asyan.org
добавить свой файл
1 2 3 4
Зміст

Вступ 1

1. Принцип дії факсимільних систем зв'язку 4

1.1 Поелементна передача зображень 5

1.2 Передача обмеженого числа напівтонових градацій 7

2. Склад факсимільних систем зв'язку (блок-схема) 10

2.1 Аналізуючі пристрої 12

2.2 Пристрої розгортки 13

2.2 Фотоелектричні перетворювачі 16

2.3 Світлооптична система 17

2.4 Синхронізація і фазування 18

3. Складання технічного завдання. 20

3.1. Вибір фотоелектричного датчика і схеми його живлення. Проектування першого каскаду. 23

3.2. Проектування підсилювального каскаду ФЕП 30

3.3. Проектування вихідного каскаду (емітерний повторювач) 34

3.4. Проектування джерела живлення для електронної апаратури факсимільного зв’язку 36

3.5. Розробка друкованої плати 38

^ 4. Дискретизація і кодування сигналу зображення. Манчестерський код. 44

4.1 Надмірність зображень 46

4.2 Ефективне кодування зображень 47

5. Стандарти факсимільного зв'язку 54

6. Нова апаратура факсимільного зв’язку 56

7. Висновки 59

^ 8. Список літератури 60




    Вступ

Сьогодні важко знайти організацію, що не використовувала б у своїй роботі факсимільний зв'язок. Телефакс є найпопулярнішим засобом для оперативного обміну інформацією, представленої у виді документів. Перша і головна його перевага — можливість передачі документа в будь-яке місце земної кулі за одну хвилину. Ніяка поштова служба не може забезпечити такої оперативності. Друге — набагато менші витрати на пересилання, у порівнянні з вартістю послуг кур'єра чи тієї ж пошти. Третє — простота. Установивши з'єднання, можна відправити документ натисканням однієї клавіші. Якщо ж говорити про якість, то сучасні стандарти факсимільного зв'язку забезпечують, при використанні якісних телефонних ліній, передачу зображення, цілком порівнянного з оригіналом.

Часто факсимільні документи мають юридичну силу. Факсимільний зв'язок здійснюється за допомогою пари факс-апаратів, через телефонну мережу або Цифрову Мережу з Інтеграцією Служб (ISDN). Її задачею є передача документів з паперових аркушів відправників на паперові аркуші одержувачів. В умовах, коли існують сотні видів факсимільних апаратів, пропонованих різними постачальниками, Міжнародний Союз Електрозв'язку (МСЕ) затвердив стандарти, що визначають чотири групи служб факсимільного зв'язку.

Служба групи 1 передбачає аналогову передачу даних без стискання. Сторінка А4 передається приблизно за 10 хвилин.

Служба групи 2 передбачає деякі можливості стискання даних перед передачею, що скорочує її час до 3 хвилин.

Служба групи 3 здійснює передачу дискретних сигналів і використовує складний алгоритм стискання. Завдяки цьому здійснюється надійна передача повідомлень з високою швидкістю. Сторінка передається менше ніж за 1 хвилину.

Служба групи 4 призначена для передачі даних у мережі ЦМІС (ISDN). Стандарт цієї групи підрозділяється на три класи, що дозволяє отримати роздільну здатність від 80 до 160 біт на сантиметр.
Міжнародний Союз Електрозв’язку (МСЕ) затвердив також стандарти для модемів, які призначені для факсимільного зв'язку. Вони охоплюють діапазон швидкостей від 1,2 до 14,4 Кбіт/с.
Факсимільний зв'язок досить простий, але він має і ряд недоліків, до яких, у першу чергу, відносяться:

  • неможливість зберігання даних у запам'ятовуючих пристроях (ЗП);

  • вкрай обмежені можливості редагування інформації;

  • незручний зв'язок для комп’ютерів (необхідність використання проміжного носія - паперу);

  • неточна передача інформації, через використання паперу і механічного приводу.

Для усунення цих недоліків створені комп'ютерні факсимільні системи, що включаються в мережу за допомогою факсимільних плат. Ці системи, з'єднуючись один з одним, здатні передавати точні копії документів без використання паперу.

Поширилася також технологія, відома, як "факс за вимогою" (FOD). Тут абонентська система приймає замовлення на документи, що містяться в її базі даних (БД). Для цього користувач прослухує запропонований йому список документів, робить вибір і повідомляє адресу, за якою треба здійснити доставку. Запити на документи посилаються за допомогою телефонного апарату. Абонент відповідає на запитання системи, натискаючи на кнопки апарата. Комп'ютер відшукує в базі потрібне і передає на факс-апарат замовника.

