Учебное пособие елец 2008 удк ббк з
 Скачать 1.64 Mb.
|
Глава 7. Развёртывающие устройства
Для отклонения луча в электронно-лучевых трубках необходимо форми- ровать отклоняющие токи пилообразной формы. Такие токи можно получить преобразованием напряжения соответствующей формы. Устройства, исполь- зуемые для формирования отклоняющих токов, называются развёртываю- щими. В принципе отклонить луч в электронно-лучевых трубках (ЭЛТ) можно двумя способами: с помощью электрического или магнитного поля. Электри- ческое поле для отклонения луча используется, как правило, только в элек- тронных осциллографах, где угол отклонения луча от оптической оси ЭЛТ не превышает 30º. В телевизионных ЭЛТ электронный луч должен отклоняться на гораздо большие углы (не менее 90º). В современных широкоугольных ки- нескопах угол отклонения луча ещё больше (более 100º). Применять электри- ческое поле в таких кинескопах нельзя по двум причинам:
Поэтому отклонение луча в кинескопе осуществляется с помощью магнит- ного поля, создаваемого в горловине ЭЛТ. Электронный луч в электрическом и магнитном поле движется по законам электронной оптики.
Магнитное поле в кинескопах создаётся двумя парами катушек, надевае- мых на его горловину, по которым протекают отклоняющие токи. Одна пара катушек – строчные отклоняющие катушки (СК) – создаёт магнитное поле, перемещающее электронный луч в горизонтальной плоскости. Вторая пара – кадровые отклоняющие катушки (КК) – создаёт магнитное поле, переме- щающее луч в вертикальной плоскости. Для перемещения луча по экрану кинескопа токи горизонтального IC и вер- тикального IК отклонения должны изменяться по пилообразному закону (рис.7.1).  Рис.7.1. Форма токов, протекающих через отклоняющие катушки При значении тока IC = IC1 электронный луч находится в одном из крайних положений по горизонтали на экране кинескопа (в левом или правом краю эк- рана). При изменении тока от IC1 до IC2 луч переместится в другое крайнее положение. Аналогичные перемещения луча по вертикали возникают при из- менении тока в кадровых катушках от IK1 (верхний край экрана) до IK2 (ниж- ний край экрана). Чтобы осуществить движение луча по плоскому экрану с постоянной ско- ростью по горизонтали и вертикали, закон изменения пилообразного тока во времени должен отличаться от линейного. Экспериментальные исследования показали, что для равномерной скорости перемещения луча по экрану зави- симость изменения магнитного поля во времени Н(t) должна иметь S – образную форму (рис.7.2). При этом условии и отклоняющий ток в катушках будет иметь такую же форму.  Рис.7.2. Форма характеристики отклоняющего магнитного поля. Получить требуемую форму отклоняющего тока можно, изменив опреде- лённым образом намотку витков отклоняющих катушек. Однако создание не- однородных полей для компенсации геометрических искажений приводит к некоторому ухудшению фокусировки на краях растра. Для устранения этого явления можно распределить витки катушки так, чтобы добиться хорошей фокусировки, а форму растра откорректировать с помощью вспомогательных магнитов, установленных в передней части отклоняющей системы. Другой метод коррекции искажений, вносимых трубкой, заключается в том, что подбирается специальная форма отклоняющего тока, обеспечиваю- щая постоянство скорости отклонения луча по всему растру. Для получения отклоняющего тока такой формы применяют специальные схемы. Характерной особенностью отклонения электронного луча в кинескопах с плоским экраном является возникновение так называемых «подушкообраз- ных» искажений. Эти искажения проявляются в нарушении формы растра, искривлении горизонтальных и вертикальных линий изображения (рис.7.3).  Рис.7.3. «Подушкообразные» искажения растра, искажения вертикальной(аа1) и горизонтальной (bb1) линий Для устранения таких искажений в телевизорах ранних поколений приме- нялись специальные электронные схемы, которые изменяли соответствую- щим образом амплитуду пилообразного тока IC(t) и закон изменения IK(t) (рис.7.4).  Рис.7.4. Коррекция тока горизонтального IC(t) и вертикального IK(t) отклонения для устранения «подушкообразных» искажений: ТС – период строчного отклоняющего тока; ТК – период кадрового отклоняющего тока. В современных телевизорах «подушкообразные» искажения растра устра- няются созданием неравномерного магнитного поля в горловине кинескопа, что достигается определённым распределением витков в катушках.
