锯齿形电流发生器

在静电偏转的电子射线管里，例如示波管，我们把锯齿形电压加在它的一对偏转板上，以便控制电子束的扫描，在荧光屏上产生一条表示时间的基线。相似地，在磁偏转的电子射线管里，就需要在它的偏转线圈中通过锯齿形电流，来控制电子束的扫描。例如，电视显像管中的光栅，雷达屏幕上的距离刻度，一般都是利用锯齿形电流来形成的。因此，“锯齿形电流发生器”又可以叫做“扫描电流发生器”。

锯齿形电流和锯齿形电压波形相似。有关锯齿形电压的一些概念，例如周期、正程时间、返程时间、幅度和非线性系数等，都可以同样地用于锯齿形电流。

由于锯齿形电流大多是流过偏转线圈来偏转电子束，所以我们需要讨论一下偏转线圈的特点。实际的偏转线圈不仅有电感，而且存在着绕线的电阻和线匝间的分布电容，因此，它的等效电路如图1a所示。在较低的频率上，例如对于电视中的场频（50赫），可以忽略分布电容C的影响，用图1b的等效电路来代表偏转线圈。但是，在较高的频率上，例如对于电视中的行频（15625赫），分布电容C的影响很大，就不能忽略了。

我们先来看看低频锯齿形电流i（图2a）通过偏转线圈时的情况。这时，可以利用图1b的等效电路。电阻r上的电压u\(_{r}\)和电流波形完全一样（图2b）。电感L上的感应电压uL和电流的变化速度成正比。在正程时，电流线性增长，即变化的速度是常数，所以u\(_{L}\)也是常数。到返程开始时，电流忽然线性减小，所以uL突然变为负值，并在返程中保持不变（图2c）。偏转线圈两端的电压u\(_{AB}\)为ur和u\(_{L}\)之和，如图2d所示。这个波形的特点是两个锯齿之间夹有一个负脉冲，所以称为“锯齿脉冲波”，有时也称为“梯形波”。

反过来说，如果我们把图2d的锯齿脉冲电压加到偏转线圈的两端，就可以在线圈中得到图2a所示的锯齿形电流。为了得到足够大的锯齿形电流，可以把偏转线圈接在电子管功率放大器的输出端，而在电子管的栅极加上前述的锯齿脉冲波信号（图3）。在这种情况下，应当在图1b的等效电路中附加上电子管的内阻R\(_{i}\)。

这样，我们就得到了锯齿形电流发生器。和普通的音频功率放大器一样，这里也要考虑阻抗的匹配、电子管的选择、工作点的选择以及输入电压的大小等等。特别要考虑到非线性失真问题，因为扫描的非线性会使光屏图像中各个光点的位置不正确，而眼睛对这种失真是很敏感的。利用正确选择电子管工作状态，加大RC耦合元件，加入电压或电流反馈等办法，可以改善锯齿形电流的线性。

锯齿形电流输出管栅极所需要的锯齿脉冲电压很容易得到。例如，可以利用电子管和电容器充放电电路来形成。图4就是这样的电路，它和上期介绍的锯齿形电压发生器相似，不同的只是在电容C上串联了一个小电阻R\(_{1}\)。其中充电电阻R也可以采用五极管等“恒流元件”。在触发脉冲未加到栅极以前，电子管V截止，电源E通过R和R1向电容C缓慢充电。假设充电电流是近似恒定的，则在电容C上得到线性增长的电压，而在电阻R\(_{1}\)上得到恒定的电压。当触发脉冲到来时（t1） V突然导电，电容C通过电子管内阻R\(_{i}\)和R1放电。由于R\(_{i}\)和R1很小，放电电流很大，所以在电阻R\(_{1}\)上形成一个很大的负电压。这个负电压的数值随放电电流的减小而减小。到触发脉冲过去，电子管重新截止时（t2），电源E又经R和R\(_{1}\)向C充电，R1上的电压又变成正的。R\(_{1}\)和C上的电压uR1和u\(_{c}\)示于图中，这两个电压的和就是输出的锯齿脉冲波。这个波形和图2d的波形基本上相同，只是负脉冲的形状有些差别，但这是无关紧要的，因为这个负脉冲不会对锯齿形电流的正程发生影响。

实际上，像锯齿形电压发生器一样，可以把间歇振荡器（或多谐振荡器）和电容器充放电电路结合在一起，构成自激的锯齿脉冲电压发生器。

在较高的频率上，例如对于电视中的行频（15625赫），偏转线圈的分布电容C的影响很大，不能忽略；而L的作用比r大得多，甚至可以忽略掉r的影响。因此，锯齿形电流发生器的原理电路将如图5a所示。因为频率高了，返程就很短，要在返程内使线圈中的电流急剧减小，线圈中的感应电势就很大。因此，就要求加到电子管栅极的锯齿脉冲波中的负脉冲相应增大。这样一来，逆程中电子管的栅压急剧下降，使电子管截止。这时，L中的电流就向分布电容C充电，在LCr组成的振荡回路中产生衰减的自由振荡（图5b）。这个振荡会叠加到正程的始端，因而破坏了锯齿电流的形状。

