У П Р А Ж Н Е Н И Е № 3

Тема: Генератор за хоризонтално отклонение на електронния лъч

1. Общи сведения

Генераторът за хоризонтално отклонение създава в отклоняващите бобини линейно-изменящ се ток с честота на редовете f_z = 15625Hz, необходим за отклонение на електронния лъч в хоризонтална посока. Освен тази основна задача, ГХО в телевизионния приемник служи за получаване на постоянни и импулсни напрежения, необходими за захранване на кинескопа и редица стъпала в схемата на приемника.

         Съвременните генератори за хоризонтално отклонение се построяват на базата на идеализираната схема с двустранен ключ, представена на фиг. 3.1, а.

фиг. 3.1 а)

фиг. 3.1 б)

Където L   е индуктивността на отклоняващите бобини;

C_n – капацитет, определящ продължителността на обратния ход на лъча Т_обр;

         К – ключ;

R – еквивалентно съпротивление на загубите в бобините, трансформатора, транзистора, изолацията;

E_k – захранващо напрежение;

         Ако за улеснение се приеме R = 0, то при затваряне на ключа К в момента t₀, фиг. 3.1, б, постоянното напрежение Е_к ще бъде приложено към индуктивността L, тъй като капацитетът С_n моментално се зарежда до напрежение Е_к. В този случай токът през индуктивността нараства линейно в участъка от t₀ до t₁.

                                                (3.1)

         По време на правия ход на лъча върху индуктивността е приложено напрежение

                                                               (3.2)

         След диференциране на (3.1) се получава

                                                             (3.3)

         В момента t₁ ключът К се отваря. Образува се трептящ кръг LC_n като токът по време на обратния ход Т_обр (от t₁ до t₃) се изменя по косинусоидален закон. Намалявайки той достига нулева стойност в момента t₂ , променя посоката си и отново започва да се увеличава по абсолютна стойност. Ако ключът К остане отворен, токът в кръга ще има формата, показана с пунктир:

                                                                 (3.4)

         Напрежението върху индуктивността L за времето на обратния ход Т_обр ще се променя по синусоидален закон, фиг. 3.1,в.

                                          (3.5)

         Важен параметър, определящ пригодността на даден транзистор за работа в крайно стъпало за хоризонтално отклонение, е стойността на импулса на напрежението върху индуктивността по време на обратния ход на лъча

U_{L обр max} = ωLI_m

Но от (3.3) следва, че

Следователно

                                                                  (3.6)

         Тъй като Т_пр>>Т_обр U_{L обр max}>>U_L=E_K

         В края на обратния ход, в момента t₃ ключът К отново се затваря. Захранващия източник шунтира кръга LCn като прекратява колебателния процес и токът през бобината L отново ще се изменя линейно в участъка от t₃ до t₄. В началото до момента t₄ токът намалява по абсолютна стойност като протича така, че не се консумира енергия от източника (обезпечено с пунктир на фиг. 3.1,а) – източникът се дозарежда до енергията, запасена в бобината. Във втората част на правия ход от t₄ до t₅ посоката на тока се променя като бобината L консумира енергия от източника Е_К и я запасява.

         По този начин ключът К трябва да пропуска ток в две посоки. Разгледаните процеси показват, че в идеализираната схема за отклонение на лъча не се изразходва активна мощност от източника – извършват се електрически процеси между чисто реактивни елементи. В реалните схеми поради наличието на редица активни съпротивления на загубите – в двустранния ключ, отклоняващите бобини и изходния трансформатор, захранващия източник, се изразходва значителна мощност. Освен това наличието на активни загуби води до възникване на нелинейност на отклоняващия ток. Тази нелинейност обикновено се компенсира от обратната нелинейност на електронните прибори, работещи като двустранен ключ.

         Най-общата блокова схема на ГХО е показана на фиг. 3.2.

фиг. 3.2

         Тя включва генератор 2, изработващ импулс с редова честота за управление на изходното стъпало 4. Транзисторът на изходното стъпало изисква значителна мощност за възбуждане, което налага между генератора и изходното стъпало да се включи едно стъпало за предварително усилване (буферно стъпало) – 3. Към изходното стъпало 4 се включват отклоняващите бобини ОБ. През тях протича отклоняващ ток. Отклоняващите бобини се включват към стъпалото 4 чрез изходен трансформатор. Възникващите в него импулси на напрежението по време на обратния ход на лъча захранват високоволтовия изправител 5. В него се изработва високо постоянно напрежение за захранване на втория анод на кинескопа.

