Особенности ремонта электронных приборов

Характерной особенностью электронных приборов автомобилей является то, что все они рассчитаны на управление и коммутацию значительных мощностей. Поэтому они содержат мощные полупроводниковые элементы, устанавливаемые на теплоотводах, и маломощные, выполненные печатным способом. Эти особенности требуют соблюдения определенных правил при их ремонте.

Правила установки и крепления полупроводниковых приборов. Крепление полупроводниковых приборов не должно нарушать герметичность корпуса прибора. Особенно осторожно надо обращаться со стеклянными изоляторами выводов. Изгиб выводов должен производиться. так, чтобы не допускать их деформации и образования трещин в изоляторах. Выводы изгибают на расстоянии не менее 10 мм от корпуса, (если нет других указаний).

Мощные транзисторы и диоды крепят с использованием всех точек и средств крепления, предусмотренных ТУ (болты крепления, специальные фланцы). Запрещается изгибать жесткие выводы у мощных полупроводниковых приборов, так как это неизбежно приводит к появлению трещин в стеклянных изоляторах.

Необходимо предусмотреть надежный тепловой контакт корпуса полупроводникового прибора с. теплоот-водом, а также свободную конвекцию окружающего воздуха, не допускать механических резонансов в диапазоне частот, предусмотренных в ТУ на приборы.

Способы присоединения выводов полупроводниковых приборов в схеме. Большинство полупроводниковых приборов рассчитано на применение паяных соединений выводов с элементами схем.

Как правило, вывод паяют на расстоянии 10 мм от корпуса (если в ТУ не оговорено иное). Важно, чтобы при пайке осуществлялся постоянный теплоотвод между корпусом полупроводникового прибора и местом пайки. Обычно температура не должна превышать 260 °С (например, припой ПОС -40). Необходимо чтобы паяльник не перегревался, его температура поддерживалась на заданном уровне и могла контролироваться. Корпус паяльника должен быть заземлен. Время пайки должно быть минимальным. Необходимо также защищать корпус и изоляторы выводов полупроводниковых приборов от попадания на них паров и брызг паяльного флюса> ,

Установлено, что возможны повреждения полупроводниковых приборов при разрядах, вызванных алектро-лизациёй изолированных предметов (в том числе тела человека). Работая с аппаратурой, необходимо защищать полупроводниковые приборы от электрических разрядов, заземляя изолированные тела.

Выводы базы транзисторов необходимо присоединять в схему первыми.и отключать последними. Запрещается подавать напряжение на транзистор, база которого отключена.

Присоединение выводов полупроводниковых приборов методом точечной электросварки допускается лишь в случае, когда это допускается ТУ.

Контроль и замена полупроводниковых приборов в схеме. Опыт показывает, что большая часть повреждений полупроводниковых приборов происходит при их проверках, наладке и контроле схем.

Наконечники проводов измерительных приборов должны иметь конструкцию, исключающую возможность случайных замыканий цепей в схемах.

При настройке не следует подавать сигналы между выводами транзисторов и диодов от генераторов с малым внутренним сопротивлением, так как при этом че_-рез приборы могут протекать большие токи, превышающие предельно допустимые.

Недопустима проверка схем на полупроводниковых приборах малой мощности с помощью омметров или Других приборов, создающих токи в измерительной цени, так как при этом возможны повреждения транзитов и диодов, очень чувствительных к перегрузкам.

Транзисторы, диоды и другие полупроводниковые приборы при ремонте заменяют только при выключенных источниках питания.

Необходимо фиксировать результаты проверок исправности и замеров параметров выключенных из схемы приборов.

Ремонт печатных плат. Платы печатного монтажа изготовляют из листового фольгирова’нного гетинакса или текстолита методом химического травления. Со стороны печатного монтажа плата покрывается теплоизоляционной маской по всей поверхности за исключением- мест, предназначенных для пайки схемы. На поверхности печатных плат не должно быть следов химических реактивов и других загрязнений, непротравленных участков меди на пробельных местах, сколов и вмятин, а также расслоения материала рснования в местах механической обработки. Печатные проводники на платах должны быть четкими, с ровными краями, без разрывов, отслоений и протравленных участков. Неровности по кромкам печатных проводников допустимы только в тех местах, где они не уменьшают допустимое расстояние между двумя соседними проводниками.

Перечисленные выше требования к печатным платам определяют условия, которые необходимо выполнять при ремонте схем и замене элементов.

Тем, кто не знаком с печатным монтажом, рекомендуется вышедшую из строя деталь печатной платы выкусывать так, чтобы в плате остались проводники длиной 10-15 мм, к которым и следует припаивать новую деталь. Тем же, кто имеет практические навыки работы с печатной платой, можно рекомендовать другой способ. Вышедшую из строя деталь следует выкусить из платы, остатки ее выпаять и удалить из отверстия платы со стороны печатного слоя. Новую деталь нужно установить на место старой, а ее концы откусить, загнуть и припаять.

Вид статической характеристики обычно задается техническими требованиями.
Статические характеристики. а-входная. б-передаточная. в-выходная. / - на выходе О. 2 - на выходе 1..
Вид статической характеристики преобразования определяется схемой и конструкцией средства измерений.
Зависимости Q (U для синхронного двигателя при Р. Вид статических характеристик нагрузки определяется параметрами электроприемников и влиянием потерь в элементах распределительной сети, включая трансформаторы.
Вид статических характеристик усилителей с внешней и внутренней обратной связью практически одинаков.
Схемы высокочастотных кондуктометрических ячеек.| Эквивалентные электрические схемы емкостной измерительной ячейки. Вид статической характеристики высокочастотного кондуктометра определяется в основном зависимостью электрических свойств ячейки - ее активной и реактивной проводимости - от электропроводности раствора. Аналитическое исследование электрических свойств ячеек производится с помощью их эквивалентных схем, в которых распределенные параметры ячейки с - определенной степенью точности заменены сосредоточенными элементами цепи. Такой анализ позволяет, в ряде случаев, качественно оценить вид статических характеристик прибора с тем, чтобы выбрать геометрические параметры ячейки и частоту генератора, которые бы обеспечили измерение электропроводности в заданном диапазоне.
Вид статической характеристики высокочастотного кондуктометра определяется в основном зависимостью электрических свойств ячейки - ее активной и реактивной проводимости - от электропроводности раствора.
Структурная схема измерительного преобразователя. На вид статической характеристики влияют такие факторы, как механический гистерезис, ползучесть, силы трения, л и некоторые другие. Преобразование измеряемой величины х в выходную вели-у очень редко удается получить непосредственно преобра - оователем, состоящим из одного элемента. Чаще всего оно осу-ще Ьтвляется использованием определенной совокупности простейших элементов. Если считать, что каждый элемент, входящий в преобразователь, может быть также представлен в виде четырехполюсника, то преобразователь в целом изобразится как определенная комбинация таких четырехполюсников - элементов. Подобные комбинации могут иметь различную структуру, однако, как правило, это последовательное соединение четырехполюсников (ряс. Для такой схемы характерным является то, что выходная величина каждого k - ro четырехполюсника является одновременно входной величиной (& 1) - го. На входе цепочки четырехполюсников действует входная величина х, а на выходе - у.
Однако релейный вид статических характеристик таких усилителей часто отрицательно сказывается на качестве регулирования.
Рассмотрим вид статической характеристики линейной замкнутой системы комбинированного регулирования по управлению и нагрузке.

Анализ вида статических характеристик полупроводникового триода, показывает, что основным нелинейным параметром триода является его входное сопротивление. Сопротивление гк и коэффициент передачи а в активной области характеристик триода практически постоянны.
По виду статической характеристики: линейные (без начального сигнала у Sx и с начальным сигналом у у0 Sx), нелинейные (с растущей или падающей характеристикой), релейные.
По виду статических характеристик объекты делятся на стационарные и нестационарные.
По виду статической характеристики датчики можно разделить на линейные (без начального сигнала у S x и с начальным сигналом у Уо S x), нелинейные (с растущей или падающей характеристикой), релейные.
По виду статической характеристики вход - выход элементы автоматических систем делятся на элементы непрерывного и на элементы дискретного действия.
По виду статической характеристики реле делятся на две большие группы: нейтральные и поляризованные. В нейтральных реле направление перемещения якоря не меняется, а следовательно, и коммутируемые цепи не переключаются при изменении полярности входного сигнала. В поляризованных реле направление движения якоря изменяется и, следовательно, коммутируемые цепи переключаются на другие контакты при изменении полярности входного сигнала.
Во-вторых, вид статических характеристик транзистора зависит от схемы его включения. Очевидно, что при любой схеме включения физические процессы, происходящие в транзисторе, не изменяются, но существенно меняются входные и выходные величины, а значит, и статические характеристики транзистора.
Схема для снятия статических характеристик электронной лампы с питанием анодных цепей от источника. Различают четыре вида статических характеристик: анодные, анод-но-сеточные, сеточно-анодные и сеточные.
Таким образом, вид кривых статических характеристик для большинства элементов аналогичен кривым зависимости интенсивности линий гелия от тока, с той лишь разницей, что они обнаруживают ток начала испарения.
В зависимости от вида статической характеристики различают аналоговые и релейные омические элементы.
Схема для исследования триода. Различают два основных вида статических характеристик триода: анодные характеристики, изображающие зависимость анодного тока триода от напряжения на аноде при постоянном напряжении на сетке, и анодно-сеточные характеристики, изображающие зависимость анодного тока от напряжения на сетке при постоянном анодном напряжении. При снятии характеристик необходимо поддерживать постоянным напряжение накала.
Различают два основных вида статических характеристик триода: 1) анодные характеристики, представляющие собой зависимость анодного тока триода от напряжения на аноде при постоянном напряжении на сетке, и 2) анодно-сеточные характеристики, представляющие собой зависимость анодного тока от напряжения на сетке при постоянном анодном напряжении. При снятии характеристик напряжение накала катода должно быть постоянным.
Графическую модель в виде статической характеристики нелинейного элемента определяют экспериментально путем приложения к элементу постоянного напряжения или тока, значения которого регулируют так, чтобы получить все точки характеристики.

