4.2. Эквивалентная схема отклоняющей системы

В связи с большой разницей рабочих частот (частота строчной развертки равна 15625 Гц, а частота полей – 50 Гц, т.е. они отличают­ся примерно в 300 раз) генераторов развертки строчного и кадрового отклонений принципы действия и схемы их также различны.

Для воспроизведения неискаженной формы импульсов с точно­стью, удовлетворяющей практические инженерные расчеты, доста­точно воспроизвести 20-ю гармонику сигнала. При этом для строчного генератора верхняя граничная частота спектра сигнала составит 15625×20 = 300 кГц, а для кадрового – всего 50×20 = 1 кГц.

На рис. 4.4, а изображена эквивалентная схема отклоняющей сис­темы. Здесь L_K, r_K и С_K – соответственно индуктивность, активное сопротивление и межвитковая емкость катушек отклонения. Емко­стью С_K в схеме кадровой развертки можно пренебречь, на строчной же частоте паразитная межвитковая емкость может оказать значи­тельное влияние на форму и размах отклоняющего тока и напряжения.

а б

Рис. 4.4. Получение пилообраз­ного тока в отклоняющих катуш­ках:

а – эквивалентная схема; б – форма на­пряжений и тока

Пренебрегая емкостью С_K, можно легко определить, какие управ­ляющие напряжения нужно подавать на отклоняющую систему:

. (4.12)

Так как ток, протекающий через катушки, меняется по линейному закону (рис. 4.4, б), то и, следовательно, , где Т – длительность одной строки или кадра; I – размах тока.

Для получения пилообразного тока в отклоняющих катушках не­обходимо на катушки подавать напряжение, содержащее пилообраз­ную и импульсную составляющие.

Когда , приложенное напряжение практически соответ­ствует форме протекающего тока, т.е. будет пилообразным (рис. 4.4, в). При напряжение должно иметь импульсную форму, так как форма его определяется производной тока (рис. 4.4, г). Если ωL_K и r_K соизмеримы, то для получения пилообразного тока в катушках откло­нения требуется подавать напряжение пилообразно-импульсной фор­мы (рис. 4.4, д). Соотношение импульсной и пилообразной составляю­щих напряжения определяется соотношением значений L_K и r_K.

Таким образом, всякая система развертки должна включать в себя специальное формирующее устройство для получения управля­ющего напряжения требуемой формы. Такое напряжение легко мож­но было бы получить путем преобразования синхронизирующих им­пульсов. Однако практически в схему развертывающего устройства всегда входит специальный генератор напряжений импульсной фор­мы (генератор импульсов), который синхронизируется приходящими импульсами. Такая система является более помехоустойчивой, и ее работа не зависит от формы и уровня синхронизирующих импульсов.

В общем случае всякое развертывающее устройство состоит из генератора импульсов (задающий генератор), каскада формирования управляющего напряжения и выходного каскада.

4.3. Выходной каскад строчной развертки на двустороннем ключе

Рассмотрим работу выходного каскада строчной развертки, в ко­торой в качестве активного прибора выступает ключ К, прерывающий протекание тока через отклоняющую катушку, как показано на экви­валентной схеме рис. 4.5, а. Для простоты рассуждений можно пред­ставить, что сопротивление потерь r_K от реального ключа и реальной катушки в цепи выходного каскада равно бесконечно малой величине, т.е. r_K = 0. В таком случае при замыкании ключа через катушку L_K потечет ток, определяемый как

. (4.13)

При достижении некоторого значения I_max, определенного для дан­ной отклоняющей катушки, в момент времени t₁ (рис. 4.5, б) ключ размыкается и в контуре из индуктивности L_K катушки и емкости С возникнут свободные колебания. При идеальном контуре эти колеба­ния будут незатухающими с периодом Т₀. При этом ток изменяется по косинусоидальному закону, а напряжение – по синусоидальному:

, . (4.14)

Рис. 4.5. Выходной каскад строч­ной развертки:

а – эквивалентная схема; б, в – формы напряжения и тока

На диаграмме токов и напряжений отмечены моменты времени t₁, t₂ и t₃, фиксирующие максимальную энергию в катушке магнитного поля

(4.15)

и в конденсаторе электрического поля соответственно.

