7.3. Устройство кадровой развёртки

Устройство кадровой развёртки предназначено для формирования пилообразного отклоняющего тока, протекающего через кадровые катушки.

Структурная схема устройства кадровой развёртки изображена на рис.7.5.

Рис. 7.5. Структурная функциональная схема устройства кадровой

развёртки:

ЗГ – задающий генератор; УФ – усилитель-формирователь; ВК – выходной

каскад.

Задающий генератор формирует пилообразное напряжение, из которого УФ создаёт напряжение U_У требуемой формы. ЗГ представляет собой генератор пилообразного напряжения, работающий в автоколебательном режиме с внешней синхронизацией короткими прямоугольными импульсами от устройства синхронизации кадровой развёртки.

Усилитель-формирователь вырабатывает управляющее напряжение U_У, подаваемое на вход выходного каскада. Форма управляющего напряжения зависит от вида выходного каскада и параметров отклоняющих катушек.

В телевизорах ранних поколений, где использовались многовитковые седлообразные катушки с трансформаторным подключением к выходному каскаду, УФ формировал управляющее напряжение пилообразно-параболической формы. В современных телевизорах, где используются бестрансформаторные ВК и маловитковые катушки тороидального вида, управляющее напряжение U_У имеет импульсно-пилообразную (трапецеидальную) форму (рис.7.9).

Каскады УФ и ВК охватываются цепями отрицательной обратной связи (ООС) для поддержания стабильности размаха и требуемой формы отклоняющего тока I_К. С помощью ООС осуществляется S-коррекция тока отклонения и регулировка вертикального размера растра.

Выходной каскад создаёт пилообразный ток I_K в кадровых отклоняющих катушках и представляет собой усилитель мощности. В современных телевизорах в качестве выходных каскадов используются устройства на микросхемах, представляющие собой двухтактные бестрансформаторные каскады усилителя мощности, работающие в целях повышения экономичности в режиме класса В или близком к нему классе АВ.

Особенностью усилителей, используемых в выходных каскадах кадровой развёртки, является изменение характера и величины нагрузки при прямом и обратном ходе развёртки. Это объясняется следующим. Эквивалентную схему кадровой отклоняющей катушки можно представить в виде, представленном на рис. 7.6.

Рис. 7.6. Полная и упрощённые эквивалентные схемы кадровой катушки

во время прямого и обратного хода кадровой развёртки

Схема состоит из индуктивности L_K, сопротивления потерь r_K и межвитковой ёмкости C_K (рис.7.6,а).

В настоящее время в ТВ-приёмниках используются маловитковые отклоняющие катушки тороидального типа. Для таких катушек ёмкостью С_К можно пренебречь. Величина индуктивной составляющей полного сопротивления катушки зависит от величины L_K и скорости изменения

тока I_K, протекающего через катушку. Во время прямого хода эта скорость сравнительно невелика и индуктивная составляющая полного сопротивления оказывается значительно меньшей активного сопротивления r_K. Поэтому эквивалентная схема катушки во время прямого хода развёртки представляется в виде сопротивления r_K (рис.7.6,б). Во время обратного хода развёртки скорость изменения тока I_K возрастает более чем в 10 раз. При этом индуктивная составляющая сопротивления катушки оказывается во много раз большей, чем величина r_К и эквивалентная схема катушки может быть представлена только одной индуктивностью (рис.7.6,в).

В связи с изменяющимся характером нагрузки для формирования линейно изменяющегося тока, протекающего через катушку, форма напряжения U_K, прикладываемого к катушке во время прямого и обратного хода развёртки, оказывается различной (рис.7.7).

Рис.7.7. Эпюры напряжения и тока через кадровые катушки во время

прямого и обратного хода развёртки

Во время прямого хода развёртки ток I_K повторяет форму напряжения, прикладываемого к катушке. Во время обратного хода закон изменения тока, строго говоря, необязательно должен быть линейным (важно, чтобы электронный луч возвратился в исходное положение). Однако для уменьшения длительности обратного хода целесообразно выбрать линейное изменение тока и в это время. Тогда для выполнения этого условия на время обратного хода на катушку необходимо подавать прямоугольный импульс (рис.7.7).

