第四節行掃描電路

一行掃描電路之功能

    行掃描電路之功能已在第二節中講述過這里就不再重復了二行掃描電路組成原理方塊圖 對行振蕩芯片需要做些說明有些芯片只有行掃描功能例如AN5790 LM1391P,DA1180P 等; 有之芯片具有行場掃描兩種功能,而且兩種功能都被采用,如HA11414HA11423 LA7850 等;有之芯片雖然具有行場掃描兩種功能, 但有之顯示器只用行掃描部分, 如GW-500 采用TDA2595,COMPAQ 441 所用之LA7850 LA7851 COMPAQ 444 所采用之LA7852 等行掃描電路內部功能塊有行振蕩器OSC 鑒相器AFC 行脈沖放大器有之芯片具有同步分離器如HA11235 個別芯片還有消隱脈沖發生器如TDA2593 有之芯片具有極性處理電路, 拋物波發生器如TDA4852 多數芯片具有高壓保護射線保護電路行掃描芯片除了需要電源電壓外還有二個信號是必不可少之即行同步信號其脈沖極性根據芯片需要而定由同步信號處理電路完成這個功能第二個信號是鋸齒波比較信號它是由行頻脈沖又稱回掃脈沖經積分后有一級積分也有兩級積分獲得應該指出之是有之芯片只需要輸入行頻脈沖即可如LA7851 第四腳就只需輸入行回掃脈沖行回掃脈沖根據需要選擇不同之極性下面分別介紹塊之功能和原理

三行掃描芯片

上面已經講過芯片之幾個功能塊這里重點講自動頻率-相位調整AFC 電路之工作原理因為該電路之功能對行振蕩頻率相位之穩定起決定性作用而且廣大檢修人員對此往往不太了解所以非常有必要講講它之分立元件基本電路工作原理

1.自動頻率/相位調整電路之重要作用

顯示器之自動頻率/相位調整電路與電視機自動頻率相位調整電路一樣區別在于顯示器之行掃描頻率及相位必須與計算機之行掃描頻率及相位同步而電視機之行掃描頻率及相位需要與電視臺發出之同步信號頻率和相位同步它們之原理相同所以這里以電視機之分立元件電路為例進行講述電視機也好顯示器也好為什么需要這個電路呢在場掃描電路中同步脈沖寬度很寬所以均采用同步脈沖直接控制場振蕩器而行掃描電路之同步脈沖都很窄這與脈寬很窄之干擾尖脈沖很難區別用一般電路很難濾除干擾脈沖如果采用直接同步方式幅度較大之外來干擾會使同步電路產生錯誤動作另一方面因為行同步脈沖很窄而行掃描電路多采用開關工作方式由于晶體管之開關效應會使行頻脈沖有所延時造成圖像在熒光屏上之位置產生偏移現象所以行掃描同步問題需要增加行頻自動頻率一相位調整電路即AFC 電路

2 自動頻率/相位調整電路方塊圖

自動頻率/相位調整電路原理方框圖見圖1.26 所示圖中鑒相器和行頻振蕩器是行掃描芯片中之主要功能塊工作過程行同步脈沖送到鑒相器同時由行輸出變壓器取出一個逆程脈沖電壓經過積分一級積分或兩級積分電路得到一個鋸齒波電壓這鋸齒波也送到這個鑒相器兩個信號如果相位一致則行同步脈沖之位置就應該正好對準鋸齒波斜率較大部分之中點即行掃描逆程之中點則鑒相器直流控制電壓沒有輸出如果兩個信號之相位有偏差即同步信號脈沖不處于鋸齒波斜坡之中點鑒相器就會輸出一個直流控制電壓Eafc 這控制電壓送到行頻振蕩器改變行振蕩器之振蕩頻率使行輸出鋸齒波電流頻率和相位也隨之改變直至變到同步脈沖正好落在鋸齒波斜坡之中點這時鑒相器沒有直流控制電壓輸出行頻也就不再改變使同步脈沖與掃描鋸齒波永遠同相即同步