Факсимільний зв'язок є одним з найдешевших і зручних засобів передачі даних. Разом з цим, при наявності інших засобів передачі відбувається їхня взаємна інтеграція. Виділяють чотири основні напрямки цієї інтеграції:

  1. Створення єдиної системи передачі. Для цих цілей поєднуються текст, мову і зображення. Створюються факси-сервери, використовуються оптичні сканери і програмне забезпечення (ПЗ) для оптичного розпізнавання символів.

  2. Голосове попередження про повідомлення, що надходять. Для цього факс-сервер передає голосове повідомлення по номеру телефонного апарата, сповіщаючи користувача про те, що йому адресували текстове повідомлення.

  3. Передача файлів комп'ютеру, що потім пересилає факсу-апарату отриману інформацію .

  4. Інтеграція факсимільного зв'язку з іншими засобами локальної мережі дозволяє підвищити продуктивність, зберігати всю документацію в цифровій формі в єдиних базах даних. Це забезпечує її копіювання, тиражування і посилку на будь-який пристрій виводу, включаючи факс-апарат. Розглянута інтеграція забезпечує також шифрування переданої інформації.

Послідовність роботи факсимільної системи наступна: оптичне сканування, посилення, кодування сигналів, модуляція, передача сигналів, демодуляція, декодування і виготовлення копій.

У даній роботі розглядається принцип роботи факсимільних апаратів різних типів і загальний стан справ у цій галузі, які склалися за останній час.

Незважаючи на повсюдну комп'ютеризацію і стрімкий розвиток мережі Інтернет і систем електронної пошти, факсимільні апарати все таки залишаються потрібними й актуальними. За прогнозами фахівців вони ще довгий час будуть успішно витримувати конкуренцію з іншими системами для здійснення документообігу.

У цій роботі обґрунтовано вибір і описана розробка фото електричного перетворювача, що складається з фото датчика і транзисторного підсилювача з емітерним повторювачем.

Фотоелектричний перетворювач є важливою частиною факсимільної системи. Саме цей вузол впливає на смугу пропускання і швидкість роботи факсимільного апарату.

Даний фото електричний перетворювач має обмеження на верхнє значення смуги пропускання — 100кГц, що є граничною межею для ФЕП на фототранзисторах і діодах.

Роздільна здатність при передачі сторінки формату А4 (210х297 мм) складає не менш 4 ліній/мм.

Підтримуються швидкості розгортки, що знаходяться в межах від 240 до 2400 рядків/хв., що при належному пристрої розгортки і відповідному каналу зв'язку може забезпечити пропускну здатність до 50 кбіт/сек.

Загалом, дана робота є гарною ілюстрацією для ознайомлення зі структурою і принципом роботи факсимільних систем. З неї можна довідатися про проблеми і перспективи розвитку систем факсимільного зв'язку.

Наведений розрахунок фото електричного перетворювача з обґрунтованим вибором його параметрів і характеристик є прикладом практичного застосування отриманих навичок і знань.



    ^ 1. Принцип дії факсимільних систем зв'язку

В цілому, факсимільний зв'язок — це вид електрозв'язку, що забезпечує передачу і відтворення нерухомих зображень. Засобами факсимільного зв'язку однаково зручно передавати текст, надрукований чи написаний на будь-якій мові, чорно-білі і кольорові фотографії і креслення.

У перших факсимільних апаратах для запису зображень використовувалися методи, що застосовувалися у фотосправі. У зв'язку з цим такий вид зв'язку називався фототелеграфним зв'язком. В даний час застосовуються й інші способи запису зображень на папері. Тому в загальному випадку передачу нерухомих зображень відповідно до рекомендацій Міжнародного консультативного комітету з телеграфії і телефонії (МККТТ) називають факсимільним зв'язком.

Системи факсимільного зв'язку, що забезпечують передачу і відтворення чорно-білих зображень з максимально можливою точністю відновлення всіх градацій півтонів оригіналу, називаються фотофаксимільними системами

^ 1.1 Поелементна передача зображень

Домовимося зображення, призначене для передачі по факсу, називати оригіналом, а переданий документ — репродукцією. Призначенням факсимільної системи є одержання на прийомі задовільної по якості репродукції з переданого оригіналу. З'ясуємо, що слід розуміти під «задовільною якістю» зображення і у якому співвідношенні повинні знаходитися оригінал і репродукція для одержання найкращої відповідності між ними.

На перший погляд здається, що фототелеграфна система має бути створена таким чином, щоб на прийомному бланку яскравість всіх крапок репродукції була рівна відповідним ступеням яскравості відповідних крапок переданого "оригіналу". Однак здійснити таку передачу внаслідок цілого ряду спотворень в апаратурі і каналі зв'язку практично неможливо, а крім того, в абсолютній відповідності оригіналу і репродукції немає необхідності. Будь-який оригінал містить у собі набагато більше даних, ніж сприймає нормальне око спостерігача. Це є наслідком особливостей людського ока, що не розрізняє дуже дрібні деталі і не відрізняє досить малі розходження яскравостей сусідніх полів на зображенні.



