 tín hiệu có cấu trúc phổ như nhau, nếu bố trí các nhóm phổ của tín hiệu thứ hai nằm vμo các khoảng trống giữa các nhóm phổ của tín hiệu thứ nhất, thì

có thể truyền cả 2 tín hiệu ấy trên một kênh thông tin, sau đó có thể tách chúng ra

được

Tính chất nμy được ứng dụng trong kỹ thuật truyền hình mμu Phổ của tín hiệu mμu được sắp đặt vμo các khoảng trống của phổ tín hiệu chói Trong các hệ thống tín hiệu truyền hình đo lường cũng lợi dụng các khoảng trống nμy để truyền các tín hiệu kiểm tra

1.3 Sơ đồ khối của máy thu hình trắng đen

(được biểu diễn trong hình 1.8)

1.4 Chức năng của các khối

+ Khối khuếch đại cao tần:

Khối nμy thường dùng một transistor, có mức nhiễu thấp dùng để khuếch đại tín hiệu thu được từ anten, lμm tăng tỉ số tín hiệu trên nhiễu nên hình rõ nét hơn Ngoμi ra, do tính đơn hướng khối có tác dụng phân cách mạch dao động ngoại sai vμ anten

+ Khối trộn sóng:

Dùng để tạo tín hiệu có tần số trung gian (trung tần) Trong các máy thu siêu ngoại sai, các tín hiệu của các kênh khác nhau vμo máy thu từ anten sẽ được trộn với tín hiệu dao động ngoại sai để tạo ra tín hiệu trung tần có tần số ổn định Nhờ vậy, tín hiệu nμy dễ dμng được khuếch đại, qua các tầng khuếch đại có hệ số khuếch đại lớn vμ ổn định, mạch dễ thực hiện trung hoμ nên không phát sinh dao động tự kích

Bộ trộn thường dùng Transistor có đặc tính ngõ vμo có độ phi tuyến lớn vμ lμm việc với dòng nhỏ để hiệu suất trộn sóng cao hơn

+ Khối dao động ngoại sai:

Tạo ra tín hiệu hình sine tần số f oi để đổi tần tín hiệu đến máy thu theo công thức

f IF =f oi -f ai Mạch thường dùng một Transistor cao tần Người ta thường thiết kế thêm nút tinh chỉnh tần số dao động nhằm lấy được tần số dao động chính xác để có hình

vμ tiếng rõ nhất

+ Khối khuếch đại tín hiệu trung tần hình:

Để máy thu có độ nhạy cao, người ta thường dùng 3 đến 4 tầng khuếch đại trung tần hình Đây lμ các tầng khuếch đại cộng hưởng, có tín chọn lọc tần số vμ có băng thông rộng Để có độ lợi lớn, các Transistor lμm việc với dòng I E = (4-7)mA Trong mỗi tầng thường dùng tụ trung hoμ để triệt tiêu dao động tự kích Các mạch cộng hưởng được chỉnh lệch tần số để tạo ra đáp tuyến chọn lọc tần số rộng Trong tầng nμy, người ta còn dùng mạch cộng hưởng nối tiếp để nén tín hiệu tiếng nhằm giảm ảnh hưởng của nhiễu tiếng vμo đường hình

Trộn

Dao

Động

T.sóng Hình

KĐại Thúc

KĐCS Hình

KĐTT Hình

Tách

xg đbộ

Cổng AGC

KĐại AGC

Trễ

AGC

KĐCS

Âthan

Tách

Sóng

KĐTT

Tiếng

9

10 8

1

7

+ Khối tách sóng tín hiệu hình:

Để lấy tín hiệu hình ra khỏi tín hiệu trung tần hình Khối nμy thường dùng một Diođe để tách sóng biên độ, lấy tín hiệu video ra khỏi trung tần hình Trong tín hiệu tách ra, còn có tín hiệu trung tần thứ 2 của tiếng (SIF), dạng điều chế FM, có tần số lμ 4,5MHz, 5,5MHz hoặc 6,5MHz tương ứng với các chuẩn FCC, CCIR hoặc OIRT

+ Khối khuếch đại thúc tín hiệu hình:

Do biên độ tín hiệu video cần đủ lớn để cung cấp cho tầng AGC khoá, tầng tách xung đồng bộ, tầng khuếch đại tín hiệu hình nên để giảm ảnh hưởng nặng tải lên tầng tách sóng hình, người ta thiết kế thêm tầng khuếch đại thúc Đối với tín hiệu hình, tầng nμy lμm việc ở chế độ C chung nên chỉ khuếch đại dòng, nhưng trở kháng vμo của nó lớn nên giảm ảnh hưởng nặng tải lên tầng tách sóng

+ Khối khuếch đại hình:

