Исследование строчной развертки на транзисторах

МИНИСТЕРСТВО СВЯЗИ РФ

ПОВОЛЖСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ
ТЕЛЕКОММУНИКАЦИИ И ИНФОРМАТИКИ

КАФЕДРА ТВ И РВ

Рекомендовано методическим Советом ПГАТИ

29 мая 2006г.

 

 

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
К ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ №3

 

«исследование строчной развертки на транзисторах»

 

Для специальностей 200700, 201000, 201100, 201400, 550400

 

Авторы: к.т.н. доц. Балобанов В.Г.,

инженер Балобанов А.В.

 

Рецензент к.т.н. доц.Горчакова М.А.

 

Самара – 2006 г.


Лабораторная работа №3

Исследование строчной развертки на транзисторах

 

1. Цель работы

Изучить работу генератора строчной развертки. Исследовать выходной каскад строчной развертки телевизионного приемника, схему инерционной синхронизации и каскады формирования управляющего напряжения на примере электронного моделирования генератора строчной развертки.

 

2. Литература

2.1. Телевидение. /Под. Ред. Джаконии В.Е. – М.: «Радио и связь», 2000, с.162 – 180, с.197 – 205.

2.2. Бриллиантов Д.П. и др. Переносные цветные телевизоры. Справочник. – М.: «РадиоСофт», 2000, с. 72 – 98.

2.3. Портативные телевизоры серии «Юность». – М.: «Связь», 1979, с. 61 – 77.

 

3. Подготовка к работе

3.1. По описанию работы №3, конспекту лекций и рекомендованной литературе уяснить цель и содержание работы, изучить параметры и назначение основных сигналов, вырабатываемых генератором строчной развертки (ГСР).

3.2. Рассчитать величину отклоняющего тока для кинескопа 16ЛК2Б с углом отклонения по диагонали в 70° и отклоняющей системе ОС70П1, имеющей цилиндрические кадровые отклоняющие катушки (ОК) и седлообразные строчные.

3.3. Определить величину отклоняющих ампервитков строчных ОК для кинескопа 16ЛК2Б по формуле

,

где – амплитуда отклоняющего тока;
– число витков двух отклоняющих катушек (для седлообразных ОК);
– диаметр горловины кинескопа;
– половина угла отклонения луча по горизонтали;
– ускоряющее напряжение на аноде кинескопа;
– эффективная длина отклоняющей катушки.

Произвести расчет для следующих параметров кинескопа 16ЛК2Б и отклоняющей системы ОС70П1: см; см; °; В.

3.4. Определить амплитуду отклоняющего тока, если число витков отклоняющей катушки .

3.5. Определить необходимое напряжение Ек источника питания по формуле:

,

где – индуктивность ОК, мГн;
– полный размах тока в ОК;
– длительность прямого хода строчной развертки;

3.6. Определить длительность обратного хода для трех значений емкости Сох (3 нФ, 3.65 нФ и 4.5 нФ) по формуле:

.

 

3.7. Для полученных значений определить амплитуду импульса на коллекторе транзистора Т3, используя выражение:

,

где – амплитуда импульса напряжения на строчных отклоняющих катушках.

 

4. Контрольные вопросы

4.1. Пояснить работу и устройство отклоняющей системы. Чем определяется величина отклоняющего тока?

4.2. Объяснить образование симметричных искажений растра при линейном отклоняющем токе. Как можно скорректировать симметричные искажения?

4.3. Объяснить работу идеализированной схемы выходного каскада строчной развертки. Пояснить форму тока и напряжения на отклоняющих катушках (ОК) во время прямого и обратного хода.

4.4. Чем определяется амплитуда пилообразного тока в ОК идеализированной схемы?

4.5. Чем определяется длительность обратного хода и амплитуда импульса напряжения на ОК в идеализированной схеме?

4.6. Что выполняет роль двухстороннего ключа в транзисторной схеме выходного каскада строчной развертки? Пояснить назначение демпфирующего диода.

4.7. Какую форму имеют ток эмиттера транзистора и ток демпферного диода.

4.8. Нарисовать и пояснить форму напряжения и тока базы транзистора выходного каскада строчной развертки.

4.9. Пояснить назначение высоковольтной обмотки выходного трансформатора.

4.10.Пояснить работу схемы задающего генератора строчной развертки и назначение стабилизирующего контура. Как частота колебаний блокинг-генератора зависит от величины управляющего напряжения?

4.11.Пояснить работу схемы инерционной синхронизации.

4.12.Как определить коэффициент нелинейности строчной развертки по изображению? Какое изображение надо при этом воспроизвести на экране кинескопа?

4.13.Чем определяется величина коэффициента нелинейности строчной развертки? Как проявляется нелинейность на изображении?

