Устройство кадровой развертки

Устройство кадровой развертки предназначено для формирования пилообразного отклоняющего тока, протекающего через кадровые катушки. Оно состоит из задающего генератора (ЗГ), усилителя-формирователя (УФ) и выходного каскада (ВК) (рис [A.N.8]. 5.7).

Выходной каскад создает пилообразный ток I_К в кадровых отклоняющих

катушках. Он представляет собой низкочастотный усилитель мощности.

В телевизорах первых поколений использовалось трансформаторное подключение отклоняющих катушек к выходному каскаду. Это позволяло получить хорошее согласование относительно большого тока отклонения и малого тока коллектора выходного транзистора. Однако такие каскады обладали низким КПД.

В современных ТВ используются более экономичные и технологичные выходные каскады на интегральных микросхемах, представляющие собой двухтактные бестрансформаторные каскады.

Усилитель-формирователь вырабатывает управляющее напряжение U_У, подаваемое на вход выходного каскада. Форма управляющего напряжения зависит от вида ВК и параметров отклоняющих катушек. В телевизорах ранних поколений, в которых использовались многовитковые седлообразные 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, U_У имеет импульсно-пилообразный вид (рис[A.N.9]. 5.11). Каскады УФ и ВК охватываются обратными связями (ОС) для поддержания стабильности размаха и требуемой формы отклоняющего тока I_К. С помощью ОС осуществляется S-коррекция тока отклонения и регулировка вертикального размера растра.

Задающий генератор формирует пилообразное напряжение, из которого УФ создает напряжение U_У требуемой формы. ЗГ работает в автоколебательном режиме и синхронизируется импульсами короткой длительности, вырабатываемыми устройством синхронизации кадровой развертки.

Выходной каскад кадровой развертки. Выходной каскад – это низкочастотный усилитель мощности. Верхняя граница частотного диапазона усилителя определяется частотой 20-й гармоники кадрового тока I_К, равной 50Гц x 20 = 1000 Гц, что позволяет воспроизвести линейное изменение тока I_К за время прямого хода развертки. Особенности этого усилителя от низкочастотных усилителей, используемых в аудиотехнике, обусловлены нагрузкой – отклоняющими кадровыми катушками.

Эквивалентная схема кадровой отклоняющей катушки приведена на рис[A.N.10]. 5.8.

Она состоит из индуктивности, L_К, сопротивления потерь r_К и межвитковой емкости С_К.

В настоящее время в ТВ приемниках используются маловитковые отклоняющие катушки тороидального типа. Для таких катушек емкостью С_К можно пренебречь. Величина индук-тивной составляющей полного сопротивления катушки зависит от величины L_К и скорости изменения тока I_К, протекающего через катушку. Во время прямого хода эта скорость сравнительно невелика и индуктивная составляющая полного сопротивления оказывается значительно меньше активного сопротивления r_К, поэтому эквивалентная схема катушки во время прямого хода развертки представляется в виде сопротивления r_К (рис. 5.8,б).

Во время обратного хода развертки скорость изменения I_К возрастет раз в двадцать. При этом индуктивная составляющая сопротивления катушки оказывается много большей r_К,и эквивалентная схема катушки может быть представлена индуктивностью L_К (рис. 5.8,в).

Итак, одной из особенностей усилителей, используемых в выходных каскадах кадровой развертки, является изменение характера и величины нагрузки при прямом и обратном ходе развертки.

В связи с изменяющимся характером нагрузки для формирования линейно изменяющегося тока, протекающего через катушку, форма напряжения U_К,

прикладываемого к катушке во время прямого и обратного хода развертки, оказывается различной (рис. 5.9).

Рис. 5.9. Напряжение и ток через кадровые отклоняющие катушки во время прямого хода развертки

Во время прямого хода развертки ток I_К изменяется по линейному закону, форма напряжения на катушках повторяет форму тока I_К. Во время обратного хода развертки закон изменения тока, строго говоря, необязательно должен быть линеен (важно обеспечить возвращение электронного луча в исходное положение). Однако в целях уменьшения длительности обратного хода целесообразно выбрать линейное изменение тока и в это время. Тогда, поскольку напряжение на катушке пропорционально скорости изменения протекающего через нее тока, напряжение на катушке принимает вид прямоугольного импульса.

Другой важной особенностью усилителя выходного каскада является использование в них маловитковых катушек тороидального типа. Это требует значительных величин тока коллектора транзисторов выходного каскада для

создания требуемого магнитного поля отклонения луча.

