Устройство и принцип работы современных телевизоров. Из чего состоит современный телевизор

Плоскопанельные телевизоры

Конструкция и принцип работы ЖК-телевизора

Схема работы LCD-телевизора:

Внутри корпуса у задней стенки расположена одна или несколько ярких ламп подсветки, интенсивность свечения которых можно изме­нять. Перед лампой находится матрица. Матрица - плоский массив однотипных элементов. В данном случае элементом является жидкий кристалл со светофильтром красного, синего или зеленого цвета. Сна­ружи матрицу защищает стеклянный экран, иногда дополненный спе­циальной пленкой.

Лампа подсветки создает постоянный свет. Между лампой и экраном находится матрица. К каждому жидкому кристаллу матрицы отдельно подведено электричество. При изменении электрического напряже­ния меняется структура жидкого кристалла, и он пропускает больше или меньше света. Чем больше света пропускает кристалл, тем ярче светится точка на экране.

Перед каждым кристаллом стоит светофильтр, который пропускает свет только с одной длиной волны (синий, красный или зеленый). Крис­талл и светофильтр формируют субпиксель. Субпиксели красного, си­него и зеленого цвета объединяются в группы (триады) и формируют пиксель изображения.

Теперь немного усложним описание:

Световые волны потому и называются волнами, что представляют собой электромагнитные колебания. В отличие от волн на поверхно­сти воды, электромагнитные волны (и свет в том числе) могут коле­баться в разных плоскостях (не только вверх-вниз, ной в любой другой плоскости).

Поляризационный фильтр пропускает через себя волны с опреде­ленным направлением колебаний, а остальные поглощает. В этом и заключается таинственный процесс поляризации, который так часто встречается при описании ЖК-телевизоров.

Устройство TFT-панели:

1 - Стеклянные пластины.

2,3 - Горизонтальный и верти­кальный поляризаторы.

4 - RGB-светофильтр.

5,6 - Горизонтальные и верти­кальные управляющие шины.

7 - Слои прочного полимера,

8 - Разделители.

9 - Тонкоплёночные транзисторы.

10 - Фронтальный электрод.

11 - Задние электроды.
Стрелка - свет от внешнего ис­точника.

В ЖК-телевизорах используются две пластины из поляризующего ма­териала, между которыми находится раствор жидких кристаллов - моле­кул стержневидной формы. В отсутствие внешнего воздействия кристал­лы пропускают свет через поляризаторы, в результате чего видна под­ложка. Электрическое поле, приложенное к жидкости, ориентирует крис­таллы в одном направлении. В результате кристаллы по­ворачивают плос-кость по­ляризации света, и он не может пройти через эту сборку. В результате этого ячейка кристаллов, к кото­рой приложено напряже­ние, выглядит тёмной. Таким образом, система «поляризационные фильтры + жидкий кристалл» пропускает или не пропускает идущий через них от лампы-подсветки свет.

Технологии изготовления ЖК-экранов

TN+film (Twisted Nematic + film)

Частица «film» в названии технологии означает дополнительный слой, применяемый для увеличения угла обзора (ориентировочно от 90° до 150°). К сожалению, способа улучшения контрастности и време­ни отклика для панелей TN пока не нашли, причём время отклика у дан­ного типа матриц является на существующий момент одно из лучших, а вот уровень контрастности нет. TN+film - самая простая технология.

Матрица TN+film работает следующим образом: если к субпикселям не прилагается напряжение, жидкие кристаллы поворачиваются относитель­но друг друга на 90° в горизонтальной плоскости в пространстве между двумя пластинами. Так как направление поляризации фильтра на второй пластине составляет угол в 90° с направлением поляризации фильтра на первой пластине, свет проходит через него. Если желтые, зеленые и голу­бые субпиксели полностью освещены, на экране образуется белая точка.

К достоинствам технологии можно отнести самое маленькое время отклика среди современных матриц.

IPS (In-Plane Switching)

Технология In-Plane Switching была разработана компаниями Hitachi и NEC и предназначалась для избавления от недостатков TN+film. Хотя с помощью IPS удалось добиться увеличения угла обзора до 170°, а так­же высокой контрастности и цветопередачи, время отклика осталось на низком уровне

Если к матрице IPS не приложено напряжение, молекулы жидких кристаллов не поворачиваются. Второй фильтр всегда повернут пер­пендикулярно первому, и свет через него не проходит. Отображение черного цвета является идеальным. При выходе из строя транзистора «битый» пиксель для панели IPS будет не белым, как для матрицы TN, а черным.

При приложении напряжения молекулы жидких кристаллов повора­чиваются перпендикулярно своему начальному положению и пропус­кают свет.

Особенности LCD-технологии

Яркость и контрастность

Яркость субпикселя в современных моделях плавно меняется за счет поляризации светового потока в диапазоне от 0 до 90 градусов. Благо­даря этой особенности LCD-телевизоры лишены недостатка плазмен­ных панелей (хуже отображают темные оттенки) и хорошо отображают темные оттенки, которые легко отличимы друг от друга.

Изменение яркости

Жидкие кристаллы не обладают мгновенной реакцией на управляю­щий импульс, поэтому смена яркости субпикселей происходит не мгно­венно. Проходит определенное время, пока молекула жидкого крис­талла изменится. Отсюда ограниченная скорость реакции субпикселя и, как следствие, проблемы с отображением быстро меняющихся дина­мических сюжетов. Эти две характеристики связаны между собой, поэтому будем рас­сматривать их вместе. Чем ярче экран, тем легче будет на него смотреть при ярком солнеч­ном свете. Производители пишут в характеристиках большие значения яркости и выдают это за плюс. Вот тут мы подходим к определению контраст­ности.

