7.1. Понятие чувствительности телевизионного приемника
Чувствительность телевизионного
приемника - одна из главных его характеристик, которая определяет возможность
дальнего приема передач. Чем меньше чувствительность, тем "дальнобойнее"
приемник. Поэтому применительно к чувствительности обычно пользуются выражениями
лучше-хуже вместо больше-меньше, понимая под лучшей чувствительностью такую,
которая выражается ее меньшим значением. Существует несколько определений чувствительности,
и во избежание путаницы всегда необходимо знать, о какой чувствительности идет
речь. Приняты следующие определения: чувствительность, ограниченная усилением;
чувствительность, ограниченная синхронизацией; чувствительность, ограниченная
шумами.
Чувствительность, ограниченная
усилением, представляет собой минимальное напряжение сигнала на антенном входе
телевизионного приемника, при котором обеспечивается нормальный уровень сигнала
на модулирующем электроде кинескопа. Номинальным уровнем принят размах напряжения,
соответствующий уровням белого и черного на экране кинескопа.
Чувствительность, ограниченная
синхронизацией, - это минимальное напряжение сигнала на антенном входе телевизора,
при котором еще достигается устойчивая синхронизация генераторов развертки телевизора.
Чувствительность, ограниченная
шумами, - это минимальное напряжение сигнала на антенном входе телевизора, при
котором обеспечивается номинальный уровень сигнала на модулирующем электроде
кинескопа при его превышении над уровнем собственных шумов на 20 дБ, т. е. в
10 раз по напряжению. Во всех случаях имеется в виду чувствительность телевизионного
приемника по каналу изображения.
Видно, что чувствительность,
ограниченная усилением, характеризует лишь коэффициент усиления приемно-усилительного
тракта телевизора без учета качества изображения и устойчивости синхронизации.
Эту чувствительность можно получить, разделив напряжение номинального уровня
сигнала на модуляторе кинескопа на коэффициент усиления тракта. Поэтому чем
больше коэффициент усиления, тем меньше (т. е. лучше) чувствительность, ограниченная
усилением. В связи с тем, что коэффициент усиления тракта можно увеличивать
неограниченно наращиванием числа усилительных каскадов, можно добиться чувствительности,
ограниченной усилением, сколь угодно малой. Это приводит к наиболее распространенному
заблуждению, когда в условиях дальнего приема пытаются его улучшить за счет
использования различных усилительных приставок к телевизору. Но дело в том,
что чувствительность, ограниченная усилением, отнюдь не характеризует возможность
приема телевизионным приемником слабых
сигналов, так как не учитывает
влияния его собственных шумов. Ведь элементы схемы любого каскада, особенно
электронные лампы и транзисторы, создают определенный уровень собственных шумов.
Шум каждого каскада усиливается последующими каскадами наравне с сигналом, поэтому
наиболее сильно усиливается шум первого каскада приемника. Вот почему наиболее
важен уровень шумов именно первого каскада телевизионного приемника, а шумами
последующих каскадов можно пренебречь. По этой причине именно первый каскад
стремятся собирать с использованием малошумящих электронных ламп и транзисторов.
Если напряжение собственных шумов на выходе приемника разделить на его коэффициент
усиления, получится уровень напряжения шумов, приведенных ко входу этого приемника.
В связи с тем, что в основном шумит первый каскад, очевидно, что напряжение
шумов, приведенное ко входу приемника, не зависит от числа каскадов и коэффициента
усиления приемного тракта. Конечно, чем больше коэффициент усиления тракта,
тем меньший уровень сигнала нужно подать па вход приемника, чтобы получить на
его выходе нужное напряжение. Однако должно быть ясно, что при подаче па вход
приемника сигнала, уровень которого меньше напряжения шумов, приведенных ко
входу, такой слабый сигнал окажется забит шумами. Шумы будут усилены вместе
с сигналом, и на экране телевизора вместо передаваемого изображения появятся
шумы в виде хаотически мерцающих белых и черных точек. В таком случае говорят,
что на экране виден "снег".
Чтобы получить изображение
на экране телевизора, напряжение сигнала на входе телевизора должно превышать
напряжение шумов, приведенных ко входу. Чем больше напряжение сигнала на входе
телевизора по сравнению с напряжением шумов, приведенных ко входу, тем лучше
будет качество изображения. Для оценки соотношения между напряжением сигнала
и напряжением шумов принято брать их отношение.
