(C) А.В. РОДИН, Н. А. ТЮНИН, М. А. ВОРОНОВ

(С) "СОЛОН" 1997

Узел строчной развертки ВМ

Узел строчной развертки (СР) в ВМ служит, в первую очередь, для получения пилообразно­го тока в строчных отклоняющих катушках ЭЛТ, необходимого для отклонения электронного луча по горизонтали. Второй, важной функцией узла является обеспечение питания ЭЛТ напряжения­ми, которые трудно получить в первичном источнике питания ВМ, например высокое ускоряющее (до 27 кВ) или другими, желательно стабилизированными вместе с ускоряющим.

Перед описанием принципа работы узла СР следует кратко остановиться на некоторых во­просах, которые не всегда освещаются в литературе по ремонту телевизионной техники, где основ­ное внимание уделяется собственно устройству, схемотехнике и приемам ремонта, а многие принципиально важные для понимания работы устройства вопросы ускользают от внимания чита­теля или не приводятся вовсе. К таким темам относятся работа ЭЛТ, принцип электромагнитного отклонения луча и устройство ТДКС.

Основной деталью растрового ВМ является ЭЛТ, остальные детали устройства служат для обеспечения ее работы. Принцип работы ЭЛТ заключается в получении пучка электронов в ваку­уме и управлении им для получения светящегося растра на экране, покрытом люминофором. При нагреве катода электронной пушки над его поверхностью создается электронное обла­ко, которое является источником для образования электронного луча. Электроны имеют отрица­тельный заряд, они могут быть "вытянуты" из этого облака путем подачи положительного (относительно катода) потенциала на первый ускоряющий электрод (напряжение G1). Прошедшие через первый ускоряющий электрод электроны дополнительно ускоряются с помощью напряжения G2 и попадают в зону действия фокусирующего электрода, который конфигурацией своего электри­ческого поля и потенциала сжимает пучок электронов в тонкий луч. Далее электроны луча разго­няются для получения большой энергии высоким напряжением на аноде ЭЛТ (порядка 15 — 27 кВ) и попадают на покрытый люминофором экран. При ударе электронов в частицы люминофора воз­никает светящаяся точка, яркость которой зависит от плотности потока электронов в луче и их энергии. Энергия электронов в луче определяется ускоряющим потенциалом анода, а плотность пото­ка — в основном разностью потенциалов между катодом и первым ускоряющим электродом, а так­же ускоряющим напряжением G2. Управление плотностью потока электронов и, соответственно, яркостью светящейся точки на экране производится грубо установкой величины напряжения G2, плавно - регулировкой, доступ­ной оператору, путем изменения постоянного напряжения G1, а модуляция яркости для получения изображения на растре с помощью переменного или импульсного напряжения на катоде, который по этой причине иногда называют модулятором. Отклонение луча в пределах всего экрана производится воздействием на электроны луча магнитного поля катушек отклоняющей системы ЭЛТ. Катушки ОС разбиты на две группы — откло­няющие луч по горизонтали для образования строки растра (строчные) и смещения строки по вер­тикали (кадровые). Питание кадровых катушек по причине относительно малой скорости изменения тока в них производится пилообразным напряжением от узла кадровой развертки, а для получения пилообразного тока в строчных катушках используется другой способ, который бу­дет описан ниже.