4.14.Каким выражением связаны ток и напряжение на строчных отклоняющих катушках? Объяснить зависимость амплитуды тока в катушках Im от напряжения источника коллекторного питания и длительности прямого хода развертки.

4.15.Объяснить работу схемы выходного каскада без демпферного диода.

 

5. Описание принципиальной схемы генератора строчной развертки

 

Строчная развертка, принципиальная схема которой приведена на рис. 1, состоит из задающего генератора и выходного каскада. Задающий генератор (ЗГ) строчной развертки выполнен на транзисторе VT1 по схеме блокинг-генератора с эммитерно-базовой обратной связью. Режим базовой цепи транзистора VT1 по постоянному току определяется двумя делителями на резисторах R1, R2 и резисторах R6, R7, включенными соответственно до и после схемы автоматической подстройки частоты и фазы (АПЧиФ).

Строчные синхронизирующие импульсы (СИ) двух полярностей поступают на два входа фазового детектора схемы АПЧиФ (собран на диодах D1 и D2 и резисторах R4 и R5). На среднюю точку фазового детектора через интегрирующую цепь R13, С4 поступают импульсы с выходного каскада строчной развертки. Фаза строчных СИ сравнивается с фазой пилообразного напряжения, формируемого интегрирующей цепью R13, С4. В результате на нагрузке С5 фазового детектора выделяется управляющее напряжение, которое через НЧ фильтр С5, С6, R9 поступает в цепь базы блокинг-генератора, управляя его частотой.



Задающий генератор строчной развертки собран на транзисторе VT1 по схеме блокинг-генератора с эммитерно-базовой обратной связью и эмиттерной времязадающей цепью. Частота колебаний блокинг-генератора определяется времязадающей цепью R10, С8 и постоянным смещением, поступающим в цепь базы транзистора. Такая схема обеспечивает регулировку частоты медленно меняющимся напряжением, поступающим с фазового детектора. Когда после действия блокинг-процесса закрывается транзистор VT1, заряженный конденсатор С8 начинает разряжаться через резистор R10. Разряд будет происходить до тех пор, пока напряжение между базой и эмиттером транзистора VT1 станет открывающим. На рис. 2а приведена упрощенная осциллограмма на базе транзистора VT1, из которой видно, что по мере приближения к уровню открывания U0 скорость разряда конденсатора С8 замедляется. Это неблагоприятно влияет на стабильность генератора. Если, например, из-за нестабильности питающего напряжения уровень открывания изменится на небольшую величину DU0, то период следования импульсов ТС изменится на сравнительно большую величину DТС.

 
 

 

 


Рис. 2. Осциллограммы напряжения на базе транзистора блокинг-генератора без стабилизирующего контура (а) и при его наличии (б).

 

Для повышения стабильности блокинг-генератора в его базовую цепь включен стабилизирующий контур, образованный катушкой индуктивности L1и конденсатором С7. Этот контур настроен в резонанс на частоту, примерно равную 18 – 20 кГц в зависимости от длительности генерируемых импульсов так, чтобы во время паузы между импульсами укладывался один период ударно возбужденных колебаний контура. В результате напряжение на базе транзистора VT1 изменяется согласно рис. 2б, что способствует значительному уменьшению нестабильности DТС. Чтобы не происходило скачкообразного изменения частоты блокинг-генератора из-за действия стабилизирующего контура, последний шунтирован резистором R8, снижающим добротность контура.

Конденсатор С3 предотвращает высокочастотные наводки в цепи синхронизации задающего генератора из цепи питания +12В. Фильтр R12С9 также уменьшает наводки в цепи питания задающего генератора. Диод D3, шунтирующий обмотку базовой цепи трансформатора Т1, способствует расширению длительности генерируемых импульсов без повышения мощности, потребляемой задающим генератором.

Управляющие импульсы для предвыходного каскада снимаются с коллектора ЗГ. Предвыходной каскад выполнен на транзисторе VT2 по схеме трансформаторного усилителя мощности с общим эмиттером. Выходной каскад на транзисторе VT3 собран по дроссельной схеме и работает в ключевом режиме под действием управляющих импульсов, поступающих с предвыходного каскада. Роль двухстороннего ключа выполняют транзистор VT3 и демпферный диод D4.

Постоянная составляющая тока в отклоняющих катушках устранена с помощью разделительного конденсатора С15. Его емкость подобрана так, чтобы придать отклоняющему току во время прямого хода строчной развертки S–образную форму. При этом корректируются симметричные искажения линейности изображения по горизонтали, возникающие на довольно плоском экране кинескопа. Коррекция производится колебаниями небольшой амплитуды, которые возникают в контуре, образованном конденсатором С15 и строчными отклоняющими катушками.


6. Порядок выполнения работы.

Для моделирования схемы работы ГСР используется программа Electronics WorkBench, предназначенная для моделирования процессов и расчета электронных устройств на аналоговых и цифровых элементах. Для запуска программы необходимо выполнить следующие действия.