^

Рис. 1.1. Розділення площі зображення на кінцеву кількість елементарних ділянок



Тому завданням фототелеграфної системи не є створення рівних яскравостей між відповідними крапками і полями оригіналу і репродукції. Навпаки, фототелеграфна система має створити враження подібності оригіналу та репродукції. З огляду на те що людське око не сприймає дуже дрібних деталей, у фототелеграфії передача крапок зображення заміняється послідовною передачею яскравостей кінцевих ділянок (рис. 1), на які оригінал розчленовується в процесі передачі. Якщо розміри ділянок лежать поблизу межі, яка зумовлена здатністю ока розрізняти дрібні деталі, то всі елементи зображення, розміри яких менше зазначеної межі, оком не розрізняються, у той час як деталі, котрі дорінюють або мають більший розмір ніж гранична величина ділянки , на репродукції будуть сприйматися подібно тому, як вони сприймаються на оригіналі. Оскільки основні контури зображення являють собою сукупність елементарних площадок кінцевих розмірів, то наведені міркування відносяться також до випадку передачі контурів і границь зображення.

Таким чином, для задовільного відтворення дрібних деталей, контурів і границь полів нерухомого зображення, необхідно здійснити передачу кінцевого числа елементарних ділянок. Очевидно, що за для передачі усіх тонкостей оригіналу, елементарну діляноку слід брати як можна меншого розміру. Разом з тим потрібно пам'ятати, що зменшення розміру ділянки не повинне перевищувати вимог до заданої точності відтворення і меж, обумовлених здатністю ока розрізняти дрібні деталі. Інакше час передачі великої кількості дуже малих ділянок може значно збільшитися.



Рис. 1.2. Розділення плавного чорно-білого переходу на кінцеве число напівтонових градацій
^ 1.2 Передача обмеженого числа напівтонових градацій

Якість відтвореної під час прийому репродукції визначається, крім передачі деталей і контурів, також якістю відтворення півтонів, тобто кількістю і правильністю відтворення перехідних градацій від самого чорного до самого білого тону. При висвітленні різних предметів перехід від світла до тіні звичайно є плавним. Здавалося б, що для відтворення такого переходу необхідно передати нескінченна безліч проміжних градацій. Однак, як і в розглянутому вище випадку, з огляду на те, що людське око не відрізняє досить малі розходження ясравостей сусідніх полів на зображенні, можна обмежитися передачею невеликого числа градацій Так наприклад, плавний перехід, представлений на рис. 2, може бути переданий декількома градаціями яскравостей, розходження між який майже не розрізняється оком. Отже, кількість рівнів сигналу, що визначають кількість напівтонових градацій, є кінцевим.

У найпростішому випадку напівтонові оригінали відтворюються при прийомі у вигляді чорно-білих репродукцій, без проміжних градацій. Такі системи забезпечують задовільну якість відтворення текстових матеріалів, креслень, графіків, таблиць і інших близьких до них оригіналів. У тих випадках, коли необхідно здійснити передачу фотографій, малюнків, географічних і топографічних карт та ін., кількість необхідних градацій істотно збільшується. Якщо розходження в яскравостях сусідніх ділянок на зображенні лежить поблизу межі, обумовленої здатністю ока розрізняти розходження в яскравостях сусідніх полів, то напівтонова картина на репродукції буде подібною до напівтонової картини на оригіналі.

Зі сказаного випливає, що для задовільного відтворення півтонів необхідно здійснити передачу кінцевого числа напівтонових градацій. Стремління до більш точної передачі напівтонової картини зображення приводить до необхідності збільшувати число переданих градацій. Число градацій повинне бути таким, щоб забезпечувалося виконання заданих вимог до точності відтворення півтонів, але у всякому разі не перевищувалися межі, обумовлені розпізнавальною чутливістю ока.

Отже, особливості людського зору дозволяють здійснити передачу зображення шляхом передачі кінцевого числа елементарних ділянок і кінцевого числа напівтонових градацій. Якщо розміри переданих ділянок і розходження між послідовно переданими рівнями яскравостей не перевищують деяких граничних для ока значень, то зорове враження від репродукції буде подібне зоровому враженню від оригіналу і в цьому разі можна вважати, що репродукція має задовільну якість.

Для передачі зображення на відстань електричними засобами необхідно:

  1. Здійснити розгортку оригіналу і послідовно перетворити яскравості В' кожної елементарної ділянки оригіналу в тимчасову послідовність електричних сигналів U’(t)

  2. Передати електричні сигнали по електричному каналу зв'язку на прийомну станцію з як найменшими спотвореннями.