         За синхронизация на генератора се използува инерционна схема за автоматична донастройка на честотата и фазата на редовата честота-1.

Генератор

В тразисторните ГХО като генератор на правоъгълни импулси с редова честота най-често се използува блокинг-генератор. Това се основава на сравнително стабилната му собствена честота, като схемата разрешава значително отклонение на параметрите на използуваните транзистори. Блокинг-генераторът позволява да се получи по-голяма мощност  в импулса в сравнение с други схеми на генератори. При това товарът оказва минимално влияние върху формата на генерираните импулси и на големината на фронтовете им.

Буферно стъпало

Стъпалото за предварително усилване подобрява показателите на схемата като осигурява връзка между изходното стъпало и генератора. Към предваретелното стъпало се поставят следните изисквания:

- Осигуряване на необходимата мощност за възбуждане на изходното
стъпало;

- Осигуряване защитата на крайния транзистор от топлинен пробив,
в случай на прекъсване работата на генератора;

- Схемата да е икономична по отношение на захранването.

Нa тези изисквания отговаря схема с трансформаторно свързване на колектора на транзистора в предварителното стъпало с входа на изходното стъпало, фиг. 3.3.

Независимо, от това, че изчислението на трансформатора не е критично, индуктивността на първичната намотка и коефициентът на трансформация зависят от захранващото напрежение, от типа на използуваните транзистори и от необходимото съгласуване на импедансите за възбуждане на изходното стъпало. Първичната и вторичната намотки на трансформатора се свързват във фаза или в противофаза в зависимост от изискванията.

Принципът на работа на схемата и изчислението   и   се поясняват от еквивалентната схема и времедиаграмите на токовете и напреженията, представени на фиг. 3.4.

            а)                                                                                б)

фиг. 3.4

На еквивалентната схема с ключове К₁ и К₂ са представени транзисторите на предварителното (буферното) и изходното стъпало, работещи е ключов режим; L₁  е индуктивността на първичната намотка на съгласуващия трансформатор; R₁ е пълното съпротивление в    колекторната верига на транзистора в предварителното стъпало, включващо съпротивлението на транзистора в ракии на насищане, съпротивлението на първичната намотка на трансформатора и ограничителното съпротивление R; R₂ е съпротивление на базовата верига на изходния транзистор, приведено към колекторната верига на буферното стъпало.

По време на обратния ход на развивката буферният транзистор е отпушен и в установен режим през първичната намотка на трансформатора Тр₁  протича почти линейно-нарастващ ток. Индуктираната във вторичната намотка е.д.с. поддържа мощния изходен транзистор в запушено състояние.След завършване на обратния ход на лъча буферният транзистор се запушва,токът в първичната намотка започва да спада и индуктираната е.д.с. във вторичната намотка променя знака си. При това мощният изходен транзистор се отпушва за време Т-t₀.

Недостатък на схемата е изменението на базовия ток на изходния транзистор от една максимална стойност I_Бmax до минимална стойност I_Бmin, фиг. 3.4, б.

Предимство на схемата е относително малката продължителност на запушващия импулс за базата на изходния транзистор (t₀=14÷18µS). Това позволява като генератор на управляващи импулси да се използува блокинг-генератор.

Изходно стъпало

Изходното стъпало за хоризонтално отклонение работи в ключов режим. При разглеждане на работата му е необходимо отчитане влиянието на всички паразитни капацитети, тъй като за редовата честота те оказват съществено влияние върху работата на стъпалото.

За подобряване на симетрията на двустранния ключ, паралелно на изходния транзистор Т се включва достатъчно мощен полупроводников демпферен диод Д, фиг. 3.6, а. При формиране на тока през отклоняващите бобини по време на първата половина на правия ход на лъча, обратният ток на транзистора i_КБ се сумира с тока на диода i_Д, фиг. 3.5.

Еквивалентната схема на изходното стъпало е показана на фиг. З.6, б, а временните диаграми на токовете и напреженията - на фиг.3.6, в.

Изходният транзистор Т и демпферният диод Д са представени на еквивалентната cxeмa съответно чрез ключовете К₁ и К₂. Чрез индуктивността L в еквивалентната схема са представени индуктивността на отклоняващите бобини и паралелно свързаната индуктивност на изходния трансформатор. Капацитетът С_п представя сумата от капацитета на кондензатора, определящ продължителността на обратния ход, капацитетите на транзистора и демпферния диод, еквивалентния капацитет на трансформатора и монтажния капацитет. Е_к е захранващия токоизточник.

