《電視原理》課件第2章

2.1標準彩條電視信號2.2視頻信號的頻譜

2.3高頻調諧器的結構2.4輸入回路原理

2.5放大調諧電路原

2.6混頻變換電路原

2.7中頻濾波電路原理復習題

2.1.1標準彩條圖像的三基色信號

1．標準彩條圖像

電視廣播中常用的標準彩條圖像如圖2.1所示。2.1標準彩條電視信號圖2.1彩條圖像

2．標準彩條圖像的三基色信號波形與頻譜

標準彩條圖像紅、綠、藍三基色信號的波形如圖2.2(a)所示。

(1)左側白、黃、青、綠4彩條中均含有綠(G)基色，故G波形為高電平1；右側紫、紅、藍、黑4彩條中均不含綠(G)色，故G波形為低電平0。

(2)?8彩條自左至右的白黃中含有紅(R)、紫紅中含有紅，故所對應的R波形為高電平1，其余的彩條無紅色，故為低電平0。

(3)藍色(B)的波形可以同樣方法畫得，不贅述。

圖2.2標準彩條圖像的三基色信號及亮度信號

3．三基色信號的頻譜

上面已經討論過，由于人眼對彩色的分辨力較低，故三基色信號的最高頻率在1.3?MHz已能滿足要求，而最低頻率則很低，需傳送直流電平。因此，三基色信號的頻譜如圖2.2(c)所示，其頻帶寬度為0～1.3?MHz。2.1.2標準彩條圖像的亮度信號波形與頻譜

1．標準彩條的亮度信號波形

2．亮度信號的頻譜

3.三基色信號的變換

亮度信號Y和色差信號R-Y、B-Y通過三基色變換矩陣可以還原出R、G、B三基色信號。首先由紅色差R-Y和藍色差B-Y信號通過電阻網絡得到綠色差G-Y信號，如圖2.3所示，然后送到三基色矩陣提取出R、G、B信號，再送到顯像管的電子槍的陰極上，如圖2.4所示。

圖2.3電阻網絡的G?-?Y矩陣圖2.4三基色矩陣的位置與組成框圖2.1.3色差信號的波形與頻譜

1．標準彩條色差信號的波形圖

這里仍以標準彩條圖像為例，畫出它的波形，如圖2.5所示，此波形圖有如下特點：

(1)圖中所標幅值是由基色波形和亮度信號Y波形相應之值相減后得出的。

(2)由于標準彩條是左右對稱，互為補色，故各色差信號波形均以中間的豎線奇對稱。圖2.5標準彩條圖像的色差信號及頻譜

2．色差信號的頻譜

電視制式中，規(guī)定色差信號的頻帶寬度為0～1.3?MHz，即最高頻率為1.3?MHz。其頻譜圖如圖2.5(d)所示。2.1.4色度信號

色度信號是紅色差信號R-Y(即UR-Y)與藍色差信號B-Y(即UB-Y)兩者分別作正交平衡調幅后的矢量和的總稱。

1．NTSC制與PAL制色度信號概述

NTSC與PAL兩種彩電制式中色度信號的表達形式、矢量圖對比關系如表2.1所示。表2.1NTSC與PAL制的色度信號續(xù)表

2．NTSC制彩色電視制式的色度信號

1)?NTSC制色度信號形成的電路框圖

根據上述的NTSC制色度信號與已調色差信號的表達式，可以很方便地畫出形成色度信號的系統(tǒng)框圖，圖2.6就是NTSC制的色度信號的形成框圖(這是以Y、V、U的寬帶方式為例)。

已調色差信號的波形是平衡調幅波的波形，根據高頻電路所述的平衡調幅波的分析，我們可以知道，一個信號經過平衡調幅后，其波形特點如圖2.7所示。圖2.6NTSC制色度信號形成的電路框圖圖2.7平衡調幅的波形關系

2)色度信號的波形

彩色電視中，色度信號是兩色差信號(R-Y、B-Y)作平衡調幅后的矢量之和，因此，可以由R-Y和B-Y的已調波形求出色度信號波形，也可以由公式求色度信號波形，即圖2.8未壓縮的標準彩條信號的色差信號和色度信號波形

3)壓縮后的色差信號及色度信號波形

為了使色度信號F與亮度信號Y相混后的彩色圖像信號的幅值限制在一定的范圍之內，以免造成不良后果(使彩色全電視信號的動態(tài)范圍太大)，故需對兩色差信號的幅值進行壓縮，其壓縮系數分別為0.877和0.493。圖2.9壓縮后的標準彩條信號的色差信號及色度信號