Устройство кадровой развёртки предназначено для формирования пилооб- разного отклоняющего тока, протекающего через кадровые катушки. Структурная схема устройства кадровой развёртки изображена на рис.7.5.  Рис. 7.5. Структурная функциональная схема устройства кадровой развёртки: ЗГ – задающий генератор; УФ – усилитель-формирователь; ВК – выходной каскад. Задающий генератор формирует пилообразное напряжение, из которого УФ создаёт напряжение UУ требуемой формы. ЗГ представляет собой генера- тор пилообразного напряжения, работающий в автоколебательном режиме с внешней синхронизацией короткими прямоугольными импульсами от устрой- ства синхронизации кадровой развёртки. Усилитель-формирователь вырабатывает управляющее напряжение UУ, подаваемое на вход выходного каскада. Форма управляющего напряжения за- висит от вида выходного каскада и параметров отклоняющих катушек. В телевизорах ранних поколений, где использовались многовитковые седло- образные катушки с трансформаторным подключением к выходному каскаду, УФ формировал управляющее напряжение пилообразно-параболической формы. В современных телевизорах, где используются бестрансформаторные ВК и маловитковые катушки тороидального вида, управляющее напряжение UУ имеет импульсно-пилообразную (трапецеидальную) форму (рис.7.9). Каскады УФ и ВК охватываются цепями отрицательной обратной связи (ООС) для поддержания стабильности размаха и требуемой формы откло- няющего тока IК. С помощью ООС осуществляется S-коррекция тока откло- нения и регулировка вертикального размера растра. Выходной каскад создаёт пилообразный ток IK в кадровых отклоняющих катушках и представляет собой усилитель мощности. В современных телеви- зорах в качестве выходных каскадов используются устройства на микросхе- мах, представляющие собой двухтактные бестрансформаторные каскады уси- лителя мощности, работающие в целях повышения экономичности в режиме класса В или близком к нему классе АВ. Особенностью усилителей, используемых в выходных каскадах кадровой развёртки, является изменение характера и величины нагрузки при прямом и обратном ходе развёртки. Это объясняется следующим. Эквивалентную схему кадровой отклоняющей катушки можно представить в виде, представленном на рис. 7.6.  Рис. 7.6. Полная и упрощённые эквивалентные схемы кадровой катушки во время прямого и обратного хода кадровой развёртки Схема состоит из индуктивности LK, сопротивления потерь rK и межвитко- вой ёмкости CK (рис.7.6,а). В настоящее время в ТВ-приёмниках используются маловитковые откло- няющие катушки тороидального типа. Для таких катушек ёмкостью СК можно пренебречь. Величина индуктивной составляющей полного сопротивления катушки зависит от величины LK и скорости изменения тока IK, протекающего через катушку. Во время прямого хода эта скорость сравнительно невелика и индуктивная составляющая полного сопротивления оказывается значительно меньшей активного сопротивления rK. Поэтому эк- вивалентная схема катушки во время прямого хода развёртки представляется в виде сопротивления rK (рис.7.6,б). Во время обратного хода развёртки ско- рость изменения тока IK возрастает более чем в 10 раз. При этом индуктивная составляющая сопротивления катушки оказывается во много раз большей, чем величина rК и эквивалентная схема катушки может быть представлена только одной индуктивностью (рис.7.6,в). В связи с изменяющимся характером нагрузки для формирования линейно изменяющегося тока, протекающего через катушку, форма напряжения UK, прикладываемого к катушке во время прямого и обратного хода развёртки, оказывается различной (рис.7.7).  Рис.7.7. Эпюры напряжения и тока через кадровые катушки во время прямого и обратного хода развёртки Во время прямого хода развёртки ток IK повторяет форму напряжения, прикладываемого к катушке. Во время обратного хода закон изменения тока, строго говоря, необязательно должен быть линейным (важно, чтобы элек- тронный луч возвратился в исходное положение). Однако для уменьшения длительности обратного хода целесообразно выбрать линейное изменение то- ка и в это время. Тогда для выполнения этого условия на время обратного хо- да на катушку необходимо подавать прямоугольный импульс (рис.7.7). Разнообразие конкретных схем ВК довольно велико. Рассмотрим работу одной из них, часто встречающейся на практике (рис.7.8.).  Рис. 7.8. Выходной каскад кадровой развёртки. Эпюры напряжений и токов, иллюстрирующие работу ВК, показаны на рис.7.9.  Рис.7.9. Эпюры напряжений и тока в схеме выходного каскада кадровой развёртки