Как показывают эксперименты, вид статических характеристик и коэффициенты усиления усилителей с внешней ОС и с самонасыщением достаточно близки.
Рассмотрим влияние смещения на вид статической характеристики реверсивного магнитного усилителя. На рис. 24.10 показано построение статической характеристики реверсивного магнитного усилителя при разных значениях смещения.
Для звена различают три вида статических характеристик.
Функция f зависит от вида статической характеристики управляемой проводимости.
Основным недостатком таких усилителей является релейный вид статической характеристики.
На рис. 30, б показан вид статических характеристик компрессора для случая рн const и трех значений рвс (pBct Рвсг Рве) - В положении золотника Я Ят компрессор работает на полную производительность Qi, Q2 или Q3 в зависимости от рвс. По мере выдвижения золотника (Я уменьшается) холодопроизводительность понижается приблизительно по линейному закону.
В измерительной практике в зависимости от вида статической характеристики преобразователя и рода работы этому определению придают более конкретный вид, в результате чего используют яесколько более узких и конкретных понятий чувствительности.
Статические характеристики усилителя сопло - заслонка с постоянными перепадами на дросселях. Здесь же рассмотрим влияние постоянного перепада на вид статической характеристики пневматического усилителя. Допустим, что имеется устройство, поддерживающее автоматически постоянный перепад давления Д / 7ПС на постоянном дросселе. Дрпс статическая характеристика рассматриваемого усилителя совпадает со статической характеристикой / обычного усилителя. Поэтому рабочий участок статической характеристики 2 имеет увеличенную крутизну.
Схемы и статические характеристики ПД. Закон преобразования перемещения в электрический сигнал (или вид статической характеристики ПД) определяется конструкцией датчика (профилем каркаса потенциометра), схемой подключения к источнику питания и нагрузке, а также режимом работы. В частном случае ПД реализует релейный закон преобразования перемещения в напряжение. Такой ПД называют релейным потенциометр ическим датчиком.
Положение поверхностей переключения зависит от свойств релейного элемента (вид статических характеристик, времена запаздывания при срабатывании и отпускании), от действующих сил (вид механических характеристик двигателя и закон изменения момента нагрузки) и от вида управляющей функции.
Сделаем некоторые допущения, которые принципиально не повлияют на вид статической характеристики. GTcTGT, т.е. количеством тепла, которое вносится с топливом. При постоянном расходе топлива этот член постоянен и мал по сравнению с членом GTXT.
Статическая характеристика двухпозиционного регулятора (а, изменение регулирующего воздействия х (б и переходный процесс у (в при возникновении в системе несимметричных автоколебаний.
Моменты срабатывания Пз-регулятора определяются свойствами линейной части АСР и видом статической характеристики регулятора.
В этом случае математическое описание объекта может быть представлено в виде статической характеристики, описывающей весь диапазон рабочих режимов, а также набора динамических характеристик, каждая из которых приближенно описывает динамические свойства режимов объекта, соответствующих некоторому числу статической характеристики.
На характер изменения / 2 f (Un) оказывает влияние вид статической характеристики нагрузки, особенно по реактивной мощности, так как регулирующий эффект реактивной мощности больше, чем активной.
Блок-схема САУ по температуре в зоне обработки и упругим перемещениям, вэзхикающим в системе СПИД. Ясно, что и в этом случае результирующая статическая характеристика определяется видом статических характеристик всех устройств.
Поэтому запросы потребителя энергии и замыслы конструктора машины, воплощенные в виде статической характеристики регулирования той или иной формы, должны сообразоваться с первоначальной стоимостью механизмов автоматического управления и с эксплу атационными расходами на содержание этих механизмов.
Сформулируем принципы построения систем управления для класса технологических объектов, отличительной особенностью которых является экстремальный вид статической характеристики. Класс таких объектов весьма широк и включает установки, работающие во многих важных отраслях народного хозяйства - химической, нефтехимической, металлургической и др. Оптимальное управление этими объектами может дать значительный экономический эффект.
Для анализа качества струйных логических элементов и согласования элементов в схемах обычно используются следующие три вида статических характеристик: характеристики переключения, выходные и входные.
Следовательно, отрезки, отсекаемые на оси 6, не зависят от k и определяются видом статической характеристики реле.
Динамические характеристики каскада с активно-реактивной нагрузкой для синусоидального входного сигнала. Нетрудно видеть, что вид динамических характеристик для активно-реактивной нагрузки зависит не только от характера сопротивления и вида статических характеристик усилительного элемента, но и от частоты, амплитуды и формы входного сигнала.
Точность распределения двигателей между шинами U и Uz (см. рис. 6 - 9) мало сказывается на виде статических характеристик, но влияет на критическое напряжение.

Электронно-лучевые трубки; их область действия и применение. Ионные (газоразрядные) приборы: их основные параметры.

Электронно-лучевые приборы (ЭЛП ) - класс вакуумных электронных приборов, в которых используется поток электронов, сконцентрированный в форме одиночного луча или пучка лучей, которые управляются как по интенсивности (току), так и по положению в пространстве, и взаимодействуют с неподвижной пространственной мишенью (экраном) прибора. Основная сфера применения ЭЛП - преобразование оптической информации в электрические сигналы и обратное преобразование электрического сигнала в оптический - например, в видимое телевизионное изображение.

В класс электронно-лучевых приборов не включаются рентгеновские трубки, фотоэлементы, фотоумножители, газоразрядные приборы (декатроны) и приёмно-усилительные электронные лампы (лучевые тетроды, электровакуумные индикаторы, лампы со вторичной эмиссией и тому подобное) с лучевой формой токов.

Устройство

Электронно-лучевой прибор состоит, как минимум, из трёх основных частей:

· Электронный прожектор (пушка) формирует электронный луч (или пучок лучей, например, три луча в цветном кинескопе) и управляет его интенсивностью (током);

· Отклоняющая система управляет пространственным положением луча (отклонением его от оси прожектора);

· Мишень (экран) приёмного ЭЛП преобразует энергию луча в световой поток видимого изображения; мишень передающего или запоминающего ЭЛП накапливает пространственный потенциальный рельеф, считываемый сканирующим электронным лучом .

Классификация

Передающие электронно-лучевые приборы преобразуют оптическое изображение в электрический сигнал.

· Диссектор («трубка мгновенного действия») - исторически первый тип передающей трубки, использовавшийся для астрономических наблюдений, в устройствах промышленной автоматики и для сканирования документов;

· Иконоскоп - исторически первый тип передающей телевизионной трубки;

· Ортикон, суперортикон, видикон - основные типы передающих трубок, применявшихся в телевидении до перехода на твердотельные преобразователи;

· Специализированные приборы, например, моноскоп - трубка для преобразования в электрический сигнал неподвижного изображения (испытательной таблицы).

Приёмные электронно-лучевые приборы преобразуют электрический сигнал в оптическое (видимое) изображение:

· Осциллографическая трубка - ЭЛП с емкостным (осциллографическим) управлением положения луча, применяемые для визуализации формы электрических сигналов

· Кинескоп - приёмная трубка телевизионной системы с магнитной отклоняющей системой и строчной развёрткой изображения;

· Индикаторная электронно-лучевая трубка - приёмная трубка радиолокационной системы с магнитной отклоняющей системой и круговой развёрткой, а также разнообразные специализированные индикаторы, знакогенерирующие трубки и т. п.

· Знакогенерирующие (знакопечатающие) трубки (характрон, тайпотрон и их аналоги).

· Запоминающая трубка записывает информации на пространственную мишень, хранит её в течение заданного времени, и (в трубках со считыванием) воспроизводит или считывает её электронным лучом. Различные трубки этого подкласса использовались как для хранения, обработки и воспроизведения оптических изображений, так и как двоичные запоминающие устройства ранних компьютеров

Электроника – область науки и техники, изучающая и применяющая устройства, работа которых основана на протекании электрического тока в вакууме, газе и твердом теле. Большое быстродействие и высокая надежность электронных устройств обусловили их широкое применение в вычислительной технике, радиотехнике, средствах связи, навигации, в промышленности и т. д. С помощью электронных устройств происходит преобразование электрической энергии источника питания в энергию полезного сигнала (усилители, генераторы сигналов и др.), преобразование переменного тока в постоянный (выпрямители) и постоянного в переменный (инверторы), преобразование видов энергии, регулировка напряжения, частоты и т. д.

В электронных устройствах преобразование электрической энергии и сигналов осуществляется с помощью электронных приборов (электронных активных элементов). Кроме электронных приборов в них используются источники питания и пассивные компоненты: резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности.

В настоящее время используются в основном полупроводниковые электронные приборы. В них перенос электрических зарядов происходит в твердом теле (полупроводнике). К ним относятся диоды, транзисторы, тиристоры и др.

Полупроводниковый диод (рис. 1) представляет собой двухслойную структуру, которая образуется в одном кристалле. Один слой имеет электропроводность n-типа, а другой р-типа. В целом эта структура называется р-n-переходом или электронно-дырочным переходом. Основным свойством электронно-дырочного перехода является его односторонняя электропроводимость.

Рис.1. Полупроводниковый диод: а) полупроводниковая структура диода;

б) условное графическое обозначение; в) вольт - амперная характеристика

При прямом смешении р-n перехода его электрическая проводимость возрастает и через переход проходит ток, сильно зависящий от приложенного напряжения. При обратном смещении р-n-перехода электрическая проводимость перехода уменьшается и электрический ток через него практически не проходит.

Полупроводниковый диод с обратно смещенным р-n-переходом, у которого при сравнительно малых изменениях обратного напряжения в области, близкой к напряжению пробоя, резко увеличивается обратный ток, называют стабилитроном (рис. 2). Он используется при создании стабилизаторов напряжения.

Рис.2.Полупроводниковый стабилитрон: а) условное графическое обозначение; б) вольт - амперная характеристика

Варикапом называют полупроводниковый диод с обратно смещенным p-n-переходом, применяемый в качестве конденсатора переменной емкости для электронной настройки частотно-избирательных цепей (рис. 3).

Рис.3. Полупроводниковый варикап: а) условное графическое обозначение;

б) вольт - фарадная характеристика

Полупроводниковые триоды (транзисторы) подразделяются на биполярные и полевые.

Биполярным транзистором называется полупроводниковый прибор с двумя р-n-переходами (рис. 4). Он имеет трехслойную структуру n-р-n- или р-n-р-типа. Средняя область между двумя р-n-переходами называется базой. Толщина ее делается достаточно малой. Соседние области называются эмиттером и коллектором. Соответственно р-n-переход эмиттер-база называется эмиттерным, а переход база-коллектор – коллекторным.

Рис.4. Полупроводниковая структура и условное графическое обозначение биполярных транзисторов: а) n-p-n-типа; б) p-n-p-типа

Полевым транзистором называется полупроводниковый прибор, сопротивление которого изменяется под действием поперечного электрического поля, создаваемого прилегающим к проводящему объему полупроводника управляющим электродом (затвором).Различают два вида полевых транзисторов: с управляющим p-n-переходом (рис. 5) и изолированным затвором (рис. 6).

Рис.5. Полупроводниковая структура и условное графическое обозначение полевого транзистора с управляющим p-n-переходом: а) с каналом n-типа; б) с каналом р-типа

Рис.6. Полупроводниковая структура и условное графическое обозначение полевого транзистора с изолированным затвором: а) с встроенным каналом; б) с индуцированным каналом

В отличие от биполярных транзисторов, в которых управление переносом зарядов осуществляется изменением тока базы, в полевом транзисторе управление током производится изменением управляющего напряжения, регулирующего ширину канала, по которому проходит ток. Область канала, от которой начинается движение носителей, называется истоком, а область, к которой движутся основные носители, – стоком. Управляющая область в приборе, которая охватывает канал, называется затвором. Изменяя напряжение между затвором и истоком, меняют сечение канала.

Многослойные структуры с тремя p-n-переходами называют тиристорами . Их основным свойством является способность находиться в двух состояниях устойчивого равновесия: максимально открытом (с большой проводимостью) и максимально закрытом (с малой проводимостью). По этой причине они выполняют функцию бесконтактного электронного ключа, обладающего односторонней проводимостью. Тиристоры с двумя выводами (двухэлектродные) называются диодными тиристорами (динисторами) , а с тремя (трехэлектродные) – или триодными тиристорами (тринисторами), или симметричными тиристорами (симисторами), если они способны проводить ток в обоих направлениях(рис. 7).

Рис.7. Тиристоры: полупроводниковая структура: а) диодного тиристора (динистора); г) тринистора; ж) симметричного тиристора (симистора); условное графическое обозначение: б) диодного тиристора; д) тринистора; з) симистора; вольт- амперные характеристики: в) диодного тиристора; е) тринистора; и) симистора

К полупроводниковым фотоэлементам относятся: фоторезистор, фотодиод, фототранзистор, фототиристор, светодиод (рис. 8).