Конфигурация отклоняющих катушек позволяет получить форму растра близкую к прямо­угольной, однако имеются факторы которые мешают добиться этого. Первый фактор обусловлен разностью расстояний, которое проходят электроны от пушки до поверхности экрана, оно не явля­ется постоянным для разных точек на экране — на краях оно несколько больше, в результате че­го форма растра имеет вид "подушки". В ЭЛТ с плоским экраном эта разница еще больше, что сказывается не только на геометрических отклонениях растра от прямоугольного, но и в непосто­янстве условий фокусировки луча. Вторым фактором является ограниченная зона действия маг­нитного поля отклоняющих катушек. Увеличение ее приводит к повышению индуктивности катушек, росту магнитной энергии заключенной в них, потерь в обмотках и, соответственно, мощности, от­бираемой от ИП. По этой причине конструкция отклоняющей системы оптимизируется для каждо­го конкретного типа ЭЛТ. Магнитное поле ОС заключает в себе большую энергию, которая зависит от размеров кату­шек, их индуктивности и скорости изменения магнитного потока. Большая часть магнитной энер­гии концентрируется в строчных катушках, так как частота в них намного выше, чем в кадровых. Магнитная энергия катушек должна расходоваться только на отклонение электронного луча, одна­ко реально существуют также потери на излучение во внешнее пространство, вызывающие радиопомехи, потери в ферритовом сердечнике, концентрирующем поле катушек и проводах обмоток.Это означает, что в целом магнитная энергия в ОС является реактивной, то есть, она возбуждает­ся током от выходного каскада строчной развертки и большая ее часть (за исключением потерь) должна возвращаться в определенный период времени цикла развертки в источник питания. Для создания электронного луча в ЭЛТ также требуется некоторая энергия, которая получа­ется обычно в узле СР в виде высокого ускоряющего напряжения от ТДКС. Источник этого напря­жения должен быть стабилизирован, так как от величины напряжения зависит размер растра, и иметь достаточно низкое выходное сопротивление для исключения зависимости выработанного напряжения от тока луча. Ток электронного луча обусловлен попаданием электронов на анод, он достигает при полной яркости изображения сотен микроампер (для каждого луча в цветной ЭЛТ с размером 14"), соответственно, мощность в этом случае составит около 10 — 15 ВТ. В целом из-за больших мощностей, потребляемых на создание лучей и магнитного поля в отклоняющих катушках, а также сопутствующих большим токам потерь во многих элементах, общая мощность отбираемая от ИП узлом СР может превышать половину всей мощности ВМ.

Принцип получения пилообразного тока в строчных отклоняющих катушках сохранился неиз­менным за много лет совершенствования телевизионной техники — он состоит в образовании ли­нейно нарастающего тока через индуктивность катушек при подаче на них прямоугольного импульса напряжения.

Идеализированная схема, применяемая для реализации этого принципа, приведена на рис. 23, где L — индуктивность строчных катушек ОС, С — собственная емкость катушек, R — их активное сопротивление, а форма напряжений и токов в схеме показана на рис. 23 справа.

При замыкании ключа К в начальный момент времени (t=0) к катушкам прикладывается на­пряжение источника питания Е и начинается линейное нарастание тока в них. По истечении вре­мени, равного примерно половине периода прямого хода развертки (Тп/2) ток в катушках достигает значения +I и ключ размыкают. При этом за счет запасенной в магнитном поле энергии в контуре LC возникают ударные синусоидальные колебания с периодом, определяемым резонан­сной частотой этого контура. По истечении половины времени периода этих колебаний (Тох) энер­гия магнитного поля катушек переходит в энергию электрического поля в конденсаторе С и если в этот момент снова замкнуть ключ К, то источник питания шунтирует контур и срывает возникшие в нем колебания, а ток в катушках изменит свое направление и станет равным -I. Затем ток будет линейно нарастать и до момента времени, когда он достигнет нуля, происходит возврат энергии, запасенной в катушках, в источник питания.

В идеальном случае при отсутствии потерь в контуре LC площади заштрихованных фигур (А, В) на графике Uc должны быть равны, можно рассчитать максимальное значение Ucm — оно пропорционально напряжению Е и отношению Тп/То, то есть зависит только от напряжения питания, времени обратного хода развертки То и ее периода Тп+То или частоты Fcp=1/(Tn+To). Очевидно, что амплитудное значение Ucm может в несколько раз превышать величину напряжения питания Е, так как время обратного хода развертки всегда много меньше прямого.

Так как ток, протекающий между источником питания и катушками, изменяет свое направле­ние, ключ должен обладать свойством симметричности, т.е. проводить ток также в обоих направ­лениях. В качестве симметричного ключа, как в современных телевизорах, так и ВМ, используют схемы с параллельным включением транзистора и диода.

Такая схема приведена на рис. 24, напряжения и токи в схеме — на рис. 24 справа.