. (4.16)

При следующем замыкании ключа в момент времени t₃ перемагниченная катушка с запасенной энергией магнитного поля будет раз­ряжаться на источник питания, у которого внутреннее сопротивление R_i = 0. Следовательно, с момента t₃ до момента t₄ катушка будет освобождаться от запасенной энергии по тому же закону изменения тока, что и до момента t₁, но в другой полярности. Момент времени t₄ характеризует перемену в направлении тока, так как катушка снова начинает запасать энергию до очередного выключения ключа в момент t₄. Как видно из диаграммы тока, идеализированная схема c ключом способна генерировать пилообразный ток, в среднем не потребляя энергию от источника, так как отрицательная полуволна тока симметрична ее положительной части. Необходимо только со­блюдать определенную синхронизацию в работе ключа (моменты t₁, t₄), обязательную двустороннюю проводимость его и правильность выбора реактивных параметров схемы L_K и С. Правильность выбора этих параметров состоит в том, чтобы в контуре полупериод свобод­ных колебаний укладывался в длительность T₂ обратного хода строч­ной развертки, тогда при Т = (1/2)T₀ и T₀ = параметры колебательного контура в схеме развертки будут определяться соот­ношением Т₂ = .

При определении пригодности активных приборов, используемых в качестве ключа, в подобной схеме можно воспользоваться двумя оценочными параметрами: максимальным током I_{mах кл} замкнутого ключа (см. рис. 4.5, б) и максимальным напряжением U_{max кл} разомкну­того ключа.

Для этого обратимся к диаграмме рис. 4.5, б и обозначим пределы интегрирования для тока в катушке во время прямого хода Т₁:

; . (4.17)

Таким образом,

. (4.18)

В свою очередь, за время свободных колебаний напряжение на индуктивности достигает величины

.

При этом амплитуда колебаний напряжения

,

и после подстановки известных ω₀ и I_max получим

. (4.19)

Как видно из схемы рис. 4.5, а и диаграммы рис. 4.5, в, максимумы напряжения на разомкнутом ключе во время обратного хода Т₂ будут определяться как

. (4.20)

Как правило, это напряжение многократно превышает напряже­ние источника питания и в практических схемах эта кратность при­ближается к 10...15, т.е. U_{max кл} = 10...15 Е.

Произведение U_{max кл} и I_{max кл}, характеризующее работоспособ­ность ключа в такой схеме, называется «разрывной мощностью» P_разр = I_max(U_max+E).

В практических схемах строчной развертки при выборе в качестве ключа ламп, транзисторов или тиристоров необходимо руководство­ваться следующими неравенствами:

I_доп ≥ U_max, U_доп ≥ U_max и I_допU_доп ≥ P_разр,

где I_доп и U_доп – допустимые ток и напряжения для прибора.

Рассмотрим влияние активного сопротивления потерь r_K (катушек отклонения и ключа) на форму тока при прямом ходе. Влиянием ем­кости обратного хода С на прямом ходе можно пренебречь. Таким образом, эквивалентная схема выходного каскада строчной разверт­ки приобретает простой вид (рис. 4.6). Конечное значение сопротивле­ния r_K является причиной потерь мощности, а также приводит к гео­метрическим искажениям изображения, проявляющимся обычно в растяжении его левого края и сжатии правого.

Рис. 4.6. Эквивалентная схема генера­тора строчной развертки на прямом ходе

Рис. 4.7. Формы тока и напряжения при r = 0

Ток в катушке будет изменяться по экспоненциальному закону (рис. 4.7)

, (4.21)

где τ = L_K/r_K – постоянная времени катушки. Нелинейность откло­няющего тока на прямом ходе оценивается коэффициентом нелиней­ности

, (4.22)

где – скорости изменения тока в начале и конце прямого хода соответственно.

Формы тока и напряжения на обратном ходе будут почти такими же, как и в идеализированной схеме, посколь­ку источник питания Е₀ отключается и образуется колебательный контур CL_K, но с потерями от активного сопротивления катушки. По­этому | +I_max| > | – I_max| из-за затухания колебаний в контуре, вследствие чего весь цикл пилообразного тока в реальной цепи с потерями смещается вверх относительно нуля.

Другими словами, по­является постоянная составляющая тока отклонения I₀. Зависимость коэффициента нелинейности от параметров схемы (см. рис. 4.6) можно определить, продифференцировав по времени выражение тока на прямом ходе:

. (4.23)

откуда

; . (4.24)

Подставляя эти значения скорости изменения тока в выражение для коэффициента нелинейности, получаем

(4.25)

При малых нелинейностях, учитывая, что , при

, (4.26)

т.е. для уменьшения нелинейности нужно стремиться к уменьшению r_K и увеличению индуктивности L_K отклоняющих катушек. Практиче­ски при K_H ≤ 0,05 геометрические искажения для глаза незаметны. Допустимыми считаются искажения при K_H ≤ 0,1...0,15 в черно-белом телевидении и K_H ≤ 0,03...0,05 в цветном телевидении.