8. Принципы радиосвязи и телевидения

И радиосвязь, и телевидение в \(XX\) веке работали по одному принципу. В передающей антенне возникает высокочастотный электрический ток. Он создаёт распространяющуюся в пространстве электромагнитную волну, которая, придя на приёмную антенну, вызывает в ней такой же переменный ток, как был в передатчике. Рассмотрим, как можно переводить музыку, речь и изображение в высокочастотный звуковой сигнал, а потом обратно.

Для перевода звука в электрический сигнал используется микрофон — устройство, преобразующее колебания давления воздуха в колебания тока той же формы \(s(t)\) (график зависимости давления от времени и силы тока от времени выглядят одинаково).
Для создания высокочастотного сигнала используют модуляцию сигнала \(s(t)\). Сигнал накладывается на высокочастотное гармоническое колебание, описывающееся уравнением \(A_0 \cos(\omega t)\).
Модулированный сигнал представляет собой суперпозицию колебаний:
\(S(t)=A_0(1+s(t))\cos(\omega t)\).  (\(1\))
Рассмотрим простейший случай модулируемого сигнала \(s(t)=a\cos(\Omega t)\) (звук камертона), тогда формула (\(1\)) запишется в виде:
\(S(t)=A_0(1+a \cos(\Omega t))\cos(\omega t)=A_0 \cos(\omega t) +\frac{a A_0}{2} \cos((\omega +\Omega) t)+ \frac{a A_0}{2}\cos((\omega -\Omega) t).\)  (\(2\))
Спектральное представление этого сигнала будет выглядеть как три частоты: \(\omega\), \(\omega+\Omega\) и \(\omega- \Omega\) (рис. \(1\)).

 

Рис. \(1\). Амплитудная модуляция сигнала

 

Если модулируемый сигнал будет более сложен, то вместо боковых полос появятся боковые широкие линии.

Когда сигнал приходит на антенну радиоприёмника, для того, чтобы получить сигнал исходного звука, необходимо отсечь высокочастотную составляющую сигнала. Данный процесс называется демодуляцией (или детектированием), при котором диодом «выпрямляются» модулированные колебания за счёт односторонней проводимости, а \(RC\)-фильтром (параллельно соединённые активное сопротивление \(R\) и конденсатор \(C\)) — «сглаживаются» пульсации выпрямленного тока.

С помощью динамика электрический сигнал снова преобразуется в звуковой.

Ранее такие же модулированные волны использовались и для создания изображения на экранах телевизоров. В отличие от радиосвязи, в телевидении необходимо передавать ещё и изображение на своей несущей частоте.

 

1. Изображение преобразовывалось в некоторую последовательность электрических сигналов, которые модулировались.
2. В телевизоре производилась демодуляция. Для создания цветного изображения требуются три трубки, которые передают отдельно красное, зелёное и синее изображение (рис. \(2\)).

 

Рис. \(2\). Схема цветного теливизора с электронно-лучевой трубкой

 

Соответственно, нужны три типа люминофора, которые светятся красным, зелёным и синим цветом. Три пучка создают три изображения, а уже в глазу при наложении этих изображений друг на друга появляется цветная картинка.
В современных устройствах чаще применяются жидкокристаллические дисплеи, каждый цветной пиксель которого управляется по отдельности с помощью тройки транзисторов (красный, синий или зелёный цвета).