Схема работает следующим образом. Импульсы управления от задающего генератора строчной частоты усиливаются буферным каскадом и через согласующий трансформатор Тр подаются на базу тран­зистора Т (рис. 26). Положительное напряжение на базе соответствует открытому состоянию тран­зистора, а отрицательное закрывает его. Во второй половине периода прямого хода развертки ток протекает через отклоняющие катушки и переход К-Э транзистора, его нарастание прекращается закрыванием транзистора. В этот момент в колебательном контуре LC возникают свободные колебания и по истечении половины их периода, когда напряжение Ud меняет полярность, открывает

ся диод D, обеспечивая проводимость ключа в другом направлении. При этом ток через катушки (i) также меняет свое направление и от максимального отрицательного (-I) уменьшается по вели­чине до нуля, одновременно происходит возврат энергии магнитного поля, запасенной в катушках, в источник питания. При отрицательном напряжении на коллекторе через переход К—Б транзис­тора также протекает некоторый ток, поэтому через катушки течет суммарный ток равный I=iкб+id.

Следует отметить, что открывание транзистора, как и его запирание, не происходит мгновен­но, поэтому существует опасность открывания коллекторного перехода не в момент времени t1 a раньше, что приведет к чрезмерному току из-за присутствия высокого напряжения на коллекторе и повреждению транзистора. По этой причине момент времени поступления открывающего напряжения обычно задерживают на некоторое время но не более чем Тп/2. При этом несколько пере­распределяются токи через транзистор и диод, но качественно их характер остается без изменений.

Приведенная схема на практике не применяется из-за наличия постоянного тока в отклоня­ющих катушках, что приводит к децентровке изображения и появлению несимметричных искаже­ний тока развертки, а также к росту потерь.

На рис. 25 приведена реальная схема выходного каскада строчной развертки, включающая цепи питания и элементы коррекции искажений пилообразного тока.

Эта схема отличается от предыдущей тем, что для подачи энергии питания в систему ключ-LC используют дроссель, индуктивность которого больше индуктивности строчных катушек, а для исключения попадания постоянного тока в катушки ОС последовательно с ними включают разде­лительный конденсатор Ср.

В качестве дросселя в цепи питания часто используют первичную обмотку строчного трансформатора, от вторичных обмоток которого может отбираться значительная мощность. Тот факт, что индуктивности катушек ОС и строчного трансформатора оказываются включенными параллельно для переменного тока, является важным при нахождении необходимой емкости С, которая совместно с паразитными емкостями обоих индуктивностей определяет длительность импульса об­ратного хода, а также для оценки распределения токов и мощностей между ОС и ТДКС. В моделях телевизоров прошлых лет применяли строчный трансформатор, с выхода которого импульсы об­ратного хода высокого напряжения (1 — 6 кВ) подавали на умножитель, а на его выходе получали постоянное высокое напряжение питания анода ЭЛТ. Высокое внутреннее сопротивление умножи­теля напряжения приводило к нежелательному эффекту зависимости размера растра от яркости изображения, поэтому для применения в современных телевизорах и в ВМ используют непосред­ственное выпрямление импульсов обратного хода от нескольких (обычно трех) секций обмоток между концами которых включены выпрямительные диоды. Такой способ исполнения вторичной обмотки способствует уравниванию напряжений на отдельных диодах из-за распределенных ем­костей секций обмотки, что позволяет применить относительно низковольтные типы кремниевых диодов, имеющих низкое прямое сопротивление и высокую рабочую температуру. Отсюда проис­ходит название — Трансформатор Диодно-Каскадный Строчный или сокращенно ТДКС.

В иностранных источниках встречаются также названия FBT (сокращенное Fly Back Transformerи означающее, что получение высокого напряжения происходит за счет выпрямления импульсов обратного хода) или SplitTransformer (термин Split переводится как "расщепленный", что указывает на способ включения диодов высоковольтного выпрямителя в разрыв между секциями вторичной обмотки).

Как любой трансформатор, ТДКС характеризуется коэффициентом трансформации, необхо­димым для получения заданного значения высокого напряжения, индуктивностью первичной об­мотки и наличием набора дополнительных обмоток для получения вторичных напряжений различной полярности. Особенности конструктивного исполнения ТДКС вызваны повышенными требованиями к безопасности, надежности, сильной связи между обмотками, что достигается ком

пактностью и заливкой всех деталей компаундом с хорошими электроизолирующими свойствами, поэтому вся конструкция представляет собой монолит и не подлежит ремонту.