  3. Перетворити тимчасову послідовність прийнятих електричних сигналів U(t) у яскравості В елементарних ділянок репродукції, координати яких відповідали б координатам переданого зображення.

Зазначені процеси послідовного перетворення яскравостей ділянок оригіналу в електричні сигнали і зворотне перетворення тимчасової послідовності електричних сигналів у яскравості відповідних ділянок репродукції є сутністю фототелеграфного методу передачі зображень.

На підставі викладеного сформулюємо принципи передачі зображень електричними засобами:

1. Дискретизація первинного зображення — представлення зображення сукупністю елементарних ділянок, розмір яких визначається граничною просторовою частотою. У межах елементарних ділянок приймаються до уваги середні величини або яскравості коефіцієнта відображення в заданій (дискретній) ділянці спектра оптичного випромінювання. На передачу інформації про стан кожного елемента і всього зображення виділяється обмежений (дискретний) час, протягом якого зображення вважається нерухомим (статичним). Зображення об'єктів, що рухаються, відтворюються шляхом швидкої зміни статичних зображень, що відповідають окремим фазам переданого сюжету.

2. Послідовне в часі перетворення кольору, чи яскравості коефіцієнта відображення в електричні сигнали (факсимільний аналіз зображення). У результаті аналізу двовимірна функція розподілу яскравості (коефіцієнта відображення) у площині первинного зображення перетвориться в електричний сигнал — одномірну функцію часу. Це здійснюється при спільному використанні фотоелектричного перетворення і розгортки.

3. Передача сигналів зображення на відстань з використанням каналу зв'язку, що включає в себе кабельні, радіорелейні і супутникові системи.

4. Послідовне в часі перетворення електричних сигналів в колір чи яскравість елементів зображення (факсимільний синтез). У результаті синтезу електричний сигнал перетвориться в двовимірну функцію розподілу чи яскравості коефіцієнта відображення в площині вторинного зображення.

5. Забезпечення синхронізму і синфазності — рівності частот і відповідності фаз процесів розгортки при аналізі і синтезі зображень.

6. Всебічне використання особливостей зору людини як при виборі основних параметрів і способів технічної реалізації при передачі чорно-білих, кольорових і стереоскопічних зображень, так і при встановленні норм на припустимі лінійні і нелінійні спотворення сигналу, на величину відношення сигнал-шум та ін.



    ^ 2. Склад факсимільних систем зв'язку (блок-схема)

На наведеній нижче схемі показана структура факсимільних систем зв'язку:


Параметри системи:


Швидкість розгортки, рядків/хв.

240-2400

Крок розгортки, мм/рядок

0,2

Роздільна здатність ліній/мм

4

Пропускна здатність системи кбіт/сек.

50

Мінімальна тривалість факс. імпульсу, сек.

6·10-5

Спектр факсимільного сигналу, кГц

17


Система факсимільного зв'язку складається з передавача, приймача і каналу зв'язку. Передавальний факсимільний апарат (чи передавач приймально-передавального факсимільного апарату) містить аналізуючу систему, що служить для перетворення зображення оригіналу у відеосигнал і електричну систему, що містить підсилювач і електронний вузол перетворення відеосигналу у форму, зручну для передачі по каналу зв'язку (модулятор). Аналізуюча система включає в себе світлооптичний пристрій, який формує вузький світловий пучок, що утворює на поверхні оригіналу «крапкову» світлову пляму; пристрій розгортки, що направляє світловий пучок по черзі (у заданій послідовності) на всі елементарні ділянки, у результаті чого від поверхні відбивається світловий потік, модульований по інтенсивності відповідно до відбивної здатності ділянок; фотоелектричнийперетворювач, який перетворює відбитий світловий потік у пропорційний йому електричний струм (відеосигнал). Після посилення відеосигнал надходить на модулятор, де здійснюється модуляція коливань. В основному користаються двома методами модуляції: амплітудної (АМ) і частотної (ЧМ).

Амплітудна модуляція може бути двох видів: негативна (максимальний рівень коливань відповідає білому полю зображення)) і позитивна (максимальний рівень коливань з несучою частотою відповідає чорному полю переданого зображення). Негативна амплітудна модуляція забезпечує кращу передачу півтонів. Однак у нашій країні в основному застосовується АМП, при якій білому полю оригіналу відповідає мінімальна напруга несучої в каналі. Оскільки велика частина площі бланка являє собою біле поле, АМП дозволяє значно зменшити енергетичне завантаження каналу зв'язку, і тим самим зменшити перехідні перешкоди в багатоканальній системі передачі.

