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Wie das analoge und digitale Fernsehen funktionierte (1992).

"Repetitorium" Fernsehtechnik in 9 Teilen von Professor Rudolf Mäusl.

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6. Farbbildaufnahme und -Wiedergabe

Den bisherigen Erläuterungen wurde stets ein elektrisches Bildsignal zugrunde gelegt, das mit einem optischelektrischen Wandler aus der zu übertragenden Bildvorlage gewonnen wurde. Im folgenden wird nun kurz auf die sende- und empfangsseitigen Wandler beim Fernsehen eingegangen und dann abschließend die Wiedergabe des Farbbildes durch den Farbfernsehempfänger demonstriert.

6.1 Prinzip der Farbbildaufnahme (1992)

Den Ausgangspunkt bildet zunächst wieder ein optisch-elektrischer Wandler, der Helligkeitsschwankungen in ein elektrisches Bildsignal umsetzt. Von den verschiedenen Wandlersystemen sind für die Fernsehtechnik im wesentlichen nur noch die Aufnahmeröhren mit Halbleiterfotoschicht von Bedeutung. Bei den Röhren des Vidikon-Typs dient eine Halbleiterschicht als Speicherplatte mit vom Lichteinfall abhängigem Sperrwiderstand.

Je nach Zusammensetzung der Halbleiterschicht ergeben sich unterschiedliche Eigenschaften des Wandlers. Vielfach verwendet wird das Plumbikon, mit einer Bleioxidschicht, das gegenüber dem eigentlichen Vidikon, mit einer Antimontrisulfidschicht, eine höhere Empfindlichkeit und weniger Trägheitserscheinungen aufweist.

Vidicon Versuchsröhren
BILD 65
BILD 66

Die Vidikon Röhre im Prinzip

In BILD 65 ist der schematische Aufbau einer Aufnahmeröhre des Vidikon-Typs mit den Ablenk- und Fokussierspulen dargestellt.

Die Arbeitsweise läßt sich folgendermaßen beschreiben: Der aus der Kathode unter dem Einfluß eines elektrischen Feldes austretende Elektronenstrahl lädt die dem Strahl-Erzeugungssystem zugewandte Seite der Speicherplatte negativ auf. Über die positive Plattenspannung werden auf der Bildseite der Speicherplatte positive Ladungsträger gebunden. An Stellen eines Lichteinfalls werden durch die auftreffenden Lichtquanten in der Halbleiterschicht Elektronen frei, was über den dadurch geringeren Sperrwiderstand einen Ladungsausgleich an den entsprechenden Bildpunkten zur Folge hat.

Beim nachfolgenden erneuten Ladevorgang werden an diesen Stellen auf der einen Seite der Speicherplatte wieder Elektronen gebunden und auf der anderen Seite in gleicher Anzahl frei. Diese Elektronen fließen über den äußeren Arbeitswiderstand ab und rufen daran eine Signalspannung hervor. BILD 66 zeigt den Stromkreis für einen Bildpunkt auf der Speicherplatte, der durch die Parallelschaltung eines Kondensators mit einem belichtungsabhängigen Widerstand ersetzt wird.

Im Prinzip drei Aufnahmeröhren für 3 Farben

Bild 67

Zur Farbbildaufnahme braucht man - dem Grundprinzip der Farbübertragung entsprechend - drei Aufnahmeröhren, auf deren lichtempfindliche Halbleiterschichten über einen optischen Strahlenteiler, den sogenannten Farbteiler, und über Korrekturfilter zur Anpassung an die spektrale Empfindlichkeit der Halbleiterschichten das zu übertragende Bild in den Farbauszügen Blau, Rot und Grün projiziert wird (BILD 67). Damit die drei Teilbilder mit ihren Rastern genau deckungsgleich sind, ist eine hohe mechanische und elektronenoptisehe Präzision erforderlich.