                                 а)                                                                                       б)

фиг. 3.6

в)

Предполага се, че ключовете са идеални (с неограничено бързодействие, нулево съпротивление в затворено състояние и безкрайно голямо съпротивление в отворено състояние).

Когато K₁ се затвори (транзисторът се включи) в момента t₀ захранващото напрежение Е_k се прилага към индуктивността  L   -  фиг. 3.6, в. Токът през индуктивността нараства линейно, фиг. 3.6, в. При това скоростта (стръмността) на нарастване     зависи от съпротивлението на отклоняващите бобини за постоянния ток и съпротивлението на транзистора (ключа К₁) при насищане. В момента   t₁   токът през К₁ достига върховата си стойност, определена с израза (3.7).

                                          (3.7)

Тук t_ВКЛ е времето в интервала от t₀ до t₁, фиг. 3.6, в. В типовите схеми за хоризонтално отклонение t_ВКЛ ≈30µs.

При отварянето на ключа K₁ в кръга, образуван от индуктивността и капацитета, енергията е разпределена така, че максималната част е cъсредоточена в индуктивността

и минималната част - в капацитета C_П. В този момент токът през индуктивността L променя посоката си и започва да зарежда кондензатора С_П, като върху него се получава импулс на напрежението, който се определя с израза

                                          (3.8)

където Е_к е захранващото напрежение;

         Т_пр е времето на правия ход на лъча - сумата от времената, през които е отпушен транзистора (t₀÷t₁) и демпферния диод (t₃÷t₄);

         Т_обр е времето на обратния ход на лъча.

По време на обратния ход на лъча (t₁÷t₃) напрежението   върху кондензатора достига една върхова стойност и след това започва да намалява, фиг. 3.6, в₆ - в кръга LC_n се извършва колебание на енергията между двата елемента. В момента t₂ токът през бобината е равен на нула, енергията от бобината се е прехвърлила в кондензатора и има величина

.

Токът през индуктивността през времето на обратния ход представлява полупериод от косинусоида (фиг. З.6 в₅ - за времето от t₁ до t₃) с резонанената честота на кръга. Тази честота зависи от времето на обратния ход, продължителността на който е обикновено от 9 до 11µs, но за намаляване размаха на импулса Е_с по време на обратния ход, Т_обр може да се увеличи до 14µs.Когато напрежението върху кондензатора С_п се понижи и промени поляритета си, се затваря ключа К₂. Това означава, че в този момент към демпферния диод в реалната схема е приложено напрежение в права
посока. През диода Д и индуктивността L протича ток, докато се изразходва енергията, натрупана в трептящия кръг при колебателния процес
за времето от t₁ до t₃. Този ток,     заедно с i_КБ образува първата част от правия ход на лъча, фиг. 3.6, в₃.

Максималният размах на тока през диода се определя с израза:       

                                     (3.9)

където  I_откл е размаха на тока, протичащ през отклоняващите бобини;

Т - времето на нарастване на тока в демпферната верига; t_Д- времето на пропускане на диода.

Ако <<1 размахът на I_Д≈0.4I_ОТКЛ.

Когато демпферният диод пропуска ток от t₀ до t₄, напрежението
на транзистора и диода е с положителна полярност и колекторен ток през
транзистора не протича. С прекъсването на тока през диода, напрежението върху диода и транзистора се приближава до стойността на захранващото напрежение и тъй като това напрежение нараства в отрицателна посока, започва протичане на колекторен ток. По този начин демпферният
диод работи по време на първата половина на правия ход на лъча и увеличава размаха на         тока    през   системата. При това токът, протичащ
в противоположни посоки през първата и втората половина на правия ход
става симетричен спрямо оста на времето t, фиг. 3.6, в₅.

2.Описание на лабораторния макет

В съвременните генератори за хоризонтално отклонение елементите на синхронизирания генератор са изпълнени като един конструктивен модул, съдържащ интегрална схема ТВА 920 или подобна и буферното стъпало, като отделно се изпълнява крайното стъпало, интегралната схема ТВА 920 включва следните стъпала - фиг, 3.7:

· Амплитуден отделител (А0);

·  Схема за подтискане на импулсни смущения;

·  Задаващ генератор за хоризонтално отклонение (ЗГХО);

· Устройство I за сравняване на фазите на синхронизиращите импулси със сигналите от задаващия генератор (ФСУ І);

· Устройство ІІ за сравняване на фазите на сигнала на задаващия генератор и на редовите гасящи импулси (ФСУ ІІ);

· Схема за превключване на времеконстантата и стръмността на регулиране на фазосравняващото устройство;

· Стъпало за формиране на импулси;

· Изходно стъпало за управление на предварителното (буферното) стъпало в ГХО.