Частотну модуляцію розрізняють також на позитивну частотну (більш висока частота відповідає білому полю) чи негативну частотну (більш висока частота відповідає чорному полю).

^ 2.1 Аналізуючі пристрої

Аналіз зображень .при факсимільній передачі поєднує дві взаємозалежні операції — розгортку оригіналу і електрооптичне перетворення яскравості елементів зображення в електричні сигнали. Відповідно до цього аналізуючий пристрій складається з:

1) пристрою розгортки, що забезпечує визначену послідовність переміщення растрового елемента;

2) фотоелектричного перетворювача, що перетворює усереднені яскравості елементарних ділянок в імпульси електричних сигналів;

3) світлооптичної системи, яка виділяє на оригіналі елемент зображення.

^ 2.2 Пристрої розгортки

Пристрої розгортки утворюють рядок розгортки за рахунок переміщення розгортувального елемента.

Розгортувальним елементом, називають світлову пляму, вістря контактуючих електродів, за допомогою якого здійснюється виділення елементарної площадки на зображенні. Розгортувальний елемент формується за допомогою світлооптичних систем. Для електрооптичного аналізу непрозорих оригіналів використовуються світлооптичні системи двох типів, що відрізняються тим, що елемент поверхні виділяється або безпосередньо на переданому зображенні, або на його оптичному зображенні. Недоліком системи першого типу є те, що через розсіювання світла в товщі паперового листа, елемент розкладання на поверхні паперу не має різко окресленої границі й оточений ореолом, що знижує роздільну здатність системи; тому перевагу віддають системі другого типу.

^ Рядком розгортки називається вузька смуга, що утворюється елементом, розгортки - світловою плямою при аналізі, а також при синтезі зображення в апаратах із закритим способом запису чи пишучим елементом в апаратах з відкритим способом запису.

Розгортувальні пристрої бувають: механічними, електронними й електронно-механічними. Пристрої механічної розгортки бувають двох типів: з циліндричним розташуванням бланка оригіналу — їх називають барабанними, і з плоским розташуванням бланка (площинні). Барабанні розгортки можуть мати різну конструкцію:

а) барабан обертається, а розгортувальний елемент робить поступальний рух паралельно осі барабана (рис. 2.1а);




Рис. 2.1. Барабанна розгортка:

а) з рухливим елементом розгортки;

б) з нерухомим елементом розгортки
б) барабан обертається й одночасно робить рух щодо нерухомого елемента розгортки (рис. 2.16)

Якщо бланк оригіналу розміщується на внутрішній стороні барабана циліндричної форми, то розгортку називають дуговою. Вона також буває також двох типів:

а) розгортувальний елемент обертається, роблячи поступальний рух щодо документу, закріпленого на внутрішній стороні циліндра;

б) розгортувальний елемент робить обертальний рух, а камера переміщається уздовж своєї осі.

Площинні розгортки також можуть бути трьох типів: електронні, механічні і комбіновані.

В даний час з механічними пристроями починають конкурувати швидкодіючі електронно-механічні.


^
Рис. 2.2. Електронно-механічна розгортка


При електронно-механічному способі, розгортка по рядку є електронною, а в напрямку кадру — механічна.

У розгортках електронного типу в якості джерела світла використовується електронно-променева трубка з люмінесцуючим екраном (кінескоп), телевізійна передавальна трубка (відикон, ребікон, кремнікон та ін.), або прилади з зарядовим зв'язком (ПЗЗ). При електронно-механічній розгортці рух елемента розгортки, по рядках здійснюється відхиленнями електронного променя на екрані електронно-променевої трубки (рис. 2.2), а рух у перпендикулярному напрямку — механічними переміщеннями переданого зображення.

У барабанних і площинних системах розрізняють правий і лівий напрямок розгортки. Під правим напрямком розгортки розуміють рух елемента розгортки по правогвинтовій лінії для барабанних систем. Для площинних систем розгортки це відповідає руху елемента розгортки зправа наліво і зверху вниз. Відповідно під лівим напрямком розгортки приймається рух елемента розгортки по ліво гвинтовій лінії для барабанних систем і зліва направо та зверху вниз — для площинних систем (рис. 2.3).

МККТТ рекомендує для апаратів, що працюють на міжнародних і магістральних зв'язках, правий напрямок розгортки.

^ Крок розгортки, чи крок подачі, є механічним параметром апарата і визначає відстань, на яку переміщається елемент розгортки від одного рядка до іншого. У факсимільних апаратах, що застосовуються в мережі Міністерства зв'язку, основним є крок розгортки, що дорівнює 0,2 мм. Чіткість — це кількість рядків на 1 мм. Визначається величиною, що зворотня кроку розгортки.