Чувствительность, ограниченная
шумами, как раз и учитывает наличие определенного уровня собственных шумов телевизионного
приемника и характеризует его способность принимать слабые сигналы, т. е. работать
в условиях дальнего приема. Чувствительность, ограниченная шумами, измеряется
при отношении сигнал-шум на модуляторе кинескопа, равном 10, что соответствует
20 дБ. Напомним, что отношение двух напряжений, выраженное в децибелах, получается
путем взятия десятичного логарифма этого отношения и умножением его на число
20. В связи с тем, что в телевидении кроме несущей частоты сигнала изображения
передается только одна боковая полоса частот, а вторая полоса подавляется, коэффициент
передачи амплитудного детектора и, стало быть, коэффициент усиления сквозного
тракта для сигнала в 2 раза меньше, чем для шумов. По этой причине для получения
на выходе телевизионного приемника отношения сигнал-шум, равного 10, это отношение
на входе приемника должно быть вдвое больше, т. е. 20, что соответствует 26
дБ.
.
Указанное отношение сигнал-шум
при определении чувствительности условное, так как оно соответствует очень плохому
качеству изображения, при котором обеспечивается различимость лишь крупных деталей.
Для получения же на экране телевизора изображения хорошего качества отношение
сигнал-шум на входе должно быть не менее 40 дБ, т. е. на 14 дБ (в 5 раз) больше,
чем при определении чувствительности, ограниченной шумами. Это связано с тем,
что максимальный уровень сигнала при негативной модуляции соответствует уровню
черного, а уровень белого значительно меньше, и для получения хорошего качества
изображения именно уровень белого должен быть больше уровня шумов. Поэтому,
если. например, известно, что чувствительность, ограниченная шумами, для какого-то
телевизора составляет 70 мкВ, подача на антенный вход этого телевизора сигнала
с таким уровнем обеспечит лишь получение различимого изображения, а для получения
изображения хорошего качества напряжение входного сигнала должно быть в 5 раз
больше, т. е. 350 мкВ.
Сравнивая чувствительности,
ограниченные шумами, для разных типов телевизора оказывается возможным выбрать
такой из них, который обладает наилучшей чувствительностью и наиболее подходит
для условий дальнего приема передач. Сравнение чувствительностей, ограниченных
усилением, такой возможности не дает. Все разработанные после 1979 г. отечественные
черно-белые и цветные телевизионные приемники в соответствии с ГОСТом должны
обладать чувствительностью канала изображения, ограниченной шумами, не хуже
100 мкВ в диапазонах метровых каналов и не хуже 140 мкВ в диапазонах дециметровых
каналов. Однако указанные значения предельные: фактическая чувствительность
разных типов телевизоров может быть лучше.
Телевизионный сигнал, принятый
антенной, как и всякий радиосигнал, подвержен замираниям (колебаниям уровня)
из-за непостоянства условий распространения сигнала в атмосфере. Для компенсации
таких замираний коэффициент усиления приемного тракта телевизора должен автоматически
изменяться в соответствии с уровнем принятого сигнала. С этой целью телевизионный
приемник должен быть оснащен автоматической регулировкой усиления (АРУ). Для
нормальной работы телевизора, оснащенного системой АРУ, телевизионный приемник
должен иметь запас усиления. Поэтому коэффициент усиления приемно-усилительного
тракта должен быть больше того, который необходим для получения необходимой
чувствительности, ограниченной шумами. Таким образом, обычно чувствительность,
ограниченная усилением, оказывается меньше (лучше) чувствительности, ограниченной
шумами.
Чувствительность, ограниченная
синхронизацией, которая характеризуется минимальным напряжением сигнала на входе
телевизора, обеспечивающим синхронизацию генераторов развертки, не учитывает
необходимости наличия различимого изображения на экране телевизора или его качества.
Как правило, чувствительность, ограниченная синхронизацией, представляет собой
промежуточную величину: она хуже чувствительности, ограниченной усилением, и
лучше чувствительности, ограниченной шумами.
Следует иметь в виду, что
если не оговорено, о какой чувствительности идет речь, подразумевается чувствительность,
ограниченная усилением.
