电视机原理

+第一章：黑白电视基础知识

课题一：黑白电视信号的传输与显示

课型： 理论

教学目的：

1、掌握电视广播的基本过程

2、掌握黑白显像管的基本构造

3、图像显示原理

重点：

黑白显像管的基本构造

难点：

图像显示的原理

教学过程：

Ⅰ、组织教学

Ⅱ、理论内容

一、相关知识

（一）电视图像的分解传送

1、图像分解——像素

根据人眼对细节分辨力有限的视觉特性，任何一幅画面，无论是静止的还是运动着的，都可以看成是由无数颜色深浅不同、反映不同亮度的小细点组成。这些小点称为像素。它们按照景物表面的明暗规律分布，像素是组成可视图像的最小单位。

2、信号传输技术

（1）同时传送：在同时传送方法中，一个像素就要用一组线路通道。

（2）顺序传送：所谓的顺序传送就如同人们看书写字一样，在画面中从左到右、从上到下的顺序将像素转换成电信号并依次传送。

3、静止（一副）图像的传送

当人眼在观看某一观点或一副图像时，如果这个光点或图像消失后，人眼对亮度的感觉并不会立即消失，而是瞬时保留，然后才逐渐消失，这种现象称为视觉暂留，人的视觉暂留时间为0.1S 。

同时荧光粉的发光也有一定的余辉特性，即当电子束停止对荧光屏轰击后，荧光还会持续一段时间。

正是由于人眼的视觉惰性和荧光粉的余辉特性，如果要传送一副静止的图像，把分解的图像像素信息按照时间顺序依次传送和接收，当传送和接收速度足够快，且第一格光点出现到最后一个光点出现的时间间隔，比人眼视觉惰性时间和余辉时间短，在接收端我们看到的不会是一行行移动的光点，会感觉到整个图像在同时发光，犹如一副完整的画面。

4、活动图像的传送

受电影放映的启发，人们认识到要传送活动图像，只要将运动的物体图像连续地分为若干幅稍有变化的静止图像，然后将这些静止图像的顺序地快速传送，只要每两幅图像出现的时间小于人眼视觉惰性时间，人眼就会有连续动作的感觉，即实现了活动图像的传送。

（二）电视广播的基本过程

把光像（即实地看到的景物）转变成电信号的光−电变换过程，称之为摄像。而接收端图像复合的目的是将电信号在荧光屏上还原成图像，这种电−光转换，是由电视接收机的显像管来完成的。在电子扫描作用下将电信号在荧光屏上还原成像，称为显像。

1、图像的摄取与黑白电视信号的发送

光 –电变换产生图像信号，通过电路处理后送给发射机，去调制进行高频调制，形成调幅波。

另一路是景物的伴音则通过传声器进行声电转换，将反映声音的电信号送到音频放大器进行放大，再送入发射机进行高频调制，形成调频波。

最后将图像调幅波和伴音调频波在发射机中的混合器进行图声载波混合后，经发射天线变换成无线波发射到空中，进行远距离传送，或通过有线方法传送到接收端。

2、黑白电视信号的接收

电视信号传至接收端后，由电视接收天线将高频图像和伴音信号一起接收下来，在接收机中把受图像信号调制的高频无线电波变换成图像信号电压，然后通过显像管重现出原景物的电视图像，称为显像过程。其中主要环节是电−光变换，即由信号电压的高低转换成图像亮度的高低。同时取出反映伴音内容的音频信号，在扬声器中还原出声音。

