Эксперимент по основам телевидения

Для создания у учащихся достаточно полных представлений о телевидении необходимо, опираясь на знание ранее изученных вопросов, рассмотреть управление лучами передающей и приемной трубок для образования растра, получение последовательности электрических импульсов, несущих на себе оптическое изображение, разложенное на ряд элементов, и управление по яркости электронным лучом приемной трубки.

Все эти вопросы могут быть объяснены и показаны на уроке с помощью несложной установки, которая состоит из школьного осциллографа, выпускаемого Главучтехпромом, или любого другого осциллографа, например ЭО-4 или ЭО-7, стандартного школьного выпрямителя и приставки. Приставка состоит из нескольких узлов. В нее входит небольшая электроннолучевая трубка, например, типа 5Л038 или ЛО-247 и выпрямитель для питания этой трубки. В приставке смонтирован также фотоэлемент типа СЦВ-4 с двухкаскадным усилителем и простейший генератор пилообразного напряжения, частота которого может плавно изменяться от 0,5 до 20 гц. Напряжения развертки электроннолучевой трубки приставки подаются непосредственно с выхода отклоняющих пластин осциллографа.

Для того чтобы можно было использовать осциллограф в описываемой установке, нужно к панели его электроннолучевой трубки, к ножкам катода и модулятора подпаять проводники, которые выводятся наружу.

С помощью предлагаемой установки можно показать следующие опыты. Присоединив генератор пилообразного напряжения на вертикальный вход осциллографа и установив максимальную частоту генератора (20 гц), можно подобрать необходимую частоту развертки осциллографа и показать форму развертывающего по вертикали сигнала. Это может быть достигнуто при частоте развертки осциллографа порядка 10 гц. Если же теперь, показав форму пилообразного напряжения, перевести генератор приставки в режим частоты 0,5 гц, то на экране осциллографа можно будет показать образование растра, так как луч на экране осциллографа за 2 сек будет проходить примерно двадцать раз, причем каждый последующий раз выше, чем в предыдущий.

Так как вначале выбраны очень малые частоты развертывающих напряжений, то на экране будет наблюдаться несколько наклонная полоска, перемещающаяся вверх.

Постепенно увеличивая частоту горизонтальной развертки осциллографа, показываем, что светлая полоска становится более горизонтальной и несколько более яркой, что объясняется тем, что за время развертки луч осциллографа не успевает сместиться вверх на полную свою ширину. Эта демонстрация получается достаточно убедительной при частоте генератора развертки осциллографа порядка 300—400 гц.

Если же, продолжая наблюдать изображение на экране осциллографа, постепенно увеличивать в два, в четыре, в восемь раз частоту генератора пилообразного напряжения приставки и одновременно во столько же примерно раз увеличивать частоту развертки, то на экране будет видна все более широкая перемещающаяся к верхней части экрана полоска. При частоте генератора приставки порядка 16—20 гц и генератора развертки осциллографа порядка 6400—8000 гц весь экран осциллографа будет равномерно светиться.

Для получения достаточной яркости свечения экрана осциллографа следует, манипулируя ручками регулировки усиления по горизонтали и вертикали, ограничить амплитуды развертывающих напряжений, так, чтобы в середине экрана светился квадрат размером примерно 70 X 70 мм. Так с помощью описываемой установки можно показать образование телевизионного растра.

Для объяснения способа управления яркостью изображения следует установить ручку регулировки яркости в среднее положение. При этом свечение экрана трубки осциллографа станет заметно слабее, чем ранее.

Если же теперь с помощью выведенных от панели трубки проводов подать напряжение от батареи карманного фонаря с э. д. с. 4,5 в в промежуток модулятор—катод, то в зависимости от того, как подано напряжение, можно наблюдать усиление яркости свечения или ее заметное ослабление. При постановке этого эксперимента следует иметь в виду, что выводы от электродов трубки находятся под напряжением порядка 300 в относительно шасси осциллографа и потому подключение батареи и ее переключение следует проводить с помощью двухполюсного перекидного рубильника, у которого предварительным соединением клемм проводниками (рис: 130) создана возможность изменять полярность приложенного напряжения при переводе ножей из одного положения в другое.

