大型游戏机扫描板电路分析.doc

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大型游戏机扫描板电路分析大型游戏机扫描板电路分析游戏结果是从电脑板输出供显示用的R、G、B三基色信号，以及复合同步信号(包括行同步、场同步)。    本章主要介绍如何将R、G、B三基色信号及复合同步信号通过扫描电路在彩色显像管上显示稳定的游戏图像。扫描电路的主要作用是将R、G、B三基色信号按垂直方向和水平方向展开，形成稳定的扫描光栅，这个过程由行扫描及场扫描电路完成。根据我国电视标准规定：行扫描的基本参数为：行频为15625Hz，行周期为64s，其正程扫描时间为52uS，逆程时间为12s，扫描行数为625行。场扫描的基本参数为：场频为50Hz，一幅画面(简称一帧)分为奇、偶两场，—场扫描周期为20ms。两者的同步脉冲宽度也不完全一样，行同步脉冲为4．7us，场同步脉冲宽度为160us。    ‘    当然，大型游戏机扫描板的电路参数，与美国、日本等采用NTSC制式电视的参数相一致，这已在前面的内容中得到证实。而家用游戏机的参数则与我国电视标准基本相同。第一节  概    述    游戏机扫描板电路与彩色电视机的底板相差不大，所不同的是游戏机扫描板无公共通道及伴音处理电路。早期的游戏机扫描板就是由彩色电视机线路改制而成，近来，由于游戏机的大量普及，使得游戏机扫描板的销量剧增，因此，生产厂家纷纷生产了游戏机的专用扫描板，给用户组装和调试带来了方便。    游戏机的专用扫描板主要包括行扫描电路、场扫描电路、视放电路及同步信号缓冲放大，枕形校正电路等，其框图结构如框图所示。    行场扫描电路的主要作用是分别给行场偏转线圈提供一个线性良好，幅度足够大的锯齿波电流，其中行锯齿波电流频率约为15750Hz，场频锯齿波电流为60Hz。锯齿波电流流过行场偏转线圈产生水平和垂直方向的偏转磁场，在显像管屏幕上形成均匀的扫描光栅。行场扫描电路的工作状态必须与电脑板送来的复合同步信号严格同步，以保证准确而稳定地重现图像。另外，行扫描电路还要产生彩色显像管所需的阳极高压、各种中压及低压等，同时还产生光栅校正信号及消隐信号等。    从电脑板送来的复合同步信号送到同步信号缓冲放大电路，将复合同步信号进行放大、整形和必要地极性转换，使输出的同步脉冲幅度、形状和极性符合受控振荡器的要求。复合同步脉冲一路送到场同步信号形成电路，经积分电路形成场同步脉冲，去控制场振荡器，使其产生的场振荡信号与复合同步信号中的场同步脉冲严格同步，以实现场扫描同步。另一路复合同步脉冲送至行自动频率控制电路(AFC)，与行输出级送来的逆程脉冲进行频率和相位比较，产生的直流误差电压控制行振荡电路，使其输出的行频脉冲也与复合同步信号中的行同步信号严格地同步，以保证电子束水平方向的稳定扫描。场扫描电路由场同步信号形成(场积分)、场振荡、场激励、场输出等电路组成。场振荡产生的场频锯齿波电压，其频率受场同步脉冲的控制，因此，电路结构采用自激式的受控振荡器。自激振荡器是为了保证在无游戏图像信号时仍能形成扫描光栅，受控是为保证场频同步提供条件。场振荡常见的电路形式有自激多谐振荡器和间歇振荡器。场激励是为场输出级提供足够的激励功率，可减轻大功率输出级对场振荡器的影响，从而提高场振荡电路工作的稳定性。为了改善场扫描电路的线性及稳定性，有时在场扫描电路中加入深度负反馈，因此，增加一级激励级可改善电路设计的灵活性。场输出对场激励输出信号进行功率放大，’向偏转线圈提供一个幅度足够大，线性良好的锯齿波电流。场输出级的负载为偏转线圈，因其工作频率比较低，可近似认为是纯阻性负载，因此，场输出级是一个工作在放大状态的低频功率放大器。为了提高场输出的效率，几乎毫无例外地采用无变压器式乙类推挽功率放大器(即OTL电路)，OTL电路具有电路设计简单，输出波形好和效率高等优点。