（三）图像的显示

电视图像的重现最终是由显像管来完成的。因此，要获得高质量的电视图像，就必须有一个高质量的显像管。

1、黑白显像管的基本构造

显像管由玻璃外壳、电子枪和荧光屏三部分组成

（1）玻璃外壳：玻璃外壳简称玻壳，有三部分组成，玻璃、管锥体和管颈。

1）管颈：是一个细长的玻璃管，里面装有电子枪，电子枪中除高压阳极外，其他各极都从管颈末端用金属管脚引出。

2）管锥体：锥体部分把屏面与管颈连接为一体，内部抽成真空。

3）屏面玻璃：屏面一般为矩形，其内侧涂有荧光粉，用来显示图像。

（2）电子枪：用来发出一束能受视频图像信号控制的、聚焦良好的电子束，轰击荧光粉，使之发光。它由灯丝、阴极、控制栅极、加速阳极、聚焦阳极和高压阳极组成。

（3）荧光屏

1）荧光屏的结构：在显像管屏面玻璃内表面沉积一层厚约10um 的荧光粉，叫荧光屏，也称屏幕。

2）余辉特性：不同荧光粉余辉时间不同，按余辉时间的长短可分为短余辉（小于1ms ）、中余辉（1~100ms）和长余辉（100ms 至几分钟）。

2、图像显示原理

首先由附属电路给显像管各电极加上规定值的工作电压。由于灯丝加热阴极而发射电子，在加速极和聚焦极作用下形成电子束，电子束以极高的速度轰击荧光屏上的荧光粉，受高速电子轰击的荧光粉根据电子束流的大小发出强弱不同的光，完成电光转换。同时，在飞翔荧光屏的途中，经过有偏转线圈产生的线性变化磁场，控制它作上下左右的偏移运动，在荧光屏上扫描出一幅光栅。倘若同时在显像管的阴极K （也可以在控制栅极）加上视频信号电压，信号电压幅度连续变化，不断改变阴极与栅极之间电位差，射出栅孔的电子束强弱跟着改变，打在荧光屏时，发光点的亮暗与电子束的强弱一致。这样，图像信号幅度变化就变换成荧光屏上的亮暗变化。当电子束的运动规律与发送端一致时，就能在荧光屏上获得与原景象亮度分布一致的黑白电视图像。

二、本课题简单小结

三、布置课后练习

课题二：电子扫描

课型： 理论

教学目的：

1、掌握电子束偏转的两种方式

2、掌握电子扫描的方式

重点：

电子束偏转的方式

难点：

电子扫描的方式

教学过程：

Ⅰ、组织教学

Ⅱ、理论内容

一、相关知识

（一）电子束偏转

电子扫描：电子束按一定规律在光电靶靶面或荧光屏上运动的过程。

为了完成这一扫描过程，除了需要具有一定动能的电子束轰击靶面或荧光屏，还必须通过电或磁的作用去改变从摄像管或显像管的电子枪发射出的电子束的运动方向，改变电子束运动的方向称偏转。

偏转方式有静电偏转和电磁偏转两种。显像管采用的是电磁偏转。

1、偏转线圈的组成

偏转线圈主要是由磁环、一组行、一组场偏转线圈以及中心位置调节器等四部分组成。

2、偏转原理

如果没有偏转系统，电子枪发射出来的电子束只能在屏幕中心产生一个光点；当偏转线圈流过电流时，就会产生磁场，而电子枪发射的电子束（在管颈中央）通过该磁场时，根据物体中的电磁作用原理可知，运动的电子将受力而发生偏转，电子偏转方向可用左手定则确定。

（二）扫描方式

1. 逐行扫描

电子束从屏幕左上端开始，按照从左向右，自上而下的顺序以均匀速度一行接一行的扫描，称为逐行扫描。

逐行扫描又分为：水平扫面、垂直扫描和行、场扫描

下面主要来介绍行、长扫描。

行、场扫描电流畸变对图像显示的影响：

（1）仅有行扫描电流；

（2）仅有场扫描电流；

（3）行、场扫描电流幅度不足；

（4）行、场扫描电流非线性失真。

逐行扫描的优缺点：

优点：简单、可靠

缺点：由于一幅电视图像要有足够清晰度和不产生闪烁感觉，就需要有足够的行扫描线和足够高的换场频率。这样，经逐行扫描产生出来的图像信号将有很宽的频带，给发射、接收设备带来一定的技术困难。