Выяснив, что для изменения яркости свечения экрана необходимо менять напряжение между модулятором и катодом электроннолучевой трубки, можно перейти к изучению вопроса о том, как могут быть получены подобные изменения напряжения с помощью изображения какого-либо предмета.

Для этого снимается передняя стенка приставки, отделяется футляр с фотоэлементом и учащиеся видят экран малой трубки, установленной в корпусе приставки. Так как отклоняющие пластины трубок осциллографа и приставки соединены между собой, об этом говорилось выше, то на экране малой трубки также виден растр. Причем растр этот, как нетрудно видеть и пояснить учащимся, образован синхронным и синфазным движением лучей обеих трубок. После получения изображения можно показать, к чему ведет нарушение синфазности движения лучей.

Здесь напоминаем учащимся об инерционности нашего зрения. После того как они узнали и поняли процесс образования растра, они легко представят себе и поймут, что фактически на экране все время существует только одна линия, образованная перемещающейся светящейся точкой, но нам кажется освещенным весь экран. Опираясь на знание учащимися работы фотоэлемента, можно выяснить, что если направить свет от экрана электроннолучевой трубки приставки на фотоэлемент, то за счет явления фотоэффекта в цепи фотоэлемента появится ток, который может быть усилен специальным усилителем.

Если же на пути света, идущего от экрана трубки к фотоэлементу, поместить непрозрачный предмет, закрывающий доступ света к фотоэлементу в различные моменты времени, то ток в цепи фотоэлемента будет меняться. Эти изменения тока могут быть усилены, а колебания напряжения, вызванные изменениями тока в нагрузочном сопротивлении оконечной лампы усилителя фототока, могут быть использованы для управления яркостью свечения экрана трубки осциллографа.

Для демонстрации возникающих при работе частично заэкранированной трубки приставки запирающих импульсов напряжения помещают на место футляр с фотоэлементом и укрепляют переднюю стенку приставки, предварительно наклеив на экран трубки приставки полоску черной бумаги или кусочек изоляционной ленты.

Генератор пилообразного напряжения приставки отключают от входа осциллографа, а на вход подают сигнал с выхода усилителя фототока. Осциллограф в этом случае работает в обычном режиме осциллографирования и на его экране видны всплески напряжения в моменты, когда свет не попадает на фотоэлемент. В этой демонстрации следует отключить провода, соединяющие вертикально отклоняющие пластины осциллографа с соответствующими пластинами второй трубки.

Показав учащимся процесс образования запирающих импульсов, можно далее рассказать об образовании изображения. Если образованные фотоэлементом импульсы напряжения в соответствующей полярности подвести к промежутку модулятор—катод электроннолучевой трубки осциллографа, то в моменты, когда свет не попадает на фотоэлемент, импульсы напряжения запирают трубку и в том месте, которое соответствует положению наклеенной полоски на экране трубки приставки, на экране трубки осциллографа видно темное место.

Заменив отдельно наклеенную полоску на экране малой трубки приставки диапозитивом, на котором изображена какая-либо буква, и подключив ко входу осциллографа генератор пилообразного напряжения приставки, можно наблюдать четкое изображение этой буквы на экране осциллографа.

Заканчивая демонстрации с описываемой установкой, целесообразно показать роль синфазного движения лучей в передающей и приемной трубках. Для этого можно поменять порядок соединения вначале только горизонтально отклоняющих пластин. На экране осциллографа после переключения пластин будет видна та же буква, но перевернутая относительно вертикальной оси. Если поменять порядок соединения только вертикально отклоняющих пластин, то буква будет видна перевернутой относительно горизонтальной оси.