Рис. 2.3. Напрямок розгортки у факсимільних апаратах з барабанним і площинним розгорткими
Широко поширені механічні розгортки, у яких переміщення сфокусованого променя світла в площині переданого зображення здійснюється за допомогою дзеркал і дзеркальних осцилографів або спеціальних обертальних призм. Застосування лазерної техніки виявляється особливо ефективним у площинних розгортках механічного типу. Лазерні джерела світла дозволили істотно розширити межу підвищення швидкості і роздільної здатності факсимільних систем, що дозволяє в свою чергу збільшити відношення сигнал/шум у передавальній факсимільній апаратурі. Слід зазначити, що відхиляти когерентний промінь можна й акустооптичними методами.

Успіхи в розробці методів стискання спектра факсимільного сигналу викликали необхідність удосконалювання розгорток. Недоліком багатьох з описаних вище класичних розгорток є сталість швидкості руху елемента розгортки по поверхні сканованого документа. При цьому різна інформативність різних рядків розгортки обумовлює нерівномірність швидкості надходження інформації в канал, у результаті чого знижується середнє значення коефіцієнта стискання спектра факсимільного сигналу. В даний час робляться спроби привести у відповідність швидкість передачі інформації зі швидкістю розгортки з метою вирівнювання в часі завантаження каналу зв'язку.

^ 2.2 Фотоелектричні перетворювачі

В апаратурі першого покоління як фотоперетворювач використовувалися фотоелектронні помножувачі (ФЕП). В апаратурі другого покоління починають застосовувати твердотільні датчики, що складаються з кремнієвого фотодіода і підсилювача. Переваги такого фотоперетворювача в порівнянні з ФЕП полягають у тому, що кремнієві фотодіоди чутливі до більш широкого діапазону довжин хвиль (від 400 до 1100 мкм), спектральна характеристика їх більш рівномірна і, отже, квантова ефективність у цій області ( щоскладає приблизно 75%) істотно перевищує квантову ефективність ФЕП (рис. 4). Крім того, перевагами твердотільних датчиків є спрощення джерел живлення (10—15 замість 1000 В), знижена чутливість до ударних навантажень. Ефективність використання малошумного фотодіода визначається правильністю вибору підсилювача і схемою з'єднання цих елементів. Сигнальний струм фотодіода зв'язаний лінійною залежністю з потужністю світлового потоку:



де i — струм фотодіода; Ф — інтенсивність світла у ватах; E — чутливість фотодіода в амперах на світловий потік у ватах.



Рис. 2.4.

Квантова ефективність різних фотоперетворювачів.



^ 2.3 Світлооптична система

Світлооптична система передавального апарата призначена для утворення елемента визначеної форми розгортки і розміру.

Як джерело світла у світлооптичних системах передавальних апаратів застосовуються лампи розжарювання (освітлювачі) із зосередженою ниткою. Освітлювачі відрізняються спеціальною формою і розташуванням нитки і більш високою якістю скла балонів. Освітлювачі факсимільних апаратів живляться, як правило, напругою несучої частоти або від окремого високочастотного генератора для запобігання появи фону за рахунок коливань яскравості освітлювача при живленні його нижчим перемінним струмом промислової частоти.

Для живлення освітлювача, в окремих випадках застосовується постійним струмом. До стабілізації напруги, що живить освітлювач, пред'являються дуже високі вимоги, тому що між яскравістю освітлювача і напругою, що живить його, існує квадратична залежність.

Глибина різкості оптичної системи є параметром, що визначає збереження заданої чіткості при зміні товщини переданого оригіналу в передавальних апаратах чи носія запису в прийомних апаратах з барабанним розгортками. В апаратах із площинною розгорткою поверхня переданого зображення, незалежно від товщини оригіналу, завжди знаходиться на однаковій відстані від оптичної системи за рахунок притискання протяжного валика.

В оптичних системах, як правило, застосовуються порсвітлені лінзи. Просвітління здійснюється шляхом створення на поверхнях тонкої прозорої плівки з показником заломлення, відмінним від показника заломлення скла, з якого зроблені лінзи об'єктивів. Прозора плівка зменшує втрати світла на поверхнях рподілу і тим самим зменшує розсіювання променів всередині об'єкта.

Фокусна відстань об'єктивів, що застосовуються у фототелеграфних апаратах, складає величину від декількох міліметрів (мікрооб'єктиви) до декількох десятків міліметрів (короткофокусні об'єктиви).

^ 2.4 Синхронізація і фазування

Для забезпечення погодженості створення розгортки в передавальних і прийомних апаратах застосовуються спеціальні системи синхронізації і фазування. Існує кілька способів синхронізації:

  • автономна;

  • мережева;

  • примусова.