         На фиг. 3.8 е показана принципната схема на ГХО с ТВА 920S. През краче 8 на съединителя Сл₁ постъпва пълния телевизионен сигнал (ПТС) с положителна полярност и размах 3 V_p-p. Филтърът R₁C₂ подтиска ВЧ съставни на сигнала. Групата R₂C₁ определя работната точка на амплитудния отделител. ПТС постъпва във входа на амплитудния отделител, краче 8 на ИС през антипаразитната RC-група R₉C₄. Захранващото напрежение за ИС се подава в краче 1 след Г-образно филтрово звено R₁₆C₃. На краче 7 в ИС се получава сложния синхронизиращ сигнал. От него с интегриращата верига R₁₇C₁₃ се отделят полукадровите синхронизиращи импулси (ПКСИ). Следва втора интегрираща верига, образувана от R₂₃ и кондензаторът C₅₁₂ (разположен в модула на ГВО), с която се повишава коефициента на подтискане на РСИ. Паралелно на R₂₃ е включен диода Д₁, с който се ограничават ПКСИ отдолу.

         От краче 2 на ИС се отнемат отделените редови гасящи импулси (РГИ), които след НЧ филтър R₁₈C₁₆ постъпват във входа на буферното стъпало  за хоризонтално отклонение Т₁. В изходно състояние транзисторът на това стъпало е запушен, понеже базата му посредством R₂₁ е свързана към маса. Ключовите импулси, които отпушват транзистора имат коефециент на запълване приблизително равен на 1. Товар на транзистора е импулсния понижаващ трансформатор Тр₁, който обезпечава мощните управляващи импулси за базовата верига на крайния транзистор в ГХО. Паралелно на първичната намотка на Тр₁ е включена последователната RC-група R₂₂C₁₇ за намаляване на преходните процеси в управляващите импулси.Тр₁ е разположен извън модула за хоризонтално отклонение. R₂₆C₂₂ е развързващ филтър в захранващата верига за колектора на Т₁.

         Честотно определящ елемент за ЗГХО е кондензатора С₉ (2%), включен между краче 14 на ИС и маса. Съпротивлението R₁₀, включено между краче 15 и маса, определя големината на зарядния ток за кондензатора С₉. Честотата на задаващия генератор се регулира с тример – потенциометъра R₄, който заедно с R₅, R₆ и R₇ образува делител на напрежение.

За работата на фазосравняващото устройство ІІ е необходим импулс от обратния ход на хоризонталната развивка с размах около 50 V_p-p, който през съпротивлението R₂₀ постъпва на извод 5 на ИС. В това фазосравнявашо устройство се сравнява фазата на ЛИН с редова честота, изработено от ЗГХО с импулса на обратния ход. Необходимото фазово съотношение се постига с кондензатора С₁₅ и съпротивлението R_8.

Във ФСУ I се получава напрежение за регулиране честотата на ЗГХО. Между ФСУ I и ЗГХО е свързана една интегрираща верига R₁₁С6, чрез времеконстантата на която се определя обхвата на захващане на генератора.

Схемата за превключване на времеконстантата и стръмността на регулиране на ФСУ намалява обхвата на захващане, когато фазите на РСИ и импулсите от обратния ход на хоризонталната развивка съвпадат. Между краче 12 на ИС и маса е включен С₉. Между крачета 11 и 12 на ИС е включена групата от последователно свързаните R₁₂,С₇. Когато сравняваните фази съвпаднат, краче 11 чрез схемата за превключване се свързва с маса. В този случай паралелно на С₆ се включват последователно свързаните R₁₂ и С₇, с което се увеличава  времеконстантата на филтъра и се намалява обхвата на захващане. В резултат от това работата на генератора става по-стабилна като влиянието на смущенията силно намалява.

фиг. 3.8

В случай, че фазите на двата импулса не съвпадат, ключовата схема не сработва и времеконстантата на филтъра между ФСУ и ЗГХО намалява - обхватът на захващане отново се увеличава и приема първоначалната си стойност.