Контрастность - это коэффициент, выражающий отношение между максимальным и минимальным значениями яркости. Чем выше контрастность, тем более чёткой будет картинка, тем бо­лее резкими будут казаться границы предметов на экране. Но оказалось, что повы­сить контрастность очень легко. Для этого достаточно увеличить яр­кость, с чем у технологии LCD нет никаких проблем. Вот и получается: на коробке написан высокий коэффициент контрастности, но это зна­чение достигается при максимальной яркости экрана, а при такой яр­кости на телевизор смотреть просто невозможно. На сегодняшний день всё не так плохо. На выручку производителям опять приходят такие технологии как IPS. Как мы помним, в этих технологиях жидкие кристаллы в расслабленном состоянии не пропускают свет. При этом получается настоящий чёрный цвет и при­личные показатели контрастности

Угол обзора

LCD-технологии изначально присущи проблемы с углами обзора. Как мы помним, LCD-дисплей похож на бутерброд, который состоит из нескольких слоев. Стоит зрителю отклониться от плоскости экрана, свет сразу изменяет угол поляризации и изменяется яркость пикселя. Разработчики прилагают максимум усилий, чтобы решить эту проб­лему. Углом обзора считается такой сектор, в пределах которого контрастность меняется не более, чем в 10 раз. Зна­чит, если производитель пишет в характеристиках, что угол обзора ра­вен 160 градусов, то при отклонении в одну либо другую сторону на 80 градусов контрастность будет составлять не менее 10% от исходной. Таким образом, стоит сдвинуться немного в сторону, как заметно из­менится цветопередача и упадёт контрастность, а о просмотре теле­визора на граница углов обзора лучше сразу забыть. Если уж контраст­ность упала в 10 раз, что говорить про цвета?

«Битый пиксель»

Если управляющий транзистор выйдет из строя (кристалл не ломает­ся, если что-то и выходит из строя, то только транзистор), то пиксель перестанет функционировать. В зависимости от технологии битый пиксель может выглядеть как светящаяся или как черная точка. Если по технологии кристалл в отключенном состоянии не пропускает свет, то битый пиксель будет незаметным (черным), если кристалл в отклю­ченном состоянии пропускает максимум света, то, естественно, битый пиксель будет гореть.

«Черный цвет»

Молекулы жидкого кристалла никогда не могут поляризовать весь свет на 90 градусов. Даже если приложить к ним максимальное напря­жение, они будут пропускать какую-то часть света. Поэтому чёрный цвет никогда не получается идеальным. Вместо чёрного на экране ЖК-телевизора отображаются оттенки темно-серого.

Угол обзора

У плазменных панелей угол обзора составляет не менее 160 градусов как по горизонтали, так и по вертикали. Это вполне чест­ные показатели, и при отклонении на 80 градусов от центра экрана из­менения контрастности незаметны, цвета на картинке остаются без изменений. Это означает, что можно смотреть фильмы из любой точки комнаты (в том числе и развалившись на кушетке в противоположном от панели углу). Кроме того, плазменная панель вполне комфортно раз­местится под потолком бара и будет незаменима, например, для кол­лективного просмотра футбольных матчей (угла обзора по вертикали и по горизонтали для этого хватит).

Яркость и контрастность

Яркость измеряется в канделах на квадратный метр. Для ЭЛТ-телевизоров отличным показателем считается яркость порядка 400 кд/м2. Плазменные панели очень редко опускаются ниже этой отметки. Это означает, что просмотр одинаково комфортен при любом свете и не зависит от того, под каким углом на экран падает свет. Но гнаться за высокими показателями по этому параметру не стоит, ведь просмотр ТВ при максимальной яркости вряд ли можно считать комфортным

В PDP-технологии выклю­ченный пиксель совсем не излучает свет, поэтому получается глубокий чёрный цвет. Если добавить к этому высокую яркость, то получим от­личные показатели контрастности.

LED ТЕЛЕВИЗОРЫ

Всё познаётся в сравнении. До недавнего времени мы пользовались жидкокристаллическими телевизорами и мониторами, в большинстве своём оснащёнными традиционной подсветкой на основе так называемых флуоресцентных (люминесцентных) ламп с холодным катодом (Cold Cathode Fluorescent Lamps, CCFL), проще говоря, ламп дневного света. И всё бы хорошо, но подсветка с помощью флуоресцентных ламп имеет ряд недостатков, которые можно считать фундаментальными. Например, при CCFL подсветке достаточно сложно реализовать действительно глубокие чёрные тона – постоянно включенные лампы всё равно создают определённую "утечку" света даже на тех фрагментах изображения, которые по задумке в данный момент должны быть тёмными. Отсюда также логически вытекает субъективно воспринимаемое снижение чёткости картинки.

Помимо этого, подсветка с помощью флуоресцентных ламп затрудняет передачу множества цветовых оттенков, в результате чего добиться хорошей цветовой насыщенности оказывается очень сложно.

Среди других проблем технологии CCFL LCD также нельзя не отметить сложность с достижением высоких частот развёртки, ограниченный срок службы ламп, сравнительно высокое энергопотребление, и, наконец, экологический нюанс - необходимость использования ртути в составе ламп.

LED-подсветка бывает разная

К настоящему времени разработан ряд различных технологий подсветки ЖК экранов с помощью светодиодов. Как правило, для создания модулей подсветки (Back Light Unit, BLU), используют LED-массивы, составленные из белых (White) или разноцветных - RGB (Red, Green, Blue; красных, зелёных, голубых) светодиодов.