Магнитопровод для ТДКС выполняется из ферритов с большой величиной магнитной прони­цаемости (3000 — 6000) и имеющих малые потери на высоких частотах. Так как в первичной об­мотке всегда протекает постоянный ток, для исключения насыщения сердечника и снижения величины его магнитной проницаемости в магнитопроводе предусмотрен зазор размером около 0.5мм.

Большинство типов ТДКС включают в свою конструкцию внутренние делители высокого напряжения совместно с регулировочными потенциометрами для получения ускоряющего напряжения 0 — 500 В (SCREEN) и фокусирующего — 4 — 6 кВ (FOKUS).

Выводы первичной, вторичных обмоток низких напряжений и вывод начала вторичной об­мотки высокого напряжения расположены на корпусе ТДКС для непосредственно запайки в печат­ную плату, а выводы высокого напряжения, ускоряющего и фокусирующего выполнены в виде отдельных специальных проводов для подсоединения к контакту анода ЭЛТ и панели подключения к ее цоколю.

Разделительный конденсатор Ср в схеме рис. 25 выполняет также роль коррекции симмет­ричных искажений, которые возникают из-за различия в расстояниях, проходимых электронным лучом до разных участков поверхности экрана, и проявляющихся в виде растяжения изображения на его краях. Для этого емкость этого конденсатора подбирается таким образом, чтобы последо­вательный контур из Lи Ср был настроен на частоту соответствующую периоду прямого хода строчной развертки.

Тогда напряжение на конденсаторе Ср будет иметь форму параболы, что приведет к умень­шению скорости нарастания тока катушек в начале и конце прямого хода развертки, т.е. будет осу­ществлена "S"-коррекция линейности строк

Несимметричные искажения тока в строчных катушках возникают из-за наличия активного сопротивления обмоток (резистор R на рис. 23) и падения напряжения на элементах реального симметричного ключа (транзистор Т и диод D на рис. 25), они проявляются в виде растяжения изображения в начале прямого хода и его сжатии в конце. Такие искажения могут быть компенсированы экспоненциальным изменением тока в катушках в течение прямого хода развертки. Для этого применяют магнитный регулятор линейности строк (РЛС на рис. 25), который представляет собой катушку, намотанную на ферритовом сердечнике. Рядом с сердечником катушки располага­ется постоянный магнит. Так как ток отклоняющих катушек протекает и по катушке РЛС, он изме­няет свое направление и величину, при этом магнитное поле катушки складывается в ее сердечнике с учетом знака с полем постоянного магнита. Результирующее поле приводит к изменению величины магнитной проницаемости феррита и изменению индуктивного сопротивления ка­тушки РЛС. Необходимая экспоненциальная коррекция тока достигается за счет регулирующего действия изменяемого в течении прямого хода сопротивления РЛС, включенного последователь­но с отклоняющими катушками.

РЛС обладает несимметричными свойствами, поэтому при установке его в схему следует со­блюдать полярность подключения для обеспечения правильной работы.

В узле СР всегда должна быть предусмотрена регулировка размера строк, так как на стадии разработки ВМ невозможно учесть все факторы, влияющие на соответствие амплитуды тока в катушках ОС размеру экрана. Желательно также, чтобы подстройка размера растра была доступна для оператора.

Существует несколько способов для осуществления такой регулировки. Первый основан на практически линейной зависимости всех напряжений и токов в схемах (см. рис. 24 и 25) от вели­чины питающего напряжения В+. Реализация такого способа проста — регулировка производится изменением этого напряжения в небольших пределах подстроенным резистором в ИП.

Суть второго способа состоит в изменении включенного последовательно с катушками ОС сопротивления. Это сопротивление не должно вносить потери энергии в процессе развертки, поэ­тому оно выполняется в виде дросселя с регулируемой ферритовым сердечником индуктивностью.

Третий способ, распространенный в современных телевизорах основан на применении в вы­ходном каскаде СР диодного модулятора. Схема выходного каскада с диодным модулятором пока­зана на рис.26.