3. 鑒相器之工作原理

圖1.27 PNP 型管鑒相器原理電路

圖1.27 是雙脈沖平衡型鑒相器之原理電路為PNP 型鑒相管同步脈沖為負極性C4 R4 為積分電路EAFC 為鑒相器輸出之直流控制電路送行振蕩器電路中R1=R2C1 =C2直流控制電壓EAFC 隨行同步脈沖到來時之點電壓值而定如行同步脈沖來到時點電壓為零由C 點正脈沖通過D2 至A 點對C2 充電E 點負脈沖由A 點通過D1 對C1 充電由于C 點和E 點脈沖幅度相同C1 和C2 充電電壓相同故F 點沒有輸出在脈沖間歇期間C1 和C2 放電電流在N 點大小相等方向相反所以N 點沒有輸出即EAFC電壓為零如果行同步脈沖來到時A 點電壓為正值EA C1 充電電壓為E0 EA C2 充電電壓為E0 EA C1 上之電壓高于C2 上之電壓C1 在N 點之放電電流大于C2 在N 點之放電電流結果電壓EAFC 為正反之電壓EAFC 為負綜上所述如行掃描頻率與同步脈沖同頻率同相位則同步脈沖正好落在行鋸齒波逆程斜坡中央零電位處見圖1.28a 控制電壓EAFC 為零使行振蕩頻率不變若行振蕩頻率偏高, 行鋸齒波電流周期短, 使同步脈沖落在行鋸齒波逆程斜玻后半段上, 見圖1.28b,這時A 點電壓為負, 即EAFC 為負, 使行振蕩頻率降低反之, 行振蕩頻率偏低, 周期長, 使同步脈沖落在鋸齒波逆程斜坡前半段上,,控制電壓EAFC 為正, 使行振蕩頻率升 高如果鑒相器采用NPN 型管同步脈沖為正極性原理電路見

圖1.29 NPN 型管鑒相器原理電路圖中逆程脈沖為正極性經過R4 C4 積分電路可得到負極性鋸齒波通常叫做鋸齒波比較信號電路工作原理與上述相同AFC 工作原理見圖1.30 所示綜合上述工作過程送入鑒相器之同步脈沖與鋸齒波比較信號有相位差鑒相器就有相應之電壓輸出如果行頻不對既使開始時相位巧合但經過一段時間后兩波形之相位偏差就會越來越大鑒相器就會產生相應之直流控制電壓這里還要強調兩點第一當行掃描芯片選定后芯片內之鑒相器和行振蕩器極性就

確定了因此對同步脈沖和行逆程脈沖之極性就必須選擇合適第二有些行掃描芯片需要輸送行頻鋸齒波信號有些芯片內部具有積分電路因此只需輸送行逆程脈沖即可

四行推動電路

行推動電路又叫做行激勵電路行推動之作用是將行振蕩器送出之脈沖方波電壓進行

功率放大和整形以便控制行輸出管使行輸出管按開關方式工作行推動電路為行輸出

管提供激勵信號圖1.30 NPN 型管鑒相器工作原理

1. 行輸出管對行推動電路之要求

為了保證行輸出管成為壓降很低電阻很小之理想開關即完全處于飽和導通狀態為了使開通時間縮短必須給行輸出管提供足夠大之基極電流即滿足下式關系為行輸出管基極電流為行輸出管集電極峰值電流為行輸出管直流電流放大倍數如果不夠大會使行輸出管飽和壓降加大即損耗增大行線性變壞如太大截止損耗加大為了使行輸出管截止快則必須滿足下式關系為行輸出管截止時之反向基極電流因此要求推動管也必須按開關方式工作行推動基本電路見圖1.31 所示