Принцип подсветки также представлен двумя основными вариантами прямой (Direct) и торцевой (Edge). В первом случае это массив светодиодов, расположенный позади ЖК-панели. Другой способ, позволяющий создавать сверхтонкие дисплеи, получил название Edge-LED и предусматривает размещение светодиодов подсветки по периметру внутренней рамки панели, а равномерное распределение подсветки осуществляется с помощью специальной рассеивающей панели, расположенной за ЖК экраном – как это делается в мобильных устройствах.

Сторонники прямой светодиодной подсветки обещают более качественный результат за счёт большего количества светодиодов и технологии локального затемнения для снижения цветовых разводов. Обратная сторона прямой подсветки – большее количество светодиодов и сопутствующее повышение расхода энергии и цены. К тому же о сверхтонком дизайне телевизора придётся забыть.

По своей сути ЖК экран - это многослойный "пирог", составленный из фильтров цвета, массивов жидких кристаллов, ламп подсветки и пр. Ячейки жидких кристаллов сами по себе не светятся, но, в зависимости от уровня поданного на них напряжения, открываются для пропускания света полностью, приоткрываются частично или просто закрыты в случае отображения тёмного участка картинки.

Роль ламп подсветки во всей это истории – просветить приоткрывшиеся ЖК ячейки, чтобы на экране получилась финальная картинка. В случае использования традиционных флуоресцентных ламп слой подсветки оказывается настолько толстым, что занимает больший объём, нежели все остальные слои вместе взятые.

Немаловажный фактор – расход электричества. Традиционные ЖК телевизоры, конечно же, экономнее былых моделей с электронно-лучевыми кинескопами, но не стоит забывать, что и диагонали нынче уже не те, так что с большими ЖК телевизорами электросчетчики и сейчас крутятся достаточно быстро. Что касается новых LED-моделей, светодиодная подсветка позволяет значительно сократить расход энергии без ущерба для яркости изображения

Плоскопанельные телевизоры

ПРИНЦИП ПОСТРОЕНИЯ ТЕЛЕВИЗИОННОГО ИЗОБРАЖЕНИЯ

Изображение на экране любого телевизора формируется из точек, именуемых пикселями. Пиксель всегда состоит из трёх субпикселей. Каждый субпиксель от­вечает за свой цвет - красный, зелёный или синий. С помощью смеши­вания трех этих цветов в разных пропорциях можно получить практи­чески любой цвет. Расстояния между центрами субпикселей очень малы, поэтому для человеческого глаза три горящих субпикселя в большинстве случаев выглядят как одна точка.

При помощи пикселей и субпиксе­лей формируется изображение на всех существующих типах экранов: жидкокристаллических, ЭЛТ и плаз­менных.

ЖИДКОКРИСТАЛЛИЧЕСКИЕ ТЕЛЕВИЗОРЫ (LCD)

История человечества содержит целую череду замечательных открытий и изобретений. Телевидение - т. е. передача звука и изображения на огромные расстояния, по праву занесены в этот список.

Какие же физические процессы лежат в основе передачи и воспроизведения телевизионного изображения? Кому мы обязаны рождению телевизора?

Как рождалось телевидение

Над созданием дальновидения трудились ученые разных стран на протяжении многих десятилетий. Но телевизор изобрели российские ученые: Б. Л. Розинг, В. К. Зворыкин и Григорий Оглоблинский.

Первыми шагами, приблизившими мир к передаче изображения на расстояние, было разложение изображения на отдельные элементы с помощью диска немецкого инженера Пауля Нипкова, а также открытие фотоэффекта немецким учёным Генрихом Герцем. Первые телевизоры, работавшие на основе диска Нипкова, были механическими.

В 1895 году человечество обогатилось двумя великими изобретениями - радио и кино. Это послужило толчком для поисков способа передачи изображения на расстояние.

…Эра электронного телевидения началась с 1911 года, когда российский инженер Борис Розинг получает патент на передачу изображения на расстояние с помощью сконструированной им электронно-лучевой трубки.

Переданное изображение представляло собой четыре белых полосы на черном фоне.

В 1925 году ученик Розинга Владимир Зворыкин демонстрирует созданный им полноценный электронный телевизор.

Но на дальнейшие исследования и выпуск телевизионных приёмников нужны были огромные деньги. Известный американский предприниматель российского происхождения Дэвид Сорнов сумел оценить это великое изобретение. Он вложил необходимую сумму для продолжения работ.

В 1929 году совместно с инженером Григорием Оглоблинским Зворыкин создает первую передающую трубку - иконоскоп.

А в 1936 году в лаборатории В. Зворыкина получил путёвку в жизнь первый электронный телевизор на лампах. Это был массивный деревянный ящик с экраном в 5 дюймов (12,7) см. Регулярное телевещание в России началось в 1939 году.

Постепенно ламповые модели вытеснялись полупроводниковыми, а затем всего одна микросхема стала заменять всю электронную начинку телевизора

Очень кратко об основных этапах работы телевидения

В современной телевизионной системе можно выделить 3 этапа, каждый из которых выполняет свою задачу:

• преобразование изображения объекта в серию электрических импульсов, называемых видеосигналом (сигналом изображения);
• передача видеосигнала к месту его приёма;
• преобразование принятых электрических сигналов в оптическое изображение.

Как работает видеокамера

Производство телепрограмм начинается с работы передающей телевизионной камеры. Рассмотрим устройство и принцип работы такого устройства, разработанного Владимиром Зворыкиным еще в 1931 году.