为了消除扫描正程开始时的正弦振荡，可以利用图6a的电路。在偏转线圈两端并联一个由二极管D和R1C\(_{1}\)所组成的支路，R1C\(_{1}\)的时间常数很大，它们用来给二极管加一个近似于固定的偏压EC。

图6b是电路中电流和电压的波形图。在t\(_{1}\)时，输出管被输入负脉冲所截止，LCr回路将产生衰减振荡。在开始的1／4周期中（t1～t\(_{2}\)），L向C充电，L中的电流iL逐渐减小，而电压u\(_{L}\)逐渐上升。在下一个1／4周期中（t2～t\(_{3}\)），电容C向L放电，电流iL反向（图中表现为负值），而u\(_{L}\)逐渐减小。到t3时，i\(_{L}\)变到负最大值，而uL为零。随后u\(_{L}\)变成反向，并很快增长到一EC（等于二极管D的偏压），使二极管开始导电。于是二极管把它的很小的内阻并联在振荡回路上，对回路产生很大的阻尼作用，使自由振荡停止（如果没有这个二极管的阻尼作用，回路中的振荡将如图中虚线所示）。电感L中的电流不能突变，它将继续通过二极管流通。这个电流是由电感L中储存的能量来维持的，随着这个能量的消耗，电流逐渐减小，最后减小到0。这个电流在图中以i\(_{D}\)表示，对电感L来说，它是一个负电流（从上流向下）。对二极管D来说，它是一个正向电流，这个电流对C1充电，形成二极管的偏压E\(_{C}\)。

在i\(_{D}\)流通中的某一时刻，例如图6b中的ta瞬间，输出管栅极上的电压U\(_{gk}\)上升到截止电压-Ego，输出管开始导电，于是在屏极电路中有逐渐增长的电流i\(_{a}\)出现。在L中，ia的方向是正的，和i\(_{D}\)刚好相反。在ta到t\(_{d}\)期间，偏转线圈中的电流iL是由i\(_{a}\)和iD叠加而成。输出管的导电时刻t\(_{a}\)，可以用改变栅负偏压的方法来改变。例如，增加输出管负偏压可以使整个锯齿脉冲波ug向下移，因而锯齿波和-E\(_{go}\)的交点就往右移，也就是ta的时刻较晚。反之，减小负偏压可以使u\(_{g}\)向上移，ta出现较早。适当选择导电时刻t\(_{a}\)和ug的波形，可以使i\(_{a}\)和iD的非线性刚好相互补偿，也就是使i\(_{L}\)近于线性地增长。到t′1瞬间，下一个负脉冲到来，又使输出管截止，以后整个过程就按前面所述的方式开始重复下去。

由此可见，在t\(_{3}\)到t′1期间，电流i\(_{L}\)线性增长，是锯齿波电流的正程，正程时间为ts。由于电流是线性增长的，所以电感两端的电压u\(_{L}\)近似地保持不变。t1到T\(_{3}\)期间，是锯齿形电流的返程，返程时间为tr。这时电流迅速变化，在L中感应出一个很高的电压。在电视接收机中，通常把这个电压经变压器升压和整流器整流，以供给显像管阳极所需的很高的电压。从t\(_{1}\)到t′1，是锯齿形电流的一个周期T。

从图6b的曲线图中可以看到这一电路有两个重要的特点。第一，使用阻尼二极管，使得锯齿形电流的幅度I\(_{m}\)比输出管的最大屏流Ia差不多增大一倍。因此，在要求输出同样幅度的锯齿电流时，可以采用功率较小的功率管。同时，每周期内供给电感L的能量不需要\(\frac{1}{2}\)LI\(^{2}\)\(_{m}\)，而只需约1;2L（Im2）2就行了。这就是说，电路中功率的转换效率大大提高，耗电大大减小。而高频锯齿形电流发生器所需功率是很大的，所以转换效率高这一特点显得特别重要。第二，所获得锯齿形电流的返程时间，只决定于偏转线圈所构成振荡回路的周期，约等于这个周期的一半（从t\(_{1}\)到t3）。它和电子管栅极上所加锯齿脉冲波中的负脉冲的宽度以及波形无关，所以在这个电路中，负脉冲的作用只是使电子管截止。电子管截止以后，电路中的过程就依靠偏转线圈中的固有振荡来确定了。由此可见，为了缩短逆程时间，偏转线圈的固有周期不能太长，也就是说，偏转线圈的L和分布电容C应有一定的限制。

在实际中，通常用一个输出变压器来获得阻抗匹配，同时还可以把电路的效率和电流的直线性更提高一些。（润年）