Скачать

Генератор испытательных сигналов для телевизионных приемников

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

Белорусский Государственный Университет Информатики и Радиоэлектроники

Кафедра ЭВМ

Пояснительная записка

к курсовому проекту по курсу

«Схемотехника ЭВМ»

на тему: «Генератор испытательных сигналов для телевизионных приемников»

Минск 2000

Введение

Современные цветные телевизоры, включая 3-6-го поколений, с потребительской точки зрения отличаются от своих предшественников не только такими преимуществами, как уменьшение потребляемой энергии, массы, габаритов, расширение сервисных возможностей, но и существенным повышением четкости и естественности изображения, которые в исправном телевизоре сохраняются в течение длительного времени, не требуя дополнительной настройки. Заводами-изготовителями принимаются так же меры по повышению надежности телевизоров, однако это не исключает их повреждаемости за счет старения и недостаточно высокого качества элементов и узлов (кинескопы, интегральные микросхемы, электрические конденсаторы и др.). В задачу телемастера, как известно, входит отыскивание поврежденного элемента, его замена и затем настройка телевизора с целью доведения его параметров до заданных норм, которые нередко «уходят» после замены неисправной детали. Быстрое и качественное выполнение этой задачи требует применения вспомогательных устройств, наиболее эффективным из которых является генератор телевизионных испытательных сигналов (ГИС). Например, после такой типичной ремонтной операции, как замена неисправного кинескопа, требуется сведение лучей в новом кинескопе. Приблизительное «на глаз» выполнение этой операции, как правило, не дает необходимых результатов, приводя к снижению качества изображения. При использовании ГИС сведение лучей кинескопа сводится к последовательному выполнению определенных действий, правильность которых, как и конечный результат, контролируются по испытательным изображениям на экране кинескопа.

ГИС обеспечивает ускорение поиска неисправности и объективность оценки результатов при ремонтно-настроечных работах.

К настоящему времени в периодической печати накопился немалый банк схем генераторов телевизионных испытательных сигналов, предназначенных для самостоятельного изготовления радиолюбителями, занимающимися ремонтом и настройкой телевизоров. Вместе с тем книжные издания, в которых обобщаются вопросы построения ГИС, составляют лишь несколько наименований, причем все они стали библиографической редкостью, хотя в них не отражены многие последние результаты в области конструирования любительных ГИС.

Следует отметить, что в журнальных описаниях обычно приводятся лишь принципиальные схемы, в которых отдельные детали нередко заслоняют главную идею, положенную в основу построения ГИС. При этом из поля зрения выпадают родство многих схем, позволяющее разделить их классы и рассматривать с единых позиций.

Основные сведения о генераторах телевизионных испытательных сигналов.

Назначение генераторов.

Генераторы, используемые при ремонте и настройке телевизоров, можно разделить на две группы:

1. генераторы, которые применяют только совместно с дополнительными приборами в основном с осциллографами, например, генераторы стандартных сигналов, генераторы качающейся частоты;

2. генераторы, формирующие сигналы специальной формы, с помощью которых на экране контролируемого телевизора получают изображения в виде испытательных таблиц.

Наибольшее распространение при обслуживании телевизоров получили генераторы второй группы. Именно их принято называть генераторами телевизионных испытательных сигналов (ГТИС или упрощенно ГИС). Такие генераторы позволяют оценивать соответствие параметров телевизора техническим требованиям и отыскивать неисправность посредством визуального наблюдения воспроизводимого изображения или с помощью осциллографа путем сравнения осциллограмм, снятых в контрольных точках с указанными на принципиальной схеме телевизора.

Виды испытаний с помощью таблиц.

Существует много испытательных таблиц, которые содержат изображения, позволяющие контролировать следующие основные параметры и устройства телевизора:

1. формат изображения и его центрирование;

2. нелинейные и геометрические искажения растра;

3. яркость и контрастность;

4. четкость изображения;

5. статический и динамический баланс белого;

6. точность фиксации уровня черного;

7. стабильность размеров растра;

8. точность статического и динамического сведения лучей кинескопа;

9. переходные искажения в канале яркости;

10. УПЧИ;

11. АПЧГ;

12. АРУ;

13. цепи стабилизации высокого напряжения;

14. прохождение сигналов цветных поднесущих через канал цветности;

15. правильность воспроизведения основных и дополнительных цветов;

16. насыщенность цвета в смежных строках;

17. равенство уровней поднесущих прямого и задержанного сигналов;

18. правильность настройки устройств коррекции низкочастотных и высокочастотных предыскажений;

19. точность установки нулевых точек дискриминаторов;

20. значение уровней цветоразностных сигналов;

21. правильность настройки устройств цветовой синхронизации;

22. правильность матрицирования, определяющего соотношение уровней сигнала яркости и цветоразностных сигналов на электродах кинескопа и др.