I2

В современных ТВ приемниках в качестве выходных каскадов кадровой развертки используются двухтактные бестрансформаторные усилители мощности, работающие в целях повышения экономичности в режиме класса В, либо близком к нему классе АВ. Разнообразие конкретных схем довольно велико. Рассмотрим работу одной из них, часто встречающуюся на практике (рис. 5.10).

Интервал времени 0¸t₁ (обратный ход развертки) (рис 5.11). Транзисторы VT1 и VT3 закрыты напряжением U_У, приложенным к VT1. Транзистор VT2 насыщен. Напряжение на его эмиттере U_К близко к напряжению источника питания Е. Конденсатор С довольно большой величины заряжен до величины U_С, и напряже-

Рис[A.N.10]. 5.11. Эпюры напряжений и тока в схеме выходного каскада кадровой развертки

ние на нем во время работы схемы практически остается неизменным.

Таким образом, к катушке L_К оказывается приложено постоянное напряжение Е-U_С, поэтому ток через нее I_К возрастает по линейному закону (внутренним сопротивлением насыщенного транзистора VT2 и сопротивлением потерь катушки в первом приближении можно пренебречь).

Интервал времени t₁ ¸ t₂ (первая половина прямого хода развертки). Транзисторы VT1 и VT3 в момент времени t₁ открываются. Поскольку U_У линейно растет, то и токи через эти транзисторы нарастают. Напряжение на коллекторе VT1 убывает, что приводит к постепенному закрыванию транзистора VT2 и уменьшению его тока I₂. Уменьшение тока I₂ и возрастание тока I₃ обусловливает постепенное уменьшение тока Iк.

Интервал времени t₂ ¸ t₃ (вторая половина прямого хода развертки). К моменту времени t₂ напряжение на базе VT2 уменьшается до такой величины, что транзистор VT2 закрывается. Начинается разряд емкости С через продолжающий открываться транзистор VT3 по цепи: положительно заряженная обкладка конденсатора С à VT3 à корпус à L_К à отрицательно заряженная обкладка конденсатора С. (Следует обратить внимание на то обстоятельство, что направление тока I_К меняется на обратное).

В момент времени t₃ резко закрываются транзисторы VT1 и VT3 и откры-

вается транзистор VT2, входя в насыщение. Цикл работы схемы повторяется вновь.

Полезной частью переменного напряжения, приложенного к отклоняющей катушке, является только пилообразная составляющая этого напряжения, которая определяет полезную составляющую мощности источника питания, отдаваемую в нагрузку. Расходы мощности источника питания, рассеиваемые на транзисторах и активных сопротивлениях схемы, следует отнести к непроизводительным затратам.

Из-за присутствия в катушках значительной реактивности, которая проявляется на обратном ходе развертки, возникает импульсная составляющая напряжения на катушке. Эта составляющая требует увеличения напряжения питания выходного каскада (рис. 5.11) (величина Е должна быть больше U_кmax) и, следовательно, приводит к возрастанию непроизводительных затрат и понижению КПД усилителя.

С целью уменьшения величины напряжения источника питания и повышения КПД выходного каскада используют схему с удвоением питания во время обратного хода развертки (рис 5.12), которая состоит из диода VD2, накопительного конденсатора С₁, ключа (КЛ) и зарядного сопротивления R.

Схема работает следующим образом. Во время прямого хода развертки протекает ток заряда конденсатора С₁ по цепи: +ЕàVD2à С₁à àRàкорпус. Конденсатор С₁ заряжается до напряжения по величине близкого к Е. Во время обратного хода развертки ключ замыкается, диод VD2 оказывается запертым напряжением на конденсаторе С₁, и к коллектору транзистора VT2 прикладывается напряжение величиной 2Е, которое образуется источником питания и напряжением на емкости С₁. Замыкание ключа происходит под действием положительного импульса на катушке L_К во время обратного хода развертки.

Увеличение напряжения на коллекторе транзистора VT2 почти в два раза во время обратного хода развертки позволяет снизить величину напряжения источника внешнего питания, а значит увеличить КПД каскада. Кроме того, эта схема позволяет сбалансировать потребление энергии от внешнего источника. Действительно, схема (рис[A.N.11]. 5.10) потребляет максимальную энергию от внешнего источника питания во время обратного хода развертки. В схеме (рис[A.N.12]. 5.12) расход энергии от источника питания во время обратного хода оказывается меньшим, поскольку напряжение питания определяется внешним источником и напряжением на емкости С₁, а вовремя прямого хода развертки от источника питания отбирается дополнительная энергия для заряда конденсатора С₁.