Eerste kleurentelevisies

Kinescope
Detail toont de rangschikking van de gekleurde fosforpuntjes Detail toont het masker (gezien vanaf het groene electronenkanon Metalen scherm rond de beeldbuis Metalen scherm rond de electronenkanonnen Positionneringsmagneten (kleurzuiverheid) Spoelen voor de magnetische afbuiging Siermasker, slechts een deel van de bolle voorzijde wordt effektieg gebruikt Voorkant Electronenkanonnen Hoogspanningsanode Electrostatische convergentie Plastieken isolatie
Beeldbuis met schaduwmasker en fosforlaag

Het onderzoek rondom kleurtelevisies begint na de tweede wereldoorlog. De eerste testen worden gedaan met drie beeldbuizen die met kleurfilters uitgerust zijn en die het signaal naar een scherm projecteren door middel van een lenzenstelsel. Het grootste probleem is immers een systeem te vinden om kleur weer te geven met één enkele beeldbuis.

Bij een ander systeem werd er met één enkel kanon gewerkt en een rooster dat de electronenstroom naar de corresponderende fosfor afbuigde. Het rooster was geplaatst op korte afstand van de fosforlaag, die uit stroken bestond. De stroken gaven groen, blauw of rood licht. Er was echter een hoog vermogen nodig voor deze afbuiging. De afbuiging was ook redelijk hoogfrekwent en stoorde de werking van het toestel.

Uiteindelijk gaat men een schaduwmasker gebruiken die dicht tegen het scherm (fosforlaag) geplaatst wordt. De beeldbuis (in die tijd werden beeldbuizen kinescope genoemd) heeft drie electronenkanonnen, en ieder kanon "ziet" enkel zijn corresponderende kleur door het masker. Deze eerste buizen hadden een afbuighoek van 50°. De fabricage was complex en geen enkele buis uit die periode werkt nog op dit ogenblik.

De buizen bestonden uit twee delen die op het einde van het fabricageproces aan elkaar gelast werden. De hoogspanningsanode (genaamd ultor in de Verenigde Staten) vormde een metalen ring rond de buis en moest degelijk afgeschermd worden. De beeldkwaliteit was toen opmerkelijk goed voor een eerste ontwerp, maar de levensduur van de beeldbuizen was niet goed.

Zelfs na de komst van de kleurenbeeldbuis heeft men een projectiesysteem gebruikt in bepaalde televisietoestellen. Dit was de enige mogelijkheid om een relatief groot beeld te hebben. Het scherm maakte deel uit van de televisie en werd bekeken door transparatie, waardoor het optisch rendement niet goed was. Dit was het tijdperk van de Philips projectietelevisies.

Er bestonden ook echte videoprojectoren (met name die van Barco), maar die moesten vast opgesteld worden, want de convergentie-instellingen moesten opnieuw uitgevoerd worden na verplaatsing. Het is pas met de komst van de LCD en DLP projectoren dat men een gemakkelijk verplaatsbaar systeem had.

Het aards magnetisme moet gecompenseerd worden, want die buigt de electronen af van hun ideale weg. De electronen afkomstig van het groene kanon vallen niet meer op de groene fosfors, maar bijvoorbeeld op de rode. Men gebruikt daarvoor een metalen scherm die het magnetisch veld afschermt, maar dit scherm heeft de neiging zelf magnetisch te worden (mensen die zich bezig houden met de demagnetisatie van militaire schepen weten waarover ik het heb).

Oorspronkelijk was het scherm voorzien van een spoel waardoor er een constante stroom gestuurd werd. De stroom moest bijgesteld worden iedere keer dat de televisie verplaatst werd. Later ging men een sterke wisselende spanning door de spoel sturen. Men gebruikt hiervoor een NTC-weerstand die een lage ohmse waarde heeft bij lage temperaturen (de stroom is dan maximaal), maar de weerstand stijgt snel waardoor de stroom nagenoeg nul wordt. De NTC-weerstand is een component die vaak defekt ging. Moderne plasma, LCD en LED schermen hebben zo'n schakeling natuurlijk niet meer nodig.

De metalen afscherming was eerst aan de buitenkant van de beeldbuis geplaatst, maar wordt later in de beeldbuis zelf ingebouwd. Sony heeft lang een exsterne afscherming gebruikt.

Nadat er proeven gedaan werden met een rastersekwentieel kleursysteem, stapt men resoluut over op het NTSC systeem ontworpen door RCA. De eerste uitzendingen starten in 1954. Het eerste televisietoestel uit die tijd is de CT-100. Dit toestel was nogal duur en er werden er niet zoveel van verkocht. De prijs lag driemaal hoger dan een monochroom toestel, terwijl de meeste programma's nog in zwart-wit uitgezonden werden.

Het ontwerp is bijzonder goed: de ingenieurs zijn niet over een nacht ijs gegaan. Het ontwerp is strikt gebaseerd op de normen. Latere ontwerpen zullen bepaalde deelschakelingen niet meer gebruiken. Dit is ook het geval met de PAL norm, die bepaalde kenmerken van de NTSC norm niet gebruikte, maar andere deelschakelingen in de plaats gebruikte.

Als mengtrap gebruikt de tuner een diode in plaats van een radiobuis. Dankzij de kromme caracteristiek van de diode ontstaan er mengprodukten, het middenfrekwent signaal wordt geselecteerd en verder versterkt. De VHF hoogfrekwent versterker is een dubbele triode in cascode schakeling. Er is geen hoogfrekwent trap voor UHF. Omdat er ook geen mengbuis is (die een hoger conversierendement heeft), kan de televisie enkel de lokale zenders op UHF ontvangen. Dit was toen geen bezwaar, want UHF werd enkel in steden gebruikt. Er zit ook een middenfrekwent trap in de tuner. Die gebruikt een vreemde triode-pentode combinatie (met de triode in gemeenschappelijke roosterschakeling). Dit zijn duidelijk niet de schakelingen die we in Europa gewoon zijn.