Первые 13 из перечисленных параметров и устройств можно контролировать с помощью испытательных таблиц черно-белого изображения, остальные требуют применения цветных испытательных таблиц.

Виды ГИС.

Обязательным условием работы всех ГИС является формирование полного телевизионного сигнала (ПТС при черно-белом изображении или ПТЦС при цветном). ПТС в ГИС содержит два типа сигналов: основные и вспомогательные. К основным относятся сигналы испытательных таблиц, к вспомогательным - синхронизирующие и гасящие импульсы строк и полей, импульсы врезок и управляющие (рис.1). С точки зрения точности и полноты ПТС генераторы испытательных сигналов можно разделить на два вида:

1. генераторы, формирующие вспомогательные сигналы в соответствии с требованиями нормалей на видеосигнал;

2. генераторы, формирующие упрощенные вспомогательные сигналы, отличающиеся как по составу, так и по параметрам от требований нормали, но обеспечивающие возможность контроля основных параметров телевизора по испытательным (основные сигналы) изображения на его экране. Генераторы второй группы, как правило, существенно проще и дешевле чем генераторы первой группы, их легко можно изготовить самостоятельно, причем лучшие образцы упрощенных ГИС мало уступают стандартным по функциональным возможностям и качеству испытательных изображений.

Следует отметить, что основная часть испытательных изображений в современных ГИС формируется цифровым методом. Это обеспечивает высокую точность и временную стабильность испытательного сигнала. Элементную базу таких ГИС составляют цифровые микросхемы.

Спроектировать генератор испытательных сигналов. Устройство должно обеспечивать:

1. Формирование белого и черного полей.

2. Формирование шести или двенадцати вертикальных полос с градацией яркости.

3. Формирование вертикальных и горизонтальных чередующихся черных и белых полос, вертикальных и горизонтальных линий.

4. Формирование шахматного и сетчатого полей.

Устройство необходимо реализовать с использованием микросхем серии К155. Необходимым условием является разработка источника питания для генератора.

Произвести расчет всех используемых в схеме элементов либо указать источник в литературе, где приводится их расчет.

Рассмотрим структурную схему, на которой обозначены:

1. Блок питания.

2. Кварцевый генератор образцовой частоты.

3. Формирователь вертикальных линий и полос.

4. Формирователь горизонтальных линий и полос.

5. Формирователь строчных синхроимпульсов.

6. Формирователь кадровых синхроимпульсов.

7. Устройство сложения.

8. Генератор радиочастоты.

Блок питания предназначен для подачи 5В питания на схему генератора сигналов.

Кварцевый генератор вырабатывает импульсы с частотой следования 4Мгц.

Формирователь вертикальных линий и полос предназначен для формирования сигналов вертикальных линий и сигналов вертикальных полос.

Формирователь горизонтальных линий и полос предназначен для формирования сигналов горизонтальных линий и сигналов горизонтальных полос.

Формирователи строчных и кадровых синхроимпульсов формируют синхросигналы, которые управляют изображением на экране телевизора.

В зависимости от выбранного режима работы, сигналы вертикальных линий или полос и горизонтальных линий или полос поступают на устройство сложения. Там из двух входных сигналов получается третий. В зависимости от режима работы на выходе сумматора получается изображение шахматного либо сетчатого поля.

При другом сочетании набора переключателей в блоках вертикальных линий и полос и горизонтальных линий и полос можно получать различные комбинации изображений из вертикальных и горизонтальных линий и полос.

Генератор радиочастоты настроен на частоту телевизионного канала. В нем происходит модуляция видеосигнала, снимаемого с выхода устройства сложения.

Рассматриваемый ГИС является многофункциональным прибором, реализованным на семи микросхемах и одном транзисторе без учета стабилизированного источника питания. Генератор формирует построчный растр с числом строк 315 и частотой кадров 49,6 Гц, т.е. испытательное изображение отличается от стандартного. Выбор построчного растра снимает вопрос о формировании уравнивающих импульсов в ПТС. Уменьшение числа строк в растре до 315 приводит к упрощению схемы и мало сказывается на субъективной оценки качества испытательных изображений. Непрерывность синхронизации при формировании горизонтальных линий обеспечивается тем, что длительность импульса горизонтальной линии выбрана равной длительности активной части одной строки поля (52 мкс) и его фаза «привязана» к фазе строчных импульсов.