Основной частью камеры (иконоскопа) является светочувствительная, мозаичная мишень. Именно на неё и проецируется изображение создаваемое объективом. Мишень покрыта мозаикой из нескольких миллионов изолированных серебряных крупинок, покрытых цезием.

Принцип работы иконоскопа основан на явлении внешнего фотоэффекта - выбивании электронов из вещества под действием падающего света. Падающий на экран свет, выбивает из этих крупинок электроны, количество которых зависит от яркости светового потока в данной точке экрана. Таким образом, на экране возникает невидимое для глаза электрическое изображение.

Здесь же в трубке имеется электронная пушка. Она создает электронный луч, который 25 раз в 1 секунду успевает «оббежать» мозаичный экран, считывая это изображение и создавая в электрической цепи ток, называемый сигналом изображения.

В современных камерах изображение фиксируется не на светочувствительной плёнке, а на цифровой матрице, состоящей из миллионов светочувствительных ячеек - пикселей. Свет, попадающий на ячейки, вырабатывает электрический сигнал. Причем, его величина пропорциональна интенсивности светового луча.

Для получения цветного изображения пиксели покрываются красным, синим и зеленым светофильтрами. В результате матрица фиксирует три изображения - красное, синее и зелёное. Их наложение и дает нам цветное изображение, фотографируемого объекта.

Как видеосигнал доходит до телевизора

Полученный видеосигнал имеет низкую частоту и не может распространяться на значительные расстояния. Поэтому в качестве несущей частоты используют высокочастотные э-м волны, модулированные (изменённые) видеосигналом. Они распространяются в эфире со скоростью 300 000 км/сек.

Телевидение работает на волнах метрового и дециметрового диапазона, которые могут распространяться только в пределах прямой видимости, т. е. не могут огибать земной шар. Поэтому для расширения зоны телевещания используют высокие телебашни с передающими антеннами, Так, Останкинская телебашня имеет высоту 540 метров.

С развитием спутникового и кабельного телевидения практическая значимость телебашен постепенно снижается.

Спутниковое телевидение осуществляется за счёт целого ряда спутников, расположенных над экватором. Наземная станция передает свои сигналы на спутник, который ретранслирует их на землю, охватывая достаточно обширную зону. Сеть таких спутников позволяет охватить телевещанием всю территорию Земли.

Кабельное телевидение предусматривает одну приёмную антенну, от которой телевизионные сигналы передаются к отдельным потребителям по специальному кабелю.

Как работает телевизор

Итак, в 1936 году в лаборатории В. Зворыкина был создан первый электронный телевизор с электроннолучевой трубкой (кинескопом). Конечно, с тех пор он претерпел много изменений, но все же рассмотрим, как происходит воспроизведение изображения в телевизоре с электроннолучевой трубкой.

Именно в этой стеклянной колбе и происходит превращение невидимого электронного сигнала в видимое изображение. В его узкой части расположена электронная пушка, а с противоположной стороны - экран, внутренняя поверхность которого покрыта люминофором. Пушка обстреливает это покрытие электронами. Количеством электронов управляет поступивший в приёмное устройство видеосигнал. Электроны, попадая на люминофор, вызывают его свечение. Яркость свечения зависит от количества электронов, попавших в данную точку. Совокупность точек разной светимости и создают картинку. Электронный луч обстреливает экран слева направо, строчка за строчкой, постепенно спускаясь вниз, всего 625 строк. Все это происходит с огромной скоростью. За 1 секунду электронный луч успевает нарисовать 25 статических картинок, которые мы воспринимаем как движущееся изображение.

Цветное телевидение появилось в 1954 году. Для создания всей гаммы цветов понадобилось 3 пушки - красная, синяя и зеленая. Экран, соответственно, снабдили тремя слоями люминофора соответствующих цветов. Обстрел красного люминофора из красной пушки создает красное изображение, из синей - синее и т. д. Их наложение создает всё многообразие цветов, соответствующих передаваемой картинке.

Почему телевизоры «похудели»

Описанные телевизионные приёмники с ЭЛ трубкой - это наше недавнее прошлое. На смену им пришли более изящные, плоские жидкокристаллические и плазменные модели. В ЖК телевизорах экраном служит тонкая матрица с огромной плотностью светящихся элементов (пикселей), позволяющих получить изображение хорошей чёткости.

Пиксели плазменного телевизора состоят из микроламп, заполненных газами 3-х видов. Их свечение и создает цветную картинку.

Цифровое и аналоговое телевидение

До недавних пор основным форматом телевидения был аналоговый формат. Однако телевидение всегда быстро реагировало на новые технологии. Поэтому последние годы видеотехника перешла на цифровой формат. Он обеспечивает более устойчивое и качественное изображение, а также чёткий звук. Появилась возможность передавать огромное количество телеканалов одновременно.

Полный переход на новый формат будет осуществлен к 2018 году. А пока можно пользоваться специальными приставками к старым телевизорам, и наслаждаться услугами цифрового телевидения.

Телевизионная аудитория самая многочисленная в мире. Ведь это не только способ развлечь себя, но и возможность обогащения кругозора, не выходя из дома. Особенное значение в этом плане играет интернет-телевидение, позволяющее пользователям выбирать пакет каналов по своим интересам и просматривать прошлые телевизионные программы.

Если это сообщение тебе пригодилось, буда рада видеть тебя

Любите ли вы телевидение так, как не люблю его я?

Телевизор - это вообще - отвратительная штука. Чем просиживать часами перед "голубым экраном", куда полезнее вести здоровый образ жизни: не спеша, с чашкой кофэ - за компьютером…

Тем не менее, вещи, которые я буду рассказывать в этом цикле статей, могут вполне пригодиться в нашей с вами практической деятельности.