 
 

6.1. В Windows в меню Пуск, выбрать Программы войти в папку Electronics WorkBench, в которой запустить программу Electronics WorkBench. Далее для удобства будет использоваться запись в сокращенной форме (Пуск ® Программы ® Electronics WorkBench ® Electronics WorkBench). Примерный вид действий при запуске программы показан на рис. 3. Для запуска программы Electronics WorkBench можно также воспользоваться ярлыком на рабочем столе (на рис. 3. показан в правом верхнем углу). Для этого нужно подвести указатель мыши к ярлыку и произвести на нем двойной щелчок левой клавишей мыши.

 

Рис. 3. Порядок действий при запуске программы Electronics WorkBench.

 

Если после запуска программы появится сообщение об ошибке (рис. 4), то его просто проигнорировать, нажав кнопку ОК.

 
 

 

 


Рис. 4. Возможное сообщение об ошибке.

 

В результате этих действий откроется программа Electronics WorkBench и появится следующее окно (рис.5).

 

 
 

Рис. 5. Окно программы Electronics Workbench.

 

6.2. Для открытия лабораторной работы зайдите в меню File и нажмите Open
(рис. 6), или соответствующий значок на панели управления (рис. 7). Появится диалог открытия файла с лабораторной работой (рис. 8).

 
 

Рис. 6. Открытие файла из меню File.

 

 

 


 
 

Рис. 7. Значок открытия файла на панели управления.

 

Рис. 8. Диалог открытия файла с лабораторной работой.

 
 

 

 


Рис. 9. Макет лабораторной работы. Схема формирования импульсов
строчной частоты

 

6.3. В диалоге необходимо выбрать файл “gsr.ewb” и нажать кнопку "Открыть". На экране появится схема генератора строчной частоты (рис. 9). На рисунке 9 цифрами обозначены:

1. Генератор импульсов строчной частоты;

2. Двухлучевой осциллограф;

3. Тумблер включения лабораторной работы;

4. Кнопка паузы;

5. Графический анализатор;

6. Индикатор прошедшего после запуска работы времени;

7. Масштаб вывода изображения на экран.

 

6.4. Для запуска лабораторной работы необходимо нажать тумблер включения 3. На индикаторе 6 будет показываться прошедшее после запуска время в моделируемой схеме. Для детального анализа сигналов нужно произвести двойной щелчок левой кнопкой мыши на белом поле двухлучевого осциллографа 2 (Oscilloscope). На экране раскроется окно, показанное на рис. 10. Если появится уменьшенная версия осциллографа, то необходимо нажать на кнопку «Expand». Кроме этого можно открыть графический анализатор, нажав кнопку 7 (рис. 6). Внешний вид графического анализатора представлен на рис. 11.

 
 

 

 


Рис. 10. Экран двухлучевого осциллографа.

 

На рисунке 10 цифрами обозначены:

1. Сигналы на входах анализатора А и В, соответственно;

2. Перемещаемые временные метки «1» и «2», для расчета длительности;

3. Полоса прокрутки;

4. Индикатор, показывающий временное расположение меток и их разность и значение сигнала в этих точках;

5. Изменение временного масштаба (с помощью указателей вверх и вниз);

6. Окно настройки каналов А и В, соответственно;

7. Кнопка установки масштаба амплитуды сигнала (по напряжению);

8. Кнопки перемещения сигнала по вертикали;

9. Кнопка изменения внешнего вида осциллографа (уменьшение размера окна);

10. Кнопка реверсирования изображения (черное на белом или белое на черном).

 

 
 

 

 


Рис. 11. Экран графического анализатора.

 

На рис. 11 цифрами указаны следующие обозначения:

1. Окно, в котором показываются текущие графики;

2. Кнопка включения/выключения сетки;

3. Кнопка редактирования свойств графиков;

4. Кнопка растягивания графиков на полный экран и сжатия их до первоначального вида;

5. Окно отображения результатов.

 

 

 

Рис. 12. Последовательность действий при переключении осциллографа из одной контрольной точки в другую.

 

6.5. Исследовать работу схемы ГСР в режиме автоколебаний, когда амплитуда ССИ на входе генератора равна нулю. Для этого нажатием цифры 1 на клавиатуре перевести тумблер [1] в разомкнутое положение (окно работы должно быть выделено). Дождаться окончания переходного процесса (1-3 минуты) и измерить длительность колебаний задающего генератора. Для чего:

 

6.5.1. Зарисовать осциллограммы напряжений, вырабатываемых задающим генератором ЗГ, в контрольных точках: на базе транзистора VT1 ЗГ- КТ4 и на коллекторе транзистора VT1 - КТ5.

Переключение в контрольных точках производить как показано на рис. 12.