Транзисторы VT1 и VT3 закрыты напряжением UУ, приложенным к VT1. Транзистор VT2 открыт и насыщен, напряжение на его эмиттере UK близко к напряжению источника питания ЕК. Конденсатор С большой ёмкости заряжен до величины UC и напряжение на нём во время работы схемы практически не меняется. Таким образом, к катушке LK оказывается приложено постоянное напряжение EK – UC , поэтому ток через неё IK возрастает по линейному зако- ну (внутренним сопротивлением насыщенного транзистора VT2 и сопротив- лением потерь катушки в первом приближении можно пренебречь).
Транзисторы VT1 и VT3 в момент времени t1 открываются. Поскольку на- пряжение UУ линейно нарастает, то и токи через эти транзисторы нарастают. Напряжение на коллекторе VT1 убывает, что приводит к постепенному запи- ранию транзистора VT2 и уменьшению его тока I2 . Уменьшение тока I2 и возрастание тока I3 приводит к постепенному уменьшению тока IK.
К моменту времени t2 напряжение на базе VT2 уменьшается до такой ве- личины, что транзистор VT2 запирается. Начинается разряд ёмкости C через продолжающийся открываться транзистор VT3 по цепи: + C →VT3 → корпус → LK → – C. (Необходимо обратить внимание на то, что направление тока IK меняется на обратное). В момент времени t3 резко закрываются транзисторы VT1 и VT3 , а транзистор VT2 открывается и насыщается. После этого цикл работы схемы повторяется вновь. Из-за присутствия в катушках значительной реактивности, которая прояв- ляется только во время обратного хода развёртки, возникает импульсная со- ставляющая напряжения на катушке. Эта составляющая требует увеличения напряжения питания выходного каскада (рис.7.9). Величина ЕК должна быть больше UKmax и, следовательно, приводит к снижению КПД усилителя. С целью уменьшения величины напряжения источника питания и повы- шения КПД выходного каскада используют схему с удвоением питания во время обратного хода развёртки (рис.7.10), которая состоит из диода VD2, на- копительного конденсатора C, ключа (Кл) и зарядного сопротивления R.  Рис. 7.10. Выходной каскад с удвоением питания Схема работает следующим образом. Во время прямого хода развёртки протекает ток заряда конденсатора С1 по цепи: + ЕК → VD2 → C1 → R → – ЕК (корпус). Конденсатор С1 заряжается до напряжения, близкого по величине к ЕК. Во время обратного хода развёртки ключ замыкается, диод VD2 оказывается за- пертым напряжением на конденсаторе C1 и к коллектору транзистора VT2 прикладывается напряжение величиной, равной ≈ 2ЕК, которое образуется ис- точником питания и напряжением на ёмкости С1. Замыкание ключа происхо- дит под действием положительного импульса на катушке LK во время обрат- ного хода развёртки. Увеличение напряжения на коллекторе транзистора VT2 позволяет снизить величину напряжения источника внешнего питания и, следовательно, повы- сить КПД каскада. Кроме того, схема позволяет сбалансировать потребление энергии от внешнего источника. Действительно, схема на рис.7.8 потребляет максимальную энергию от внешнего источника питания во время обратного хода развёртки. В схеме на рис.7.10 расход энергии от источника питания во время обратного хода оказывается меньшим, поскольку напряжение питания определяется внешним источником и напряжением на ёмкости С1, а во время прямого хода развёртки от источника питания отбирается дополнительная энергия для заряда конденсатора С1.