Итак, сейчас мы разберемся, как же происходит передача видеосигнала. Рассматривать мы будем родную до боли систему SECAM, потому что в нашей стране (а именно - Российской Федерации) официально принята именно эта система телевидения. Впрочем - обо всем по порядку.

Как работает телевизор?

Телевизор работает по 24 часа в сутки 7 дней в неделю. Это понятно.
У него есть экран - 1шт и динамик - от 1 до бесконечности, в зависимости от "навороченности" агрегата. Еще у него есть антенна и пульт управления. Но нас сейчас интересует только экран. А переводя с языка домохозяек на язык мудрых котов - кинескоп (электронно-лучевая трубка - ЭЛТ).

Я прекрасно понимаю, что в наш век плазмы и жидкого кристалла, электронно-лучевой кинескоп кажется кому-то пережитком старины. Однако, понять принцип работы телевизора, проще всего именно разбираясь с ЭЛТ.

Электронно-лучевая трубка

Шо це таке. Причем здесь электроны? Причем здесь лучи?

Дело в том, что картинка на экране рисуется при помощи электронного луча. Электронный луч очень похож на световой. Но световой луч состоит из фотонов, а электронный - из электронов, и мы его увидеть не можем. Куча электронов несется с бешеной скоростью по прямой от пункта А - к пункту Б. Так образуется "луч".

Пункт Б - это анод. Он находится прямо на обратной стороне экрана. Также, экран (с обратной стороны) вымазан специальным веществом - люминофором. При столкновении электрона на бешеной скорости с люминофором, последний испускает видимый свет. Чем быстрее летел электрон до столкновения - тем свет будет ярче. То есть, люминофор - это преобразователь "света" электронного луча в свет, видимый для человеческого глаза.

С пунктом Б разобрались. А что же такое пункт "А"? А - это "электронная пушка ". Название страшное. Но страшного в ней ничего нет. Она не предназначена для того, чтобы жестоко расстреливать пришельцев с Марса. Но "стрелять" она все же умеет - электронным лучем в экран.

Как это все устроено?

Вообще, ЭЛТ - это такая большая электронная лампа. Как? Вы не знаете что такое лампа? Ну ладно…

Электронные лампы - это такие же усилительные элементы как и любимые всеми нами транзисторы. Но лампы появились намного раньше их кремниевых "коллег", еще в первой половине прошлого века.

Лампа - это такой стеклянный баллон, из которого откачан воздух.
В самой простой лампе - 4 вывода: катод, анод и два вывода нити накала. Нить накала нужна для того, чтобы разогреть катод. А разогреть катод нужно для того, чтобы с него полетели электроны. А электроны должны полететь затем, чтоб возник электрический ток через лампу. Для этого обычно на нить накала подается напряжение - 6,3 или 12,6 В (в зависимости от типа лампы)

Кроме того, чтобы полетели электроны - нужно высокое напряжение между катодом и анодом. Оно зависит от расстояния между электродами и от мощности лампы. В обычных радиолампах это напряжение составляет несколько сотен вольт, расстояния от катода до анода в таких лампах не превышают нескольких миллиметров.
В кинескопе расстояние от катода, находящегося в электронной пушке до экрана может превышать несколько десятков сантиметров. Соответственно, и напряжение там нужно намного большее - 15…30 кВ .

Такие зверские напряжения создает специальный повышающий трансформатор. Его еще называют строчный трансформатор, поскольку он работает на строчной частоте. Но, об этом - чуть позже.

При ударении электрона об экран, кроме видимого света, "вышибаются" также и другие излучения. В частности - радиоактивное. Вот почему не рекомендуется смотреть телек ближе 1…2 метров от экрана.

Итак, луч получили. И он так красивенько светит аккурат в центр экрана. Но нам-то надо, чтоб он "чертил" по экрану линии. То есть, нужно заставить его отклоняться от центра. И в этом вам помогут… электромагниты. Дело в том, что электронный луч, в отличие от светового, очень чувствителен к магнитному полю. Поэтому то он и используется в ЭЛТ.

Нужно поставить две пары отклоняющих катушек. Одна пара будет отклонять по горизонтали, другая - по вертикали. Умело управляя ими, можно гонять луч по экрану куда угодно.

А куда угодно?

Вот отсюда мы и начинаем нашу повесть о строчках точках и крючочках…

Повесть о Строчках, Точках и Крючочках

Картинка на экране телевизора образуется в результате того, что луч с бешенной скоростью чертит слева-направо сверху-вниз по экрану. Такой метод последовательной прорисовки изображения называется "развертка ".

Поскольку развертка происходит очень быстро - для глаза все точки сливаются в строчки а строчки - в единый кадр.

В системах PAL и SECAM за одну секунду луч успевает пробежать весь экран 50 раз.
В американской системе NTSC - еще больше - аж 60 раз! Вообще говоря, системы PAL и SECAM отличаются лишь в передаче цвета. Все остальное у них - одинаково.

Картинка образуется за счет того, что во время "бега", луч изменяет свою яркость в соответствии с принимаемым видеосигналом. Как происходит управление яркостью?

А очень просто! Дело в том, что кроме рассмотренных электродов - анода и катода , в лампах бывает еще третий электрод - сетка . Сетка - это управляющий электрод. подавая на сетку сравнительно низкое напряжение, можно управлять током, протекающим через лампу. Иными словами, можно управлять интенсивностью потока электронов, "летящих" от катода к аноду.

В ЭЛТ сетка используется для изменения яркости луча.