2. 隔行扫描

所谓隔行扫描, 就是在每帧扫描行数仍为625行不变的情况下, 将每帧图像分为两场来传送, 这两场分别称为奇场和偶场。奇数场传送1,3,5,…奇数行; 偶数场传送2,4,6,…偶数行。 如下图

3、电子束扫描的要求

（1）扫描正程同来显示图像，所以电子束的运动应该是线性的。

（2）扫描逆程不显示图像，因此时间要短。

（3）行、场扫描都应按一定规律作连续的周期性运动。

关于电子扫描，我国电视标准规定如下：

行周期T H =64μs ；行扫描频率f H =15 625Hz（=1/T H ）；

行正程T HS =52μs ；行逆程T Hr =12μs ；

场周期T V =20ms；场扫描频率f V =50Hz（=1/T V ）

场正程T VS =18.4ms；场逆程T vr =1.6ms（≈25H+12μs ）；

每帧图像的总扫描行数=625行；

每场图像的扫描行数312.5行；

每场正程扫描行数287.5行；每场逆程扫描行数25行；

扫描方式：奇数行隔行扫描。

二、本课题简单小结

三、布置课后练习

课题三：电视图像的基本参量

课型： 理论

教学目的：

1、掌握电视图像重要参量

2、掌握图像清晰度与哪些因素有关

重点：

调节电视图像亮度和对比度

难点：

图像清晰度与那些因素有关

教学过程：

Ⅰ、组织教学

Ⅱ、理论内容

一、相关知识

（一）图像的基本参量

亮度、对比度和灰度是电视图像转换中三个十分重要的参量。图像质量的好坏, 可由它们给予完整的描述。

所谓亮度, 通常是指单位面积的光通量。

亮度常以B 表示, 光通量的单位是烛光(cd),亮度的单位是尼特(nit)或熙提(sb),它们之间的关系是:

1nit =1cd /m 1sb =1cd /cm 22

视图像的亮度取决于电视图像信号的平均直流成分，改变电视图像信号的直流成分，可以改变其亮度。

对比度是客观景物最大亮度B max 与最小亮度B min 之比。

当以K 表示对比度时, 有

K =B m ax B m in

灰度，称为亮度级差或亮度层次。它反映了电视系统所能重现的原图像明、暗层次的程度。

受到显像管发光亮度的限制，重现的图像无法达到景物实际亮度，但只要能反映客观景物的对比度和灰度，便可获得满意的效果。

（二）电视图像清晰度和分辨率

图像清晰度是指荧光屏再现图像细节的能力。图像的清晰度主要与下列因素有关：

（1）电视系统的分辨力；

（2）图像大面积对比度；

（3）图像小面积对比度

电视系统的分辨率（或称分解力）是指电视系统传送细节的能力。它分为垂直分辨率和水平分辨率，垂直分辨率是指沿着图像的垂直方向能够分解像素的数目；水平分辨率是指电视系统沿着图像的水平方向能分解的像素数目。显然扫描行数越多，分解像素越多，越能重现原来景物的细节，图像就约清晰。

（三）电视信号的最高频率及频带宽度

电视采用隔行分场的扫描方式是为了压缩视频信号的带宽。视频信号的带宽是指传送视频信号的通道所需的通频带，是确定通道特性的重要依据，通常以视频信号的最高频率f max 为代表，即图像信号的最高频率f max 就是图像信号的频带宽度