图中是大型游戏机扫描板框图组成    行扫描电路由行自动频率控制(AFC)电路、行振荡、行激励、行输出及附属电路等组成。由于行扫·9 大型游戏机扫描板电路分析描电路的工作频率远高于场扫描电路的工作频率，因此，行输出级的负载行偏转线圈可认为是一纯电感性元件。行场扫描电路两者负载性质的不同，就决定了两种电路的工作方式不一样。由电感中电流与电压的关系式u＝Ldi／dt可知，欲在行偏转线圈中产生线性良好的锯齿波电流，必须在电感两端施加一个矩形波电压信号，正是如此，行扫描电路的行激励、行输出级均工作在开关状态。再由电工中对电感元件的分析可知，电感是一个纯电抗性元件，不消耗有功功率，那么只要选择开关性能良好的行管，行扫描电路的效率就可以比较高。    行扫描电路工作在开关状态，还可以利用行扫描电路产生的逆程脉冲，经行输出变压器进行升降压转换，产生彩色显像管所需的阳极高压(22KV左右)、聚焦电压(5KV左右)及加速极电压(600V左右)，同时还产生视放末级所需中压(180V左右)及其它低压等．       场扫描的正程使电子束从上而下的扫描运动以形成图像，而逆程是电子束自下而上的回扫过程，其在屏幕上产生的回扫线要加以消除，以免干扰图像，为达此目的，用场逆程脉冲加到显像管上，达到消隐的目的。行扫描逆程的消隐与场扫描基本一样，将行逆程脉冲也送到显像管上，使电子束在行回扫期间也截止，进而达到消隐的目的。场扫描电路--场振荡电路场扫描电路    场扫描电路主要由场振荡、场激励、场输出及场积分等电路组成，其主要任务是给彩色显像管偏转线圈提供一个线性良好、幅度足够大、频率为60Hz的锯齿波电流，使显像管中的电子束沿垂直方向作扫描运动，形成稳定的扫描光栅。    一、场振荡电路    在场输出级电路中，我们将会看到，为了给场偏转线圈提供一个锯齿波电流，场输出的激励信号波形是一个锯齿波电压，这个锯齿波电压信号是由场振荡电路来实现，对于场振荡电路的要求是；振荡频率要稳定，易受场同步脉冲同步，锯齿波的形状应符合要求．常用的场振荡电路有：自激间歇振荡器，多谐振荡器及由集成电路实现的场振荡器等。        (一)场间歇振荡器    图7—2示出了共发射极自激式间歇振荡电路，图中Q集电极回路通过脉冲变压器Tr与基极回路之间建立正反馈关系，产生自激振荡。整个工作过程分为四个阶段：即脉冲前沿、干顶、后沿及间歇阶段。 1．脉冲前沿（T1时刻)9 大型游戏机扫描板电路分析    在t1时刻接通电源，晶体管Q导通。电源电压ve通过R1和R2分压，给晶体管Q提供基偏电压，形成Q的基极电流ib。晶体管Q的集电极电流ic流过变压器初级绕组L1，在L1两端产生上正下负的自感电动势，其结果是阻止ic的继续增大．根据同名端位置的标记，在L2中产生上负下正的互感电动势，互感电动势使Q的基极电压增大，ib也随着增大，使ic更加增大，，这个电流增长过程为雪崩式转换，晶体管Q迅速进入饱和区。       晶体管Q进入饱和区后，其集电极电压迅速下降到最小值，并形成振荡脉冲的前沿。  波形如图所示。        2．脉冲平顶阶段(t1～t2期间)    t1～t2为脉冲平顶阶段。由于脉冲前沿时间短暂，Q射极电容Ce来不及充电。晶体管饱和后，电源Vcc通过L1对电容Ce充电，Q射极电压逐渐升高，结果使Q基极电流ib减小．当ib减小到不满足饱和条件时(iblmv时，输出电压将下降到最小值，接近手电源电压Vcc。反之，若u_-u+<一1mv，输出电压将上升到最大值，接近于电源电压+Vcc。具有这种特性的运算放大器又称为电压比较器。    即：u_>u+时：uo=-Vcc    u_u+=-R2Vcc／(RI+R2)时，输出端仍保持为低电于-Vcc。  若某种因素使ui＝u-下降到等于u+＝一R2Vcc／(R1+R2)时，回路又进行另一个过程的转换，输出端由低电平-Vcc转为高电平+Vcc，又一次回到第一个稳定状态。