Подавая на сетку отрицательное напряжение (относительно катода), можно ослабить интенсивность потока электронов в луче, или вообще закрыть "дорогу" для электронов. Это бывает нужно, например, при перемещении луча от конца одной строки к началу другой.

Теперь поговорим поподробнее именно про принципы развертки.
Для начала, стоит запомнить несколько несложных чисел и терминов:

Растр - это одна "строчка", которую рисует луч на экране.
Поле - это все строчки, которые нарисовал луч за один вертикальный проход.
Кадр - это элементарная единица видеоряда. Каждый кадр состоит из двух полей - четного и нечетного.

Это стоит пояснить: изображение на экране телевизора разворачивается с частотой 50 полей в секунду. Однако, телевизионный стандарт равен 25 кадрам в секунду. Поэтому один кадр при передаче разбивается на два поля - четное и нечетное. В четном поле содержатся только четные строчки кадра (2,4,6,8…), в нечетном - только нечетные. Изображение на экране также "рисуется" через строку. Такая развертка называется " чересстрочная развертка ".

Бывает еще "прогрессивная развертка " - когда весь кадр развертывается за один вертикальный ход луча. Она используется в компьютерных мониторах.

Итак, теперь сухие числа. Все приведенные числа справедливы для систем PAL и SECAM.

Кол-во полей в секунде - 50
Кол-во строк в кадре - 625
Количество эффективных строк в кадре - 576
Количество эффективных точек в строке - 720

А эти числа выводятся из вышеприведенных:

Кол-во строк в поле - 312,5
Строчная частота - 15625 Гц
Длительность одной строки - 64 мкС (вместе с обратным ходом луча)

От редакции

Мы продолжаем знакомить читателей с основами современной телевизионной техники. Те, кто знакомы с нашими предыдущими публикациями («Цифровое телевидение: что это такое?» и «Мобильное телевидение: что это такое?», «3D-телевидение: что это такое?»), смогут расширить свои знания в этой области.

Серость жизни не скрасит даже цветной телевизор
Народная мудрость

Роль телевидения в жизни современного человека трудно переоценить. Когда-то (по историческим меркам еще совсем недавно) телевизионных каналов было совсем мало, сами телевизоры были примитивны, а качество изображения (тогда еще черно-белого) оставляло желать лучшего, но и тогда популярность телевидения была весьма высокой. Зачастую приходилось делать предельно простой выбор между вариантами: «можно купить» и «нигде не достать».

За последние двадцать лет ситуация изменилась кардинально. В любом магазине бытовой электроники полки и витрины заставлены сотнями моделей телевизоров различных марок, типов, размеров и цен. Выбор аппаратуры огромен, и разобраться в этом порой нелегко даже специалисту.

В данной статье рассмотрены две основные технологии современного телевизоростроения, а также преимущества и недостатки каждой из них. Все это сделано для того, чтобы заинтересованный читатель смог сделать обоснованный выбор.

Плоские телевизоры сменяют кинескопные

Все многообразие представленных моделей определяется двумя наиболее важными параметрами: типом конструкции и размером экрана. Сегодня традиционные кинескопные телевизоры сходят со сцены, и рынок завоевывают два типа плоских телевизоров: жидкокристаллические (ЖК) — LCD (Liquid Crystal Display) и плазменные — PDP (Plasma Display Panel). Именно эти современные технологии сегодня являются главными конкурентами, и именно их противоборство зачастую заставляет покупателей чесать затылки, выбирая замену устаревшему кинескопному «старичку».

В отличие от кинескопных, плоские телевизоры (иногда говорят плоскопараллельные панели) не имеют геометрических искажений изображения и в них не используется высокое напряжение (да-да, те самые киловольты, без которых ни один кинескоп работать не может). Такие телевизоры не создают вредных электрических и магнитных полей, так как они не содержат таких узлов разверток и высоковольтного напряжения, какие используются в традиционных телевизорах. Они и сами не подвержены влиянию внешних полей, что с успехом позволяет использовать их в качестве устройств отображения информации в домашних кинотеатрах совместно с акустическими системами, содержащими динамические головки с неэкранированными магнитами.

Плоские телевизоры имеют очень малую толщину корпуса, позволяющую более экономично использовать жилое пространство и вписывать их практически в любой интерьер. И еще, что очень важно, только плоские современные телевизоры в полной мере поддерживают новейшие цифровые технологии, в том числе обеспечение показа телевидения высокой четкости.

Главное отличие новых технологий формирования изображения на плоских экранах от кинескопных заключается в управлении всем массивом элементов изображения одновременно. Напомним читателю, что процесс воспроизведения изображения на экране кинескопа сводится к последовательному прорисовыванию электронными лучами отдельных строк, цельная картина из которых складывается только благодаря инерционности ее восприятия зрением человека.

И та, и другая технологии используют общий базовый принцип получения многообразия цветов — разбиение экрана на мельчайшие точки (пикселы), каждая из которых формируется тремя еще меньшими точками (субпикселами) или ячейками трех основных цветов: красного, зеленого, синего (триадами). Если зритель находится на каком-то удалении от экрана, то он не может различить субпикселы друг от друга и воспринимает их как единое целое. Поэтому, используя три этих цвета в различных пропорциях, можно создавать многообразие цветов, а в равных пропорциях, но с различной интенсивностью, — все оттенки серого от белого до черного.

Рассмотрим, прежде всего, чем же отличаются друг от друга эти две современные технологии.