Кадровые синхроимпульсы формируются без врезок, а кадровые гасящие импульсы отсутствуют с учетом автономного гашения в телевизоре. Таким образом, ПТС является упрощенным. При этом качество испытательных изображений достаточно высокое, что подтверждается испытаниями рассматриваемого ГИС.

Прибор формирует белое и черное поля, шесть или двенадцать вертикальных полос с градациями яркости, вертикальные и горизонтальные чередующиеся черные и белые полосы, вертикальные и горизонтальные линии, а также шахматное, сетчатое и точечное поля. Кроме перечисленных изображений можно получить изображения перекрещивающихся полос, вертикальных и прерывистых горизонтальных линий, шахматного поля со светлыми полосами, заполненными вертикальными линиями, соответствующим частотам 4 или 2 МГц, и др. Предусмотрено инвертирование сигналов, кроме сигнала «градация яркости».

4.1 Описание работы основных узлов схемы

Сопоставляя принципиальную схему генератора со структурной схемой, видим, что кварцевый генератор образцовой частоты 4МГц реализован с помощью мультивибратора на элементах DD5.1 и DD5.2. В результате деления этой частоты на выходе счетчика DD2 (выход <15) на каждый 16-ый входной импульс формируется импульс длительностью около 0,1мкс, образуя сигнал частотой 250 кГц создающий на экране вертикальные линии.

Резисторы R2-R5 преобразуют сигналы двоичного кода на выходах 1, 2, 4, 8 счетчика DD1 в ступенчатое изменяющееся напряжение градации яркости. Нажимая на кнопку SB1.1 («:2») можно уменьшить количество разрядов двоичного кода, снимаемых с выходного счетчика, и получить вместо 12 полос градации яркости 6 полос.

Триггер DD3.1 формирует строчные гасящие импульсы с периодом следования 64мкс и длительностью 12мкс следующим образом. До появления импульса на входе R триггера DD3.1 находится в единичном состоянии, т.к. вход 4 подключен к инверсному выходу 6. Поступающий на выход R импульс устанавливает его в нулевое состояние, что соотве6тствует началу формирования строчного гасящего импульса. Под действием на выход С второго положительного перепада, возникающего на выходе 1 счетчика 1 триггер 3.1 возвращается в исходное состояние. В результате на инверсном выходе триггера возникают положительные гасящие импульсы длительностью 12мкс.

Триггер DD3.2 формирует строчные синхроимпульсы длительностью 4мкс, фронт которых сдвинут на 2мкс относительно фронта гасящих. Сдвиг обеспечивают элементы VD1 и R6, выполняющие логическую операцию ИЛИ и управляющие входом D. На вход R триггера DD3.2 поступают кадровые синхроимпульсы, в результате чего на его выходе формируется полный синхросигнал.

Формирователя кадровых синхроимпульсов и сигналов горизонтальных линий и полос реализованы на элементах DD4, DD5, DD6. Исходными импульсами для этого узла служат импульсы строчной частоты, поступающие из триггера DD3.1 и воздействующие на вход Т счетчика DD4. Элементы DD4 и DD6 обеспечивают благодаря обратным связям, коэффициенты деления, равные соответственно 63 и 5, что определяет число строк в кадре и частоту кадровых синхроимпульсов.

Кадровые синхроимпульсы формируются RS триггером, состоящим из элемента DD5.3 инвертора и находящегося в счетчике DD4. В начале формирования каждого синхроимпульса счетчики DD4 и DD6 устанавливаются фронтом входного импульса в нулевое состояние. В такое же состояние переходит RS триггер под действием на вход элемента DD5.3 отрицательного импульса, продифференцированного цепью С2, R12, R13. Управление по входу V2 при этом выключено. Уровень 1, возникший на выходе элемента DD5.3 воздействует на входы V8 и С2 счетчика DD4 и, открывая выход S2, обеспечивает выделение на нем спада 4-ого входного импульса. Последний возвращает RS триггер в исходное состояние и формирование кадрового синхроимпульса завершается. В результате на выходе S2 счетчика DD4 возникают отрицательные импульсы кадровой частоты длительностью 204мкс (12+64+64+64).