图7—5(b)的转换特性和分立元件施密特触发器电路的特性一样，因此图7—5也称为施密特双稳态触发电路。场扫描电路--场输出级电路    游戏机扫描板场输出级电路广泛采用了互补推挽型OTL电路，下面对此电路作一分析。        (一)互补推挽型OTL电路    图7—7(a)所示为互补推挽型OTL场输出典型电路．该电路不仅在分立元件的场扫描电路中使用，在集成电路的场输出级也广泛地采用。图中Q3为场激励管，Q2、Q1构成互补推挽电路形式，两管参数基本一样，极性分别为PNP及NPN型管。场偏转线圈由Ly、Ry串联等效而成。c2为隔直流电容。c1为自举电容，当Q1工作于大信号状态时，c1使Q1基极电位随射极电位的升高而上升，保证Ql有不失真的电流输出，加大了Q1的动态范围。D1、D2提供输出级静态偏置电流，使两管静态时处于临界导通状态，以避免交越失真。    静态时，Q1、Q2两管的射极电位约为电源电压1／2。为了便于分析，图—7(a)所示电路简化如图7—7(b)所示，9 大型游戏机扫描板电路分析这里没有画出偏置电路及自举电容等辅助电路，电路各主要点的波形如图7—8所示。假设激励级Q3基极输入的是正向锯齿波，在正程扫描期间，输入ui线性增长，Q3的集电极电流ic3也线性增长，Q3集电极电位(A点)线性下降，所以Q1、Q2的基极输入应为负向锯齿波电压。下面从正程(t＝t1时刻)开始讨论：1.正程前半段(tl～t2)    。在正程前半段，Q3基极输入的锯齿波电压ui数值较小，Q3的集电极电流ic3较小，A点电位较高大于电容c2上的电压(vcc／2)，Q1管导通，Q2管截止。偏转线圈中电流iy由Q1管提供，即iy=ic1,iy流过的路经为vcc--Ql集电极--Q1发射极--c2--偏转线圈--地．当uA线性下降时，iy=ie1也线性下降，直到t2时刻，iy＝ie1下降到零时，场扫描正程前半段结束。    2．正程后半段(t2－－t3)    ·    在t2时刻以后，进行场扫描正程后半段。ui继续上升，Q3集电极电流ic3，也上升，uA线性下降，由于此时Q1、Q2墓极电压低于电容c2上的电压，Q1由导通转入截止，Q2由截止变为导通状态。电容C2上的电压作为电源向Q2供电，在偏转线圈中产生放电电流iy=ie2，此时iy流过的电流路径为：c2正端--Q2c-e间--地--偏转线圈--c2负端．A点电位线性下降，Q2射极电流ie．反方向增大，如图7—8(f)所示，直到t=t3时刻，iy增大为一Ipp时，正程结束，逆程开始。    3．逆程前半段(t3～t4)    t：t3时刻后，ui开始下降。由于逆程时间很短(1．0ms)，流过Q2的射极电流变化较快，在偏转线圈上产生一个正的跳变脉冲。通过自举电容c1的耦合作用使Ql的基极电位远高于电源电压vcc，其集电极为正偏，发射极为反偏，因此，Q1好比一个反向运用的晶体管，此时，Ql的集电极电流流动方向如图7—9(a)所示．9 大型游戏机扫描板电路分析逆程开始后，由于ic3迅速减小，偏转线圈电流iy流过Q1、02也迅速减小。t=t4时刻，iy减小到零，逆程前半段结束。    在t3～t4期间，Q1反向饱和导通．饱和压降约为(1～2)v，两管射极电位比电源电压vcc高一个反向饱和压降，约为vcc+(1～2)v。显然逆程期间，反峰电压的幅度大大降低了，因此对输出管的反压要求也不高。    4．逆程后半段(t4～t5)    t4时刻后，若iy＝o且保持不变，则偏转线圈两端的感应电压将消失，B点电压开始下降，当B点电压下降到vcc以下时，Q1又立即变为正向饱和状态，发射结正偏。电源电压vcc通过Q1、c2给偏转线圈提供电流，等效电路如图7—9(b)所示。iy由零向正方向迅速增大，直到t5时刻,iy上升到最大值Ipp，此时Q3基极ui施加的逆程脉冲结束，下一个周期的正程又开始如此重复工作，各点波形如图7—8所示。    