4)色度信號的頻譜

色度信號是由色差信號進行平衡調幅后獲得的，因此，可根據平衡調幅時對調制信號頻譜的變換來求得色度信號頻譜。

(1)?Y、V、U寬帶方式。

(2)?Y、I、Q窄帶方式。這是對原有黑白電視的視頻信號約為4.25?MHz的窄帶系統(tǒng)設計的，這是一種變形的NTSC制。

所有的副載頻一般較低，常為3.58?MHz，而不是4.43?MHz。這種制式的有關頻譜如圖2.11所示。圖2.10Y、U、V在寬帶方式下的頻譜分布圖2.11I、Q信號的頻譜及其色度信號的頻譜

3．PAL制彩色電視制式的色度信號

1)?PAL制色度信號形成的電路框圖

根據表2.1所列內容及相關論述，可以很方便地畫出形成PAL制色度信號的電路組成框圖，如圖2.12所示。圖2.12PAL制色度信號形成的電路框圖

2)壓縮后的色差信號與色度信號

PAL制與NTSC制一樣，也要對色差信號進行壓縮，且壓縮系數也相同，分別為0.877和0.493，壓縮后的色度信號表達式如下所述。

3)?PAL制的色度信號的矢量圖

PAL制中，紅色差信號的平衡調幅是逐行倒相的。通常稱不倒相的行，即+VcosωSCt行為NTSC行；稱倒相的行，即-VcosωSCt行為PAL行。

(1)單一色調信號的色度矢量圖。

(2)標準彩條圖像的色度信號矢量圖。該矢量圖如圖2.13所示，圖中各矢量的幅值(模)和相角可由圖2.8中的有關數值及相關公式獲得，此矢量圖可用矢量示波器觀察，每一種色調(彩色)在矢量圖上都有它確切的位置。圖2.13標準彩條圖像色度信號的矢量圖

4．PAL制逐行倒相對相位敏感的補償原理

電視信號在傳輸過程中，由于某種原因，其相位角中(代表著彩色)會發(fā)生偏移，如圖2.14中，使色度信號FN偏移至，即偏移了Δφ相位角。圖2.14相位偏移對彩色的影響

5．頻譜間置及彩色副載頻的選取

1)頻譜間置原理

2)彩色副載頻的選取

3)?Y、FV、FU三信號的頻譜結構

根據上述分析，NTSC制和PAL制彩電系統(tǒng)中Y、FV、FU三信號的頻譜結構示意圖，如圖2.15所示。圖2.15NTSC制和PAL制Y、FV、FU三信號的頻譜間隔2.2.1色同步信號

無論是NTSC制，還是PAL制，都要對兩色差信號R-Y(即V)和B-Y(即U)進行正交平衡調幅。

1．色同步信號的必要性

在彩色電視接收機中，必須對色度信號FV、FU進行解調，以恢復出原色差信號R-Y、B-Y。

同步檢波的原理電路如圖2.16所示，這里先以V信號解調為例作說明。2.2視頻信號的頻譜圖2.16色差信號(U、V信號)同步檢波的組成框圖

2．色同步信號所處的位置及波形參數

(1)色同步信號的頻率應與副載頻完全一致，對于我國的PAL制而言，此頻率應為

4.433?618?75?MHz?≈?4.43?MHz。

(2)色同步信號應加在行消隱期間，位于行同步頭的后側(后肩)上，起始點距行同步脈沖前沿的時間約(5.6±0.1)μs，具體情況如圖2.17所示。

(3)色同步信號由9～11個正弦波形組成，峰峰值與行同步頭高度相同，每行均要加色同步信號。圖2.17色同步信號的位置及波形參數

3．色同步信號的相位

由于PAL制采用的是逐行倒相正交平衡調幅方式，V信號(uR-Y信號)調幅后的色度信號為±V?cosωSCt，因而在電視接收機中作解調時，所需的參考信號也應該是逐行倒相的，這一點在討論同步檢波原理時已經證明過，下面再從表2.2及表2.3加以說明，以引起讀者的注意。表2.2FV信號解調時對參考信號的要求表2.3FU信號解調時對參考信號的要求圖2.18PAL制色同步信號的相位矢量

