§2.2 黑白电视机原理框图
电视机利用接收天线接收全射频电视信号,经过一系列信号处理后,最终在荧光屏和扬声器真实地重现发射台送来的图像和伴音。
目前所有的电视接收机均采用超外差式(直接放大检波式已被淘汰),按接收伴音信号方式不同,可以分成单道通式(内载波差频式)和双通道式(独立伴音中频通道式)两种。
双通道式接收机的伴音信号是从高频调后就与图像信号分开的。他们分别通过伴音中放和图像中放将伴音中频信号和图像中频信号放大,然后再分别经过频率检波和幅度检波,将音频伴音和视频图像信号送到扬声器和显像管。而单通道接收机,则是将高频调谐器送出的图像中频信号和伴音中频信号通过同一中频放大器(称为图像中频放大器,主要放大图像中频,对伴音中频放大作用较小),然后同时加到视频检波器上,经视频检波后最终将获得的第二伴音中频信号(6.5MHz)与视频图像信号分开。
由于单道通式电视接收机的图像和伴音可共用同一中放电路,可节省元器件、简化电路,以及单道通式可以保证伴音中频的准确性,提高了伴音鉴频电路的稳定性。因此,我国均采用单通道超外差式电路结构。
2.2.1 单通道超外差式黑白电视机原理框图
单通道超外差式黑白电视接收机的原理框图如图2-5所示。
由图可见,它主要由信号通道部分、同步扫描部分和显像管馈电电路及电源部分组成。下面以第八频道为例,就各部分的作用及简单原理加以讨论。 一、信号通道部分
信号通道由公共通道(天线、阻抗匹配器、高频调谐器、中频放大器和视频检波及输出器)、伴音通道(伴音中放限幅器、鉴频器、音频电压功率放大器和扬声器)和图像通道(视频放大器及显像管)等组成。
天线的作用是接收电视台发射天线幅射的空间电磁波(全射频电视信号),经馈线送至高频头的输入回路(使用室内拉杆天线时)或阻抗匹配器(使用室外天线时)。天线接收电磁信号的能力通常用天线增益、通频带、输入阻抗和方向性等综合表征。阻抗匹配器将天线或馈线的阻抗变换为高频调谐器中输入回路所需的输入阻抗,使之匹配,以获得最大功率并防止产生反射波。
输入回路由无源网络组成,它对来自天线的各种电磁波进行频道选择,在输入电路中常常设置中频频率的陷波电路。高频放大器的作用是对来自输入电路所选择的频道信号进行选频放大,其增益约为20dB~25dB,以提高信噪比。将本机振荡器的等幅输出信号(其频率始终保持比高频放大器输出全射频电视信号的图像载频高38MHz、比伴音载频高31.5MHz)与高频放大器的输出信号同时送入混频器,从而将高频放大器输出的全射频电视信号变换为中频电视信号。中频信号的频谱结构与高频输入信号互为倒置。
电视机的增益和选择性等指标性能主要由中频电路完成。中频放大器主要对图像信号进行约60dB的放大,对伴音信号放大则只有34dB左右。在中频放大器中设置的滤波器,用来抑制邻近频道的中频伴音载频和中频图像载频的干扰。
视频检波器利用二极管的非线性特征,对图像信号进行峰值包络检波,得到视频图像信号(0~6MHz)。并且以图像中频为载频与伴音中频信号混频,变换产生第二伴音中频信号(6.5MHz)。将其输出的两个信号送至检波输出电路。
检波输出级(即预视放级)的作用是分离图像信号和伴音信号,并在输出的电视信号中取样,提供通道自动增益控制(AGC)电压和扫描系统所需要的复合同步信号。它将视频图像信号送到视频放大器,放大(约34dB~38dB)并恢复直流后,送至显像管的阴极或
控制栅极,使之在显像管屏幕上重现图像。
第二伴音中频信号经伴音中放放大、限幅后,由鉴频器解调出原始伴音信号,送至低频电压、功率放大器进行放大后,在扬声器恢复原伴音。
抗干扰(ANC)电路用来消除电视信号中大脉冲干扰。自动增益控制(AGC)电路,是为了当输入信号幅度在一定范围内变化时,基本保持视频检波器输出信号幅度恒定,以免失真、过载。AGC电路分别控制信号通道中的中频放大和高频放大电路的增益,一般高放AGC比中放AGC控制有一定的电平延迟,以保证在输入信号较微弱时高放增益不变(保持最大),使整机信噪比不致下降。 二、同步扫描部分