Демпферный диод, входящий в состав симметричного ключа, состоит из двух последователь­но включенных диодов D1 и D2, зашунтированных конденсаторами С1 и С2, суммарная емкость которых определяет время обратного хода развертки. Емкость конденсаторов подбирается так, чтобы импульсное напряжение на конденсаторе С2 составляло небольшую часть от его величины на коллекторе транзистора. Тогда основная энергия будет заключена в контуре из С1, СЗ и Lck, а меньшая ее часть циркулировать во вспомогательном контуре из С2, С4 и L1. Управляя проводимостью транзистора Т1 можно изменять амплитуду импульсного напряжения на конденсаторе С2 вспомогательного контура и, тем самым, перераспределять энергию между контурами, что приве­дет к изменению максимального тока в отклоняющих катушках и, соответственно, размера строк.

Такой способ регулировки размера строк удобен тем, что управление можно осуществить напряжением, подаваемым от узла управления на базу транзистора Т1. Через это управляющее напряжение обычно производится также и коррекция искажений растра типа "подушка".

Существует два способа построения узла СР для ВМ. На рис. 27 показана блок схема узла СР, в котором объединены функции получения пилообразного отклоняющего тока в строчных ка­тушках и вторичных напряжений для ЭЛТ, включая высокое для ее анода (совмещенная схема).

Назначение элементов блок-схемы следующее:

= Буферный каскад усиливает импульс, поступающий от задающего генератора строчной частоты в УУ, до величины, необходимой для надежного открывания ключевого транзистора в вы­ходном каскаде СР.

= Трансформатор Тр обеспечивает согласование между буферным и выходным каскадом, его вторичная низкоомная обмотка также замыкает переход Б—Э ключевого транзистора по постоянному току, что способствует более надежной его работе.

= Выходной каскад содержит транзистор и демпферный диод, составляющие симметричный ключ, цепи коррекции линейности и элементы управления (реле, транзисторные ключи), переклю­чающие режимы работы каскада и обеспечивающие регулировку размера строк.

= Строчные отклоняющие катушки являются основной нагрузкой для выходного каскада,

= ТДКС служит для подачи питания на симметричный ключ, получения высокого постоянно­го напряжения для анода ЭЛТ и других вторичных напряжений.

= Вспомогательный стабилизатор напряжения обеспечивает необходимую величину напря­жения питания выходного каскада В+, соответствующего установленной частоте строк.

= Схема защиты детектирует появление аварийных признаков в работе строчной развертки, таких как чрезмерное повышение высокого напряжения или увеличение тока лучей, и выдает соответствующий сигнал для УУ

Второй способ построения узла СР отличается применением отдельного канала для получе­ния высокого напряжения, соответствующая ему блок-схема представлена на рис.28. Использова­ние такого приема вызвано требованиями стабилизации высокого напряжения независимо от режима работы схемы формирования тока в отклоняющих катушках в широком диапазоне строч­ных частот.

На блок-схеме представлены два канала, каждый из которых состоит из выходного каскада со своим вспомогательным стабилизатором напряжения В+. Канал формирования тока в строчных отклоняющих катушках не отличается от приведенной на рис. 27 блок-схемы, за исключением при­менения дросселя L вместо ТДКС, а в канале получения высокого напряжения использована схе­ма аналогичная показанной на рис. 24, в которой индуктивность ТДКС включена последовательно с источником питания В+. Наличие тока подмагничивания в этом случае не существенно, так как оно не оказывает влияния на изображение.

В качестве сигнала обратной связи для стабилизации высокого напряжения можно исполь­зовать напряжение, получаемое после выпрямления импульса обратного хода с коллектора клю­чевого транзистора или от одной из вторичных обмоток ТДКС. Аналогичным образом стабилизируется и размер строк в другом канале.

Такое построение узла СР имеет следующие преимущества:

= Большая суммарная мощность, необходимая для отклонения луча и обеспечения токов лу­чей в ЭЛТ за счет высокого ускоряющего напряжения анода вырабатывается в отдельных каналах, имеющих свой ключ, транзистор которого может быть меньшей мощности.

= Стабилизация высокого напряжения и размера строк производится в разных каналах не­зависимо, что обеспечивает их оптимальное регулирование.