Зарисовывать импульсы желательно в режиме «Pause» – кнопка 4 на рис. 9.

 

6.5.2. Зарисовать осциллограммы напряжений на базе транзистора VT3 выходного каскада ГСР (КТ6). Объяснить назначение буферного (согласующего) каскада.

Определить время работы диода (демпфера) и транзистора выходного каскада VT3.

 

6.5.3. Исследовать работу выходного каскада строчной развертки (СР) при включенном демпферном диоде. Предварительно произвести расчет амплитуды отклоняющего тока, длительности обратного хода и амплитуды импульса напряжения на коллекторе транзистора VT3.

При напряжении источника питания Ек = 12 В, величине емкости обратного хода Сох = С14 = 3,65 нФ и емкости S – коррекции СS = С15 = 0,1 мкФ зарисовать осциллограммы напряжений на коллекторе и эмиттере транзистора (КТ10), на эквиваленте высоковольтной обмотки (КТ11), а также осциллограммы токов транзистора (КТ7), демпферного диода (КТ8) и отклоняющих катушек (КТ9). Для измерения осциллограмм токов в соответствующие цепи включены дополнительные активные сопротивления R17, R18, R19 (R19 играет также роль активного сопротивления ОК из-за отсутствия возможности корректировки этого параметра и индуктивности). Все осциллограммы зарисовать одну под другой в одном масштабе по оси времени. На осциллограммах показать время прямого и обратного ходов. Здесь же показать осциллограмму напряжения на входе предоконечного каскада.

 

6.5.4. Уменьшая напряжение источника питания, снять зависимость амплитуды тока в строчных отклоняющих катушках от напряжения источника питания Ек. Для этого подвести к источнику питания курсор мыши и произвести двойной щелчок левой кнопкой или нажать один раз правую и в появившемся меню выбрать «Component Properties» (рис. 13). В появившемся меню (аналогично показанному на рис. 14) изменить напряжение и нажать «ОК». Напряжение выбирать равным 10, 8 и 6 Вольт. После измерений восстановить исходное значение напряжения питания Ек = 12 В.

 

6.5.5. Снять зависимость длительности обратного хода и амплитуды импульсов напряжения на эквиваленте высоковольтной обмотки (КТ11) и коллекторе транзистора VT3 (КТ10) от величины емкости обратного хода (С14 = 3 нФ и
С14 = 4,5 нФ). Результаты измерений сравнить с расчетом. После измерений восстановить исходное значение емкости С14 = 3,65 нФ.

 

6.5.6. Пронаблюдать влияние емкости S – коррекции на форму тока в отклоняющих катушках. Осциллограммы зарисовать. Измерить нелинейность пилообразного тока строчной развертки на экране осциллографа при различных величинах емкости S – коррекции (С15 = 0,2 мкФ). Сделать выводы. После измерений восстановить исходное значение емкости С15 = 0,1 мкФ.

 

6.5.7. Убедиться в возможности работы выходного каскада без демпферного диода, отключив диод D4. Зарисовать осциллограмму тока коллектора транзистора VT3, измерить амплитуду отрицательного и положительного импульсов тока. Сравнить осциллограмму с полученной ранее при выполнении пункта 6.5.3. Сделать выводы. Отметить на осциллограмме время обратного хода во время работы транзистора в прямом и инверсном режимах. После измерений восстановить схему, подключив назад демпферный диод.

 

6.6. Исследовать работу схемы автоматической подстройки частоты и фазы (АПЧиФ) задающего генератора. Для этого подать на вход схемы ССИ, нажав цифру [1]. Ключ [1] должен замкнуть цепь (положение ключа вниз).

Установить частоту колебаний эталонного генератора импульсов строчной частоты равной 15,6 кГц (аналогично пункту 6.5.4).

Дождаться полной синхронизации ЗГ, в контрольных точках КТ1, КТ2 и КТ3, зарисовать осциллограммы сигналов и измерить временные составляющие сигналов. Сделать выводы.

 

7. Содержание отчета.

В отчете необходимо привести принципиальную схему ГСР, результаты предварительного расчета, все зарисованные осциллограммы, результаты измерений, выводы по каждому пункту работы.

Осциллограммы в отчете необходимо разместить одну под другой в одном масштабе по оси времени, обозначив время прямого t1 и обратного t2 хода. На всех осциллограммах напряжений и токов провести координатные оси, обозначив величины, отложенные по осям, а также нулевые значения токов и напряжений.

 
 

 


Рис. 13. Изменение свойств элемента.

 

 


Рис. 14. Окно изменения свойств конденсатора.

На рис 14. цифрами показаны:

1. Кнопка открытия окна метки элемента;

2. Кнопка открытия окна параметров элемента;

3. Окно изменения емкости элемента;

4. Окно единицы измерения емкости (pF, nF, mF, mF, F).