При автономній синхронізації кожен апарат містить самостійне джерело високостабільної частоти, що живить привід апарату (синхронний двигун). В якості такого джерела частоти застосовується біметалічний камертон. Практично, врахуванням всіх дестабілізуючих факторів, досягається стабільність частоти порядку 5·10-6 .

При мережевій синхронізації передбачається живлення синхронних двигунів від мережі перемінного струму єдиної енергосистеми. В цьому випадку допустимі відхилення частоти мережі від номінальної будуть однаково позначатися на швидкості обертання передавального і прийомного апаратів, тому що число оборотів двигуна n міняється залежно від частоти мережі. Однак при мережевій синхронізації можливі миттєві відхилення (поштовхи) швидкості в моменти різких змін характеру і величини навантаження мережі. У зв'язку з тим, що такі поштовхи відбуваються відносно рідко, коливання не завдають помітного впливу на якість прийнятих документів.

У випадку примусової синхронізації, приводи передавального і прийомного апаратів живляться від одного загального джерела синхрочастоти чи від самостійних генераторів, що працюють у режимі затягування частоти одного генератора частотою іншого. У першому випадку в канал зв'язку посилається частота генератора синхрочастоти (як правило з передавальної станції), що на прийомної станції підсилюється і живить синхронний двигун. В другому випадку частота генератора прийомної станції затягується синхрочастотою, що приходить з іншої станції.

Однією з умов спільної роботи факсимільних апаратів є фазування (синфазне переміщення) елементів розгортки, що досягається фазуючими пристроями. Фазуючі пристрою забезпечують сполучення початкових моментів розгортки перед передачею і прийомом зображення.

У факсимільній апаратурі застосовуються автоматичний, напівавтоматичний і ручний способи фазування.

    ^ 3. Складання технічного завдання.

ФЕП, що буде спроектовано призначений для роботи в факсимільному апараті для передачі чорно-білих зображень на папері формату А4. Це будуть в основному графіки та текст.

Тривалість часу, протягом якого на фотодатчик потрапляють відбиті від світлих ділянок промені набагато перевищує тривалість часу, протягом якого на фотодатчик потрапляє світло від чорних штрихів. Вхідним сигналом для ФЕП служить модульований потік світла, джерелом якого є стабілізована лампа розжарювання.

Оцінимо мінімальну тривалість імпульсу факсимільного сигналу.

Роздільна здатність при передачі сторінки А4 (210х297 мм) повинна становити не менше 4 ліній/мм. Це означає необхідність передачі сигналу від штриха шириною ½ * ¼ = 1/8 мм ~ 0,1 мм.

Швидкість розгортки апарату становить 480 рядків/хвилину, при кроці розгортки 0,2 мм/рядок. На прочитання одного рядка припадає 60/480 = 1/8 = 0,125 сек.

При довжині рядка 210 мм і ширині штриха, від якого треба отримати надійний факсимільний імпульс, мінімальна тривалість такого імпульсу становить:



Для того щоб спектр імпульсу відповідав смузі пропускання, необхідно, щоб фронти відеоімпульсу складали не більше половини його тривалості.



З цієї оцінки випливає вимога щодо частотної смуги ФЕП. Вона слідує із теореми Котельникова:

Функція часу з обмеженим спектром повністю визначається своїми значеннями (відліками), взятими через інтервал часу

(1)

(2)

де — гранична частота спектру функції, яку треба передати без спотворень.

Прийнявши за Δt допустиму тривалість фронту відеоімпульсу, отримаємо верхнє значення граничної смуги підсилювача:



Отриманий частотний спектр факс-сигналу від Fmin= 0 Гц до Fmax = 17 кГц дозволяє застосовувати в якості фотодатчика кремнієві або германієві фотодіоди чи фототранзистори в будь-якому з режимів: фотогальванічному, чи фотодіодному.

Питання про фото чутливість діода не є критичним при роботі в факсимільному апараті, оскільки там є достатньо потужне джерело освітлення.

Оскільки гранична частота модуляції світлового потоку, яка ще сприймається звичайними фотодіодами становить близько 100 кГц, то часові параметри фотодіода також не мають в ФЕП факсимільних апаратів суттєвого значення:





Ділянки білого паперу з текстом у вигляді темних штрихів мають фотометричне альбедо (А):

  • чисті ділянки (Аб≈0,8) дають потік відбитого світла Фб = 0,8Фпад

де Фпад — потік падаючого на папір пучка променів.

  • Зафарбовані або забруднені ділянки мають альбедо Ат = 0,1-0,5

Відповідно потік відбитого світла буде змінюватися від 0,1Фпад до 0,5Фпад

Максимальна глибина модуляції світлового потоку на вході фотодатчика



Для факсимільних апаратів даного класу не має потреби передавати на папері градації сірого кольору. Тобто вихідний сигнал матиме тільки дві градації "чорне" і "біле". Таким чином підсилювач може працювати в режимах відсічки та насичення.