Рис.8.Условное графическое обозначение полупроводниковых фотоэлементов: а) фоторезистора; б) фотодиода; в) фототранзистора; г) фототиристора; д) светодиода

Фоторезистором называется полупроводниковый прибор, сопротивление которого зависит от освещенности. При увеличении освещенности сопротивление фоторезистора уменьшается.

Принцип действия фотодиода основан на возрастании обратного тока р-n перехода при его освещении. Фотодиод применяется без дополнительного источника питания, поскольку сам является генератором тока, причем сила тока пропорциональна освещенности.

В фототранзисторе р-n переход коллектор-база представляет собой фотодиод.

Светодиоды излучают свет при прохождении через них прямого тока. Яркость свечения пропорциональна прямому току.

Если в одном корпусе совместить светодиод и фоточувствительный элемент, например фототранзистор, то входной ток можно преобразовать в выходной с полным гальваническим разделением цепей. Такие оптоэлектрические элементы называют оптронами (рис. 9).

Рис.9.Условное графическое обозначение полупроводниковых оптронов:

а) резисторного; б) диодного; в) транзиторного; г) тиристорного

Кроме фоторезисторов к наиболее распространенным полупроводниковым резисторам относятся:терморезисторы и варисторы , сопротивление которых изменяется при изменении температуры и приложенного напряжения соответственно (рис. 10).

Рис.10.Условное графическое обозначение полупроводниковых резисторов: а) терморезистора; б) варистора

С помощью рассмотренных электронных приборов осуществляются необходимые преобразования электрической энергии и сигналов. Наиболее простым видом преобразования является выпрямление переменного тока, более сложными – инвертирование постоянного тока в переменный, усиление, генерирование и преобразование сигналов различной формы.

Выпрямители преобразуют переменное напряжение питающей сети в постоянное напряжение на нагрузке (рис. 11). Они применяются в качестве источников вторичного электропитания. Переменное напряжение питающей сети с помощью силового трансформатора понижается или повышается до необходимой величины, а затем выпрямляется с помощью выпрямителя. В результате на выходе выпрямителя образуется напряжение неизменного направления, которое является пульсирующим (т.е. меняется во времени по значению) и поэтому непригодно для питания большинства электронных устройств.

Рис.11.Структурная схема выпрямителя

Для уменьшения пульсаций выпрямленного напряжения на выходе выпрямителя включают сглаживающий фильтр, а в некоторых случаях дополнительно вводят стабилизатор постоянного напряжения.

Основные схемы выпрямителей можно подразделить на однополупериодные (рис. 12) и двухполупериодные (рис. 13).

Рис.12.Схемы и временные диаграммы однополупериодных выпрямителей: а) однофазного; б) трехфазного

Рис.13.Двухполуперодные выпрямители: однофазные выпрямители: а) мостовая схема; б) с выводом от средней точки обмотки трансформатора; в) их временные диаграммы; трехфазный выпрямитель; г) трехфазная мостовая схема; д) ее временная диаграмма

Сглаживающие фильтры пропускают на выход только постоянную составляющую выпрямленного напряжения и максимально ослабляют его переменные составляющие. В простейшем случае сглаживающий фильтр может содержать только один элемент – либо дроссель с большой индуктивностью, включаемый последовательно на выходе выпрямителя, либо конденсатор с большой емкостью, включаемый параллельно нагрузке (рис. 14).

Рис.14. Сглаживающие фильтры: а) индуктивный; б) емкостной; в) их временные диаграммы

Стабилизатором напряжения называется устройство, поддерживающее напряжение на нагрузке с заданной точностью при изменении сопротивления нагрузки и напряжения сети в определенных пределах (рис. 15). Напряжение, которое поддерживает стабилизатор, задается опорным элементом – стабилитроном (рис. 2).

Рис.15.Схема и временные диаграммы параметрического стабилизатора напряжения

Усилителем называется устройство, предназначенное для увеличения амплитуды и мощности входного сигнала без изменения других его параметров. Повышение амплитуды и мощности сигнала на выходе усилителя достигается преобразованием энергии источника питания постоянного тока в энергию выходного переменного сигнала. В общем случае электронные усилители являются многокаскадными устройствами. Отдельные каскады связаны между собой цепями, по которым передается переменный (усиливаемый) сигнал и не пропускается постоянная составляющая сигнала. Каскады выполняют по схеме с общим эмиттером и с общим истоком, с общим коллектором и с общим стоком, с общей базой и с общим затвором (рис. 16).

Рис.16. Схемы включения транзисторов с общим(ей): а) эмиттером;

б) коллектором; в) базой; г) истоком; д) стоком; е) затвором

Схема любого каскада состоит из источника питания, транзистора и цепей смещения, обеспечивающих режим работы транзистора по постоянному току, т. е. режим покоя (рис. 17).

Многокаскадные усилители представляют собой последовательное соединение однотипных усилительных каскадов.

В усилителях в интегральном исполнении применяют непосредственную связь между каскадами. Такие усилители могут усиливать сколь угодно медленно изменяющиеся сигналы и даже сигналы постоянного тока и поэтому получили название усилителей постоянного тока. Современные усилители постоянного тока усиливают сигналы в очень широком спектре частот и относятся к разряду широкополосных усилителей.

Рис.17.Схемы усилителей: а) на биполярном транзисторе; б) на полевом транзисторе

Недостатком усилителей с непосредственными связями является изменение выходного напряжения режима покоя (дрейф нуля) вследствие нестабильности напряжения питания, температуры и других факторов. Эффективным способом уменьшения дрейфа нуля в таких усилителях является применение дифференциальных усилительных каскадов.

Дифференциальный усилитель предназначен для усиления разности двух входных сигналов и представляет собой симметричную двухтранзисторную схему с объединенными эмиттерами, имеющую два входа и два выхода (рис. 18).

Рис.18. Дифференциальный усилитель

Операционный усилитель (рис. 19), как и любой другой усилитель, предназначен для усиления амплитуды и мощности входного сигнала. Название «операционный» он получил от аналогов на дискретных элементах, выполнявших различные математические операции (суммирование, вычитание, умножение, деление, логарифмирование и др.) в основном в аналоговых ЭВМ. В настоящее время операционный усилитель чаще всего выполняется в виде интегральной микросхемы.

Рис.19.Операционный усилитель

Электронными генераторами называют автоколебательные (самовозбуждающиеся) системы, в которых энергия источника питания (постоянного тока) преобразуется в энергию переменного сигнала нужной формы.

В генераторах синусоидального напряжения транзисторы работают в усилительном режиме. В отличие от них в генераторах импульсов транзисторы работают в ключевом режиме (когда транзистор находится попеременно то в полностью открытом, то в полностью закрытом состоянии). В открытом состоянии транзистор пропускает максимальный ток и имеет на выходе минимальное напряжение, определяемое его остаточным напряжением. В закрытом состоянии его ток минимален, а выходное напряжение максимально и близко к напряжению источника питания. Такой элемент называют транзисторным ключом (рис. 20).

Рис.20.Схемы транзисторных ключей: а) на биполярном транзисторе; б) на полевом транзисторе; в) их временные диаграммы

Мультивибраторы – это импульсные генераторы с положительной обратной связью, в которых усилительные элементы (транзисторы, операционные усилители) работают в ключевом режиме.

Мультивибраторы не имеют ни одного состояния устойчивого равновесия, поэтому относятся к классу автоколебательных генераторов и выполняются на дискретных транзисторах, интегральных логических элементах и на операционных усилителях (рис. 21).

Рис.21. Схемы автоколебательных мультивибраторов: а) на дискретных элементах; б) на интегральных логических элементах; в) на операционном усилителе; г) их временные диаграммы

Интегральная микросхема (ИМС) представляет собой совокупность нескольких взаимосвязанных транзисторов, диодов, конденсаторов, резисторов и т. п. Она изготовлена в едином технологическом цикле (т. е. одновременно), на одной и той же несущей конструкции – подложке и выполняет определенную функцию преобразования электрических сигналов.

Компоненты, которые входят в состав ИМС и не могут быть выделены из нее в качестве самостоятельных изделий, называются элементами ИМС или интегральными элементами. В отличие от них конструктивно обособленные приборы и детали называются дискретными компонентами, а узлы и блоки, построенные на их основе, – дискретными схемами.

Высокая надежность и качество в сочетании с малыми размерами, массой и низкой себестоимостью интегральных микросхем обеспечили их широкое применение во многих областях науки и техники.

Основу современной микроэлектроники составляют полупроводниковые интегральные микросхемы . В настоящее время различают два класса полупроводниковых интегральных микросхем: биполярные и МДП.

Основным элементом биполярных ИМС является n-р-n-транзистор: на его изготовление ориентируется весь технологический цикл. Остальные элементы изготовляют одновременно с этим транзистором без дополнительных технологических операций. Например, резисторы изготовляют с базовым слоем n-р-n-транзистора, поэтому они имеют ту же глубину, что и базовый слой. В качестве конденсаторов используют обратно смещенные р-n-переходы, в которых n-слой соответствует коллекторному слою n-р-n-транзистора, а слой р – базовому слою.

Логическими элементами называют электронные устройства, выполняющие простейшие логические операции: НЕ, ИЛИ, И (рис. 22).

Рис.22. Условное обозначение и таблицы истинности простейших логических элементов: а) НЕ; б) ИЛИ; в) И

Логические функции и логические операции над ними составляют предмет алгебры логики, или булевой алгебры. В основе алгебры логики лежат логические величины, которые обозначают латинскими буквами А, В, С, D и т. д. Логическая величина характеризует два взаимоисключающих понятия: есть и нет, истина и ложь, включено и выключено и т. п. Если одно из значений логической величины обозначено через А, то второе обозначают «не А».

Для операций с логическими величинами удобно применять двоичный код, полагая А=1, «не А»=0 или, наоборот, А=0, «не А»=1. В двоичной системе счисления одна и та же схема может выполнять как логические, так и арифметические операции. Если понятие «не А» обозначить особой буквой, например, В, то связь между В и А будет иметь вид: В= .

Это простейшая логическая функция, которую называют отрицанием, инверсией или функцией НЕ. Схему, обеспечивающую такую функцию, называют инвертором или схемой НЕ.

Схемы ИЛИ (дизъюнктор) и И (конъюнкатор) могут быть выполнены на резисторах (резисторная логика), на диодах (диодная логика), на транзисторах (транзисторная логика). Чаще всего эти схемы применяются в сочетании с инвертором, и тогда они реализуют функции ИЛИ-НЕ, И-НЕ (рис. 23).

Рис.23. Условное обозначение и таблицы истинности:

а) стрелка Пирса; б) штрих Шеффера

Функции ИЛИ-НЕ (стрелка Пирса) и И-НЕ (штрих Шеффера) – самые распространенные, т. к. на их основе можно реализовать любую другую логическую функцию. Количество переменных, а значит, и количество входов у соответствующих схем может быть равно двум, трем, четырем и более. В логических элементах логические нули и единицы обычно представлены различными значениями напряжения: напряжением (или уровнем нуля) U 0 и напряжением (или уровнем единицы) U 1 . Если уровень единицы больше уровня нуля, то говорят, что схема работает в положительной логике, в противном случае (U 1 < U 0) она работает в отрицательной логике. Никакой принципиальной разницы между положительной и отрицательной логиками нет. Более того, одна и та же схема может работать и в одной, и в другой логике.

Наиболее широкое применение получила схема И-НЕ типа ТТЛ (транзисторно-транзисторная логика).

