Александр Китайгородский: Физика для всех. Книга 3. Электроны

Таким образом, на металлической пластинке возникает как бы скрытое электрическое изображение предмета. Как же снять его с этой пластинки? С помощью электронного луча, который надо заставить обегать пластинку так, как глаз скользит по строкам книги. Электронный луч играет роль ключа, замыкающего на мгновение электрическую цепь через микроконденсатор. Ток в этой мгновенно созданной цепи будет однозначно связан с яркостью изображения.

Каждый сигнал может и должен быть усилен во много раз обычными способами, применяемыми в радиотехнике. При передаче изображения глаз не должен замечать того, что электронный луч последовательно обегает разные точки светящегося экрана. Полное изображение, полученное на экране приемной трубки за один цикл движения электронного луча, называется кадром. Необходимо создать такую частоту смены кадров, чтобы за счет инерционности зрения не наблюдалось мелькание яркости.

Какую же надо взять частоту смены кадров? Выбрать надо число, связанное с частотой тока в сети. Дело в том, что пульсирующее напряжение, которое приложено к сетке электронно-лучевой трубки, создает на экране темные и светлые полосы. Если частота смены кадров будет равна или кратна частоте сети, то только в этом случае полосы будут неподвижны и незаметны. Слитность движения возникает при частоте смены кадров около 20 Гц, поэтому частота смены кадров в телевидении принята 25 Гц, но при этой частоте мелькание яркости еще заметно. Брать частоту кадров 50 Гц нежелательно, поэтому техники прибегли к следующему занятному приему: они воспользовались чересстрочной разверткой. Оставлена частота 25 Гц, но электронный луч прочерчивает сначала нечетные строки, а затем четные. Частота смены полукадров становится-равной 50 Гц и мелькание яркости изображения становится незаметным.

Частоты кадровой и строчной разверток должны быть строго синхронизированы. Здесь нет места входить в технические детали, поэтому мы не станем объяснять, что эта синхронизация требует, чтобы число строк было нечетным и состояло из нескольких целых сомножителей. В нашей стране принято делить кадр на 625 строк, т. е. 5 4; поскольку в одну секунду сменяется 25 кадров, частота строк становится 15 625 Гц. Из этого условия вытекает ширина спектра частот телевизионного сигнала.

Низшая частота 50 Гц — частота полукадра. А высшая частота определяется временем для передачи одного элемента.

Довольно простой расчет, которого мы здесь не будем приводить, показывает, что высшую частоту приходится взять равной 6,5 МГц. Отсюда следует, что несущая частота передатчика не может быть меньше 40–50 МГц, поскольку частота несущей волны должна быть по крайней мере в 6–7 раз больше ширины полосы передаваемых частот. Теперь вам понятно, почему для телевизионных передач могут быть использованы только ультракороткие волны и почему, следовательно, дальность телепередачи ограничена прямой видимостью.

Но я оговорился — была ограничена. Революционным событием, позволяющим вести телепередачу на любые расстояния, является использование спутников связи.

Наша страна была первой, которая использовала спутники для этой цели. В настоящее время просторы нашей Родины охвачены связью, осуществляемой рядом спутников.

Не затрагивая вопроса об устройстве мощных телевизионных станций, приведем лишь интересные цифры, характеризующие огромныё возможности современной радиотехники в усилении сигналов. Обычный видеосигнал имеет до усиления, мощность до 10 -3Вт, усилитель мощности увеличивает его в миллион раз.

Мощность в 10 3Вт подается на параболическую антенну диаметром порядка 30 м. Эта антенна дает узко направленный луч, который будет отражен спутником. После того как электромагнитная волна пройдет примерно 35 000 км до спутника, ее мощность будет равна 10 -11Вт.

Усилитель, установленный на спутнике, увеличивает мощность этого исключительно слабого сигнала примерно до 10 Вт. Отраженный от спутника сигнал вернется на Землю с мощностью в 10 -17Вт. Усиление возвратит мощность видеосигнала к исходному значению 10 -3Вт.

Я думаю, что десять лет назад этим числам не поверил бы самый оптимистически настроенный инженер.

Невозможно закончить главу, посвященную радиотехнике, не сказав хотя бы несколько слов о новой революции, происходящей на наших глазах.

Речь идет о фантастической миниатюризации всех радиотехнических приборов, которая стала возможной благодаря переходу от приборов, составленных из отдельных элементов — сопротивлений, транзисторов и т. д., — соединенных между собой проволочками, к электрическим схемам, «нарисованным» при помощи специальной техники на кусочке кремния размером несколько миллиметров.