Схемотехника выходных усилителей

Журнал "Радио", номер 5, 1999г.
Автор: В.Брылов, г. Москва

Окончание. Начало см. в "Радио",1999,#2 "Радио",1999,#4

    Заключительная часть этой статьи посвящена схемотехническим решениям видеоусилителей с микроконтроллерной регулировкой баланса белого. Рассказ о том, почему в современных телевизорах полоса пропускания видеотракта достигает 10 МГц и более, дает основание радиолюбителям для соответствующих доработок отечественных телевизоров третьего и четвертого поколения.

    Наиболее совершенными можно назвать видеоусилители (ВУ) для видеопроцессоров (ВП) с микроконтроллерной регулировкой баланса белого, используемые в телевизорах седьмого поколения, в которых применяют цифровое управление микросхемами. Их можно разделить на две группы. К первой относятся ВУ для ВП с автоматической установкой ББЧ (с системой АББ) и микроконтроллерной регулировкой БББ, ко второй - ВУ для ВП с микроконтроллерной установкой обоих режимов. Такие ВУ не имеют настроечных резисторов.

    ВУ первой группы использованы в телевизорах TVT25152/28162 [7] и THOMSON-STV2160 [10]. В первом случае каждый ВУ (рис. 11) собран на трех транзисторах и представляет собой усилитель с активной нагрузкой (VT1, VT2) и измерительным транзистором VT3. Микросхема DA1 - видеопроцессор с системой АББ, управляемый по цифровой шине I 2 C. Цифровая микросхема SDA20563A508 (DD1) - микроконтроллер системы управления функциями всех блоков телевизора, а SDA2586 (DD2) - микросхема памяти цифровых значений настроек и регулировок. Каскад на транзисторе VT10 - ИОН.

    Построение ВУ не имеет существенных отличий от описанных ранее. Однако функционируют они иначе. Что касается ББЧ, он обеспечивается автоматически. Размахи сигналов для получения БББ устанавливают при изготовлении или ремонте телевизора посредством микроконтроллера DD1 при его работе в сервисном режиме. Используя меню на экране кинескопа и пульт дистанционного управления, оператор регулирует параметры каждого из лучей. Их необходимые значения запоминаются в микросхеме DD2, из которой они при эксплуатации поступают на ВП. Последний использует приходящую цифровую информацию для установки регулировок усиления в каналах R, G, B. Более подробные сведения по вопросам функционирования цифровой шины управления I2C можно найти в [1] и в [11].

    На рис. 12 показана принципиальная схема ВУ упомянутого телевизора THOMSON-STV2160. Микросхема DA1 - видеопроцессор с системой АББ и цифровым управлением по шине I2C, DA2 - интегральный трехканальный видеоусилитель с цепями системы АББ, DD1 - микроконтроллер, DD2 - устройство памяти. ИОН собран на транзисторе VT1. Цепи системы АББ содержат элементы R11, VD4, R14, VD5, R8, R4, C1. Функционирует этот ВУ так же, как и предыдущий.

    Пример телевизора, в котором и ББЧ, и БББ устанавливаются микроконтроллером, - PANASONIC-TC-14L10R/21S2 [10]. Принципиальная схема его ВУ изображена на рис. 13. В нем использован самый простой из рассмотренных усилитель с резистивной нагрузкой на одном транзисторе. Микросхема DA1 - видеопроцессор, DD1 - микроконтроллер, DD2 - устройство памяти. Функционирование этого ВУ - такое же, как и у собранных по схемам на рис. 11 и 12, за исключением того, что в сервисном режиме настраивают не только БББ, но и ББЧ.

    Из рассмотренного следует, что построение ВУ при переходе от одного поколения телевизоров к другому изменяется в сторону упрощения при одновременном улучшении технических и эксплуатационных характеристик. Каждый раз это достигается за счет использования более современных компонентов и усложнения схемотехники трактов цветности и яркости.

    Проследим, как же изменялись параметры ВУ.

    Нелинейные искажения в телевизорах первого поколения (УЛПЦТ) были очень велики. У ВУ канала яркости они доходили до 12 %, у ВУ цветоразностных сигналов - до 15 %. Это объяснялось вдвое большим размахом этих сигналов по сравнению с яркостным. В телевизорах второго поколения (УПИМЦТ) уровень искажений в ВУ был снижен до 8 %, а в аппаратах последующих поколений - до 5 %.