Комбинируя логические схемы ИЛИ-НЕ или И-НЕ, можно создать различные устройства, как с памятью, так и без памяти.

К цифровым устройствам с памятью относятся: триггеры, счетчики, регистры.

Триггерами называют устройства, обладающие двумя состояниями устойчивого равновесия и способные скачкообразно переключаться из одного устойчивого состояния в другое каждый раз, когда управляющий входной сигнал превосходит определенный уровень, называемый порогом срабатывания.

Различают несколько типов триггеров: RS, D, T, JK и др., которые выпускаются промышленностью в виде отдельных микросхем, а также выполняются на основе логических элементов И-НЕ или ИЛИ-НЕ (рис. 24).

Рис.24.Условные графические обозначения триггеров: а) RS-триггер на основе логических элементов ИЛИ-НЕ; в виде отдельных микросхем: б) RS-триггер; в)D-триггер; г) T-триггер; д) JK-триггер

В устройствах цифровой обработки информации измеряемый параметр (угол поворота, скорость, частота, время, температура и т. д.) преобразуется в импульсы напряжения, число которых характеризует значение данного параметра. Эти импульсы подсчитываются счетчиками импульсов (рис. 25,а ) и выражаются в виде цифр.

Рис.25.Условные графические обозначения: а) счетчика импульсов;

б) регистра; в) дешифратора; г) шифратора; д) мультиплексора;

е) арифметико-логического устройства

Регистрами называются функциональные узлы цифровых устройств, предназначенные для приема, хранения, передачи и преобразования информации (рис. 25, б ).

К цифровым устройствам без памяти относятся: дешифраторы, шифраторы, мультиплексоры, демультиплексоры и др.

Дешифратором называется устройство, вырабатывающее единичный сигнал только на одном из своих выходов в зависимости от кода двоичного числа на его n входах (рис. 25, в ).

Шифратор (рис. 25, г ) выполняет функцию, обратную дешифратору.

Мультиплексором называется устройство для коммутации одного из информационных входов на один его выход в зависимости от двоичного кода на его m адресных входах (рис. 25, д ).

Демультиплексор выполняет функцию, обратную мультиплексору.

В зависимости от количества элементов на одном кристалле говорят о разной степени интеграции ИМС. Большая интегральная микросхема (БИС) содержит на одном кристалле (в одном корпусе) несколько миллионов элементов и выполняет функции сложных устройств. Она является функционально законченным изделием.

БИС, в состав которой входят как минимум основные узлы процессора: арифметико-логическое устройство (рис. 25, е ), дешифратор команд и устройство управления, называется микропроцессором . В него могут входить и другие блоки, расширяющие возможности микропроцессора. Микропроцессор служит для логической обработки, хранения и преобразования данных. Он является универсальным по своим возможностям полупроводниковым устройством и его можно применять в системах управления сложными устройствами.

Вопросы по теме

1. Что изучает электроника?

2. Какие устройства называются электронными?

3. Чем отличаются полупроводниковые материалы от проводников и диэлектриков?

4. Как устроен p-n-переход? Какое основное свойство перехода, позволяющее изготавливать на его основе полупроводниковые приборы?

5. Как работает диод? Какой вид имеет его вольт-амперная характеристика?

6. Как устроен и как работает биполярный транзистор?

7. Как работает полевой транзистор? Чем он отличается от биполярного транзистора?

8. Как называются и для чего служат выводы биполярного и полевого транзисторов?

9. На чем основана стабилизация напряжения стабилитроном? Какими параметрами характеризуются стабилитроны?

10. Как преобразовать синусоидальное напряжение в постоянное?

11. Как работают диодные выпрямители?

12. Как работают электрические фильтры?

13. Как получить стабильное постоянное напряжение?

14. Для чего применяют усилители электрических сигналов?

15. Каков принцип усиления тока и напряжения?

16. В чем отличие усилителей на транзисторах от усилителей на интегральных микросхемах?

17. Что из себя представляет интегральная микросхема?

18. Какие элементы называют логическими функциями? Как работают основные (базовые) логические функции? Какие операции они выполняют?

19. Что собой представляют цифровые устройства с памятью?

20. Что собой представляют цифровые устройства без памяти?

21. Что собой представляет микропроцессор? Для чего он используется?

Похожая информация.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ЭЛЕКТРОННЫХ ПРИБОРАХ

Классификация

Электронным прибором (ЭП) называют устройство, в котором в результате взаимодействия свободных или связанных носителей заряда с электрическим, магнитным и переменным электромагнит­ным полем обеспечивается преобразование информационного сиг­нала или преобразование вида энергии.

Основными признаками классификации разнообразных по прин­ципу действия, назначению, технологии изготовления, свойствам и параметрам можно считать: вид преобразования сигнала; вид рабо­чей среды и тип носителей заряда; структуру (устройство) и число электродов; способ управления.

По виду преобразования сигнала все ЭП можно разбить на две большие группы. К первой группе относятся ЭП, в которых использу­ется преобразование одного вида энергии в другой. В эту группу вхо­дят электросветовые ЭП (преобразование типа электрический сигнал в световой), фотоэлектронные приборы (световой сигнал в электрический), электромеханические (электрический сигнал в ме­ханический), механоэлектрические ЭП (механический сигнал в элек­трический), оптопары (электрический сигнал в световой и затем сно­ва в электрический)и др.

Ко второй группе обычно относятся электропреобразователь­ные приборы, в которых изменяются параметры электрического сиг­нала (например, амплитуда, фаза, частота и др.).

По виду рабочей среды и типу носителей заряда различают сле­дующие классы электронных приборов: электровакуумные (вакуум, электроны), газоразрядные (разреженный газ, электроны и ионы), полупроводниковые (полупроводник, электроны и дырки), хемотронные (жидкость, ионы и электроны).

Электроды электронного прибора – это элементы его конструк­ции, которые служат для формирования рабочего пространства при­бора и связи его с внешними цепями. Число электродов и их потенциалы определяют физические процессы в приборе. Наиболее на­глядно это в электронных лампах: двухэлектродные (диоды), трех­электродные (триоды), четырехэлектродные (тетроды) и пятиэлект­родные (пентоды).

Режимы, характеристики и параметры электронных приборов

Совокупность условий, определяющих состояние или работу электронного прибора, принято называть режимом электронного прибора, а любую величину, характеризующую этот режим (к приме­ру, ток или напряжение), – параметрами режима. Говорят об усилительных, импульсных, частотных, шумо­вых, температурных и механических свойствах, о надежности и т.п. Количественные сведения об этих свойствах называют параметра­ми прибора . К ним, например, относят коэффициенты передачи токов, характеристические частоты, коэффициент шума, интенсивность отказов, ударную стойкость и др.

Вначале остановимся на понятиях статического и динамическо­го режимов приборов. Статическим называют режим, когда прибор работает при постоянных («статических») напряжениях на электро­дах. В этом режиме токи в цепях электродов не изменяются во вре­мени и распределения зарядов и токов в приборе также постоянны во времени. Другими словами, в статическом режиме все парамет­ры режима не изменяются во времени. Однако, если хотя бы один из параметров режима, например напряжение на каком-то электроде, изменяется во времени, режим называется динамическим.

В динамическом режиме поведение при­бора существенно зависит от скорости или частоты изменения воз­действия (например, напряжения).

У большинства приборов эта зависимость объясняется инерци­онностью физических процессов в приборе, например конечным временем пролета носителей заряда через рабочее пространство или конечным временем жизни носителей. Конечность времени пролета приводит к тому, что мгновенное значение тока электрода, к которому движутся носители, в выбранный момент времени бу­дет определяться не только значением напряжения на электроде в этот момент, но, естественно, и предысторией, т.е. всеми значени­ями напряжения от момента начала движения в приборе до прихо­да носителя заряда к рассматриваемому электроду. Следователь­но, связь мгновенных значений тока и напряжения в динамическом режиме должна отличаться от связи постоянных значений тока и напряжения в статическом режиме. Однако если время пролета значительно меньше периода изменения переменного напряже­ния, то это.отличие во взаимосвязи будет несущественным, т.е. связь мгновенных значений будет практически такой же, как посто­янных величин в статическом режиме. Указанная разновидность динамического режима называется квазистатическим режимом («квази» – означает «как бы» или «как будто»).

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Применение электронных приборов и устройств

Введение

Рассматриваемые электронные устройства входят частично в радиотехнические системы (РТС) общая классификация которых можно представить в виде следующей таблицы 1.

Таблица 1

Отличительной особенностью систем передачи информации является то, что здесь сообщения отображаются в радиосигнале в пункте его излучения. После распространения в среде они принимаются и из них выделяются сообщения. Структурная схема такой системы имеет вид рис.1.

II. Отличительной особенностью систем извлечения информации является то, что полезная информация отображается в радиосигнале в процессе распространения и отражения радиоволн или при независимом, от рассматриваемой системы, формировании и излучении радиоволн (РТС противника, естественные источники и т.п.). Структурная схема такой системы, применительно к локации имеет вид рис.2.

Особенностью системы радиоуправления (РУ) является то, что в ней информация, передаваемая с помощью радиосигналов, непосредственно используется для управления объектами и процессами (например, управление полетами ракет, ИСЗ, самолетами и пр.).

III. В систему входят и другие (исполнительные, не радиотехнические) звенья, отображающие свойства объекта управления и особенности задачи управления. Структурная схема системы РУ (на примере самонаведения ракет) приведена на рис. 3.

IV. Системы разрушения информации предназначены для решения задач противодействия РТС противника, ориентированным на передачу и извлечение информации. Их особенности определяются поставленными задачами. На рис.1 - 3 приведены простейшие, единичные системы. В реальных режимах они работают совместно со многими системами (в сети) и в сочетании с разными РТС (в радиотехническом комплексе).

Помимо вышеназванных основных - РТС применяются в промышленности, медицине, при научных исследованиях и др. Ясно, что данная классификация не является жесткой. Во многих случаях в реальной РТС сочетаются несколько функций. Например, в систему РТУ входят РЛ и РН и системы передачи информации, телеметрия и передача команд.

Характерным признаком радиэлектронных систем является использование радиосигнала в качестве носителя информации. Назначение информации - один из признаков классификации систем.

По виду применяемых сигналов различают: - непрерывные, импульсные и цифровые системы.

В непрерывных - информация отображается изменением амплитуды, частоты, фазы непрерывного, обычно гармонического, сигнала.

В импульсных - сигнал представляет собой последовательность радиоимпульсов, в которых информацию могут нести как изменяющиеся параметры отдельных импульсов (А, t n), так и всей последовательности (n в пакете, интервалы между ними).

В цифровых системах сигнал предварительно квантуется по времени и уровню. Каждому уровню соответствует кодовая группа импульсов, которые и модулируют несущее колебание. Такие системы легко сопрягаются с ЭВМ, осуществляющими обработку и запоминание информации, воспринимаемой затем устройством отображения.

Среди перечисленных систем наибольшее распространение сегодня получили телевизионные с которых и начнем изучение курса.

Телевизионные устройства и системы

Телевизионными (ТВ) называются системы передачи информации (ПИ), предназначенные для передачи и воспроизведения на расстоянии оптических изображений. В зависимости от назначения различают системы вещательного и прикладного.

В системах ТВ используется поэлементный принцип передачи изображения, суть которого состоит в условном разбиении передаваемого изображения на совокупность малых элементов; преобразовании информации об элементах в электрические сигналы; последовательной передаче сигналов по линии связи; воспроизведении из сигналов изображения в приемнике).