Устройство строчной развёртки (УСР) предназначено для формирования отклоняющего тока, протекающего через строчные катушки. Кроме того, это устройство вырабатывает сигналы UОХ , совпадающие по времени с обратным ходом строчной развёртки, а импульсное напряжение, возникающее во время работы, подаётся в высоковольтный источник питания кинескопа. Обобщён- ная схема УСР показана на рис.7.11.  Рис.7.11. Обобщённая функциональная схема устройства строчной развёртки ЗГ – задающий генератор; БК – буферный каскад; ВК – выходной каскад; ИПК – источник высоковольтного питания кинескопа. Задающий генератор (ЗГ) формирует импульсы напряжения прямоуголь- ной формы, управляющие работой буферного каскада. ЗГ работает в автоколебательном режиме с внешней синхронизацией. Вре- менное положение переднего фронта импульсов ЗГ регулируется системой строчной синхронизации. Буферный каскад (БК) вырабатывает импульсы напряжения прямоуголь- ной формы, которые управляют транзистором выходного каскада. Он запус- кается прямоугольным положительным импульсом от задающего генератора. Выходной каскад (ВК) создаёт пилообразный ток IK в строчных откло- няющих катушках. Упрощённая схема выходного каскада строчной развёртки изображена на рис.7.12.  Рис.7.12. Упрощённая схема выходного каскада строчной развёртки Рассмотрим работу схемы. При этом будем полагать, что активное сопро- тивление отклоняющей катушки строчной развёртки мало; величина индук- тивности дросселя LДР >> LК , потери в дросселе и межвитковая ёмкость от- сутствуют; ёмкость конденсатора СS >> C. Конденсатор СS заряжен до на- пряжения + ЕК, которое во время работы схемы практически на нём не изме- няется. Заряженный конденсатор эквивалентен источнику питания. Расход энергии, накопленной конденсатором, компенсируется его зарядом во время работы схемы. На рис.7.13 приведены эпюры напряжений и токов в выходном каскаде.  Рис.7.13. Эпюры напряжений выходного каскада строчной развёртки
На базу транзистора VT1 подаётся положительный импульс UБ1, в резуль- тате чего транзистор насыщается. В итоге к катушке LK прикладывается на- пряжение заряженного конденсатора CS и ток через катушку возрастает по за- кону, близкому к линейному. Поскольку ёмкость C подсоединена параллель- но транзистору VT1, внутреннее сопротивление которого при насыщении ма- ло, напряжение на ёмкости повторяет форму напряжения на транзисторе, че- рез который протекает нарастающий ток.
В момент времени t1 на базу транзистора VT1 поступает отрицательный пе- репад напряжения и транзистор запирается. Энергия, запасённая в катушке LK за время интервала t0 – t1, поступает в конденсатор С, т.к. образуется колеба- тельный контур ударного возбуждения (LKC), настроенный на определённую частоту. Эта частота рассчитывается так, чтобы за время обратного хода раз- вёртки прошло полпериода колебаний. Так как длительность обратного хода по строкам τОХ = 12 мкс, резонансная частота колебательного контура должна быть равной f0 = 1 / 2τОХ = 1 / 24·10 – 6 Гц ≈ 41, 7 кГц. В момент времени t2 вся энергия магнитного поля, запасённая в катушке L, переходит в энергию электрического поля конденсатора C. В этот момент ток в катушке становится равным нулю, а напряжение на конденсаторе С дости- гает максимума (UС max). Так как возникает резонанс напряжений, то UCmax >> ЕК.