行数选择是根据图像垂直清晰度的要求来决定的，一帧光栅有625行。计算表明，如果每秒钟传送25帧图像，则图像信号的最高频率为6MHz 。

二、本课题简单小结

三、布置课后练习

课题四：黑白全电视信号

课型： 理论

教学目的：

1、掌握黑白全电视信号的组成

2、掌握辅助信号的作用

重点：

黑白全电视信号的组成

难点：

辅助信号的作用

教学过程：

Ⅰ、组织教学

Ⅱ、理论内容

一、相关知识

黑白全电视信号是指传送黑白图像时所需要的全部信号。

黑白全电视信号包括：图像信号、复合同步信号、复合消隐信号、槽脉冲和均衡脉冲。

（一）图像信号

图像信号是由摄像管将明暗不同的景像转变而得的电信号。

由图像信号的电平与反映亮度的关系来讲，有正极性和负极性亮度信号。

图像信号具有如下特征:

(1)单极性：含直流, 即图像信号具有平均直流成分, 其数值确定了图像信号的背景亮度。

（2）相关性：对于一般活动图像, 相邻两行或相邻两帧信号间具有较强的相关性, 可近似认为是周期信号。

（二）辅助信号

1、复合消隐信号

在电子扫描过程中，电子束在回扫时，若不采取措施，无论是行或场都将出现回扫线，这将会对正程传送的图像起干扰作用。

为了消除在行、场回扫中的回扫线，在行、场扫描逆程期间，需在显像管中加入能使扫描电子束截止的消隐脉冲。消隐信号的电平应等于图像信号的黑色电平，宽度分别等于行、场扫描逆程时间。

2、复合同步信号

电视系统中, 收、发扫描必须严格同步, 即收、发扫描对应的行、场起始和终止位置必须严格一致, 否则就会出现画面失真或不稳定现象

为了使发送端、接收端扫描严格同步，电视发送端分别在行、场逆程期间发送一个行同步信号和场同步信号，它们在电视接收端被分离出来之后，分别控制电视接收端的行、场扫描锯齿波电流的周期和相位，即控制行与场回扫的时间。

3、槽脉冲和均衡脉冲

行同步脉冲与场同步脉冲具有相同的幅度, 不同的宽度, 因而分离行、场同步脉冲的方法一般是借助于宽度分离电路——微分与积分电路的组合

由于场同步脉冲较宽，因而在场同步期间会使行同步信息丢失。

为了克服上述问题，在场同步脉冲上开几个槽，称为槽脉冲。且使槽脉冲的后沿（上升沿）对应于原行同步脉冲的上升沿，这样可以保证在场同步期间检测出行同步脉冲。

由于场同步脉冲信号通过积分电路来提取，因此要求相邻两场的场同步脉冲前沿到达积分电路时，积分电容器上要有相同的起始电压，否则无法保证正确的嵌套，严重时甚至会出现扫描光栅完全重合的现象。

均衡脉冲的作用：保证偶数场的扫描线准确嵌套在奇数场各扫描线之间，即保证奇数场和偶数场扫描的同步。

工作原理：在场同步脉冲前、后及中间每隔半行增加一个行同步脉冲，这样使场同步期间有5个槽脉冲，宽度为4.7us ，场同步脉冲前、后各有5个2.35us 的脉冲，称为前、后均衡脉冲。

二、本课题简单小结

三、布置课后练习

课题五：电视信号的调制与发送

课型： 理论

教学目的：

1、掌握全电视信号的调幅和负极性调制的优点

2、掌握残留边带发送的特点

重点：

全电视信号的调幅和残留边带发送特点

难点：

负极性调制的优点

教学过程：

Ⅰ、组织教学

Ⅱ、理论内容

一、相关知识

（一）电视信号的调制

电视信号由全电视信号（视频信号）和伴音信号组成。视频信号和伴音信号都含有丰富的低频分量，要想远距离发送视频信号与伴音信号，要把欲发送的信号调制在一个比信号本身频率高出5~10倍的载频信号（载波）上，即高频信号携带低频信号，然后发送出去。