    Коэффициент передачи ВУ в телевизорах УЛПЦТ в канале яркости достигал 50, а ВУ цветоразностных сигналов - 23...47. ВУ в моделях УПИМЦТ имели коэффициент передачи, равный 47. В телевизорах 3УСЦТ использованы ВУ с коэффициентом передачи 38, а в последних моделях он не превышает 20. Размах входных сигналов у ВУ модели УЛПЦТ равен 1,5 В в канале яркости и 3,2 В в цветоразностных ВУ. В телевизорах второго-третьего поколений на ВУ поступали сигналы R, G, B из ВП TDA2530, TDA3505 размахом 2 В. У более совершенного ВП TDA4580 он равен 3 В, а у TDA8362 - 4 В. Увеличенный размах входных сигналов позволил снизить коэффициент передачи ВУ, что обеспечило уменьшение искажений и возможность расширения полосы пропускания.

    Полосы пропускания яркостного, цветоразностных и цветовых сигналов в телевизорах УПИМЦТ и 3УСЦТ (на TDA2530, TDA3501) равны 5,5; 1,5...2; 5,5 МГц соответственно, в телевизорах четвертого поколения - 5,2; 2; 10 МГц, а в современных аппаратах (на TDA8362 и ей подобных) - 8; 3,5; 9...10 МГц. Это означает, что в телевизорах первого-третьего поколений тракты яркости и цветности, а также ВУ передавали на кинескоп не весь спектр принимаемого видеосигнала. Лишь в аппаратах четвертого и последующих поколений полоса пропускания ВП расширилась, превзойдя стандартное значение в 6,25 МГц. ВП с расширенной полосой потребовали соответствующего расширения полосы пропускания ВУ до 9...10 МГц. И такие ВУ появились (см. рис. 4, 6-13). ВУ на TDA6101Q, TDA6103Q, TEA5101A/W обеспечивают линейную АЧХ до частот 7,5...8 МГц при минимальной потребляемой мощности.

    Может возникнуть вопрос: если расширение полосы пропускания ВП и ВУ до передаваемой телецентром 6,25 МГц оправдано, зачем нужно дальнейшее увеличение?

    Напомним, что импульс любой формы можно представить суммой синусоидальных составляющих с соответствующими частотами, амплитудами и фазами. Математическое выражение такого представления называют преобразованием Фурье. Оно позволяет определить значения указанных параметров для основной частоты импульса и ее гармоник.

    Принято считать, что строка телевизионного изображения состоит из 800 элементов. При строчной частоте 15,625 кГц длительность прямоугольного импульса, представляющего такой элемент, равна 80 нс. Ему соответствует набор синусоид с частотами 6,25; 12,5; 18,75 МГц и т. д. Для приближенного сохранения формы импульса необходимо, чтобы хотя бы часть гармоник передавалась без искажения амплитуд и фаз. При полосе пропускания 5,5 МГц ни одна из этих гармоник на кинескоп не попадет и такой элемент воспроизведен не будет. При полосе пропускания видеотракта до 10 МГц через него пройдут только синусоидальные колебания основной частоты 6,25 МГц. В результате прямоугольный первоначально импульс будет передан на катод кинескопа в виде положительной полуволны синусоиды с уменьшенной амплитудой и воспроизведен нерезко.

    Импульс, соответствующий детали изображения длительностью в два элемента строки, при ширине полосы пропускания ВП и ВУ 5,5 МГц будет передан основной частотой 3,125 МГц, что соответствует горизонтальной четкости 9 Рис. 12 Рис. 13 340 линий шкалы испытательной таблицы. Однако изображение этой детали на экране кинескопа будет нерезким и неярким. При полосе 10 МГц будут переданы основная частота, вторая и третья гармоники (3,125; 6,25; 9,375 МГц). Четная гармоника повысит крутизну фронта импульса, искажая его спад, а нечетная - улучшит его прямоугольность.

    Заметно улучшится воспроизведение детали изображения протяженностью в три элемента строки, что соответствует горизонтальной четкости 230 линий. При полосе пропускания 5,5 МГц будут переданы две гармоники (2,083 и 4,167 МГц), а при полосе 10 МГц - четыре (еще 6,25 и 8,333 МГц).