На жидких кристаллах

ЖК-телевизоры (их еще называют ЖК-дисплеями) используют тонкий слой жидкокристаллического материала — органического соединения, характеризующегося сочетанием свойств жидкости (например, текучестью) и твердых кристаллов (например, оптической анизотропией, т.е. различием оптических свойств среды в зависимости от направления распространения в ней света и его поляризации).

Рассмотрим, как это все работает. С технической точки зрения технология работы ЖК-дисплея представляет собой способ модуляции (изменения проницаемости) света с помощью набора большого количества ЖК-ячеек (это и есть субпикселы). Для получения изображения субпикселы не светятся сами, а только изменяют прозрачность.

Такую плоскую конструкцию называют ЖК-матрицей. Говоря проще, изображение на экране создается путем пропускания или прерывания света специального источника задней подсветки множеством ячеек. Благодаря их способности становиться полностью прозрачными или наоборот закрытыми, можно управлять проходящим светом, создавая цельное изображение.

Источник подсветки излучает обычный неполяризованный белый свет. Как известно из курса физики, свет представляет собой электромагнитную волну, где векторы электрического и магнитного полей направлены перпендикулярно друг другу и направлению распространения волны, а поляризация влияет на ориентацию вектора электрического поля.

Работа ЖК-дисплея основана на использовании эффекта вращения плоскости поляризации светового потока слоем ЖК-материала (так называемого крутящего или твист-эффекта). Известно, что молекулы ЖК-материала обладают дипольным моментом. Напомним читателю, что диполь — это совокупность двух разноименных электрических зарядов одинакового значения, находящихся на некотором расстоянии друг от друга.

В результате взаимодействия электрических полей диполей образуется спиралевидная структура из молекул ЖК-материала, которая в отсутствии приложенного к ячейке напряжения обеспечивает поворот плоскости поляризации светового потока на 90° (рис.1,а).

Конструкция ЖК-дисплея такова, что плоскости поляризации верхнего и нижнего поляризационных фильтров (их еще называют поляроидами) повернуты друг относительно друга на 90°. Как показано на рис.1,а световой поток сначала проходит через верхний поляризационный фильтр. При этом его половина (на рисунке условно показана белым цветом), не имеющая азимутальной поляризации, теряется. Остальная часть уже поляризованного светового потока (на рисунке условно показана черным цветом), проходя через слои ЖК-материала, поворачивается на 90°. В результате ориентация плоскости поляризации светового потока совпадает с плоскостью поляризации нижнего фильтра и световой поток проходит через него практически без потерь.

Если же к ЖК-ячейке приложить определенное напряжение, как это показано на рис.1,б, то спиралевидная молекулярная структура разрушается и проходящий через ЖК-материал световой поток уже не изменяет плоскость поляризации и практически полностью поглощается нижним поляризационным фильтром. Таким образом, ЖК-матрица имеет два крайних оптических состояния: прозрачное и непрозрачное. Отношение коэффициентов пропускания светового потока в обоих состояниях определяет контрастность изображения.

Поэтому, если на кристалл подать напряжение, то угол поворота плоскости поляризации будет зависеть от его величины подобно стрелке компаса, ориентирующейся по магнитному полю Земли. В зависимости от угла поворота, т.е. от уровня приложенного напряжения, могут быть и промежуточные значения прозрачности, а это значит, что через кристалл будет проходить больше или меньше света, в результате чего каждый субпиксел даст то или иное количество красного, зеленого или синего цвета.

Это свойство жидких кристаллов и стало причиной их успеха в дисплейных технологиях.

Итак, каждый пиксел благодаря триадам обретает строго определенный цвет, который задается с помощью прозрачных цветовых фильтров. Если быть точным, то фильтры просто не пропускают ненужные цвета спектра, поглощая до 75% света. Каждый субпиксел имеет одинаковое строение и отличается только размещенным напротив него цветовым фильтром. Различные сочетания цветов соседних пикселов обеспечивают получение обширного диапазона цветовых оттенков на экране.

Ложка дегтя в бочке меда

ЖК-технология имеет много преимуществ. Прежде всего, благодаря полупроводниковым технологиям производства (литография, напыление и т.п.), удается делать чрезвычайно маленькие пикселы, в связи с чем ЖК-матрицы очень компактны. Поэтому они находят применение во многих портативных приборах: мобильных телефонах, навигаторах, дисплеях и т.п. Основной их объем занимают люминесцентные лампы задней подсветки. Но в связи с внедрением в последних разработках ЖК-телевизоров в качестве источников задней подсветки современных миниатюрных белых светодиодов (так называемые LED (Light Emitting Diode)-телевизоры), они становятся еще более плоскими.

Поскольку качественные ЖК-матрицы «живут» очень долго, то телевизоры с ними имеют большую долговечность. Большинство встречающихся дефектов ЖК-телевизоров связаны с отказами ламп подсветки или источников их питания (инверторов). Неисправные лампы подсветки в большинстве случаев можно заменить.

ЖК-панели имеют большую яркость свечения и пикселы в них не мерцают, поэтому их можно рассматривать с достаточно близкого расстояния, что и является причиной их массового использования в качестве компьютерных мониторов.

ЖК-панели потребляют от питающей сети гораздо меньше энергии, нежели аналогичные по размеру диагонали кинескопные телевизоры.

Но, как известно, без ложки дегтя не обходится ни одна бочка меда. И, главное, что здесь необходимо отметить: получение настоящего глубокого черного цвета на ЖК-матрице долгое время было затруднительно. Ведь и в закрытом состоянии ячейки не могут быть абсолютно непрозрачными, а даже, если это так, то свет «умудряется» просачиваться между ними и в итоге черные области выглядят темно-серыми.