为了避免两个信号相互干扰，在电视系统中，把图像和伴音信号分别调制在两个不同的载频上，并且采用不同的调制方法。

1、全电视信号的调幅

全电视信号采用调幅方式，即利用全电视信号去调制高频载波的幅度，使高频载波幅度随图像信号的幅度变化而变化。

我国采用负极性视频信号进行调制，采用负极性调制具有以下优点：

（1）干扰信号对图像影响较小

（2）节省发射功率

（3）便于实现自动增益控制

但负极性视频信号抗干扰能力差，外来干扰容易容易使电视接机误认为同步信号，从而出现不同步，所以在电视机中通常加入消噪电路。

2、伴音信号的调频

伴音信号采用调频的方式进行调制，即利用伴音信号去调制高频载波的频率，使高频载波的频率随着伴音信号的幅度变化而变化。

在伴音信号中，高频分量的幅度比低频分量的小，容易受到干扰。为此，在调频信号的发送端，通常将高频分量的幅度预先提高，称为加重。在接收端，再将高频分量进行衰减，称为去加重。

（二）残留边带发送

1、为什么采用残留边带发送

视频信号经过调幅后，其调幅波频为上、下对称两个边带。为了减小带宽而采用了隔行扫描方式。若直接传送占有12MHz 带宽的视频信号条幅波，会给发送设备和技术造成很大困难。因此一般不采用这种方式传送。

实际上只传送单边带即可，但这种传送方式需用滤波器将下边带或上边带中的部分完全滤除。然而这样做的结果会给技术处理带来困难和使接收设备复杂化。因此，目前普遍采用残留边带方式传送图像信号调幅波。

2、残留边带发送特点

残留边带是指在传输上边带的同时也传送了下边带的一部分（这部分称为残留边带），在发送时用滤波器将下边带一部分滤去。

残留边带发送是一种既保留双边带发送特点，又具有单边带发送压缩频带优点的发送方式。

采用残留边带发送时，图像的低频分量为双边带发送，图像信号的高频分量为单边带发送。

二、本课题简单小结

三、布置课后练习

课题六：黑白电视机的接收原理

课型： 理论

教学目的：

1、掌握超外差单通道内载波式电视机的特点

2、掌握超外差内载波式电视机的组成及作用

重点：

超外差单通道内载波式电视机的特点和组成

难点：

超外差内载波式电视机的作用

教学过程：

Ⅰ、组织教学

Ⅱ、理论内容

一、相关知识

电视广播的接收端需要天线和电视接收机，即电视机。电视机在接收到电视节目信号后，经过一系列电路处理，最终在荧光屏上重现被传送的图像，通过扬声器播出被传送的伴音。目前电视机多采用超外差内载式电视机。

（一）超外差单通道内载波式电视机的特点

1、超外差式

所谓的超外差式是指电视机利用本机振荡和外来高频电视信号在混频级形成固定的中频信号，再对中频信号进行放大，经检波而取得图像信号

2、单通道内载波方式

单通道指的是电视机的图像和伴音信号在图像检波之前共用一个放大通道（中频放大器），指导检波后才把伴音信号分离出来。

3、超外差电视接收机的优点

（1）便于实现频道的转换：当接受不同频道的电视信号时，只需改变高放电路和本振电路的调谐回路，就能实现频道转换。

（2）选择性好：通过中放电路级间的LC 调谐回路或带通滤波，可获得较好的通带塔形

（3）灵敏度高：接收机受到个频道信号，混频后都变成固定的中频信号。由于中频频率较低，故中放电路工作稳定，且可以进行高增益放大，接收机灵敏度较高。

（二）掌握超外差内载波式电视机的组成及作用

一台完整的超外差单通道内载波式的黑白电视机主要由高频调谐器、中放电路、视频检波及视放、伴音通道、扫描电路及电源等部分组成。

1、高频调谐器（高频头）

高频头由高放、本振、混频级组成。它的主要作用是选择并放大所接收频道的微弱电信号，抑制干扰信号，与天线实现阻抗匹配，保证信号能最有效传输，进行电视信号频率变换，完成外差作用