На рис. 1 зображено типову часову залежність фотоелектричного сигналу, сформованого фотодатчиком.

Рис. 1. Характер фотоелектричних сигналів факсимільного апарату.

Ми маємо справу із підсиленням імпульсних сигналів, тривалість, частота повторення і амплітуда яких змінюється за статистичними (випадковими) законами.

Підсилений сигнал із ФЕП поступає в пристрій обробки і перетворення сигналу:

  • Активний опір навантаження невеликий, менше 100 ом.

  • Вхідна ємність навантаження Сн = 10пф

  • Амплітуда сигналу з ФЕП, яка потрібна на вході пристрою обробки Uвих = Uвх (навант.) = 3В

  • Робоча смуга частот підсилювача від ~100 Гц до 17 кГц. (Для підсилення постійної складової сигналу немає потреби).

  • Напруга джерела живлення Е = 12В

  • Діапазон робочих температур від +5о С до +45о С (кімнатні умови)

Всі інші параметри, включаючи принципову електричну схему із номіналами елементів треба розрахувати.

^ 3.1. Вибір фотоелектричного датчика і схеми його живлення. Проектування першого каскаду.

Згідно з [1], потрібно вибрати фотодіод або фототранзистор, які мають . За робочою напругою нам підходить фототранзистор ФТ-2Г. Він має:

  • Діапазон спектральної характеристики: , що перекриває 95% енергетичного спектру випромінювання ламп розжарювання;

  • Площа фоточутливого елементу становить 1 мм2;

  • Темновий струм

  • Інтегральна струмова чутливість

  • Імпульсна стала часу

Фототранзистори відрізняються від фотодіода додатковим підсиленням фотоструму на емітерному p-n переході. Фототранзистори можуть працювати як фотодіоди (режим з плаваючою базою) так і в транзисторному режимі з джерелом зміщення в колі бази.

Характеристика вибраного транзистора показана на рис.2.


Рис. 2. Вольт-амперна характеристика фототранзистора ФТ-2Г при різних освітленностях.
Його найбільша розсіювана потужність Pmax = 50 мВт, Iкmax = 10мА, Uкеmax = 30 В.

На характеристиці, згідно із довідковими даними будуємо робочу зону фототранзистора. Після цього будуємо лінію навантаження транзистора, яка має проходити через точки А (UКЕ = Ек =12 В; Ік = 0) і В (UКЕ = 0; )

Рівняння лінії навантаження ;

Для отримання більшого підсилення по напрузі слід вибрати більше значення опору навантаження Rк, а щоб отримати більше підсилення по силі струму треба навпаки, зменшувати даний опір.

Перед нами стоїть завдання отримати підсилення по напрузі, яке потрібне в пристрої обробки, тому виберемо = 2,4 к Ом. Це дозволить також охопити більший діапазон зміни освітленості.

Лінія навантаження зображена на рис. 2 відрізком прямої АВ.

Освітленість, яка падає на вхід фоточутливого елемента фототранзистора від білої ділянки паперу легко відрегулювати, наприклад, за допомогою фокусуючої лінзи.

На вибраній лінії навантаження білій ділянці зображення виберемо точку Б, яка відповідає освітленості ФБ = 1000 лк.

Тоді згідно з міркувань, викладених в п.1 (див. рис. 1), точка Т (сигнал від темної ділянки) має відповідати Фт = 1/8ФБ = 125 лк. Відповідна точка Т нанесена на лінію навантаження (див. рис. 2).

З рис. 2 визначимо амплітуду фотоелектричного сигналу за вибраного режиму:





Отже, підібравши відповідним чином освітленість в місці розташування фотодатчика (в нашому випадку це фототранзистор ФТ-2Г) і включивши його по найпростішій схемі з плаваючою базою і спільним емітером, отримано вихідний сигнал, який цілком достатній (за напругою) для нормальної роботи пристрою обробки і перетворення сигналу.

Таким чином, залишається забезпечити роботу ФЕП на низькоомному навантаженні та забезпечити двох градаційний вихідний сигнал при варіаціях освітленості, відбитих від ділянок з мало контрастним альбедо. Друга проблема вирішується застосуванням в схемі обробки і перетворення сигналу обмежувача амплітуд, який виконують, як правило на діодах.

В схемі обмежувача має бути регулювання рівня обмеження. Ця частина схеми має значно більший активний опір, ніж опір Rк, через який протікає знайдений струм (Ік)мах = 2 мА. Фактично струм в навантаження (діодний обмежувач амплітуд) може складати не більше 0,8 мА) .

Попередньо складена схема вхідного каскаду на фототранзисторі ФГ-2Г має вигляд:





следующая страница >>