Nhằm nâng cao tác dụng của tín hiệu hình ở âm cực đèn hình hiệu quả hơn, người ta dùng tầng khuếch đại hình để tăng biên độ tín hiệu hình lên trên 40 Vpp

Để tín hiệu ra ít bị méo, tải ở cực C phải lμ phần tử trở, do đó muốn lấy được biên độ tín hiệu cao, điện áp cung cấp phải lớn (lớn hơn 100V) Trong tầng nμy thường có chiết áp Contrast để điều chỉnh hệ khuếch đại điện áp tín hiệu, nhằm điều chỉnh độ tương phản của hình

+ Khối khuếch đại tín hiệu trung tần tiếng thứ 2:

ở cực C của tầng khuếch đại thúc, người ta đặt mạch cộng hưởng để lấy tín hiệu trung tần tiếng thứ 2 SIF Sau đó tín hiệu được tiếp tục khuếch đại ở 2 hay 3 mạch khuếch đại trung tần cho đủ lớn để đưa vμo khối tách sóng âm thanh

+ Khối tách sóng âm thanh:

Lμ khối tách sóng FM để loại bỏ tần số trung tần tiếng thứ 2 có tần số 4,5MHz (FCC), 5,5MHz (CCIR), hoặc 6,5MHz (OIRT) Kiểu tách sóng FM tỉ lệ được

sử dụng phổ biến trong khối nμy

+ Khối khuếch đại công suất âm thanh:

Dùng để khuếch đại tín hiệu âm thanh đến mức đủ lớn để đưa ra loa Nó gồm

có tầng khuếch đại thúc vμ tầng khuếch đại công suất tín hiệu âm tần

+ Đèn phóng tia âm cực (CRT: Cathode Ray Tube):

Đèn thường có dạng hình phễu, mặt đèn có dạng hình chữ nhật Dưới tác dụng của điện thế rất lớn (đại cao thế) ở vách dương cực đèn hình, các tia điện tử

được hút từ bề mặt Cathode được đốt nóng, với vận tốc lớn, đập vμo mμn hình lμm phát sáng chất phốtpho được phun trên bề mặt mμn hình tạo ra các điểm sáng tối ở

cỗ đèn hình, có bố trí các cuộn dây lệch dọc vμ lệch ngang để lái tia điện tử theo chiều dọc vμ theo chiều ngang trên mμn hình Khi tín hiệu video đưa vμo Cathode thay đổi thì số điện tử đập vμo mμn hình cũng thay đổi theo, lμm cho các điểm khác nhau trên mμn hình có độ sáng tối (độ chói) thay đổi vμ tạo ra hình ảnh

+ Cổng AGC:

Để ổn định độ tương phản của hình, giảm ảnh hưởng của hình biến đổi theo cường độ sóng thu được ở anten, người ta dùng mạch tự động điều chỉnh độ lợi (hệ số khuếch đại) AGC Mạch đo biên độ tín hiệu hình, qua đó chỉnh lại độ lợi của các tầng khuếch đại trung tần vμ cao tần

Trong các máy thu hình Transistor, người ta dùng kỹ thuật AGC khoá (cổng AGC) để giảm sự gây rối bởi các nhiễu biên độ cao trong tín hiệu hình Mạch AGC chỉ mở để đo biên độ của xung đồng bộ ngang vμ căn cứ vμo đó để điều chỉnh lại độ lợi, còn trong các khoảng thời gian còn lại thì mạch đóng cổng

+ Khuếch đại AGC (AGC Amp):

Khuếch đại tín hiệu AGC nhằm tăng hiệu quả cho việc tự động điều chỉnh

+ Trễ AGC (AGC Delay):

Tác dụng thường xuyên của mạch AGC vμo tầng khuếch đại cao tần sẽ lμm tăng nhiễu hột vμ giảm chất lượng của hình Mạch trễ AGC có tác dụng chỉ cho tín hiệu AGC tác động vμo mạch khuếch đại cao tần khi tín hiệu vμo anten quá lớn, tác

động giảm độ lợi của tầng khuếch đại trung tần không bù đủ cho mức tăng của tín hiệu vμo, lúc đó mạch trễ AGC sẽ cho tín hiệu AGC qua mạch khuếch đại cao tần lμm giảm độ lợi của nó, tránh cho nó bị bảo hoμ vì tín hiệu vμo quá lớn

+ Khối tách xung đồng bộ, khuếch đại xung vμ đảo pha xung:

Để đồng bộ tín hiệu giữa máy phát vμ các máy thu, trong tín hiệu truyền hình, ngoμi tín hiệu hình, người ta còn phát đi các xung đồng bộ dọc vμ đồng bộ ngang Khối nμy tiến hμnh tách các xung đồng bộ, khuếch đại vμ có khi đảo pha chúng để