= Использование раздельного питания каналов дает возможность выбора оптимального на­пряжения для каждого канала.

Эта схема чаще применяется в высококачественных ВМ с большим размером экрана где распределение мощности по двум каналам приводит также к повышению надежности.

В качестве примера совмещенной схемы построения узла СР на рис. 29 показан фрагмент принципиальной схемы монохромного ВМ типа VGA NTT VM-340.

Сигнал HDRV от задающего генератора строчной частоты в УУ поступает на базу транзисто­ра Q251 буферного каскада. Коллекторной нагрузкой для транзистора служит первичная обмотка

согласующего трансформатора Е251, цепочка из резистора R252 и конденсатора С252 служит для подавления выбросов напряжения в момент переключения при работе на индуктивную нагрузку. Питание транзистор Q251 получает от источника В+ через резистор R253, ограничивающий напряжение на его коллекторе, оно фильтруется с помощью конденсатора С253. Прямоугольный импульс тока от вторичной обмотки через резистор R256, выполняющий роль ограничения и стабилизации тока, поступает в базу ключевого транзистора Q252 и обеспечивает его надежное открывание. Ди­од D252 используется в качестве демпфера. Длительность импульса обратного хода определяется емкостью конденсатора С255.

Питание выходного каскада СР производится напряжением В+ через первичную обмотку ТДКС Е252 (выводы 6 и 9). Величина этого напряжения может принимать два значения, первое из которых (нижнее) определяется напряжением выпрямителя на диоде D1 (+30 В), а второе — на­пряжением с диода D2 (+36 В), который подключен к обмотке импульсного трансформатора в ИП с более высоким напряжением. Включение второго напряжения производится транзисторным клю­чом Q121, базовый ток которого задается транзистором Q202. Управление переключением произ­водится сигналом B+CONTL от УУ ВМ, который поступает через ограничительный резистор R216 на базу транзистора Q202.

Катушки ОС подключены к коллектору ключевого транзистора, ток, протекающий через них, замыкается на землю через разделительный конденсатор С256 и последовательно включенные катушки регулятора размера строк и коррекции линейности.

Особенностью приведенной схемы является наличие фрагмента для динамической фокуси­ровки, так как в данной модели ВМ использована ЭЛТ с плоским экраном.

Для получения фокусирующего напряжения G4 используют напряжение G2 от выпрямителя, состоящего из D256, С263. К постоянному напряжению, величина которого устанавливается потенциометром V251, добавляется переменное напряжение от вторичной обмотки повышающего тран­сформатора Е256. Первичная обмотка получает напряжение параболической формы с разделительного конденсатора С258, а конденсатор С260 препятствует попаданию переменного напряжения в источник G2.

В схеме отсутствует элементы центровки растра так, как эта процедура для монохромных ЭЛТ производится с помощью магнитных колец, расположенных на ее горловине.

Установка размера строк производится с помощью переменной индуктивности L251 "WIDTH", подстраиваемой с помощью ферритового сердечника.

В качестве опорного сигнала HREF для регулировки фазы в задающем генераторе строчной развертки используется импульсное напряжение с коллектора транзистора Q252.

Узел строчной развертки, выполненный в соответствии с блок-схемой рис.28, применен в ВМ типа EGA TVM MD-7.

На рис. 30 представлена принципиальная схема высоковольтной части узла СР, выполнен­ной в виде отдельного канала.

Высокое напряжение получается от ТДКС за счет трансформации импульсов обратного хода в схеме, прототип которой описан в начале главы (см. рис. 24). Симметричный ключ состоит из транзистора Q407 и диода D413. Первичная обмотка ТДКС включена в цепи питания ключа, а ем­кость, определяющая длительность импульса обратного хода, для удобства подбора состоит из двух конденсаторов С426 и С433.

Открывание ключевого транзистора производится напряжением от вторичной обмотки со­гласующего трансформатора Т402, первичная обмотка которого является нагрузкой в коллекторе транзистора Q406 буферного усилителя.

Питание буферного усилителя производится от источника с напряжением +20 В через развязывающую цепочку, состоящую из резистора R437 и конденсатора С421, а цепочка R439, С423 слу­жит для подавления выбросов напряжения на коллекторе транзистора.