Er worden niet minder dan 6 middenfrekwent trappen gebruikt (en een dubbele triode in de tuner). Dit wordt gedaan om een perfekte doorlaatcurve te bekomen (staggered tuning: iedere afstemkring wordt ingesteld op een licht afwijkende frekwentie om uiteindelijk de juiste doorlaatcurve te bekomen).

Voor het geluid wordt er ook het intercarrier principe toegepast, maar men gebruikt niet de videodiode, maar een extra diode. Hier ook ontstaan er mengprodukten ten gevolge van de niet-lineaire caracteristiek van de diode. Het geluid-middenfrekwent zit standaard op 4.5MHz in Amerika. De schakeling is vergelijkbaar met het systeem dat in Europa toegepast wordt (B-G norm).

De videoversterker bestaat uit twee buizen voor de luminantie. Het Y signaal wordt niet naar de beeldbuis gestuurd zoals bij de eerste europese televisies, maar naar een matrixschakeling waar de drie kleuren weer gereconstrueerd worden. Er is ook een delay line om de vertraging van het chromasignaal tegen te gaan. Deze delay line zorgt ervoor dat de chroma en luminantiesignaal samenkomen. Door de lagere bandbreedte van het chromakanaal is er een vertraging van 1µs..

De automatische volumeregeling van het videosignaal is redelijk eenvoudig bij systemen die gebaseerd zijn op negatieve modulatie: met gebruikt de synctoppen (maximale amplitude) om de versterking in te stellen. Omdat storingen de versterking kunnen reduceren is de AGC (Automatic Gain Control) enkel effektief tijdens de lijnterugslag, wanneer de synctoppen verschijnen.

De kleurverwerking is een schoolvoorbeeld van kleurdecodering volgens de NTSC norm. Om de synchrone demodulatoren aan te sturen hebben we eerst een lokale oscillator nodig (3.579545MHz), maar aangezien de frekwentie niet door de zender verstuurd wordt, moet die lokaal gereconstrueerd worden. Per lijn is er een kleurburst om de lokale oscillator te synchroniseren. Er is een burst amplifier en een keyer om de versterker in te schakelen enkel op het einde van de terugslagpuls. De versterker wordt gevolgd door een fasedetector. Het foutsignaal (burst ten opzichte van lokale oscillator) wordt naar een reactantiebuis gestuurd zodat de frekwentie van de oscillator lichtjes kan bijgeregeld worden. Daarop volgt een versterkertrap die het oscillator signaal versterkt.

Na de versterker heeft men twee kleurdraaggolfsignalen die 90° in fase verschoven zijn. De signalen worden gebruikt in de synchrone demodulatoren om de kleursignalen I en Q te produceren. De kleursignalen gaan verder nog door een fasesplitter om ook de signalen -I en -Q te produceren.

De helderheidssignaal Y en de 4 kleursignalen gaan door een matrix om de kleursignalen R, G en B te leveren om de beeldbuis te sturen. Er zijn twee trappen nodig. Omdat de koppeling capacitief is, is er geen referentiewaarde: iedere kleur kan zo een ander DC component hebben (die daarbij nog kan verlopen). Het resultaat is dat de kleuren niet stabiel zijn. Dit moeten we tegengaan met een diode die in geleiding gaat tijdens de sync puls (altijd een vaste waarde). Zo wordt het zwart-niveau op een referentiewaarde gebracht, ongeacht de beeldinhoud.

Kleurbeeldbuizen kunnen een verschillende afknijppunt hebben per kleur, en het zwartniveau moet dus op een ander niveau gebracht worden per kleur. Dit gebeurt met de "background" instelling die het zwartniveau voor de drie kanonnen instelt.

Er is ook een kleurversterking nodig (wit-instelling). Omdat de rode fosfor minder gevoelig is wordt de verstreking van dit kanaal niet verminderd, en bekomt met een wit beeld door de verstreking van het blauwe en groene kanaal te verminderen. De screen regeling stelt het grijsniveau. De drie instellingen (background, screen en gain moeten afgeregeld worden met een monochroom beeld.

We hebben dan nog de afbuiging, die hier magnetisch is. Omdat de afbuighoek 70° bedraagt is een hoog vermogen niet nodig. De lijneindtrap levert ook de hoogspanning van 19.5kV en de focusspanning. Omdat de fosforlaag vlak is moet de focus dynamisch bijgeregeld worden door paraboolsignalen van de lijn- en rastereindtrap. Zo bekomt men dat het beeld scherp is in het midden van het beeld, maar ook in de hoeken.

De hoogspanning voor de kinescope wordt gestabiliseerd op 19.5kV door een triode die meer in geleiding komt als de spanning stijgt.

Dankzij de beperkte afbuighoek kan de convergentie hier ook redelijk eenvoudig gehouden worden. De kleurzuiverheid is een statische instelling die ervoor zorgt dat ieder kanon enkel zijn corresponderende kleur ziet.

De voeding gebruikt een transformator die de gloeispanning voor de verschillende buizen levert. De hoogspanning van 400V wordt geleverd door een seleniumgelijkrichter in spanningsverdubbelaar configuratie. De voeding levert ook twee spanningen van 285V voor bepaalde delen van de televisie (spanningsdaling door middel van twee weerstanden). De totale anodestroom van de televisie wordt gebruikt voor een aantal statische instellingen zoals de kleurzuiverheid.

De kleurtelevisie deed zijn intrede in Europa ongeveer 10 jaar na Amerika. Dit zijn een paar televisietoestellen van Philips.