Разнообразие конкретных схем ВК довольно велико. Рассмотрим работу одной из них, часто встречающейся на практике (рис.7.8.).

Рис. 7.8. Выходной каскад кадровой развёртки.

Эпюры напряжений и токов, иллюстрирующие работу ВК, показаны на рис.7.9.

Рис.7.9. Эпюры напряжений и тока в схеме выходного каскада кадровой

развёртки

1. Интервал времени 0 – t₁ (обратный ход развёртки).

Транзисторы VT₁ и VT₃ закрыты напряжением U_У, приложенным к VT₁. Транзистор VT₂ открыт и насыщен, напряжение на его эмиттере U_K близко к напряжению источника питания Е_К. Конденсатор С большой ёмкости заряжен до величины U_C и напряжение на нём во время работы схемы практически не меняется. Таким образом, к катушке L_K оказывается приложено постоянное напряжение E_K – U_C , поэтому ток через неё I_K возрастает по линейному закону (внутренним сопротивлением насыщенного транзистора VT₂ и сопротивлением потерь катушки в первом приближении можно пренебречь).

2. Интервал времени t₁ – t₂ (первая половина прямого хода развёртки).

Транзисторы VT₁ и VT₃ в момент времени t₁ открываются. Поскольку напряжение U_У линейно нарастает, то и токи через эти транзисторы нарастают. Напряжение на коллекторе VT₁ убывает, что приводит к постепенному запиранию транзистора VT₂ и уменьшению его тока I₂ . Уменьшение тока I₂ и возрастание тока I₃ приводит к постепенному уменьшению тока I_K.

3. Интервал времени t₂ – t₃ (вторая половина прямого хода

развёртки).

К моменту времени t₂ напряжение на базе VT₂ уменьшается до такой величины, что транзистор VT₂ запирается. Начинается разряд ёмкости C через продолжающийся открываться транзистор VT₃ по цепи:

+ C →VT₃ → корпус → L_K → – C.

(Необходимо обратить внимание на то, что направление тока I_K меняется на обратное). В момент времени t₃ резко закрываются транзисторы VT₁ и VT₃ , а транзистор VT₂ открывается и насыщается. После этого цикл работы схемы повторяется вновь.

Из-за присутствия в катушках значительной реактивности, которая проявляется только во время обратного хода развёртки, возникает импульсная составляющая напряжения на катушке. Эта составляющая требует увеличения напряжения питания выходного каскада (рис.7.9). Величина Е_К должна быть больше U_Kmax и, следовательно, приводит к снижению КПД усилителя.

С целью уменьшения величины напряжения источника питания и повышения КПД выходного каскада используют схему с удвоением питания во время обратного хода развёртки (рис.7.10), которая состоит из диода VD₂, накопительного конденсатора C, ключа (Кл) и зарядного сопротивления R.

Рис. 7.10. Выходной каскад с удвоением питания

Схема работает следующим образом.

Во время прямого хода развёртки протекает ток заряда конденсатора С₁ по цепи:

+ Е_К → VD₂ → C₁ → R → – Е_К (корпус).

Конденсатор С₁ заряжается до напряжения, близкого по величине к Е_К. Во время обратного хода развёртки ключ замыкается, диод VD₂ оказывается запертым напряжением на конденсаторе C₁ и к коллектору транзистора VT₂ прикладывается напряжение величиной, равной ≈ 2Е_К, которое образуется источником питания и напряжением на ёмкости С₁. Замыкание ключа происходит под действием положительного импульса на катушке L_K во время обратного хода развёртки.

Увеличение напряжения на коллекторе транзистора VT₂ позволяет снизить величину напряжения источника внешнего питания и, следовательно, повысить КПД каскада. Кроме того, схема позволяет сбалансировать потребление энергии от внешнего источника. Действительно, схема на рис.7.8 потребляет максимальную энергию от внешнего источника питания во время обратного хода развёртки. В схеме на рис.7.10 расход энергии от источника питания во время обратного хода оказывается меньшим, поскольку напряжение питания определяется внешним источником и напряжением на ёмкости С₁, а во время прямого хода развёртки от источника питания отбирается дополнительная энергия для заряда конденсатора С₁.