同步扫描电路是电视机中极为重要的部分。它的作用有两个:一是给场偏转线圈和行偏转线圈提供产生偏转磁场用的锯齿波电流,实现对屏幕的电子扫描;二是给行、场扫描电路提供行、场同步脉冲,保证电视机扫描与摄像机扫描同步。
由ANC电路来的全电视信号送到同步分离电路,利用幅度分离原理分离出复合同步信号(行同步、场同步、均衡脉冲和槽脉冲),其输出的一路经积分电路(宽度分离)分离出场同步信号,去同步场振荡器输出信号的频率和相位,此信号经场激励级、场输出级的放大后形成锯齿波电流流入场偏转线圈。同步分离放大器的第二路输出送至自动频率控制电路(AFC),它与行振荡器输出信号(经行激励、行输出级放大后反馈回来)的频率和相位比较并使之同步,经放大后形成锯齿波电流流入行偏转线圈。 三、显像管馈电与电源部分
整机所需电源分直流低压、中压和高压三大类。
黑白电视机的低压电源,由交流50Hz、220V经变压器降压、整流滤波和稳压后取得,其电压值通常为12V(40cm以上的电视机也有使用32V等),它供给除视频放大级(或再加上场输出级)和显像管以外的各级作直流电源。
中压、高压电源是利用行输出级集电极在行逆程期间产生的高压脉冲,经行逆程变压器升压、整流和滤波后得到,因行频很高,故可以大大缩减变压器和高压滤波电容的体积。黑白电视机的中压电源通常为400V和100V,它主要供视频放大器、场输出级偏置和显像管的第一、三阳极以及栅一阴极间的偏置电压。高压电源通常为12kV以上,它只供给显像管第二、四阳极。
2.2.2 单通道超外差式电视机的特点
一、超外差方式的特点
超外差式与直接放大检波式的重要区别,是利用本机振荡器产生一个比图像载频高38MHz(旧频率值为37MHz)的振荡信号,与接收的全射频电视信号进行混频外差后得到中频电视信号,再通过具有特定幅频特性的中放电路,使加到检波器的信号适合于残留边带方式的特点,并抑制邻频道的干扰。这类特性,直接放大检波式是很难做到的。
采用超外差方式时,不论接收哪个频道的全射频电视信号,混频后都变成同一中频。由于这一中频频率比所接收的高频信号的频率低,因此,比较容易得到稳定的高倍率放大。同时,由于中频为固定的38MHz,则可以设法使中放的频率特性具有优良的选择性并适合于残留边带的特点。因此,超外差接收方式虽然增加了本机振荡器和混频电路,但接收效果较好,调谐简便,灵敏度、选择性和抗干扰能力都比较理想。 二、单通道方式的特点
如前所述,单通道电视机的图像与伴音中频信号在图像检波之前共用一个中频放大器,直到检波后,才把6.5MHz第二伴音中频信号和视频信号分离开来。图像中频(38HMz)与
伴音中频(31.5MHz)在视频检波器中检波时,由于检波器的非线性作用,在检出图像信号的同时,还差拍产生出6.5MHz的调频信号(即第二伴音中频信号)。如果把检波级作为混频器,那么对伴音中频(31.5MHz)来说,图像中频恰似一个本机振荡频率,所以这种方式又叫内载波式。
在双通道式电视机中,如果将混频器输出的31.5MHz伴音中频直接送鉴频器解调,那么当电视机本振频率稍有偏差时,由于伴音中频等于本振频率与接收的高频伴音信号频率之差,因此伴音中频也将偏离规定值(31.5MHz)。如果伴音中频偏离鉴频器的线性范围,就会引起音频信号的严重失真或衰减很大。而在内载波方式中,即使本振频率有偏移,则由于混频器输出的图像中频与伴音中频将同时等量偏移,两者之差仍将保持6.5MHz不变,所以本振频率的变动并不影响检波器输出的6.5MHz伴音第二中频信号,因此就不会造成的伴音失真或衰减。 三、几种射频干扰源
对单通道超外差式电视机接收机来说,存在以下几种干扰:
(1)邻频道干扰:电视机在接收某频道全射频电视信号的时候,与它相邻近的图像高频信号或伴音高频信号可能同时进入电视机,以致在所需信号的图像上出现邻频道的差拍干扰,这种干扰称为邻频道干扰。
(2)中频干扰:当干扰信号的频率落在图像中频的响应范围内时,这种干扰信号一旦漏过电视机的调谐器而进入图像中放级,就再也无法将它滤除,就会在画面上形成干扰,这种干扰称为中频干扰。