由上述分析可知，互补对称式OTL场输出电路，在正程期间，Q1、Q2两管交替工作。正程前半段Q1导通，Q2截止；正程后半段，01截止，Q2导通．Q1、Q2导通流过电流的最大值为偏转线圈峰—峰值电流的一半。在逆程期间，两管的激励方式也不相同，逆程前半段，Q1管处于反向运用状态；在逆程后半段，Q1管处于正常工作状态，逆程反峰电压被钳位在vn附近，降低了对场输出管反峰电压的要求。    进一步理论分析证明，互补推挽式OTL场输出电路的效率是比较低的，约为25％左右，比单管甲类功放电路的效率还低。其原因是为了保证一定的逆程时间，电源电压Vcc应选择较高，结果使正程期间的管耗大大增加。改进的方法是：在逆程期间，场输出采用高电源供电，而在正程期间，采用低电源供电(通常约为Vcc／2)，这样场输出的效率可提高到60％左右，从而节约电能。双电源供电的OTL电路形式较多，下面介绍一种晶体管控制式双电源供电的具体电路。9 大型游戏机扫描板电路分析HA11235与DBL2009集成块扫描的电路原理及一些常见故障的维修1、行场扫描电路图1为HA11235的内部功能框图，图2为HA11235的外围电路图。从图1可以看出，HA11235的功能包括：同步分离、行AFC鉴相、行振荡、行频激励放大、场振荡、场频激励放大等。采用集成电路的扫描板，与采用分立元件的扫描板相比有如下优点：（1）行频振荡级用施密特触发器和单个定时电容光焕发组成，频率较稳定。（2）AFC用双差分模拟乘法器作鉴相器灵敏度较高。（3）增大了行同步捕捉范围和同步保持范围，在场消陷期间不会产生图像面部扭曲。（4）场振荡与场锯齿波形成级分开，克服了分立元器件电路场频调节与场幅调节相互牵制的缺点。从图4可知，由电路板送来的复合同步信号，经R214和R307分压，再经C450耦合到IC301（15）进行同步子分离。在集成块内部，S信号一路加到AFC鉴相，另一路吊（16）输出，经R404、C402积分，分离出场同步信号加到（7），电位器VR401、VR402、VR404分别调节场频、场幅和场线性，场振荡器通过对定时电容C404充放电形成锯齿波电压，经场频激励放大后从（7）输出到Q401场推动级。为了提高输出效率，场输出电路采用了双电源OTL电路，由行输出变压器具FHT（2）输出行逆程脉冲，经R308、C310、VR301、R305、C308、R401积分电路隔直耦合。从（13）输出AFC鉴相器作比较电压，调节VR301改变积分常数，可使图像在水平方向移动，AFC鉴相器输出的误差电压由（14）送出，经滤波器C451、R310、C305、R303送回（12），以自动校正行频，行振荡器输出的行频锯齿波，经整形、放大变成行频矩形波，由（10）送往行激励和行输出级。2、场输出电路图3为双电源OTL场输出电路，由IC301（2）输出的场激励信号送到Q401基极，Q403、Q404接成NPN和PNP互补推挽的形式，Q402、D401、D402、C411、R426、R425、R427等组成双电源转换电路，在场扫描正程期间，D401、D402截止，由电源105V供电，D403、D404作温度补偿，R434两端电压可消除交越失真。3、电源电路电源电路如图4调整管2SD820与2SC2611组成复合调整管，由ZD901与D906提供给68V基准电压，其稳压过程是：当输出电压长高时，通过取样电阻、Q901基极的电压也升高，集电极电流下降，导至致Q903的集电极电流也跟着下降，导致Q903的集电极电流也跟着下降，发射极电流下降，使得Q901的UCE长高，因是串联型稳压，Q903上分压多，故输出电压下降，达到稳压目的。当输出电压降低时，其稳压过程刚好相反，若取样环节误差放大，调整环节任何一部分不正常，都会使图像不稳定，出现抖动，图像随亮度变化而缩小，边缘出现微波等现象。9