Формирование сигнала горизонтальных линий осуществляется в счетчике DD4 следующим образом. При формировании кадра изображения воздействие единичного уровня на установочный вход V2 обеспечивает выделение на выходе S1 шестнадцатого входного импульса, а затем каждого 32-ого. Так как общий коэффициент деления счетчика равен 63, то на выход проходят входные импульсы с порядковыми номерами 16, 48,79,111,142 и т.д.(16+32+31+32+31). Длительность этих импульсов равна 52мкс, а фаза привязана к фазе СГИ. На экране кинескопа они вызывают подсветку соответствующих строк растром.

Формирование сигнала горизонтальных полос происходит при прохождении импульсов, снимаемых с выхода S1 счетчика DD4 через отдельный триггер счетчика DD6. При этом частота их следования уменьшается вдвое, а скважность становится равной 2(меандр).

Конвертер на транзисторе VT1 представляет собой генератор РЧ с коллекторной модуляцией, настроенной на частоту 1-ого или 2-ого телевизионного канала. Роль коммутатора играет набор переключателей SB1-SB9. Различные комбинации нажатых кнопок этих переключателей позволяют получить желаемое испытательное изображение на экране кинескопа.

Прибор питается от стабилизированного источника питания. Светодиод HL индицирует включение устройства. Описанный прибор можно использовать как самостоятельно, так и совместно с генераторами цветности.

4.2 Конструкция, детали и налаживание

Все детали устройства, кроме предохранителя, транзистора VT2 и светодиода смонтированы на передней плате из двухстороннего фольгированого стеклотекстолита толщиной 1.5мм. Транзистор VT2 источника питания привинчен к теплоотводу, в качестве которого использован корпус прибора. Для уменьшения влияния внешних электромагнитных полей генератор РЧ заключен в алюминиевый экран.

В генераторе применены резисторы типа МЛТ и СП3-1Б, конденсаторы С3 К50-16, С9 К50-6, остальные КТ1-1, КД1 и КМ, кнопочные переключатели П2К с зависимой и независимой фиксацией. Дроссель типа ДМ-0,1.

Катушка L1 содержит 8 витков провода ПЭВ-2 0,23 и намотана виток к витку на полистироловом каркасе, диаметром 5мм и длиной 15мм, снабженном подстроечным сердечником СЦР1. На этом же каркасе расположен виток связи Л2 из того же провода, точное расположение которого определяется при налаживании прибора.

Т1 - трансформатор, рассчитанный на ток во вторичной обмотке не менее 0.3А при выходном напряжении около 8В. При использовании рассматриваемого генератора совместно с генератором цветности допустимый ток во вторичной обмотке следует увеличить до 0,5-0,6А.

Расчет всех описанных элементов приведен в справочнике (4).

Для проверки сначала проверяют стабилизированное напряжение на выходе источника питания, которое должно находится в пределах 4,75 5,25 В. Если это условие не выполняется, необходимо подобрать элемент стабилизатора. При этом надо учитывать, что

Uист = Uст + Uсв + Uбэ,

Где Uист напряжение на выходе источника; Uст напряжения стабилизации VD12; Uсв падение напряжения на светодиоде HL; Uбэ напряжение на эмиттерном переходе транзистора VT3.

Если напряжение Uист окажется недостаточным, его можно увеличить с помощью германиевого диода включенного в прямом направлении последовательно со светодиодом. Если же напряжение Uист окажется большим, то его можно уменьшить, заменив германиевый транзистор MP42Б кремниевым, например, КT3107. Затем убеждаются в соответствии осциллограмм в характерных точках схемы.

После этого прибор подключают к телевизору коаксиальным кабелем длинной 1,5 метра. Контролируя осциллографом, сигнал на резисторе R19 при нажатой кнопке SB9, подстрочным резистором R17 устанавливают амплитуду гасящих импульсов на уровне 75% амплитуды синхроимпульсов. Далее добиваются подстроечным резистором R21 устойчивого самовозбуждения генератора РЧ. При этом напряжение на эмиттере транзистора VT1 составляет 0,65 0,75 В. Подстрочником катушки L1 настраивают генератор на частоту первого или второго телевизионного канала. Окончательное положение движка резистора R21 определяют по наиболее четкому и контрастному изображению вертикальных полос градации яркости. Наконец, подбирают такое положение витка связи L2 на каркасе катушки L1, при котором напряжение РЧ на выходе генераторе составляет несколько десятков милливольт.