Применение для подсветки нескольких тысяч светодиодов, о которых говорилось выше, стало одновременно и эффективным методом повышения контрастности изображения. Целенаправленное выключение светодиодов, расположенных за темными областями изображения, делает черный цвет более глубоким. В ряде моделей благодаря используемой управляемой светодиодной подсветке величина контрастности достигает 1000000:1. Однако какими бы малыми светодиоды ни были, и как бы много их ни было, их все равно в тысячи раз меньше, чем ячеек. Поэтому с высокой точностью подсветить лишь светлые области изображения не всегда возможно. Вследствие этого неизбежно появление артефактов изображения — светлых окаймлений вокруг светлых объектов на темном фоне.

Еще одной проблемой использования ЖК-матриц долгое время было уменьшение яркости, контрастности и насыщенности изображения в зависимости от углов обзора (углов поля зрения). Ведь не надо забывать, что излучаемый подсветкой свет проходит через два поляризационных фильтра, и лишь затем покидает поверхность экрана. Ранее, когда ЖК-матрицы использовались только в мониторах, непосредственно перед которыми находился пользователь, эта проблема не была так важна. Другое дело в телевизорах с большими экранами, перед которыми в качестве зрителей может собираться вся семья. Надо отметить, что в последнее время в связи с внедрением новейших технологий построения ЖК-матриц с этим недостатком удалось успешно справиться. Сейчас нормой стали углы обзора во всех направлениях не менее 170°.

И еще одна важная, но решаемая проблема связана с инерционностью изменения свечения, вызванной тем, что реакция ЖК-материала на изменение приложенного напряжения отнюдь не мгновенна. Это может выражаться в появлении так называемых «шлейфов» за быстро перемещающимися на экране объектами. Используется даже (особенно часто в компьютерных мониторах) связанный с этим явлением специальный параметр, называемый временем отклика.

Одним из вариантов решения этой проблемы могло бы быть отключение подсветки во время смены кадров, но при этом появляется не полезное для зрения мерцание. В современных моделях ЖК-телевизоров и мониторов эта проблема решена схемными и конструктивными методами, время отклика не превышает 5 мс и никакие «шлейфы» даже при просмотре очень «быстрых» фильмов уже не видны.

Текст: Александр Пескин,
доцент МГТУ
им. Н.Э.Баумана

Сегодня мы разберемся в том, как работает телевизор и как происходит передача видеосигнала. Ныне наиболее популярными телевизорами являются плазменные и жидкокристаллические. Но для того, чтобы наиболее полно понять принцип работы телевидения, лучше рассматривать телевизоры изготовленные на основе электронно-лучевой трубы.

Основной принцип работы телевизоров

Формально процесс передачи изображения довольно прост:

1. Светочувствительные элементы телекамер конвертируют световое излучение в определенный электросигнал.
2. Полученный электрический сигнал обрабатывают и передают в эфир.
3. В задней части телевизора находится три электронных пушки. В результате принятия сигналов из телеэфира они создают пучки электронов и направляют их на внутреннюю сторону телевизора, которая покрыта специальным веществом – люминофором. При контакте данного вещества и электронов образуется свечение.
4. Из свечения красного, зеленого и синего света и создается вся картинка на экране телевизора.

Схема работы 3D телевизора

Как видите, принцип работы старых телевизоров довольно прост. Но как работает 3D телевизор?

На самом деле 3D телевизоры только создают иллюзию трех измерений. Весь принцип создания иллюзии трёхмерной довольно прост и основывается на том факте, что наши глаза находятся на расстоянии друг от друга. Исходя из данного факта, можно предположить, что если показать каждому глазу одинаковое изображение, но под различным углом – мозг скомбинирует данные два изображения, и в результате выйдет трехмерное изображение. В киноиндустрии используются методы, которые опираются на данный фактор.

В первом случае два изображения обедняются, при этом каждое изображение видоизменяется с помощью цветового фильтра. Для того, чтобы просмотреть подобное видео, потребуются очки с двумя линзами разных цветов. Благодаря данным очкам каждый глаз видит одно изображение, но под разным углом. Данный метод создания 3D уже известен довольно давно и впервые использовался с целью придать объемности изображению в черно-белом кино. Метод с использованием цветового фильтра принято называть анаглифом.

В современных фильмах анаглиф используется все реже. На смену цветовому фильтру пришел так называемый фильтр поляризации. Принцип при поляризации подобен тому, который используется в анаглифе, но вместо преобразования цвета изменяются волны света, которые замечает глаз зрителя. При просмотре подобных фильмов также нужны очки, которые имеют линзы разной поляризации. Данный метод создания 3D дает лучший и более реалистичный результат.

Не так давно появился и еще один метод, который уже начали использовать в 3D телевизорах. Суть проста - все линзы и фильтры устанавливаются перед экраном, а программное обеспечение телевизора идентифицирует положение пользователя и обеспечивает плавную 3D картинку.

Принцип работы дистанционного пульта

Теперь нам осталось узнать только, как работает пульт телевизора.

На самом деле данный процесс довольно прост:

1. При нажатии любой кнопки на пульте происходит замыкание двух дорожек.
2. Вследствие данного замыкание на центральный чип пульта передается импульс.
3. Далее центральный чип посылает электрический сигнал на фотодиод. Информация передается с помощью инфракрасного сигнала. Данный сигнал невиден человеческому глазу, но его можно обнаружить с помощью различного оборудования (для примера можно использовать фотокамеру).
4. Данный сигнал ловится и обрабатывается приемником самого телевизора. Сигнал проверяется на информацию о модели пульта, а также на нужную команду.