2. 兩種行激勵方式

一種激勵方式為同性激勵又叫同時通斷方式即行輸出管導通之時候行推動管也導通行輸出管截止之時候行推動管也截止這時行推動變壓器初次級線圈都處于開路狀態, 會感應出很高之電壓, 極容易損壞行輸出管, 另一種激勵方式為反激勵, 即行輸出管截止之時候行推動管是導通之行輸出管導通之時候, 行推動管是截止之, 這種激勵方式線圈中不會感應出很高之電動勢減小行輸出對行振蕩器之干擾所以行推動電路都采用這種方式

圖1.31 行推動基本電路

3. 采用脈沖變壓器耦合有兩個優點

其一起隔離作用減少后級對前級之干擾其二起阻抗變換作用可達到滿意之匹配效果因為行輸出管之基極與發射極之間并聯了一個幾十歐姆之小電阻有之行輸出管將b e 之間并聯之小電阻封裝在一起輸入阻抗很低而脈沖變壓器次級繞阻阻抗也很低因此很容易匹配, 這樣即提高了行推

動管之放大倍數又能為行輸出管提供足夠之基極電流

4. 消尖峰網絡

因為行推動管在截止瞬間變壓器初級線圈感應電壓高達幾百伏加在集電極上R1C1 組成消尖峰網絡用以消除或減小行推動管集電極波形上之尖峰電壓以保護行推動管不被損壞

5. 激勵功率之調整

因為行輸出管激勵功率不足會使管子之截止損耗和激勵損耗加大有時會燒壞管子行線性也會變壞激勵功率太大會加重行推動管之負擔而被損壞通常可調整限流電阻R2 之大小或在行輸出管基極回路中串入R C 并聯網絡

6. 行推動電路之工作過程

電路工作過程只給出波形如圖1.32 所示該波形是假設電路在理想狀態下工作即三極管是理想之開關不考慮電路之暫態工作過程電路只有飽和導通和截止兩個狀態但在實際電路中三極管不可能是一個理想之開關從開啟到導通再到完全飽和總是有一個過渡時間所以脈沖之前沿不可能是垂直之從飽和導通到導通再到截止也是有個過渡時間之這就是所謂脈沖后沿這就加大了管子之功耗另外高頻脈沖變壓器是電感性元件當三極管工作狀態發生變化時必然要產生反電動勢在脈沖波形之前沿要產生很高之尖峰電壓如不在電路上采取消尖峰措施就容易將管子擊穿

圖1.32 行推動電路波形圖

五行輸出電路

行掃描電路是顯示器電路之核心而行輸出就像人之心臟一樣重要只要行輸出停止了工作顯示器就不能工作了所以它是本節內容中 重要之部分而且是本章內容中 重要之部分為了便于分析問題我們假設行輸出管電容器電感線圈都為理想元件行輸出管和阻尼管相當一個理想之開關電容器沒有介質損耗行偏轉線圈相當一個純電感根據脈沖技術原理電容器兩個極板上之電荷是逐漸積累起來之所以電容器兩端電壓是不能突變之流過電感線圈中之電流也不能突變只能逐漸增大或逐漸減小下面給出行輸出之兩種基本電路

1. 行輸出基本電路特點

行輸出電路由大功率晶體開關管阻尼管行逆程諧振電容負載行偏轉線圈Ly電源Ec 組成由于晶體管輸出阻抗較低所以可把偏轉線圈直接接在集電極上而行輸出變壓器又稱逆程變壓器或回掃變壓器對偏轉電流之形成沒有多大關系它只是為了在次級得到顯示器所需要之各種電壓其中 主要之是顯像管各極所需要之電壓, 包括顯像管陽極高壓所以它又是一個升壓變壓器這里需要指出之是有之顯示器用兩個管子分別來提供鋸齒波掃描電流和高壓特別是十七英寸以上之大屏幕應用較多逆程諧振電容之接入可方便地調整掃描逆程時間阻尼二極管它相對行輸出管可看成反向之理想開關而行輸出管則為正向之理想開關行偏轉線圈Ly 是一個特殊之電感元件但在高頻條件下它之分布電容就不能忽略所以它相當一個大電感和一個小電容并聯隨計算機之迅速發展對顯示器之技術要求越來越高在顯像管方面則制造出大屏幕抗靜電低輻射平面直角自會聚彩色顯像管在電路方面應用了微電腦技術使屏幕顯示參數進行數字化控制在行輸出電路方面也有很大發展這里給出基本電路, 如圖1.33b所示該電路除了具有上述電路特點外還可進行水平枕形失真之調整和水平幅度行幅之調整該電路之工作原理和調整具體過程將在下一章中講解