Deckungsfehler der Farbraster würden zu einem Schärfeverlust im Leuchtdichtesignal führen. Man verwendet deshalb auch Farbfernsehkameras mit einer eigenen Aufnahmeröhre für das Leuchtdichtesignal. Zukunftsweisende Entwicklungen, die heute teilweise schon in tragbaren Farbfernsehkameras verwirklicht werden, deuten auf eine Einröhren-Farbfernsehkamera hin, bei der die Farbwertsignale im Rot-, Grün- und Blau-Kanal über ein Multiplexverfahren gewonnen werden.

6.2 Farbbildwiedergabe mit Loch- beziehungsweise Schlitzmaskenröhre

Zur Wiedergabe des Helligkeitsbildes benutzt man beim Fernsehen Bildröhren mit einem Leuchtschirm, der beim Auftreffen eines Elektronenstrahls je nach dessen Intensität mehr oder weniger hell aufleuchtet. Die Rasterablenkung des Elektronenstrahls erfolgt über magnetische Felder, die von den Ablenkströmen in den horizontalen und vertikalen Ablenkspulen erzeugt werden (BILD 68). Die Stärke des Elektronenstrahls wird durch die Spannung an der Steuerelektrode beeinflußt.

3 mal 400.000 Leuchtstoffpunkte

Während man bei Bildröhren für Schwarzweiß-Bildwiedergabe einen homogenen, weißbläulich aufleuchtenden Schirm verwendet, muß dieser bei Farbbildröhren die Grundfarben Rot, Grün und Blau abstrahlen. Die Farbdetailauflösung hat aber bis in die einzelnen Bildpunkte zu erfolgen. Dazu wird auf dem Bildschirm jeder Bildpunkt durch drei Leuchtstoffpunkte, in den Farben Rot, Grün und Blau, einem sogenannten Farbtripel, dargestellt (BILD 69). Etwa dreimal 400.000 Leuchtstoffpunkte befinden sich auf dieser Bildschirmfläche.

Farbe braucht drei Strahl-Erzeugungssysteme

In der Farbbildröhre sind drei Strahl-Erzeugungssysteme eingebaut. Bei der Delta-Farbbildröhre, der über viele Jahre hinweg fast einzig verwendeten Farbbildröhre, sind die Strahl-Erzeugungssysteme im Winkel von 120° zueinander angeordnet. Die Intensität der austretenden Elektronenstrahlen wird durch die anliegenden Farbwertsignale gesteuert. Damit bei der gemeinsamen Ablenkung der drei Elektronenstrahlen eine eindeutige Zuordnung auf die jeweiligen Leuchtstoffpunkte erreicht wird, ist im Abstand von etwa 15 mm zum Leuchtschirm eine Lochmaske angebracht (BILD 70).

Neu - die Schlitzmaske

Neuere Farbbildröhren sind mit einer Schlitzmaske ausgestattet. Entsprechend sind auch die Leuchtstoffpunkte auf dem Bildschirm länglich oval oder als Streifen ausgebildet. Die drei Strahl-Erzeugungssysteme liegen bei dieser sogenannten In-Line-Farbbildröhre in einer Ebene (BILD 71). Man erreicht durch diese Anordnung eine hohe Farbreinheit, das heißt, es werden von den Elektronenstrahlen stets nur die dem jeweiligen Strahl-Erzeugungssystem zugeordneten Leuchtstoffstreifen richtiger Farbe getroffen, sowie in Verbindung mit einem besonderen Ablenkfeld eine gute Konvergenz, das heißt, es werden die richtigen und zu einem Bildpunkt gehörigen Leuchtstoffpunkte angeregt. Bei der Delta-Farbbildröhre war dazu ein höherer schaltungstechnischer Aufwand erforderlich.

7. Blockschaltbild eines PAL-Farbfernsehempfängers

Im Stromlaufplan eines heutigen Farbfernsehgerätes läßt sich oft keine detaillierte Signalverfolgung mehr vornehmen. Der Grund liegt in der vielfältigen Verwendung von integrierten Schaltungen, in denen mehrere Funktionseinheiten zusammengefaßt sind. Wenn damit auch eine weitgehende Standardisierung der Schaltungstechnik verbunden ist, so gibt es doch noch auf Grund der Vielzahl von Kombinationsmöglichkeiten mehrerer Funktionsstufen ein breites Angebot an integrierten Schaltungen für Farbfernsehempfänger.