В этом интервале времени продолжаются свободные колебания в контуре LКС. Энергия конденсатора «перекачивается» в катушку LК. Направление тока IК меняется на обратное. Колебательный процесс в контуре протекает до момента t3, когда напряже- ние на диоде VD не станет равным нулю. В этот момент диод открывается, шунтирует контур LКС, и колебания в контуре срываются. 3. Интервал времени t3–t4. Энергия магнитного поля, запасённая в катушке LК, подзаряжает ёмкость СS. Ток подзаряда IК протекает по цепи: LК → корпус →VD → CS → LК. При этом источником ЭДС является катушка LК. По мере расхода энергии ток в катушке убывает по закону, близкому к линейному. В момент времени t4 на базу транзистораVT приходит положительный перепад напряжения. Одна- ко напряжение на коллекторе транзистора пока ещё будет отрицательным, т.к. ток IК протекает через открытый диод VD и образует на его катоде отрица- тельный потенциал. С этого момента и до момента времени t5 через транзи- стор будет протекать обратный ток IОБР по цепи: корпус → вторичная обмотка трансформатора Тр → база VT → коллектор VT → ёмкость СS → LK → корпус. Как только ток через диод станет равным нулю, диод закрывается, и ток IК становится равным IОБР. С расходом энергии, запасённой в катушке LК, ЭДС катушки уменьшается, напряжение на коллекторе VT1 и ток IК изменяют свою полярность, и транзистор открывается и переходит в режим насыщения, обеспечивая формирование тока второй половины прямого хода развёртки.
Высоковольтные импульсы напряжения UCmax , возникающие во время об- ратного хода развёртки на ёмкости С (рис.7.12), используются для получения высоковольтного питания кинескопов. Такой способ получения высоковольт- ных питающих напряжений эффективен тем, что фильтрацию выпрямленного напряжения на частоте строчной развёртки осуществлять гораздо проще, чем на частоте 50 Гц. Кроме того, при выходе из строя устройства строчной раз- вёртки высоковольтное напряжение с кинескопа автоматически снимается. Одним из способов получения высоковольтного напряжения для питания второго анода (аквадага) и фокусирующего электрода кинескопа является применение схемы многоступенчатого диодно-емкостного умножителя. Схема такого умножителя приведена на рис.7.14.  Рис. 7.14. Диодно-ёмкостный умножитель напряжения Схема работает следующим образом. Первый импульс О.Х. строчной развёртки U1 на вторичной обмотке транс- форматора Тр заряжает конденсатор С1 по цепи: Тр (конт.3) →VD1 → С1 → корпус (конт.4). Конденсатор заряжается до напряжения, равного амплитуде импульса на вторичной обмотке трансформатора (U1). По окончании импульса конденса- тор С1 разряжается через диод VD2 на конденсатор С2 по цепи: + С1 →VD2 → C2 → Тр (конт.3) → – С1 (корпус). Таким образом, к моменту прихода второго импульса О.Х. конденсаторы С1 и С2 оказываются заряженными до напряжения U1 / 2. Второй импульс О.Х. подзаряжает С1, а через диод VD3 заряжается конденсатор С3. По окон- чании второго импульса конденсатор С1 через диод VD2 вновь подзаряжает C2, а конденсатор С3через диод VD4 заряжает конденсатор С4. Таким образом, в процессе появления импульсов О.Х. на вторичной обмотке трансформатора происходит последовательный заряд всех конденсаторов схемы умножителя. В установившемся режиме каждый из конденсаторов оказывается заряжен- ным до величины U1, поэтому выходное напряжение в данной схеме оказыва- ется равным UВЫХ = 3U1. Другой схемой для получения высоковольтного напряжения является схе- ма выпрямителя с диодно-каскадным трансформатором (ТДКС), изображён- ная на рис. 7.15.  Рис. 7.15. Высоковольтный выпрямитель с ТДКС Схема представляет собой последовательное соединение трёх однополу- периодных выпрямителей с тремя независимыми обмотками. Такая схема по- зволяет повысить электрическую прочность всего выпрямителя и уменьшить внутреннее сопротивление источника высоковольтного напряжения. Умень- шение внутреннего сопротивления источника делает более стабильным вы- сокое напряжение при изменении токов лучей кинескопа. Контрольные вопросы:
|