2. 行輸出工作過程

行輸出原理電路和等效電路見圖1.34 所示圖1.34 行輸出原理電路和等效電路行輸出工作過程可分為五個階段1 t1 t2 行輸出管工作, 掃描正程后半段由行輸出工作原理波形圖1.35 可知行輸出管基極電壓為正行輸出管處于飽和導通狀態等效電路及線圈Ly 上之電流波形如圖1.36 所示行輸出電源加在偏轉線圈兩端流過線圈之電流從零開始并線性增長增長速度與線圈電感量之大小成反比與電源電壓大小成正比可用下面積分公式表示iy=∫tty1udt L1式中u 為行偏轉線圈上之感應電動勢Ly 為偏轉線圈電感量當電流線性增長時感應電動勢不變等于電源電壓EIy = 1 / Ly當t = t2 時掃描電流達到正 大值iypiyp = E / Ly t 2 - t 1= E / Ly Ts / 2圖1.35 行輸出工作原理波形圖圖1.36 行輸出管工作等效電路及電流波形式中Ts 為掃描正程時間根據回路中流過各元件之電流相等之原理, Iy = Ic , Iyp = IcpIcp 為行輸出管集電極 大電流如行輸出管原理波形圖1 2 所示1 t2 t3 電容器CT 充電掃描逆程前半段根據原理波形圖1.35 中圖1 可知行輸出管基極電壓為負值行輸出管截止等 效電路及電流電壓波形圖如圖1.37 所示圖1.37 電容器充電等效電路及電流電壓波形當行輸出管截止時電感線圈Ly 中之電流不能突然停止還要繼續流通即對電容器CT 充電CT 上之電壓上正下負, CT 上之電壓越來越高線圈中之電流越來越小當t = t3 時電流減小為零, CT 上之電壓達到 大值這個電壓同時加在行輸出管集電極上電感線圈儲存之磁能完全轉換成電容器上之電能3 t3 t4 電容器CT 放電, 掃描逆程后半段,電容器CT 通過線圈Ly 放電放電電流對線圈Ly 為反向電流隨放電之進行CT 上之電壓越來越低線圈Ly 上之電流越來越大當t = t 4 時CT 上之電壓為零線圈Ly 上之電流達到反向 大值即Iyp = Icp , 這時電容器上之電能完全轉換成線圈中之磁能等效電路及電壓電流波見圖1.38 所示圖1.38 電容器放電等效電路及電壓電流波形4 t4 t5 電容器反向充電, Ly CT 自由振蕩階段當t = t4 時, 線圈中電流對電容器CT 反向充電由于充電電流很大高達幾個安培所以CT 上之電壓很快就會超過電源電壓Ec, 當t = t5 時CT 上之反向電壓與電源電壓相等如果電路中不接二極管D Ly CT 則進入自由振蕩階段電感線圈中磁能和電容器上之電能反復轉換電流和電壓均按正弦規律變化等效電路和電壓電流波形如圖1.39 所示圖1.39 CT 反向充電等效電路及電壓電流波形5 t5 t6 二極管導通, 掃描正程前半段當t = t5 時線圈Ly 中之電流對電容器CT 反向充電當電容器CT 上之電壓超過電源電壓Ec 時二極管處于正偏置開始導通, 這時線圈中之電流通過電源Ec, 二極管D 導通對電源進行充電充電電流線性變小當t = t6 時Ly中之電流為零, 電源之能量得到了恢復這時行輸出管基極電壓又為正值開始導通進入第二個周期并周而復始地進行下去等效電路和電壓電流波形如圖1.40 所示