Zur besseren Darstellung des Zusammenwirkens all der Funktionseinheiten in einem PAL-Farbfemsehempfänger sind diese in BILD 72 einzeln gezeichnet. Darüber hinaus ist gestrichelt angedeutet, welche Möglichkeiten denkbar und auch tatsächlich in der Zusammenfassung mehrerer Funktionsstufen in integrierten Schaltungen realisiert sind.

Mit der Antenne fängt es an

Das von der Antenne ankommende HF-Signal wird im VHF-UHF-Tuner in die ZF-Lage umgesetzt, über das Nyquist-Filter zum Ausgleich des Restseitenband-Anteils geführt und im ZF-Verstärker auf den zur Demodulation notwendigen Pegel verstärkt. Damit keine Intermodulation zwischen dem Farbträger und dem Intercarrier-Tonträger entsteht, wird der ZF-Tonträger vom Bild-ZF-Demodulator ferngehalten. In einem eigenen Diodenkreis wird aus dem Ton-ZF- und dem Bild-ZF-Signal das 5,5-MHz-Intercarrier-Ton-ZF-Signal gewonnen. Neuere Entwicklungen gehen in Richtung Paralleltonverfahren, das heißt, es wird das 33,4-MHz-Ton-ZF-Signal direkt verstärkt und demoduliert.

Der Bild-ZF-Demodulator

Dem Bild-ZF-Demodulator wird das demodulierte FBAS-Signal entnommen. Es folgt die Synchronsignal-Abtrennung und die selektive Auskopplung des Farbartsignals über einen 4,43-MHz-Bandpaß. Der verbleibende Y-Anteil wird zur Angleichung an die größere Signallaufzeit im Farbartverstärker um etwa 1us verzögert und nach weiterer Verstärkung der Matrixschaltung zugeführt.

Die Farbartsignal Aufspaltung

Das Farbartsignal gelangt nach Verstärkung zum Laufzeit-Decoder, in dem es in die Fy- und Fv-Komponente aufgespalten wird. Mit den beiden Synchrondemodulatoren werden, wie bereits ausführlich beschrieben, die Farbdifferenzsignale zurückgewonnen. Aus der Matrixschaltung erhält man die Farbwertsignale zur Steuerung der Farbbildröhre.

Parallel zum Farbartverstärker wird der Farbsynchronimpuls über einen, durch den Zeilenimpuls aufgetasteten Verstärker dem Phasendiskriminator zugeführt, in dem ein Vergleich mit der Referenzträgerschwingung stattfindet.

Dem Phasendiskriminator werden die Regelspannung für den Referenzträgeroszillator sowie das Synchronisiersignal für den PAL-Umschalter entnommen. Außerdem wird vom Phasendiskriminator der Farbabschalter gesteuert, der bei Fehlen des Farbsynchronsignals den Farbartverstärker sperrt, damit bei Schwarzweiß-Bildwiedergabe kein farbiges Rauschen entsteht.

Auftrennung in Horizontal- und Vertikal Signale

Nach der Synchronimpulsabtrennstufe werden, wie beim Schwarzweiß-Empfänger, die Synchronsignale getrennt in den Horizontal- und Vertikalablenkkreis eingeführt. Zusätzliche Korrektursignale, die auf die Ablenkspulen und/oder die Konvergenzkorrekturspulen der Ablenkeinheit der Farbbildröhre gegeben werden, sind von den Horizontal- und Vertikalablenksignalen abgeleitet.

Durch die Modultechnik und Verwendung integrierter Schaltungen ergeben sich teilweise Baugruppen, deren Funktion übergreifend auf andere Einheiten ist. Dazu kommen gegebenenfalls noch weitere Baugruppen beispielsweise für Bedienungskonzept, Mehrnormen-Decoder, Zeiteinblendung, Bild-in-Bild-Einblendung oder Video- und Teletext-Auswertung.

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