ТВ сигнал в отличие от других электрических сигналов связи и информации характеризуется тем, что его спектр во много раз превосходит спектры обычных сигналов и занимает полосу от 50 Гц до 6 МГц (заметим, что спектр звукового вещания 30 Гц 12 КГц, что в 500 раз меньше ТВ спектра). Такой сигнал определяет ряд задач, которых не было при передачи на значительные расстояния СВ и даже КВ информационных посылках. И хотя сегодня найдены средства передачи ТВ сигнала (через ИСЗ, радиорелейные линии связи, кабельные и двухпроводные телефонные линии и др.), поиск технических методов сужения полосы ТВ частот (конечно, не в ущерб качеству изображения) остается важной научно-инженерной задачей. Особое значение эта проблема приобрела в цифровом, цветном и стереоскопическом цветном ТВ. Оценить верхнюю и нижнюю границу ТВ спектра можно на основании рассмотрения работы следующей структурной схемы (рис.4), состоящей из: генератора прямоугольных импульсов, регулируемого по частоте повторения; видеоусилителя; кинескопа; генератора развертки; отклоняющей системы; блока питания.

Рис.4Рис.5

Примем параметры развертки стандартными (ГОСТ 784579): частота развертки по полям f п = 50 Гц, число строк разложения Z = 625, частота строчной развертки f стр = 15625 Гц.

Установив по шкале генератора импульсов f ген = 50 Гц, получим на экране кинескопа две неподвижные горизонтальные полосы - черную и белую. Эта частота f н = f п = 50 Гц и принимается в спектре вещательного ТВ самой нижней.

Повышая частоту колебаний выше 50 Гц, получим при 100 Гц две пары полос (f ген = 2f п = 100 Гц) и вообще m пар неподвижных полос при f ген = mf п (где m - целое число).

При f ген = f стр = 15625 Гц - на экране появятся две вертикальные полосы - белая и черная, т.е. граница из горизонтальной превратится в вертикальную (передача 50 полукадров в сек или 25 полных кадров).

Увеличивая f ген до 2f стр = 31250 Гц, получим две пары вертикальных черных и белых полосы, а при f ген = nf стр (n - целое число) n - пар черных и белых полос, расположенных вертикально.

При дальнейшем увеличении частоты в силу ограничительности разрешающей способности системы вертикальные узкие полоски на экране начнут сливаться, терять контрастность.

Ограниченность разрешающей способности имеет место по следующим причинам:

любая схема (у нас видеоусилитель), через которую проходит ТВ сигнал (у нас - прямоугольные импульсы), имеет ограниченную полосу частот;

электронный луч кинескопа из-за апертурных искажений не в состоянии воспроизводить на экране сколь угодно тонкие и мелкие детали - штрихи и точки (диаметр электронного луча вместе его касания экрана - апертура луча - не должна быть больше толщины прочеркиваемых штрихов и промежутков между ними).

Апертура луча d связана с числом строк разложения Z (625 строк) как d = h/Z = h/625 (где h - высота изображения). Для уменьшения апертурных искажений (для повышения разрешающей способности), следовало бы разрабатывать электронную оптику, фокусирующую луч в кинескопе как можно более тонким. Но такое решение не подходит, т.к при d < h/Z между строками появятся темные промежутки.

Таким образом принимая d = h/Z, получим, что максимальное количество мельчайших черных деталей (разделенных такими же светлыми промежутками) по вертикали Z, а по горизонтали pZ/2 черных и pZ/2 белых (где р - формат кадра, по стандарту р = ширина изображения; h - высота изображения). При этом на всем изображении разместятся pZ 2 /2 пар элементов, и передаваемых пар в 1сек f к = 25 Гц (учитывая черезстрочную развертку) f к pZ 2 /2, откуда, за верхнюю границу можно принять

f верх = f к pZ 2 /2.(1)

На практике f верх ТВ спектра принимается несколько ниже. Снижение определяется апертурными искажениями, ухудшением отношения сигнал/шум при передаче мелких деталей, разбросом параметров электронно-фокусирующей системы ТВ трубок и др. Поэтому вводят коэффициент k = 0,9 0,8 и исходя из этого получают верхнюю границу ТВ спектра

f верх = 0,5kf к pZ 2 = 0,9254625 2 /23 6 МГц.

Если рассмотреть спектр ТВ канала, то можно отметить, что основная часть его сосредоточена в области нижних частот. В этой полосе (до 2,5 МГц) расположены составляющие спектра, соответствующие крупным элементам изображения. Высокочастотные составляющие, обладающие малой энергией, несут информацию о малоразмерных деталях. Гармоники строчной частоты со своими боковыми, образуют дискретные зоны энергии и несут информацию о деталях передаваемого объекта (рис.6).

Для передачи изображения по радиоканалу используется АМ-несущая с частотным подавлением одной боковой полосы (рис.7).

Для передачи медленно меняющихся параметров сигнала используют изменения постоянной составляющей видио сигнала. При этом меньший уровень видеосигнала соответствует большей освещенности кадра (т.к. видио сигнал отрицательной полярности, см. рис.8).

Рис.6Рис.7

В системах вещательного ТВ совместно с изображением передается ЧМ звуковое сопровождение (рис.9), при этом стандартная полоса частот, отводимая ТВ каналу составляет 8 МГц.

Рис.8Рис.9

Напомним, что полный ТВ сигнал в интервале двух строк имеет вид (рис.10):

Принципы черезстрочной развертки

Применяемая в ТВ развертка для четного и нечетного полей - полукадров отличается длительностью первой и последней строк, что понятно из приведенного рис.11.

Кроме того, в передаваемом по радиоканалу сигнале используется негативный характер зависимости между амплитудой и яркостью. Такой способ: упрощает задачу построения АРУ, которая в этом случае поддерживает постоянным верхний предел синхроимпульсов (СИ); снижается Р ср - поскольку в изображениях преобладает белый свет; уменьшается влияние помех на качество изображения (они выше "черного" и на экране менее заметно).

1.1 Структурная схема черно-белого телевизора

Общие требования к структурным схемам телевизоров

Приемные телевизионные устройства - телевизоры строятся в настоящее время по супергетеродинной схеме, и это решающим образом определяет структуру взаимодействия между каналами, блоками, каскадами. В общем виде структура построения телевизоров различных поколений аналогичны.

В настоящее время выпускаются в основном полупроводниковые и интегральные телевизоры, обладающие неоспоримыми.

В соответствии с ГОСТ 18198-79 и ГОСТ 24330-80 все телевизоры в зависимости от технических характеристик разделяются на стационарные (с размером экрана кинескопа не менее 50 см) и переносные (с размером экрана кинескопа не более 45 см).

С точки зрения требований функционального взаимодействия структурная схема телевизора должна обеспечивать:

прием сигналов несущих частот изображения и звука в полосе 8 МГц в метровом диапазоне волн с частотами от 48,5 МГц до 299,75 МГц и дециметровом диапазоне волн с частотами от 470 до 622 МГц;

преобразование сигналов несущих частот в сигналы промежуточных частот (ПЧ) со значениями f пр.из = 38,0 МГц и f пр.зв = 31,5 МГц;

выделение из сигналов ПЧ изображения ПТС и усиления его до уровня, необходимого для управления кинескопом;

выделение из сигналов ПЧ изображения и звука сигналов разностной частоты (второй ПЧ звука) с последующим преобразованием и усилением этих сигналов до уровня, способного управлять громкоговорителем;

выделение из ПТС синхросмеси и разделение ее на строчные и кадровые синхроимпульсы с последующим направлением их к соответствующим генераторам разверток;

развертку телевизионного изображения по горизонтали и вертикали;

противошумовую, апертурную, -коррекцию, восстановление постоянной составляющей (противошумовая - повышение соотношения сигнал/шум (использование полевых транзисторов с высоким входным сопротивлением) для снижения влияния входной емкости шунтирующей R н передающей трубки; апертурная - (апертура - сечение электронного луча)- связанные с конечными размерами сечения луча. Причина устраняется введением в видеоусилительный тракт корректирующего звена с ЧХ обратной по форме апертурной характеристики передающей трубки и линейной ФХ; -коррекция - выравнивание ступеней градаций яркости специальным усилителем с регулируемой формой АЧХ (применяются нелинейные нагрузки)).

Структурная схема телевизора

Транзисторные схемы выпускаемых промышленностью телевизоров тоже иногда отличаются друг от друга. Однако применение однотипных транзисторов в тех или иных каскадах и блоках, естественно, привело к унификации схемных решений. На рис.12 приведена структурная схема транзисторного телевизора.

Рис.12Рис.13

По функциональному назначению структурную схему условно разделяют на 7 каналов и блоков (такое деление оправдано упрощением поиска повреждения в схеме, т.к. внешнее проявление неисправности тесно связано с тем или иным конкретным каналом или блоком телевизора).

Схема транзисторного телевизора включает в себя высокочастотный блок 1, канал изображения 2, канал звука 3, канал синхронизации 4, канал строчной развертки 5, канал кадровой развертки 6 и блок питания 7.

Высокочастотный блок

Высокочастотный блок (ВЧ блок), (рис.13) принимает от фидерной линии сигналы двух несущих частот изображения и звука f нес.из и f нес.зв, усиливает их и с помощью гетеродина преобразует в сигналы с более низкими промежуточными частотами f пр.из = 38,0 МГц, f пр.зв = 31,5 МГц. ВЧ блок состоит из селектора каналов метрового диапазона волн (СКМ), селектора каналов дециметрового диапазона волн (СКД) и блока настройки (БН). Блок настройки управляет переключением каналов в СКМ и переходом в режим приема сигналов дециметрового диапазона волн - включением СКД.

В состав СКМ входят усилитель высокой частоты (УВЧ), гетеродин, смеситель (преобразователь). В состав СКД входят только УВЧ и генерирующим автодинный преобразователь. Совместная работа схем СКД происходит следующим образом. При приеме в диапазоне метровых волн работает только СКМ. При приеме в диапазоне дециметровых волн включены СКД и преобразователь СКМ, т.к. генерирующий преобразователь СКД не обеспечивает амплитуду сигналов нужного уровня.

Преобразователь СКМ работает в этом случае как усилитель, доводя уровень сигналов ПЧ до необходимой амплитуды.

Коммутацию этих режимов работы осуществляет блок настройки оба УВЧ охвачены напряжением АРУ.

Канал изображения

Канал изображения обеспечивает основное усиление сигналов промежуточных частот (ПЧ) изображения и звука, детектирование сигналов ПЧ изображения, в результате чего выделяется ПТС, усиление ПТС до уровня, обеспечивающего управление электронным лучом кинескопа. В состав канала изображения входит также схема АРУ, управляющая усилением каскадов УПЧ, УВЧ СКМ и УВЧ СКД.

Канал изображения состоит из режектирующих и фильтрующих цепей трехкаскадного УПЧИ, видеодетектора (ВД), видеоусилителя (ВУ), кинескопа и схемы АРУ (рис.14).

Усилитель промежуточной частоты изображения (УПЧИ) принимает от ВЧ блока сигналы ПЧ изображения и звука и направляет их по общему широкополосному каналу усиления. Первый каскад УПЧИ осуществляет согласование ВЧ блока с фильтром сосредоточенной селекцией (ФСС), в котором формируется амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) канала, определяющая в основном его избирательность. УПЧИ собран по одноканальной схеме, в которой сигналы ПЧ изображения и звука усиливаются одновременно. Такая возможность обеспечена различием способов модуляции (амплитудная и частотная).