3 行輸出工作五個特點

1 行輸出有較高之工作效率

顯像管電子束在屏幕上掃描一個周期是由掃描正程和掃描逆程完成之即TH = Ts + Tr式中Ts 為掃描正程Tr 為掃描逆程其時間關系可用示意圖表示見圖1.41 所示圖1.41 行掃描時間關系示意圖 由圖可看出在一個周期內行輸出管只在掃描正程之一半時間內工作掃描電流 大值是掃描電流峰值之一半其能量由電源供給在行輸出管工作期間線圈Ly 儲存了磁能在阻尼管工作期間完了掃描正程之前半段即屏幕左半屏線圈儲存之磁能又還給了電源因此說行輸出電路之工作效率是比較高之

2 屏幕掃描左半邊由阻尼管完成右半邊由行輸出管完成掃描電流 大值為Iyp = E / Ly * Ts / 2掃描電流峰值為I yp = 2 E / Ly Ts / 2= E Ts / Ly由上式可看出掃描電流峰值與電源電壓成正比與掃描正程時間成正比與偏轉線圈電感量成反比當掃描頻率不變時Ts 和Ly 都是穩定之電源電壓是一個關鍵參數所以行輸出電源在顯示器電源中都是獨立之均采用很好之穩壓電路

3 行輸出管集電極峰值電壓之形成

在行輸出管由飽和進入截止瞬間偏轉線圈產生很高之感應電壓, 在截止期間對逆程諧振電容進行充電在t = t3 時刻達到 大值可用公式進行計算Ucp = E [ / 2 TH / Tr 1 + 1 ]對電視來說TH = 64 s , Tr = 12 sUcp 7.8E當電源電壓E = 110V 時Ucp = 858V對于顯示器來說集電極上之峰值電壓會隨顯示模式之變化而變化之當掃描頻率升高時集電極上之峰值電壓亦隨著升高通過計算給出CGA VGA 640X480 SVGA峰值電壓值見下表顯示器類型行輸出電源電壓峰值電壓峰值電壓實測值

CGA 48V 839V 813.6V   VGA 88V 845V 849.8V    SVGA 103V 877V 861.3V不同型號顯示器行輸出管集電極峰值電壓可能不相等但相差不會太大

4 行輸出負載

行輸出負載是行輸出電路之重要組成部分在前面之假設條件下可以認為行輸出負載一般系指行偏轉線圈但實際上電路中各元件均存在損耗行頻越高損耗越大也就不能忽略現在把行輸出負載歸納為兩個獨立之部分組成

1 與行偏轉線圈串聯之諸元件 行偏轉線圈產生鋸齒波之主要元件電感量一般為數十微亨行幅調整線圈,調整線圈內磁芯可以改變行幅之大小 行線性調整線圈可以改變圖像之非線性失真 枕形變壓器次級線圈電感一般為幾十微亨S 校正電容減小延伸性失真亦起隔直流作用因為容量比較大對行頻信號可認為是短路之在行輸出工作過程中Ly 應為上述幾個線圈電感量之總和