При нажатии кнопок SB9, SB5, SB7 на экране телевизора появляется сетчатое поле на белом фоне, по которому удобно судить о работоспособности телевизора и устанавливать размеры изображения. Если нажать также кнопки SB1, SB2, в квадратах сетки отображаются вертикальные линии, соответствующие четкости 250 по вертикальному клину таблицы 0249. После отпускания кнопки SB1 частота линии удваивается и соответствует четкости 450, что можно использовать для настройки устройства АПЧГ.

Если оставить нажатыми только кнопки SB5, SB7 на экране появится светлое сетчатое поле на темном фоне, по которому осуществляется статическое и динамическое сведение лучей кинескопа. При дополнительно нажатой кнопке SB8 на экране появится точечное поле.

Для получения изображения «Градации яркости» одновременно нажимают кнопки SB9 и SB3, и на экране появляется 14 полос градаций яркости. При дополнительно нажатой кнопке SB1 число градаций уменьшится вдвое. Если нажать только кнопку SB9 на экране воспроизводиться белое (серое поле). При дополнительном нажатии кнопок SB4, SB6 появляется шахматное поле. Путем сочетания различных нажатых кнопок можно получить и другие изображения.

В данном курсовом проекте использовались следующие аналоговые и цифровые интегральные микросхемы:

К155ЛА3 – микросхема логических элементов 2И – НЕ.

В одном корпусе содержится 4 логических элемента. Цоколевка микросхемы (рис. 5.1.), её условное графическое обозначение и основные параметры приведены ниже.

U0вых, не более, В0,4

U1вых, не менее, В2,4

I0вх, не более, мА-1,6

I1вх, не более, мА0,04

I0вых, не более, мА16

t10зд.р., не более, нс15

t01зд.р., не более, нс22

I1пот, не более, мА8

I0пот, не более, мА12

Краз, не более10

Рис. 5.1

К155ТМ2 – микросхема содержит два независимых комбинированных D-триггера, имеющих общую цепь питания. У каждого триггера имеется один информационный вход , вход синхронизации С и два дополнительных входа и независимой асинхронной установки триггера в единичное и нулевое состояния, а также комплиментарные выходы Q и (рис. 5.2). Логическая структура одного D-триггера содержит следующие элементы: основной асинхронный RS-триггер, вспомогательный синхронный RS-триггер записи логической единицы (высокого уровня) в основной триггер, вспомогательный синхронный RS-триггер записи логического нуля (низкого уровня) в основной триггер. Входы и — асинхронные, потому что они работают (сбрасывают состояние триггера) независимо от сигнала на тактовом входе, активный уровень для них низкий (т. е. инверсные входы и ).

Асинхронная установка D-триггера в единичное или нулевое состояния осуществляется подачей взаимопротивоположных логических сигналов на входы и . В это время входы D и С не влияют.

Если на входы и одновременно подать сигнал низкого уровня (логический нуль), то на обоих выходах триггера Q и будет высокий уровень (логическая единица). Однако после снятия этих сигналов со входов и состояние триггера будет неопределенным. Поэтому комбинация = = 0 для этих входов является запрещенной.

Загрузить в триггер входные уровни В или Н (т. е. логические 1 или 0) можно, если на входы и подать напряжение высокого уровня: = = 1. Сигнал от входа D передается на выходы триггера при поступлении положительного перепада импульса на вход С (изменение от низкого к высокому). Однако, чтобы D-триггер переключался правильно (согласно таблице состояний, табл. 5.1), необходимо уровень на входе D зафиксировать заранее, т. е. до прихода перепада на вход С. Причем этот защитный временной интервал должен быть больше времени задержки распространения сигнала в триггере (определяется по справочнику).

Цоколевка микросхемы ТМ2 приведена на рис. 5.2, а основные параметры см. ниже:

Uи.п., В5

U0вых, не более, В0,4

U1вых, не менее, В2,4

I0вх, не более, мА-1,6 (вх.2, 4, 10, 12)

I0вых, не более, мА-

I1вых, не более, мА-

Iпот, не более, мА30

t10зд.р., не более, нс25

t01зд.р., не более, нс40

I1вх, не более, мА0,04 (вх. 2, 12)

I1пот, не более, мА-

Fp, не более, МГц10

Краз, не более10

Рис. 5.2.

Таблица 5.1.