У нас в стране во избежание
конкуренции сложилась практика, при которой в паспортах телевизионных приемников,
выпускаемых разными заводами, стали указывать чувствительность без пояснения
условий ее определения. Понятно, что при этом указывалась чувствительность,
ограниченная усилением, хотя потребитель заинтересован в информации о чувствительности,
ограниченной шумами. В последние годы под давлением
общественности паспортные
данные телевизоров стали содержать значения чувствительности, ограниченной синхронизацией.
Путаница в понятиях чувствительности
часто приводит к парадоксам. У некоторых владельцев телевизоров вызывает недоумение
то, что телевизор, характеризуемый в паспорте лучшей чувствительностью по сравнению
с другим, фактически слабые сигналы принимает хуже. Это объясняется именно тем,
что сравнивались значения чувствительности, ограниченной усилением, а не чувствительности,
ограниченной шумами.
В условиях дальнего приема,
когда изображение на экране телевизора получается бледным и малоконтрастным,
встает вопрос о возможности улучшения чувствительности телевизионного приемника.
При наличии современного телевизора улучшать чувствительность, ограниченную
усилением, не имеет смысла, так как она и так достаточно мала. Если же речь
идет о телевизорах устаревших марок, выпущенных до появления унифицированных
моделей, такое улучшение можно считать целесообразным. Для этого достаточно
увеличить коэффициент усиления приемно-усилительного тракта телевизора.
Возникает вопрос, в каких
случаях следует добиваться улучшения чувствительности, ограниченной усилением,
в условиях дальнего приема, а в каких это не имеет смысла. Рассмотрим следующие
примеры.
Допустим, что имеется телевизионный
приемник с чувствительностью, "ограниченной усилением, равной 200 мкВ.
Уровень входных шумов для всех телевизоров можно считать равным 5 мкВ. При подаче
на вход этого телевизора сигнала напряжением 200 мкВ, равного чувствительности,
на модуляторе кинескопа будет получено необходимое напряжение. Вместе с тем
отношение сигнал-шум на входе составит 200: 5=40. Это практически соответствует
отсутствию шумов на экране. Различимое изображение, пусть даже плохого качества,
что допустимо в условиях дальнего приема, можно было бы получить при меньшем
уровне входного сигнала, равном 100 мкВ, при котором отношение сигнал-шум оказалось
бы равным 20. Однако при уменьшении входного сигнала вдвое также вдвое уменьшится
сигнал па модуляторе кинескопа, и картинка получится бледной. Если же увеличить
коэффициент усиления тракта также в 2 раза, задача будет решена: при подаче
на антенный вход сигнала напряжением 100 мкВ уровень выходного сигнала окажется
номинальным, достаточным для получения нормальной контрастности, а отношение
сигнал-шум на входе будет равно 20, так как уровень входных шумов не зависит
от коэффициента усиления тракта.
В качестве другого примера
возьмем телевизионный приемник более позднего выпуска, например, черно-белый
унифицированный телевизор УЛПТ-61-II, чувствительность которого, ограниченная
усилением, 50 мкВ. При уровне сигнала 50 мкВ и уровне входных шумов 5 мкВ отношение
сигнал-шум на входе равно 10, т. е. меньше допустимого. Для получения различимого
изображения придется увеличить уровень входного сигнала до 100 мкВ, но при этом
напряжение сигнала на модуляторе кинескопа окажется вдвое больше номинального
и контрастность изображения окажется чрезмерной. Поэтому с помощью регулятора
контрастности телевизора придется также вдвое уменьшить коэффициент усиления
приемно-усилительного тракта. В результате будет получено номинальное напряжение
сигнала на модуляторе кинескопа и отношение сигнал-шум на
входе, равное 20. Отсюда
ясно, что в этом примере увеличивать каким-либо способом коэффициент усиления
нет смысла, так как одновременно пришлось бы регулятором контрастности во столько
же раз его уменьшить. Таким образом, можно сделать следующий вывод: если чувствительность
телевизора, ограниченная усилением, хуже 100 мкВ, можно ее улучшить за счет
увеличения коэффициента усиления тракта. Дополнительное усиление определяется
делением паспортной чувствительности, ограниченной усилением, на 100 мкВ. Естественно,
что этот вывод справедлив только в тех случаях, когда уровень собственных шумов
телевизионного приемника, приведенных ко входу, составляет 5 мкВ. При этом реально
достижимая чувствительность, ограниченная шумами, равна чувствительности, ограниченной
усилением, и составляет 100 мкВ.
