Электронные устройства каналов передачи информации

Радиоэлектронные системы предназначены для передачи информации об интересуемом объекте. Под информацией следует понимать объективную реальность воздействия объекта на окружающую его действительность. Это воздействия в виде тепла, отражения света (электромагнитных волн), гравитационного притяжения и других физических явлений. При преобразовании воздействий получают необходимые характеристики об объекте: изображение, цвет, звук, температура, изменение положения в пространстве и другие. В зависимости от того, какие необходимо получить характеристики (сведения) об объекте, используют соответствующие преобразователи не электрических физических величин в элетрические. Основным требованием к преобразователям является наличие функциональной связи между неэлектрической и электрической физическими величинами. Так, например, в преобразователях оптического изображения в электрический сигнал (видеосигнал) используются световая (амплитудная) характеристика: зависимость напряжения видеосигнала от освещённости фотослоя, - и спектральная характеристика: зависимость напряжения видеосигнала от длины волны падающего светового потока Ф(α) при Ф=const. Фоточувствительный слой является фотомишенью, на которую проецируется оптическое изображение. Фотомишень представляет собой полупроводниковую пластину, проводимость которой функционально зависит от освещённости.

Фотомишень помещается в специальную трубку с глубоким вакуумом. Такая трубка называется передающей телевизионной трубкой, устройство которой приведено на рис. 3.1.

Рис. 3.1. Устройство передающей телевизионной трубки.

В состав трубки входит мишень, электронная пушка, фокусирующая катушка ФК, две пары отклоняющих катушек ОК и нагрузочный резистор R_Н. Электронная пушка состоит из катода K, управляющего электрода УЭ, анода A₁ и длинного цилиндрического анода А₂, выполненного в виде проводящего покрытия внутри трубки. Со стороны катода анод А₂ соединён с металлической диафрагмой, со стороны мишени – с мелкоструктурной сеткой, служащей для создания однородного электрического поля между мишенью и анодом. Электронная пушка и фокусирующая катушка действуют на электроны так, что их траектории пересекаются на мишени. Две пары отклоняющих катушек смещают точку пересечения траектории по горизонтали и по вертикали, при этом формируется растровая развёртка изображения (рис.3.2).

Рис.3.2. Формирование растра с помощью токов в строчных i_стр и кадровых i_кадр катушках

Через объектив телевизионной камеры изображение проецируется на поверхность мишени. В точках с большей освещённостью проводимость фотослоя будет больше, а с меньшей освещённостью – меньше. Так как исходно мишень электрически нейтральна, то при освещении на поверхности мишени будут заряды противоположного знака. Если в качестве основных носителей заряда полупроводниковой мишени являются электроны, то на теневой поверхности мишени образуется потенциальный рельеф из положительных ионов. Если мишень изготовлена из полупроводникового материала p-типа, то потенциальный рельеф образуют отрицательно заряженные ионы. Значение потенциала по абсолютной величине в каждой точке на теневой стороне мишени функционально связано с освещённостью с противоположной стороны. Таким образом с помощью физического явления внутреннего фотоэффекта оптическое изображение на освещённой поверхности фотомишени преобразуется в электронное на её теневой стороне. Такой преобразователь называется фотоэлектронным (ФЭ).

Для преобразования электронного изображения в электрический сигнал используется коммутация элемента электронного изображения, при которой через сопротивление нагрузки R_Н протекает электрический ток, пропорциональный модулю значения потенциала на этом элементе. В качестве коммутации в аналоговом телевидении используется электронный луч сканирующий (движущийся) по строкам на теневой стороне фотомишени. При этом протекает ток по цепи катод-электронный луч – фотомишень – нагрузочный резистор R_Н – катод. Потенциальный рельеф изменяет значение силы тока при движении луча. В результате этого изменения на R_Н, создаётся напряжение видеосигнала u_c. Изменение u_c пропорционально изменению потенциала. Следовательно, при движении электронного луча электронное изображение в виде потенциального рельефа преобразуется в электрический сигнал u_c, изменяющийся во времени. Таким образом двумерное пространственное изображение преобразуется во временное изменение электронного сигнала, передаваемое по каналу связи.

В цепи сигнальной пластины (фотомишени) включён источник постоянного напряжения U_СП=+10 В для создания тормозящего поля между мишенью и сеткой (анодом), уменьшающего кинетическую энергию электронов с целью защиты фотомишени.

Из весьма краткого описания фотоэлектронного преобразователя можно представить, на сколько сложны и специфичны преобразователи неэлектрических физических величин в электрические и наоборот (преобразование электрических сигналов в неэлектрические физические величины воспринимаемые человеком). В основном создание подобных преобразователей продвигает радиоэлектронику в новые области, в частности био-медицинскую, астрофизическую и др.

Передача информации по различным электронным каналам связи не зависимо от формы представления информации (изображение, звук, движущееся изображение, последовательность электрических импульсов и др.) Имеет много общего в структурах каналов. В связи с этим рассмотрим некоторую обобщённую структуру канала и назначение её отдельных устройств.