В целях исключения взаимного влияния сигналов друг на друга ПЧ звука проходит через УПЧИ с режекцией (ослаблением) до уровня 0,1 от максимального значения АЧХ. В настоящее время все телевизоры отечественного производства выпускаются по одноканальной схеме УПЧИ. Напряжением АРУ охвачен первый каска УПЧИ.

Видеодетектор (ВД) принимает от УПЧИ усиленные сигналы ПЧ изображения и выделяет из них ПТС, который затем передается к видеоусилителю. ВД выполнен по схеме диодного амплитудного детектора с ВЧ коррекцией, необходимой для прохождения ВЧ составляющих видеосигнала.

Видеоусилитель (ВУ) усиливает ПТС по напряжению и мощности в полосе частот от 50 Гц до 5 МГц и регулирует контрастность изображения. ВУ выполнен по двухкаскадной схеме. Первый каскад - предварительный парафазный усилитель - обеспечивает разнополярными сигналами схему АРУ и канал синхронизации.

Схема автоматической регулировки усиления АРУ обеспечивает первый каскад УПЧИ и УВЧ автоматически меняющимся напряжением, величина которого зависит от уровня сигнала на антенном входе телевизора. Это напряжение, в свою очередь. Изменяет коэффициенты усиления каскадов так, что при уменьшении уровня входного сигнала они возрастают, а при увеличении - уменьшаются. В результате усиления канала (контрастность) остается неизменным при значительных колебаниях уровня входного сигнала.

Кинескоп является замыкающим звеном канала изображения. В нем ПТС осуществляет яркостную модуляцию луча, которая совместно с развертками по горизонтали и вертикали создает впечатление изображения.

Канал звука

Канал звука (рис.15) выделяет сигналы второй ПЧ звука (6,5 МГц) из основных ПЧ изображения и звука. Схема имеет самостоятельный детектор разностной частоты (ДРЧ), подключенный к УПЧИ. Канал звука состоит из ДРЧ, усилителя сигналов второй ПЧ звука промежуточной частоты звука (УПЧЗ), частотного детектора (ЧД), усилителя низкой частоты (УНЧ) и громкоговорителя (Гр).

Рис.15Рис.16

Схема УПЧЗ помимо усиления должна ограничивать по амплитуде сигналы второй ПЧ звука, так как в ее составе имеются кадровые синхроимпульсы, создающие в громкоговорителе низкочастотный фон. ЧД выделяет сигналы звуковых частот, которые после усиления в УНЧ воздействуют на громкоговоритель, осуществляя звуковое сопровождение изображения.

Канал синхронизации

Канал синхронизации (рис.16) принимает ПТС от предварительного каскада ВУ, выделяет из него синхросмесь, состоящую из совокупности импульсов строчной и кадровой синхронизации, усиливает ее и разделяет на строчные и кадровые синхроимпульсы, которые затем поступают к соответствующим генераторам разверток.

Канал синхронизации состоит из амплитудного селектора (АС), парафазного усилителя (ПФУ), интегрирующего фильтра (ИФ) и схемы автоматической подстройки частоты и фазы (АПЧ и Ф). АС выделяет из ПТС методом амплитудной селекции синхросмесь, которая усиливается в ПФУ. К ПФУ подключены два устройства: ИФ и АПЧ и Ф. С помощью ИФ из синхросмеси методом интегрирования выделяются кадровые синхроимпульсы, которые затем поступают к генератору кадров, синхронизируя его работу. Схема АПЧ и Ф автоматически подстраивает частоту и фазу генератора строк в соответствии с частотой и фазой синхроимпульсов. Эта схема имеет два входа и один выход. На один вход поступают синхроимпульсы, на другой - импульсы генератора строк. Здесь импульсы сравниваются по частоте и фазе, и в зависимости от их совпадения на выходе появляется напряжение, подстраивающее генератор строк.

Канал строчной развертки

Канал строчной развертки (рис.17) обеспечивает с помощью строчных отклоняющих катушек развертку луча кинескопа по горизонтали. Он состоит из задающего генератора строк (ЗГС), двухкаскадного усилителя мощности (УМ), демпфера (Д), трансформатора выходного строчного (ТВС), высоковольтного выпрямителя (ВВ) и строчных отклоняющих катушек (СОК), входящих в состав отклоняющей системы (ОС).

Рис.17Рис.18

С помощью ТВС импульсы обратного хода увеличиваются по амплитуде, выпрямляются, удваиваются схемой умножения напряжения и подаются на второй анод кинескопа в виде высокого выпрямленного напряжения.

Канал кадровой развертки

Канал кадровой развертки (рис.18) с помощью кадровых отклоняющих катушек развертывает луч кинескопа по вертикали.

Канал состоит из задающего генератора кадров (ЗКГ), эмиттерного повторителя (ЭП), двухкаскадного усилителя мощности (УМ) и кадровых отклоняющих катушек (КОК). ЗКГ вырабатывает пилообразное напряжение для управления каскадами усилителя мощности. ЭП обеспечивает необходимое согласование между ЗКГ выходными каскадами кадров. Усилитель мощности формирует в кадровых отклоняющих катушках пилообразные токи необходимой формы и мощности.

Блок питания

Блок питания (БП) обеспечивает телевизор (включая накал кинескопа) стабилизированным постоянным напряжением. Он состоит из силового трансформатора, диодного выпрямителя и электронного стабилизатора напряжения. С помощью силового трансформатора осуществляется понижение напряжения сети переменного тока 220-127 В до значений, необходимых для нормальной работы телевизора. Диодный выпрямитель преобразует переменное напряжение в пульсирующее с последующим сглаживанием его с помощью фильтров. Электронный стабилизатор обеспечивает постоянство значений выходного постоянного напряжения в заданных пределах при колебаниях потребляемого тока и переменного напряжения питающей сети.

Функциональные взаимодействия каналов и блоков транзисторного телевизора следующие.

Высокочастотные сигналы несущих частот изображения и звука принимаются приемной антенной и по фидерной линии направляются в антенный вход телевизора. С помощью селектора каналов избирается нужная программа ВЧ блок преобразует эти сигналы в более низкие промежуточные частоты изображения и звука. Их значения остаются неизменными независимо от выбранного канала.

В УПЧИ происходит основное усиление сигналов ПЧ и режекция помех соседних каналов. Далее, в видеодетекторе, выделяется ПТС со всеми его компонентами и приняты меры ВЧ коррекции, обеспечивающие прохождение ВЧ составляющих видеосигнала.

С предварительного видеоусилителя сигналы разветвляются в трех направлениях: на оконечный каскад видеоусилителя в канал синхронизации и на схему АРУ.

С оконечного каскада видеоусилителя ПТС поступает на кинескоп, где с помощью ПТС и ОС происходит преобразование электрических сигналов в изображение. Схема АРУ автоматически регулирует коэффициенты усиления первого каскада УПЧИ и каскадов УВЧ селекторов каналов метрового и дециметрового диапазона волн в соответствии с изменением уровня входного сигнала телевизора.

Канал звука подключен к последнему каскаду УПЧИ. С помощью ДРЧ выделяется вторая ПЧ звука с частотой 6,5 МГц. Резонансный УПЧЗ усиливает и ограничивает эти сигналы по амплитуде. Далее с помощью ЧД частотно-модулированные колебания преобразуются в сигналы низкой частоты звукового сопровождения, которые после усиления в УНЧ воздействуют на громкоговоритель. В громкоговорителе сигналы НЧ преобразуются в звук.

Канал синхронизации подключен к предварительному каскаду ВУ и осуществляет необходимые преобразования сигналов строчной и кадровой синхронизации, обеспечивающие синхронную работу генераторов строчной и кадровой разверток.

Задающие генераторы работают в автоколебательных режимах, обеспечивая непрерывный растр на экране кинескопа. При подаче сигналов на антенный вход телевизора генераторы оказываются засинронизированными с аналогичными генераторами на передающей стороне. Далее каналы строчной и кадровой разверток формируют пилообразные токи, необходимые для правильной работы отклоняющей системы.

Стабилизированный блок питания обеспечивает постоянным напряжением все каскады схемы. В некоторых телевизорах блок питания может использоваться также для заряда аккумуляторной батареи.

1.2 Структурная схема унифицированного телевизора

Структурная схема рис.19 унифицированных телевизоров II - III поколений в основе своей мало отличаются друг от друга. Имеющиеся отличия в основном связаны с цепями питания. Условно схема разделена на семь названных выше каналов и блоков.

ВЧ блок содержит традиционные устройства транзисторного телевизора. Аналогична и комбинация совместной работы ПТК-СКД.

Канал изображения содержит дополнительные схемы автоматической подстройки частоты гетеродина (АПЧГ), преобразователя напряжения (ПАРУ) и каскад защиты от перегрузок (КЗ). Схема АПЧГ получает сигналы ПЧ изображения с третьего каскада УПЧИ. В случае отклонения частоты гетеродина от нормы ПЧ изображения также будет иметь расстройку частоты относительно значения 38,0 МГц, на которую отреагирует дискриминатор АПЧГ.

КЗ предохраняет от перегрузок каскады, охваченные напряжением АРУ. Канал звука по своим функциональным задачам и структурной схеме аналогичен транзисторному варианту. Преобразование и выделение второй ПЧ звука производит амплитудный ВД. В котором одновременно приняты меры, исключающие прохождение этой частоты с ВУ.

Канал синхронизации содержит традиционные каскады. Канал строчной развертки может отличаться наличием высоких напряжений во всех каскадах. Выходной каскад строк (ВКС) и высоковольтный выпрямитель (ВВ) выполняют соответственно функции усилителя мощности и выпрямителя тока высокого напряжения.

Канал кадровой развертки также аналогичен транзисторному каналу. Функции усилителя мощности выполняет выходной каскад кадров (ВКК).

Блок питания состоит из силового трансформатора, двух диодных выпрямителей, сглаживающих фильтров и обеспечивает постоянным напряжением все каскады схемы, переменным напряжением накалы ламп, за исключением накала высоковольтного кенотрона и переменным напряжением - схему защиты.

Высокочастотный блок

Усилитель высокой частоты

Высокочастотный блок (ВЧ блок) современного телевизора состоит из обоих селекторов (СК-М и СК-Д), с помощью которых можно принимать программы всех диапазонов вещательного телевидения.

СК-М (ПТК) воспринимает от антенны через фидерную линию и входные цепи сигналы двух несущих частот метрового диапазона волн, усиливает их и с помощью процесса гетеродинирования преобразует в сигналы более низких промежуточных частот. Одним из главных преимуществ гетеродинного приема является то, что независимо от выбираемого канала ПЧ остается неизменной при этом упрощается схема усилительного тракта.

СК-М (ПТК) состоит из входных цепей, усилителя высокой частоты, гетеродина и смесителя. В соответствии с задачами, выполняемыми селекторами каналов можно сформулировать два дополнительных требования: возможно меньший уровень собственных шумов и возможно большее ослабление сигналов гетеродина во входных устройствах селектора. Первое требование повышает чувствительность телевизора, второе - уменьшает проникающее действие сигналов гетеродина в антенну.

Входные цепи селектора, обладающие резонансными свойствами, выделяют из множества наведенных в антенны сигналов нужные сигналы в полосе частот 8 МГц, а также обеспечивают согласование фидерной линии с входом УВЧ, при котором происходит передача в этом звене максимального сигнала. Оптимальными входными цепями являются повышающие резонансные трансформаторы с волновым сопротивлением на средних частотах канала, равным 75 Ом.