Возможность улучшения дальнего
приема за счет улучшения чувствительности, ограниченной усилением, путем увеличения
коэффициента усиления тракта легко установить также экспериментально по изображению
на экране телевизора: если изображение просматривается на фоне шумов (на экране
виден "снег"), значит, коэффициент усиления достаточно велик и его
увеличение не даст улучшения приема, если же изображение бледно и малоконтрастно
даже в крайнем положении регулятора контрастности, а шумы на экране не просматриваются,
можно улучшить прием за счет улучшения чувствительности, ограниченной усилением,
т. е. за счет увеличения коэффициента усиления тракта.
Увеличение коэффициента
усиления приемного тракта может быть достигнуто разными способами. Простейший
из них - использование антенного усилителя между выходом фидера и антенным гнездом
телевизора. Такие усилители выпускают у нас в стране, и они имеются в продаже.
Следует, однако, помнить, что уровень собственных шумов таких антенных усилителей
примерно такой же, как у телевизионных приемников. Поэтому выигрыша в чувствительности,
ограниченной шумами, использование этих антенных усилителей не даст. Можно было
бы улучшить чувствительность только в том случае, если бы антенный усилитель
обладал уровнем собственных шумов, меньшим уровня собственных шумов телевизора
за счет использования в его схеме малошумящего транзистора. Но при этом трудно
получить выигрыш больше, чем на 1-2 дБ, т. е. в 1, 12… 1, 26 раз по напряжению.
Таким образом, этим путем можно улучшить чувствительность, ограниченную шумами,
до 90… 80 мкВ.
В ламповых телевизорах
можно увеличить коэффициент усиления усилителя промежуточной частоты канала
изображения за счет установки ламп с повышенным значением крутизны характеристики
анодного тока. Так, вместо ламп 6Ж1П можно установить лампы 6Ж38П. Такая замена
очень удобна, так как эти лампы имеют одинаковую цоколевку и не требуют каких-либо
переделок в схеме. Замена ламп 6Ж1П в трехкаскадном усилителе промежуточной
частоты лампами 6Ж38П увеличивает коэффициент усиления примерно в 2 раза. Возможна
также установка более эффективных ламп, скажем, ламп 6Ж9П, но это требует замены
ламповой панельки, и придется заново подобрать режим питания лампы.
Коэффициент усиления приемного
тракта ламповых телевизоров, оснащенных блоком ПТК, можно увеличить за счет
установки приставки дополнительного усиления по промежуточной частоте между
выходом блока ПТК и входом первого
каскада усилителя промежуточной частоты. Для этого используется имеющийся разъем
и не требуется выполнять монтажные работы. Такие приставки типа "Каскад"
выпускались и подробно описаны в журнале "Радио", 1966 г., № 7, с.
28-29.
Если телевизионный приемник
имеет достаточный запас усиления (чувствительность, ограниченная усилением,
не превышает 50 мкВ), для улучшения изображения в условиях дальнего приема полезный
эффект может дать только снижение уровня шумов, приведенных ко входу. Уменьшить
уровень шумов черно-белого телевизора можно только за счет некоторого ухудшения
качества изображения, что в условиях дальнего приема вполне допустимо. Для этого
необходимо сузить полосу пропускания приемного тракта. Сужение полосы пропускания
в 2 раза приводит к ухудшению четкости по горизонтали примерно до 250 элементов,
что соответствует удовлетворительному качеству картинки, и к уменьшению уровня
шумов на 3 дБ/Соответственно на 3 дБ или в 1, 41 раз по напряжению улучшается
чувствительность, ограниченная шумами. Сужение полосы пропускания достигается
путем увеличения сопротивлений нагрузки видеодетектора и видеоусилителя в 1,
5… 2 раза. Можно ли улучшить чувствительность до 1… 3 мкВ? Применив новейшие
лампы или транзисторы, можно снизить уровень шумов до 3 мкВ и, сузив полосу
пропускания в 4 раза, еще вдвое, до 1, 5 мкВ. Тогда чувствительность, ограниченная
шумами, составит 30 мкВ, но четкость ухудшится до 137 элементов, что соответствует
уже плохо различимому изображению. Это - предел!