4．色同步信號的形成及頻帶寬度

色同步信號雖然是一正弦波形，但它并不是一連續(xù)的正弦波形，僅出現(xiàn)在每行同步頭之后的一暫短時間內，而且每行的相位也不相同。2.2.2PAL制彩色全電視信號

1．PAL制與NTSC制的區(qū)別

PAL制與NTSC制的主要不同是對色差信號的平衡調幅上。

2．標準彩條圖像的彩色全電視信號

將圖2.9中的色度信號波形與圖2.2中呈階梯波狀的亮度(Y)信號相加，即可獲得規(guī)格的每行正程期間的圖像信號，其關系式為Y?+?F。

經壓縮后的規(guī)格標準彩條圖像全電視信號的波形如圖2.19所示，圖中只畫了一完整行的情況。圖2.19“100/75”標準彩條的彩色全電視信號波形表2.4100/100和100/75彩條的圖像信號幅值

3．彩色全電視信號的頻譜

與黑白電視兼容，彩色全電視信號的頻帶寬度與黑白電視的視頻信號帶寬一樣，也為0～6?MHz，惟一不同之處是在視頻的4.43?MHz兩側間置了色度信號頻譜。圖2.20(a)是PAL制彩色全電視信號的頻譜結構，圖2.20(b)是通常所畫的頻譜示意圖。圖2.20PAL制彩色全電視信號的頻譜2.3.1高頻調諧器的性能指標

高頻調諧器是電視信號進入電視接收機的第一處理單元，起著選擇電視頻道信號并放大與混頻的重要作用。其性能優(yōu)劣直接影響屏幕圖像與伴音的質量。2.3高頻調諧器的結構

1．頻率范圍

應能接收甚高頻VHF段中的l～5、6～12頻道、特高頻(超高頻)UHF段的13～68頻道、電纜電視CATV等電視信息。

2．良好的選擇性

能選出所需的電視頻道信號，對通頻帶外的鄰近頻道干擾、鏡像干擾、中頻干擾等有較強的抑制能力，通頻帶寬度應大于或等于8?MHz，帶內波動應盡可能小，其幅頻特性如圖2.21所示。圖2.21高頻調諧器的幅頻特性

3．功率增益

目前，彩色電視接收機的最高靈敏度約為10～20?μV，通常要求高頻調諧器的功率增益大致為20～25?dB。

4．噪聲系數

由于高頻調諧器處于電視接收機的入口端，輸入信號很弱，噪聲影響較大，其中以高頻放大級的噪聲最為嚴重。

5．本振頻率與幅度的穩(wěn)定性

電視接收機要求本振信號的頻率、幅度均應十分穩(wěn)定，其頻率漂移量應小于0.05%～0.1%，本振頻率的偏高或偏低，將會引起圖像信號(亮度、色度)的失真、伴音信號的失真或消失、伴音干擾圖像等一系列故障現(xiàn)象。

6．輸入回路的阻抗匹配

高頻調諧器的輸入回路應與高放級(輸入回路的負載)與天線的饋線(輸入回路的信號源)有良好的阻抗匹配，尤其是后者影響更大，因為各種饋線均有一定的特性阻抗。

7．良好的自動增益控制(AGC)性能

為適應強弱不同的輸入信號，使視頻檢波后的輸出電平基本不變，高放級和中放級均應加自動增益控制，一般要求高頻調諧器(主要加于高放級)的自動增益控制范圍應達10?dB以上。2.3.2全頻道高頻調諧器的組成框圖(雙高放式)

U-V一體化雙高放全頻道高頻調諧器的典型組成框圖如圖2.22所示。圖2.22全頻道高頻調諧器組成框圖(雙高放式)

(1)全頻道高頻電子調諧器是由甚高頻(VHF)調諧器和超高頻(UHF)調諧器兩大部分組成的。這兩部分的電路不是同時都工作的(除了VHF中的混頻級以外)。在收看1～12頻道的VHF頻段的電視節(jié)目時，下半部分的VHF電路全部工作；在收看13～68頻道的UHF頻段的電視節(jié)目時，上半部分的UHF電路及下半部分的混頻電路(作預中放用)工作。電路工作與否，是由外加各種電壓的有無來決定的，其對應關系如表2.5所示。表2.5頻段轉換與對應的電壓關系V