Кроме того, повышающий трансформатор в значительной степени уменьшает возможность прохождения сигналов гетеродина в антенну, т.к. для этих сигналов он является понижающим.

Транзисторный УВЧ (рис.20) собран по схеме с общей базой, которая обеспечивает достаточное усиление высоких частот. В эмиттерную цепь через резистор R 1 подается положительное напряжение +Е. Во входной цепи катушка L 2 , конденсатор С 3 , С 5 и параллельная ему входная емкость транзистора составляют резонансный контур, обеспечивающий увеличение напряжения в 1,5 раза. Последовательный режекторный контур С 2 , L 1 настроен на частоты, равные промежуточным. Иногда во входной цепи имеется несколько таких контуров, которые уменьшают проникновение из антенны сигналов помех на частоте, равной ПЧ изображения и звука.

Конденсаторы С 3 , С 5 обеспечивают неполное подключение входного контура к эмиттерной цепи транзистора, что дает возможность уменьшить шунтирующее действие этой цепи на контур и сформировать требуемую полосу пропускания входной цепи. Напряжение АРУ подается в цепь базы транзистора через резистор R 4 . При увеличении положительного напряжения на базе этого транзистора он запирается, что уменьшает усиление УВЧ. Иногда используют обратную полярность напряжения АРУ. При увеличении отрицательного напряжения на базе V тр возрастает коллекторный ток и увеличивается падение напряжения на резисторе R 1 . Это приводит к уменьшению постоянного напряжения на промежутке база-эмиттер и к падению усиления. Приведенные способы АРУ получили соответственно названия прямой и обратной АРУ (определяется номиналами резисторов и смещением). Коллекторная нагрузка УВЧ состоит из двухконтурного полосового фильтра L 3 , L 4 , частотная характеристика которого также как и из лампового УВЧ имеет вид двугорбой кривой, настроенной на несущие частоты изображения и звука.

Преобразователь

В смесителе смешиваются колебания частоты гетеродина f г с колебаниями несущих частот сигналов изображения f н.из и звука f н.зв. Среди многих комбинаций частот в нагрузочном резонансном контуре преобразователя образуются разностные частоты:

F пр. из = f г - f н. из = 38,0 и F пр. зв = f г - f н. из = 31,5 МГц.

Транзисторный преобразователь (рис.21,а) выполнен по схеме с общим эмиттером, что снижает шунтирующее действие полосового фильтра УВЧ и позволяет повысить избирательность каскада. На рис.21,в приведена схема автодинного смесителя, используемого в портативных телевизорах, имеющего ЧХ аналогичную рис.21,б.

Здесь в эмиттерную цепь С эб подается сигнал с выхода УВЧ (L 3 C 3), который складывается в диодной части транзистора с сигналом частоты гетеродина. Для ПЧ контур L 1 C 4 C 1 - емкость, которая включена параллельно L 2 . Гетеродин выполнен по схеме емкостной трехточки. Коллектор через С 4 соединен с контуром L 1 C 1 , а обратная связь с коллектора на эмиттер осуществляется через собственную емкость транзистора и добавочный конденсатор С 2 .

Канал изображения

В усилителях сигналов изображения широко применяются резонансные контуры, с помощью которых формируются амплитудно-частотные характеристики, определяющие в конечном итоге избирательность канала. Резонансные контуры используются не только как нагрузки каскадов, но и в целях режекции помех соседних каналов и ослабления собственных сигналов промежуточных частот.

Усилитель промежуточной частоты

Усилитель промежуточной частоты изображения (УПЧИ) решающим образом влияет на основные показатели телевизора: чувствительность, четкость, избирательность, качество звука и синхронизации. Как уже отмечалось, в современных одноканальных телевизорах через УПЧИ проходят и усиливаются сигналы промежуточных частот как изображения, так и звука. В связи с этим УПЧИ должен иметь достаточно широкую полосу усиливаемых частот и вместе с тем исключать возможность взаимного влияния этих сигналов друг на друга. Исходя из назначения, можно сформулировать требования, предъявляемые к УПЧИ:

обеспечение коэффициента усиления, достаточного для выделения в нагрузке детектора сигнала с амплитудой 2 В при полосе усиливаемых частот до 5 МГц;

режекцию сигналов промежуточных частот изображения и звука до уровней 0,5 и 0,1 соответственно;

режекцию помех соседних сигналов на частотах 30,0; 39,5; 41,0 МГц.

На основании изложенных требований можно построить АЧХ УПЧИ, удовлетворяющую этим требованиям. (см.рис.22)

Для лучшего понимания уточним понятия чувствительности, четкости и избирательности, которые в основном определяют качество работы телевизора.

Чувствительность связана с общим коэффициентом усиления каскадов от антенного входа до детектора, от которого, в частности, зависит контрастность изображения и качество синхронизации.

Четкость изображения, как известно, определяется шириной полосы частот усиливаемых сигналов всего видеоканала и, в частности, УПЧИ, с которой связано также качество звука.

Избирательность влияет на все перечисленные качества работы телевизора, т.к. ею определяется выбор полезных сигналов для данного канала. Для правильной работы видеодетектора, видеоусилителя и кинескопа амплитуда сигнала на выходе УПЧИ должна составлять 4 В.

Воспользуемся рис.23 и подсчитаем, каким должен быть коэффициент усиления УПЧИ, учитывая, что чувствительность телевизоров колеблется в пределах от (50 до 200 мкВ).

По известной формуле общий коэффициент усиления совокупности устройств или каскадов равен произведению коэффициентов усиления этих устройств или каскадовK общ = K 1 K 2 …K n .

Общий коэффициент усиления входных цепей, УВЧ и УПЧИ с учетом необходимой амплитуды выходного сигнала УПЧИ и чувствительности телевизора составит:

K общ = 4/(5010 6) = 80000,

отсюда на УПЧИ приходится

K упчи = K общ /K вх.из K увч = 80000/ = 2000.

УПЧИ обычно состоит из трех каскадов резонансных усилителей, в которых комбинацией режекторных контуров обеспечиваются необходимые избирательность и усиление.

Как уже отмечалось, АЧХ предусматривает подавление помех соседних каналов в УПЧИ. Рассмотрим на примере рис.22 причины появления этих помех. Несущие частоты телевизионных передатчиков, образующих телевизионную сеть страны, выбираются с учетом требования минимальных взаимных помех. Однако частоты соседних каналов расположены настолько близко друг от друга, что их края попадают в раствор частотной характеристики УВЧ. Поскольку несущие частоты соседних каналов отстоят друг от друга на 1,5 МГц, то и помехи, образованные после взаимодействия несущих с гетеродином, тоже будут отстоять от промежуточных частот на 1,5 МГц в ту и в другую стороны:

f п1 = 31,5 - 1,5 = 30,0 МГц; f п2 = 38,0 + 1,5 = 39,5 МГц.

Так как каналы метрового диапазона волн распределены неравномерно (1-й канал отстоит от 2-го на 1,5 МГц), то появляется возможность еще одной помехи:

f п3 = f п4 + 1,5 = 41,0 МГц.

Практика показывает, что сигналы помех должны быть ослаблены в 100 200 раз относительно максимальных значений АЧХ.

Рассмотрим более подробно формирование левого и правого склонов АЧХ. Полоса частот видеосигнала располагается между несущими изображения и звука. Область ВЧ составляющих, определяющая максимальную четкость изображения, находится вблизи несущей звука. В результате взаимодействия несущих с гетеродином ВЧ блока АЧХ УПЧИ представляет собой зеркальное отражение АЧХ, показанной на рис.10. Вследствие этого ВЧ составляющие видеосигнала на частотной характеристике УПЧИ теперь расположились слева и их количество определяется крутизной левого склона АЧХ.

Для максимального захвате ВЧ составляющих видеосигнала склон должен быть по возможности крутым (см.рис.22). Вместе с тем на этом же склон располагается промежуточная частота звука, которая режектируется до уровня 0,1 от максимального значения АЧХ. Отрезок кривой в области ПЧ звука 31,5 МГц должен быть плоским и параллельным оси частот с шириной, равной полосе звука П зв. В противном случае появляется так называемый дискриминаторный эффект (черные полосы на экране в такт со звуком). На рис.25 показаны причины появления дискриминаторного эффекта.

На правом склоне АЧХ располагается промежуточная частота изображения f пр.из, в области которой концентрируются НЧ составляющие видеосигнала. В связи с частичным подавлением нижней боковой полосы видеосигнала возникают неизбежные искажения, вызванные избытком НЧ составляющих в области f нес.из. Энергия НЧ вдвое больше, чем остальных составляющих видеосигнала. Для устранения этих искажений АЧХ ПЧ изображения режектируется до уровня 0,5 от максимального значения АЧХ и правый склон АЧХ должен быть по возможности пологим.

Пример трехкаскадного УПЧИ приведен на рис.26. Усилитель имеет четыре двухконтурных полосовых фильтра, из которых три соединены через емкость, а один в последующем каскаде через индуктивность. Благодаря применению кремниевых транзисторов с малой обратной емкостью нет необходимости в нейтрализации ОС.

Для уменьшения перекрестных помех все фильтры мешающих частот помещены на входе усилителя (в ФСС). Один из них компенсирующий фильтр. Вторые контуры полосовых фильтров на входе и выходе среднего каскада имеют емкостной делитель. В последнем каскаде усилителя индуктивная связь между контурами фильтра противодействует попаданию гармоник ПЧ на выход усилителя.

В каскадах УПЧИ телевизоров II и III поколений склоны АЧХ формируются Т-, М-образными и дифференциально-мостовыми фильтрами рис.27. В транзисторных УПЧИ формирование АЧХ осуществляется с помощью фильтра сосредоточенной селекции (ФСС), показанного на рис.28

Видеодетектор

Выходной сигнал УПЧИ поступает на вход видеодетектора. В большинстве схем телевизоров видеодетектор выполняет 2 задачи: выделяет огибающую сигнала изображения и выделяет разностную частоту для канала звука. В качестве видеодетектора обычно применяют однополупериодные выпрямители на точечных германиевых диодах (рис.29). Сущность работы диодного детектора заключается в том, что диод преобразует амплитудные колебания входного ВЧ сигнала в одностороннее пульсирующее напряжение, которое затем сглаживается благодаря наличию конденсатора. В нагрузочном резисторе выделяется огибающая этого напряжения - полный телевизионный сигнал. Процесс выделения ПТС показан на рис.29,б.

Видеоусилитель (ВУ)

ВУ (рис.30) служит для усиления продетектированного ПТС до уровня, необходимого для управления электронным лучом кинескопа. Кроме того ВУ выполняет ряд других функций: вырабатывает управляющее напряжение для схем АРУ, регулирует контрастность изображения и служит источником импульсного напряжения для управления каналом синхронизации. Для нормальной модуляции луча кинескопа необходимо иметь видеосигнал с размахом около 40 В. При линейном детектировании амплитуда сигнала изображения, подаваемого с нагрузки детектора на вход ВЧ, должна составлять » 2 В. Отсюда следует, что К У ВУ должен быть равен 20. Полоса частот, занимаемая видеоусилителем, составляет от 0 до 5,5 МГц. Частотная характеристика ВУ должна иметь вид, показанный на рис.30,б. Некоторый подъем усиления в области 5МГц (на 20 - 30%) полезен, т.к. при этом повышается четкость изображения.