(3)镜频干扰:在混频外差电路中,为了把图像载频信号(fp)和伴音载频信号(fs)变换成图像中频信号(fpI=38MHz)和伴音中频信号(fsI=31.5MHz),需要一个频率为fL 的本机振荡信号送入混频器,fL始终比fp 高38MHz、比 fs 高31.5MHz,使外差后得到中频信号为
fpi=fL-fp=38MHz fsI=fL-fs=31.5MHz
如果有一个频率为 fN =fL+fpI的干扰信号进入电视机,那么经过混频器以后,干扰fN 与本振 fL 则同样可以差出一个38MHz的中频信号,即
fN-fL=(fL+fpI)-fL=fpI=38MHz
故fN对图像产生了干扰。这种比本振频率高一个图像中频或者比高频载频高两个图像中频(2fpI)的干扰称为镜频干扰。
§2.3 信号波形及频谱的变换
图2-6绘出了图像及伴音信号在信号通道中各主要点的波形及频谱的变换过程。电视接收机的公用通道中各点波形应是图像信号与伴音信号的叠加,为简明起见,我们只画出图像信号波形的变换过程。参看图2-5、图2-6,仍以8频道为例。
A点是接收天线从空中截取的电磁波信号,其波形如图(a)所示,为负极性调幅波射频电视信号,在图(a′)中画出了残留边带特性的信号频谱以及可能同时被接收的作为干扰信号的邻近频道信号频谱.
经输入回路的信号选择、高频放大器的放大和选择后,假定在理想情况下,邻近频道的干扰信号已被滤除时,则7频道伴音182.75±0.1MHz和9频道的图像信号(载频192.25MHz)在频道图中不再出现,因此B点信号波形不变,但其频谱图已如图(b′)所示。
C点为混频器的输出端。由于本振频率(8频道FL=222.25MHz)比图像高频载频(fp=184.25MHz)高38MHz,比伴音高频载频(fs=190.75MHz)高31.5MHz,则混频器输出信号包络不变,但载频已由高频变换为中频,如图(C)所示,它的频谱如图(C′)所示,频谱结构与图(b′)相比处于倒置位置。
混频器输出的图像中频、伴音中频被送入中频放大器进行放大。整机增益主要是由中频放大器提供。由于采用残留边带调制方式,因此要求中频放大器具有特定的幅频特性(原因说明见1.5.4节),如图2-6(c″)或图2-7所示。图中在38MHz图像中频处,其增益为
图2-7 中放幅频特性
中放最大增益的50%,在31.5MHz伴音中频载频处的中放增益只有5%,即对伴音信号附加衰减20倍,使被中频放大器放大后的全中频电视信号中,伴音信号远远小于图像信号,以防止干扰图像。另外,由于被天线截取的邻近频道干扰信号,如7频道伴音载频fs7(182.75MHz)和9频道的图像载频fp9(192.25MHz),实际上不可能被输入回路、高放的选择回路全部滤掉,它们一旦进入变频器,将会与8频道的本振频率f L差拍出30MHz和39.5MHz的中频干扰频率。因此,在中频放大器中采用专门电路对此两干扰频率加以抑制,故中放幅频特性在30MHz和39.5MHz的固定频率处有两个吸收点。这样,中频放大器输出端D点的信号波形不变,信号频谱则如图(d′)所示。
经视频检波器解调后的图像信号波形取决于检波二极管的连接方式,如果检波二极管正极接负载、负极接中频回路,则解调后E点波形如图(e)所示,为调幅信号的下包络,是正极性的视频图像信号。其频谱图则如图(e′)所示,其中0~6MHz的图像信号相当于峰值包络检波器解调后的输出频谱;6.5MHz附近的伴音信号则是以图像中频载频(38MHz)为载波与伴音中信号(31.5MHz)差拍产生的第二伴音中频载频。
通常,检波输出级(预示放级)对输入的图像信号相当于射极跟随器,采用专用滤波器滤除伴音信号后送到视频放大器进行反相、放大,则视放级输出端F点的波形与频谱如图(f)和(f′)所示。图(f)又变换成负极性图像信号,被送到显像管的阴极,以重现图像。
检波输出级对于伴音信号相当于调谐放大器,将6.5MHZ伴音信号从集电极取出(并抑制0~6MHZ的图像信号),送到第二伴音放大限幅器,故G点的信号波形和频谱如图(g)和 (g′)所示。图(g)中假定伴音调制信号是频率为15kHz的单音频信号,经鉴频器对伴音调频信号解调并经放大器放大后,输送到扬声器H点的波形和频谱如图(h)和(h′)所示。