2 行輸出變壓器

對于行輸出變壓器作為行輸出之感性負載很多人往往會忽略認為它是一個純電感元件沒有多大損耗, 實際上功耗是相當大之下面較詳細地介紹行輸出變壓器

5 行輸出變壓器

行輸出變壓器又叫逆程變壓器或回掃變壓器Flying Back Transformer, 縮寫FBT它與普通行輸出變壓器不同在于高壓線圈分成多段繞制并在各段之間分別接上高壓整流二極管即硅堆輸出直流高壓是經多級整流串聯在一起產生之稱為一次升壓又因為這種行輸出變壓器之高壓線圈和高壓整流管與低壓線圈被封裝在一起所以又稱一體化行輸出變壓器這種行輸出變壓器之主要優點是體積小可靠性高輸出之直流高壓穩定使顯示器之高壓調整率得到顯著改善因而可以大大減小顯示器在亮度變化時引起之光柵幅度之變化所謂高壓調整率就是指顯像管電子束電流變化時顯像管陽極高壓變化大小之百分比通常要求高壓調整率在10%以內這時光柵幅度之變化就很小降低行輸出高壓整流管之內阻是改善高壓調整率之理想方法而控制行逆程脈沖之波形就可以降低高壓整流管之內阻從而改善高壓調整率如果高壓內阻太大在電子束電流強弱變化時高壓將跟隨波動電子束電流增大時高壓降低電子束速度隨之降低在同樣之偏轉磁場強度下電子束偏轉幅度將增大在電子束電流減小時高壓升高電子束速度提高在同樣之偏轉磁場強度下偏轉幅度會減小也就是說當圖像在亮暗畫面轉換時圖像幅度將隨著變化一體化行輸出變壓器高壓調整率一般10 % 行輸出變壓器原理圖如圖1.42A 所示圖1.42A 行輸出變壓器原理圖圖1.42B 行輸出變壓器示意圖

圖中高壓整流二極管之數目隨行輸出變壓器不同型號而異一般為4 8 個二極管減少對其耐壓要求升高, 但是內阻減小行輸出變壓器在行掃描期間即行輸出管截止時初級線圈有很高之感應電壓通過變壓器耦合作用在次級線圈中分別感應出不同之電壓高壓線圈獲得高壓脈沖經整流濾波得到顯像管所需要之陽極高壓22 34kV 14 英寸21 英寸陽極高壓逐漸增高聚焦電壓加速極電壓其余次級線圈根據電路需要獲得相應之脈沖電壓行輸出變壓器之工作狀態是否良好對顯示器之圖像質量影響非常大在檢修工作中常常會遇到行輸出變壓器質量不好而造成圖像失真嚴重時行輸出不能工作, 如果沒有備件顯示器就不能修復比如一臺COMPAQ420 顯示器行輸出變壓器初級線圈之電感為0.846mH 由于初級線圈有局部短路現象電感變為0.772mH 這時行輸出電源電壓由90V 下降到50V 加電十幾分鐘行輸出管發熱燙手行輸出變壓器燒壞甚至冒煙使行輸出不能工作更換行輸出變壓器工作才好通過此例可說明了解并掌握行輸出變壓器基本參數非常重要現將行輸出變壓器有關參數簡述如下

1 初級線圈在行掃描正程期間和偏轉線圈一樣有鋸齒波電流通過 大電流為偏轉電流之0.2 0.5 倍在行管工作期間初級線圈是電源供電必經之路有300700mA 之直流電流通過所以線圈漆包線直徑不夠大絕緣性能不好就會造成局部短路而廢掉變壓器

2 陽極高壓H-V 在前面已作過詳細介紹但有一點還要說明即陽極高壓是不能隨意調整之因為每只顯像管高壓是有限制之太高射線加強對人之健康不利并會降低顯像管和元器件壽命還可能發生高壓保護而關斷高壓但也不能太低太低行幅加大甚至超過滿屏屏幕變暗嚴重時看不見圖像

3 聚焦電壓一般為5 8kV 高壓包內裝有電位器旋鈕在高壓包側面上邊調整電位器可改善顯像管聚焦

4 加速極電壓一般為250 500V 高壓包內裝有電位器旋鈕在高壓包側面下邊調整電位器可以改變屏幕背景亮度和圖像亮度行輸出變壓器外形結構