Автоматическая регулировка усиления (АРУ)

Величина сигнала на входе телевизора меняется в зависимости от рабочего канала и условий распространения радиоволн. С помощью АРУ поддерживается постоянной амплитуда сигнала в канале изображения при колебаниях его уровня на входе телевизора. Напряжение АРУ, величина которого пропорциональна уровню входного сигнала, подается на каскады УВЧ и УПЧИ. С увеличением уровня входного сигнала коэффициент усиления этих каскадов под действием напряжения АРУ уменьшается, а с уменьшением - возрастает. Это обеспечивает постоянство амплитуды сигналов, подаваемых на детектор. Нормальная работа АРУ поддерживает постоянной контрастность изображения и устойчивость синхронизации.

В современных телевизорах применяется схема ключевой АРУ, использующая в качестве управляющего сигнала синхроимпульсы.

Транзисторная схема АРУ (рис.31) состоит из 2 транзисторов V 1 , V 2 , выполняющих функции усилителей постоянного тока (УПТ) и ключевого каскада (КК) соответственно. В промежутке между синхроимпульсом коллекторная цепь V 2 закорочена на землю через открытый V Д2 и обмотки ТВС. При совпадении по времени строчных синхроимпульса и импульса обратного хода развертки V Д2 запирается положительным импульсом обратного хода и синхроимпульс, выпрямленный V Д1 , заряжает С 1 . Величина заряда С 1 прямопропорциональна амплитуде синхроимпульса, а следовательно, и уровню сигнала на входе телевизора. Величина напряжения заряда С 1 определяет величину коллекторного тока VТ1 и напряжение АРУ. Чем больше заряд С 1 , тем больше коллекторный ток V 1 , тем меньше положительное напряжение АРУ. Положительное напряжение формируется на зарядном конденсаторе С 1 строчными синхроимпульсами ПТС.

Автоматическая подстройка частоты гетеродина (АПЧГ)

Высокое качество изображения и звука во многом зависит от точной и стабильной работы гетеродина. Такую работу обеспечивает система АПЧГ. Реагирующая на отклонения частоты гетеродина от нормы. Рассмотрим структурную схему АПЧГ (рис.32)

Причинами нестабильной работы гетеродина может быть изменение сетевого напряжения, нагрев деталей в процессе работы и другие. Действие системы АПЧГ основано на преобразовании фазовых сдвигов, возникающих при отклонении частоты гетеродина, в напряжение, управляющее с помощью варикапа восстановлением этой частоты.

Схема АПЧГ состоит из фазового дискриминатора и УПТ. Управляющий элемент - варикап - включен параллельно в цепь контура гетеродина. При изменении величины управляющего напряжения, приложенного к варикапу, изменяется его емкость и частота гетеродина.

Канал звука

Усилитель промежуточной частоты звук (УПЧЗ)

Как отмечалось, передача звука в телевизионном вещании осуществляется методом частотной модуляции колебаний несущей частоты. В канале звука используются унифицированные структурные схемы преобразования и выделения сигналов звукового сопровождения. Некоторые ее непринципиальные отличия определяются классом и моделью телевизора.

Сигналы разностной (2-й ПЧ) частоты звука образуются в ВД как результат взаимодействия промежуточных частот изображения и звука

f пр. из. зв = f пр. из f пр. зв = 38,0 31,5 = 6,5 МГц.

Усилитель промежуточной частоты звука (УПЧЗ) выделяет сигналы разностной частоты звука f рч.зв = 6,5 МГц усиливает и ограничивает их и передает на частотный детектор. УПЧЗ выполнен по схеме двух-трех каскадного резонансного усилителя с включением на входе контура селективного отбора, настроенного на f = 6,5 МГц. Частотная модуляция заключается в том, что под действием сигнала звука (или любого другого сигнала) изменяется частота несущего колебания. При изменении частоты модуляции (тона звучания) соответственно меняется скорость изменения частоты несущей.

Изменение громкости звучания увеличивает диапазон изменения частоты несущей (максимальное отклонение частоты несущей от среднего значения). Диапазон частоты несущего колебание, соответствующий самому сильному звучанию, обычно составляет 75кГц (150 КГц). Однако полоса УПЧЗ выбирается равной 300 КГц. Сужение полосы приводит к появлению дополнительной амплитудной модуляции несущей звука.

В качестве УПЧЗ применяется интегральная схема, обеспечивающая эффективную работу частотного детектора.

Частотный детектор

Рис.33Рис.34

В детекторе на рис.34 нагрузка объединена в одном R 3 . Такая схема является несимметричной, а принцип ее работы аналогичен.

Усилитель сигналов звуковых частот

Усилитель низкой частоты (УНЧ) предназначен для усиления сигналов звуковых частот до уровня, обеспечивающего нормальное звучание громкоговорителя. УНЧ и состоит из двух-трех каскадов, собранных на транзисторах либо микросхемах. Выходной каскад выполняет функции усилителя мощности. Схемы УНЧ отличаются большим разнообразием, но всех их объединяют общие качественные требования.

Коэффициент усиления К показывает отношением выходного напряжения к входному K = U вых /U вх и в многоступенчатом усилителеK общ = K 1 K 2 K 3 .....K n .

Выходная мощность характеризует мощность тока НЧ в выходном нагрузочном сопротивлении усилителя - громкоговорителе.

Входное и выходное сопротивления являются важными параметрами усилителя. Особенно на транзисторах, где вопросы согласования этих сопротивлений имеют первостепенное значение для передачи необходимой мощности сигналов.

Диапазон частот показывает возможности усилителя передавать в неискаженном виде набор необходимых частот.

Частотные искажения. Чем шире диапазон частот колебаний, которые нормально усиливаются усилителем, тем меньше искажения. Идеальный усилитель должен в пределах того диапазона частот, на который он рассчитан, усиливать их одинаково. Практически же каждый усилитель усиливает различные по частоте колебания неодинаково, вследствие чего нарушается соотношение между звуками различных частот. Показателем частотных искажений служит АЧХ усилителя. Причиной частотных искажений является наличие в усилителе емкостей и индуктивностей, сопротивление которых зависит от частоты. Частотные искажения возникают также и в громкоговорителе, причем в нем они проявляются значительно сильней. Поэтому иногда полезно в усилитель вводить сознательно определенные частотные искажения, корректирующие искажения в громкоговорителе.

Как правило, схемы телевизионных усилителей звуковых частот снабжены тонкорректорами (регуляторами тембра), позволяющими устранять эти дефекты громкоговорителя.

Нелинейные искажения, искривляют форму сигналов, порождая тем самым гармоники колебаний. На выходе такого усилителя колебания становятся более сложными, т.к. к ним добавляется ряд простых синусоидальных колебаний, которых не было на входе усилителя. Они проявляются в том, что звук становится хриплым, дребезжащим. Причинами нелинейных искажений в усилителе являются: непрямолинейность характеристик электронных приборов. Значительные нелинейные искажения создаются также в громкоговорителях. Для оценки нелинейных искажений служит коэффициент нелинейный искажений, показывающий какой % составляют все лишние гармоники, созданные самим усилителем, по отношению к основному колебанию. При коэффициенте нелинейного искажения >10% хриплость звука и дребезжание портят впечатление от художественных передач, а при превышении им 20% искажений, становятся недопустимыми.

Наличие в усилительном устройстве реактивных сопротивлений приводит к появлению фазовых искажений но орган слуха человека их не ощущает.

Канал синхронизации

Амплитудный селектор (АС)

Для правильной работы генераторов разверток передатчик посылает в пространство в составе полного телевизионного сигнала импульсы строчной и кадровой синхронизации. Вначале эти импульсы синхронизации отделяются от остальных составляющих ПТС, разделяются на строчные и кадровые импульсы и направляются к генераторам разверток. Перечисленными операциями определяется и структура канала синхронизации. В целях повышения помехоустойчивости в цепях строчной синхронизации в настоящее время повсеместно применяется схема автоматической подстройки частоты и фазы генератора строк (АПЧ и Ф), включенная непосредственно перед генератором.

АС выделяет из ПТС синхросмесь, состоящую из совокупности строчных и кадровых синхроимпульсов. Импульсы синхронизации занимают уровень над гасящими импульсами (см.рис.10), что существенно упрощает технику выделения.

На рис.35 приведена принципиальная схема АС и графики, поясняющие его работу. По принципу действия АС представляет собой резистивный усилитель, работающий в режиме ограничения. В цепь, соединяющую АС с видеоусилителем, включены переходный конденсатор С п и помехоподавляющая цепочка R пп С пп., которая ослабляет действие коротких импульсных помех на АС. К числу основных недостатков Ас относится его подверженность действию импульсных помех. Если помеха появляется в паузе между синхроимпульсами и ее амплитуда достаточно велика, то она выделится на выходе АС и может быть воспринята генератором как синхроимпульс.

Подобные документы

Основы построения телевизора цветного изображения. Совместимые системы цветного и черно-белого телевидения. Система PAL и ее характеристика. Особенности системы SEKAM (Франция, СССР). АЧХ усилительного тракта ЦТ. Сигналы цветной синхронизации.

реферат , добавлен 13.01.2009


Основные элементы СКТВ: приемные телевизионные антенны и усилители, головные станции, конверторы. Структура системы кабельного телевидения, требования, предъявляемые к схемам. Основные методы информационной обратной связи. Распределение частот сигналов.

реферат , добавлен 18.03.2011


Принцип действия блока развертки телевизора. Принципиальная схема модуля кадровой и строчной разверток. Описание конструкции устройства, поиск неисправностей и ремонт. Послеремонтная регулировка и контроль. Техника безопасности и производственная гигиена.

курсовая работа , добавлен 10.01.2013


Рассмотрение структурной схемы бытового телевизора: характеристика блоков радиоканала и разверток. Проектирование генератора срочной развертки с заданными узлами. Расчет выходного каскада, высоковольтного блока, накальной обмотки ТВС и фокусирующей цепи.

курсовая работа , добавлен 30.08.2011


Назначение и устройство телевизионного приемника цветного изображения LG. Узлы коммутации сигналов, управления режимами работы телевизора, обработки сигналов. Настройка и регулировка телевизора LG, основные неисправности и методы их устранения.

курсовая работа , добавлен 18.05.2013


Триггерные устройства как функциональные элементы цифровых систем: устойчивые состояния электрического равновесия бистабильных и многостабильных триггеров. Структурные схемы и классификация устройств, нагрузки и быстродействие логических элементов.

реферат , добавлен 12.06.2009


История изобретения телевидения - одного из величайших технических изобретений XX века. Принципы передачи изображения на расстояние радиоэлектронными средствами. Музейные экземпляры телевизоров. Обобщённая структурная схема телевизионной системы.

презентация , добавлен 11.12.2014


Построение выходного и предвыходного каскадов генератора развертки. Выбор элементной базы разрабатываемых узлов. Схема блока развертки. Синхронизация генератора кадров. Напряжения требуемой формы для работы устройства динамического сведения лучей.

курсовая работа , добавлен 30.08.2011


Основные понятия и принципы использования карточек. Способы идентификации пластиковых карт. Особенности устройства смарт-карты. Применение криптографии для карт с магнитной полосой. Устройства обслуживания электронных платежей. Стандарты расчетов.

реферат , добавлен 12.05.2004


История развития телевидения. Классификация телевизоров. Потребительские и функциональные свойства. Количество программ. Оптические и растровые характеристики, телетекст. Оценка товара по параметрам. Характеристика результатов потребления.