Крайното стъпало за ХО осигурява необходимия отклоняващ ток,Освен това тук се получават положителни импулси с размах 55 V_р__р за системата за АРК и постоянни напрежения за захранване на видеоусилвателя, фокусиращия електрод на кинескопа и високо напрежение за втория анод на кинескопа. Използувана е схема на "нисковолтов транзисторен вариант" с транзистор ВU 406 с допустимо напрежение U_KE=400V и I_k=7А. За получаване на необходимата мощност за отклонение на лъча се работи с голяма стойност на отклоняващия ток при сравнително ниско напрежение на транзистора (I_OБ≈8А_Р-Р).

Демпферен диод е Д₂ тип АY 102.

В схемата на крайното стъпало участвува и трансформатора за хоризонтално отклонение Тр₂ (ТХО). Първичната намотка на ТХО 6-7 с инуктивност около 800µH (четири пъти по- голяма от индуктивността на бобините за ХО - 200µH±5%) осигурява през нея да протича 4 пъти по-малък ток в сравнение с тока през отклоняващите бобини. Тази намотка
е необходима както за съгласуване, така и за получаване на необходимите напрежения +15KV,+500V, +170V и импулсни поредици с честота на редовете.

Кондензаторът С₁₉ и бобината на рагулатора за линейност в хоризонтална посока L₁ образуват последователен трептящ кръг, с който се въвежда S-образна корекция на отклоняващия ток за компенсиране на геометричните изкривявания в кинескопа.

За подобряване коефициента на формата на импулса по време на обратния ход на развивката и за намалпване на консумираната мощност от крайния транзистор, ТХО се настройва на пета хармонична на обратния ход. Това се извършва по следния начин. Във вторичната страна нa ТХО има намотка, която се свързва в средата на бобините L₂ и L₃, включени към първичната страна на същия трансформатор. Тази намотка възбужда трептения в LС-кръга, образуван от L₂ и С₂₀, който е настроен на 5-та хармонична на импулса от обратния ход на лъча в хоризонтална посока. Чрез бобината L₂ се регулира амплитудата и фазата на възбуденото трептение, за да се получи необходимата форма на импулса на обратния ход на развивката. Размахът на импулса от обратния ход в колектора на ВU 406 е около 200V_р-р. Тези импулси се повишават от специална намотка във вторичната страна на ТХО до необходимата стойност, изправят се от високоволтов изправител като се получава високо напрежение за захранване на втория анод на кинескопа.

3. Задачи за изпълнение

3.1. Да се разучи схемата на генератора за хоризонтално отклоне
ние. Да се обяснят процесите, които се извършват в отделните стъпала.

3.2. Да се снемат осцилограмите на тока през крайния транзистор,
демпферния диод, отклоняващите бобини и на напрежението в изхода на задаващия генератор, в изхода на предварителното стъпало и в базата на крайния транзистор.

3.3. С помощта на осцилоскоп да се определи продължителността на правия и на обратния ход на лъча. Да се определи съотношението
между двете времена.

3.4. По указание на ръководителя на упражнението да се изчислят
параметрите на   отклонението   и на отклоняващата система.

3.5. Да се определи нелинейността на хоризонталната развивка ка
то се използува изображение от вертикални ивици по методиката, опи
сана в лабораторно упражнение № 2.

4. Съдържание на протокола     

4.1. Задание за работа.

4.2. Блокова схема на лабораторната постановка. Принципна схема на крайно стъпало в ГХО.

4.3. Кратко теоретично пояснение на процесите, които се извършват в ГХО.

4.4. Резултати от лабораторната работа – осцилограми, изчисления, данни от измерванията.

4.5. Анализ и изводи.

5. Контролни въпроси

5.1. Как се получава линейно-изменящ се ток в ГХО?

5.2. Каква функция изпълнява крайния транзистор в ГХО?

5.3. Какви функции изпълнява демпферня диод?

5.4. Какви са изискванията към изходния транзистор и към демпферния диод?

5.5. Как се синхронизира ГХО?

5.6. Какви схеми на крайни стъпала в ГХО се използуват в съвременните телевизионни приемници?

5.7. Как се получава високо напрежение за втория анод на кинескопа?

5.8. Какви са особеностите в развивката на предавателните телевизионни тръби?

5.9. Как се регулира линейността на хоризонталното отклонение?

5.10. Какви интегрални схеми се използуват сега в ГХО и какви са техните особености?