    Следовательно, в телевизоре с полосой пропускания видеотракта 5,5 МГц обеспечивается резкое воспроизведение не более 230 деталей изображения в строке. Детали с размерами, соответствующими 230...340 линиям, будут переданы нерезко, с размытыми границами. Более мелкие либо сольются в общую светлосерую полосу, либо вообще не будут воспроизведены.

    Если же полоса пропускания видеотракта расширена до 10 МГц, то границей резко воспроизводимых штрихов испытательной таблицы будет уровень в 340 линий, а штрихи в интервале 340 и более линий будут слегка смазаны.

    Известно, что видеосигнал на выходе видеомагнитофонов формата VHS имеет горизонтальную четкость 230...270 линий, а формата S-VHS - 400...430 линий. Эфирные программы передаются с четкостью 320...360 линий. Это означает, что приемник с полосой пропускания 5,5 МГц хорошо воспроизведет все, кроме самых мелких, детали формата VHS, несколько ухудшит резкость эфирных программ и значительно ухудшит воспроизведение сигналов S-VHS, уменьшив их четкость почти вдвое (с 400...430 линий до 230...340).

    В то же время телевизоры с полосой пропускания видеотракта 10 МГц с высокой четкостью воспроизведут сигналы VHS, а также эфирные программы и лишь самые мелкие детали изображения формата S-VHS будут иметь пониженную резкость.

    Итак, для удовлетворительного воспроизведения программ формата VHS достаточно иметь полосу пропускания видеотракта 5,5 МГц, а при использовании видеомагнитофона S-VHS нужна полоса 10 МГц.

    Остался невыясненным вопрос, зачем нужна более широкая полоса (чем 6,25 МГц) при приеме эфирных программ?

    Дело в том, что в телевизорах четвертого и последующих поколений принимаются меры к улучшению формы принимаемых видеосигналов. Из-за ряда причин (они подробно изложены в [1, 2] и в [12]) импульсы, составляющие видеосигнал, передаваемый телецентром, не имеют прямоугольной формы. Длительность фронтов и спадов импульсов в сигналах яркости может быть (в зависимости от амплитуды) до 150 нс. Такова же длительность перепадов в цветоразностных сигналах систем PAL и NTSC. В стандарте SECAM они имеют длительность до 1800 нс, что вызвано использованием другого способа модуляции поднесущих сигналами цветности. В системах PAL и NTSC применяют разновидности амплитудной модуляции, а в стандарте SECAM - частотную модуляцию. В результате длительность перепадов в цветоразностных сигналах зависит от значения сдвига частоты поднесущей при переходе от детали изображения с одним цветом к детали с другим цветом.

    Для повышения крутизны перепадов цветоразностных сигналов SECAM в телевизоры вводят корректоры цветовых переходов. Основой такого корректора служит микросхема TDA4565 (аналоги - К174ХА27, КР1087ХА1). Принцип работы корректора подробно описан в разделе 8.5 в [5]. Корректор сокращает длительность перепадов с 800 до 150 нс, уравнивая их крутизну в яркостном и цветоразностных сигналах и совмещая их по времени. Однако он не может справиться с сигналами, имеющими очень пологие фронты. В [1] предложено использовать совместно с микросхемой дополнительный корректор, сокращающий длительность цветового перехода с 1800 до 800 нс и позволяющий затем микросхеме TDA4565 уменьшить эту длительность до 150 нс. Схема такого корректора на одном транзисторе рассмотрена в [1].

    В наиболее современных телевизорах используют корректоры перепадов сигналов и в тракте яркости, например, процессоры улучшения изображения TDA9170, TDA9171 [9]. Путем статистического анализа частоты повторения в кадре пяти уровней яркости он корректирует общую нелинейность видеотракта gобщ до нормативного значения 1,2. В результате обеспечивается отображение всех 10 градаций яркости по шкале испытательной таблицы, расширяется диапазон изменения насыщенности синих и особенно голубых цветов, плохо воспроизводимых в рамках используемой колориметрической системы R, G, B. Микросхема TDA8362 имеет встроенные цепи для улучшения четкости изображения.