2、中频放大器

将高频头送来的图像与伴音中频信号进行幅度放大，一满足图像检波所需要的电平。同时为了防止伴音对图像的干扰，伴音中频信号的放大量一般为图像中频放大量的3%~5%。

中放级的输出信号波形与输入信号波形相同，只是幅度被放大了。

3、视频检波器

视频检波器有两个作用：一是从图像中频信号中检出视频信号，即通过它把高频图像信号还原为视频图像信号，然后送至视放级；二是利用检波二极管的非线性作用，将图像中频和伴音中频信号混频，产生第二伴音中频信号（调频信号）

4、预视放电路

预视放电路的作用是实行信号分离，即把视频信号送到视放输出级，并且通过消噪电路（ANC ）将视频信号送往AGC 电路和同步分离电路；另外，把第二伴音中频信号送到伴音电路。

5、视放输出级

视放输出级是将视频信号放大后送至显像管，控制显像管中束电流的强弱，在荧光屏上显示出图像。

6、自动增益控制（AGC ）电路

AGC 电路的作用是当接收的高频电视信号强弱变化时，能自动控制高放级和中放级的电压增益，使检波后输出的视频信号幅度基本不变，保证电视机在不同场强下都能稳定地工作。

7、自动消噪（ANC ）电路

ANC 电路有称抗干扰电路。它的作用是消除混入全电视信号中的大幅度干扰脉冲，以避免AGC 电路和同步分离电路的工作受其影响，提高图像的稳定性。ANC 电路处理的对象是全电视信号，将夹在全电视信号中的大幅度窄脉冲去除。

8、伴音通道

（1）伴音中放：将预视放送来的第二伴音中频信号进一步放大，然后送给鉴频器。

（2）鉴频器：对伴音中放来的调频信号进行解调，取出音频信号并送至低放。

（3）音频放大器：对鉴频器送来的音频信号进行电压和功率放大，推动扬声器还原出声音。

9、同步分离

它的作用是从全电视信号中取出复合同步信号，为行、场扫描电路提供行同步信号和场同步信号，使行、场扫描与摄像管中的电子束扫描同步。

10、场扫描电路

（1）积分电路：对同步分离送来的复合同步信号进行宽度分离，取出场同步信号去控制场振荡器，使之与发送端场频同步。

（2）场振荡器与锯齿波形电路：产生频率受场同步信号控制的场频锯齿波电压，并送至场激励级。

（3）场激励：对场振荡器输出的锯齿波电压进行整形放大，然后送给场输出级。

（4）场输出：对场激励送来的锯齿波电压做进一步功率放大，为场偏转线圈提供场频锯齿波电流，以产生偏转磁场，使电子束垂直扫描。

11、行扫描电路

（1）AFC 电路：将行输出反馈回来的逆程脉冲与同步分离送来的复合同步脉冲进行频率与相位比较，当两者频率与相位有偏差时，AFC 电路就会输出相应的误差电压，以调整行振荡器的振荡频率和相位，使其与发送端同步。

（2）行振荡：产生行频脉冲电压，其振荡频率受AFC 产生的误差电压控制。

（3）行激励：对行振荡输出的脉冲电压进行整形放大。

（4）行输出：在行激励输出的脉冲电压控制下，对行偏转线圈提供锯齿波电流，以使电子束做与发送端同步的水平方向扫描运动。

12、显像管及偏转线圈

显像管的作用是将视频信号（电信号）转换成相应的图像信号（光信号）。偏转线圈的作用是形成垂直方向和水平方向的磁场，使显像管中的电子束自左至右、从上到下均匀地扫描。

13、电源

黑白电视机中的电源电路大多采用串联型稳压电路。它为全机电路提供稳定的直流工作电压。

电视机所需要电源分直流低压、中压和高压三大类。

二、本课题简单小结

三、布置课后练习