1．阻抗匹配問題

電視接收天線饋線的特性阻抗與電視機高頻調諧器的輸入阻抗不一定相等，二者的差值應愈小愈好，否則電視信號的能量必有反射，而不能最大限度地傳送。2.4輸入回路原理

2．電子調諧式的選頻回路

電視接收機的輸入回路、高頻放大的負載回路、本機振蕩的振蕩回路都是調諧回路，均起選頻作用。在近代的電視接收機中，這些選頻回路都采用電子調諧方式，即通常用開關二極管的通斷作頻段轉換，用變容二極管電容的改變作頻道的選擇，其原理電路如圖2.23所示。圖2.23電子調諧的原理電路及UL、UH段的等效電路圖2.24變容器的符號及特性曲線2.5.1TECC7989VA24A型高頻調諧器(三高放式)

(1)如圖2.25所示，調諧器的整個電路分為四大部分，其左側下部為VHF-L頻段(1～5頻道)的輸入回路與高放，由BL端口加+12V使二極管V1導通而工作；左側中部為VHF-H頻段(6～12頻道)的輸入回路與高放，由BH端口加+12?V使二極管V2導通而工作；左側上部為UHF頻段(13～68頻道)的輸入回路與高放，由BU端口加+12V使二極管V3導通而工作。2.5放大調諧電路原理圖2.25TECC7989VA24A調諧器內部電路原理2.5.2TDQ-3B型高頻調諧器(雙高放式)

TDQ-3B型高頻調諧器與VTS-7ZH7型相同，常用在熊貓牌等彩色電視接收機中，此調諧器的電路如圖2.26所示，下面對其組成作一簡單說明。圖2.26TDQ-3B諧調器內部電路原理圖2.5.3UHF調諧器的調諧回路

1．用長度l＜λ/4的終端短路線作諧振回路的電感

長線理論表明，終端短路的兩根平行導線，其長度只要小于工作信號波長的1/4，則它的輸入阻抗必為感性，即它可等效為一電感元件使用，在高頻調諧器中，通常用此類“短路元件”作為調諧回路的電感，再與可變電容并聯(lián)，即組成了所需的調諧回路。圖2.27就是這種回路的示意圖。圖2.27用小于λ/4終端短路線作調諧回路電感

2．用長度1/2的開路線作調諧回路

長線理論表明，小于λ/4的終端開路線，其輸入阻抗為電容性，即它可等效為一電容使用；而大于λ/4的終端開路線，其輸入阻抗為電感性，即它可等效為一電感使用。其原理電路如圖2.28所示。圖2.28λ/2開路線加縮短電容作選頻回路的原理與實例2.6.1混頻變換的基本過程

混頻變換是高頻調諧器的主要作用之一，本節(jié)將主要介紹混頻變換的基本原理。

高頻調諧器的組成框圖如圖2.29所示，混頻器前后信號的頻譜情況及各主要點信號的幅值也在圖中清楚地標出。2.6混頻變換電路原理圖2.29高頻諧調器的組成及頻譜變換2.6.2AFC的作用及組成框圖

為了保證彩色電視接收機中彩色圖像能正確、穩(wěn)定、不失真的重顯，要求高頻調諧器的本振頻率偏移在0.05%～0.1%以下(黑白電視接收機高頻調諧器的本振頻率偏移可在0.2%左右)，即500MHz的本振信號頻率只允許偏移250～500kHz，這個指標是較苛刻的。圖2.30彩色電視接收機中AFC組成框圖2.7.1聲表面波濾波器(SAWF)及預中放

聲表面波濾波器是集成化的集總參數濾波器件，其突出優(yōu)點是體積小、質量輕、性能優(yōu)良、穩(wěn)定可靠、不用調整；缺點是有一定損耗，需用預中放加以補償。

1．SAWF的電路符號與結構示意圖

典型的聲表面波濾波器的電路符號及其結構示意圖如圖2.31所示。2.7中頻濾波電路原理圖2.31表面波濾波器的電路符號及結構示意圖

2．SAWF與預中放電路舉例

為了補償SAWF的插入損耗，在電視接收機中放通道SAWF前一般要加預中放電路，其常見電路如圖2.32所示。順便指出，無論是在黑白電視接收機中，還是在彩色電視接收機中，這一部分電路很多均為分立元件式的。其中圖2.32(a)為一單調諧放大電路，電感Ll與SAWF的輸入電容等組成單調諧回路；圖2.32(b)為RC寬頻帶預中放電路。圖2.32SAWF與預中放電路實例2.7.2螺旋濾波器

在不少彩色電視接收機中，中放級之前的集總濾波器(中放