    Повышение крутизны перепада представляет собой изменение его формы путем введения в состав сигнала более высокочастотных гармоник, отсутствовавших в принятом сигнале. Применение такой процедуры в телевизорах с полосой пропускания ВП и ВУ, равной 5,5 МГц, малоэффективно, так как большая часть введенных корректором гармоник расположена вне этой полосы и улучшения воспроизведения не произойдет. В то же время расширение полосы пропускания улучшает передачу гармоник. Отметим попутно, что корректор цветовых переходов не исправляет апертурные искажения в кинескопе. Для их уменьшения нужна лишь точная фокусировка лучей кинескопа, уменьшающая их диаметр.

    В телевизорах с частотой кадровой развертки 100 Гц полоса пропускания сигналов яркости и R, G, B увеличена до 15...22 МГц, а у цветоразностных сигналов равна 13 МГц. В таких аппаратах используют ВУ на микросхеме TDA6111Q с граничной частотой 16 МГц.

    Все рассмотренные ВУ использованы в телевизорах промышленного производства, выпускавшихся большими сериями, и проявили себя как работоспособные. Следовательно, их можно попытаться применить для модернизации телевизоров устаревших моделей. Рассмотрим эту возможность.

    Что касается телевизоров УЛПЦТ, то замена четырех ламповых ВУ транзисторными позволила бы заметно улучшить качество изображения, избавиться от нескольких ламп, работающих в форсированном режиме, снизить энергопотребление и тепловыделение. Но этому мешает то, что ВУ таких телевизоров питаются напряжением 370 В, а максимальное напряжение у перспективных транзисторов (BF871S и аналогичных) достигает лишь 250 В. Снизить напряжение питания невозможно при сохранении способа модуляции кинескопа. Следовательно, замена ВУ в телевизорах УЛПЦТ возможна лишь при существенной переделке блока цветности с изменением способа модуляции кинескопа. Имея в виду построение современных телевизоров, она должна включать введение в него ВП для формирования сигналов R, G, B, что позволит изменить способ модуляции кинескопа и собрать ВУ по любой схеме из показанных на рис. 4-7, 9, 10.

    В телевизорах серии УПИМЦТ возможна (и даже желательна) замена транзистора КТ940А в каждом модуле М2-4-1 любым из указанных ниже аналогичных зарубежных транзисторов. Результатом будет более устойчивая работа ВУ, улучшенная цветопередача. Весьма рациональным представляется описанный в [1] вариант: вместо каскада на транзисторе КТ940А с резистивной нагрузкой использовать каскад на двух транзисторах КТ969А с активной нагрузкой. Это повысит качество работы при снижении вдвое мощности, потребляемой по цепи питания +200 В. Целесообразно также более существенное изменение построения ВУ: замена модулей М2-4-1 на любые из числа рассмотренных по схемам на рис. 4- 7, 9, 10, смонтированные на небольшой плате, прикрепленной к плате кинескопа. Это расширит полосу пропускания ВУ при резком сокращении числа используемых деталей и энергопотребления.

    В 3УСЦТ с ВУ, построенными по схемам на рис. 5 и 8, транзисторы КТ940А (VT1 и VT2) могут быть заменены на BF869 и BF422 соответственно (см. рис. 11) без каких-нибудь изменений. Целесообразно также перенести ВУ с модуля цветности на плату кинескопа.

    Транзисторы BC557N, BC558, BC558B могут быть заменены на КТ3107И. Вместо BF422, BF423 может быть использован транзистор КТ3157А. Транзисторы 2SC2271D, 2SC3271, 2SC3063RL2, 2BC4714RL2, BF869, BF871S взаимозаменяемы. По справочникам аналогичные параметры имеет отечественный транзистор КТ969А, но эта замена неравноценна. Диод 1N4148 может быть заменен на КД522Б.

    Литература

10. Пескин А., Коннов А. Телевизоры зарубежных фирм. Серия "Ремонт", вып. 17. - М.: Солон, 1997.

11. Пескин А., Коннов А. Цифровая шина управления I2C. - Радио, 1996, # 10, с. 14, 15.

12. Домбругов Р. Телевидение: учебник для вузов. - Киев: Вища школа, 1979. #







Рекомендуемый контент




Copyright © 2010-2018 housea.ru. Контакты: info@housea.ru При использовании материалов веб-сайта Домашнее Радио, гиперссылка на источник обязательна.