联合设计31厘米电视机图象中频放大电路

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图象中频放大电路,在电视机中,位于高频头和视频检波器之间,它是通道的主要组成部分。中频放大电路,是由放大电路和频率特性形成网路两部分构成。在电视机的通道中,它是提供增益和频率特性(即振幅频率特性和相位频率特性,简称幅频特性和相频特性)的重要电路。为了减小检波失真,需要把高频头送来的中频电视信号放大到6V\(_{pp}\)(峰—峰值)左右,才能在检波负载上获得1Vpp的视频输出。因此,要求中频放大电路必须有60dB左右的增益;并要求在不同强度输入信号的条件下,能够进行自动控制,以保证在接收强信号时,不致引起末级中放过载;另一方面为了在还原视频信号时,保证包络失真最小,要求幅频特性满足电视残留边带制接收(简称残带制)的要求,而且要求相频特性在通带范围内呈线性。

一、频率特性形成网路

形成频率特性的网路叫频率特性形成网路,常见的有集中参数LC电路,此外还有分布参数LC电路和固体滤波器(例如最近出现的声表面弹性波滤波器)。

1.集中参数LC频率特性形成网路。这种网路由多个LC谐振电路构成,有单调谐电路、双调谐电路和比较复杂的网路。它们的谐振频率可以调在同一频率上(同频调谐),也可以分别调在不同的频率上(参差调谐),但目的是为了使综合频率特性满足一定的设计要求。从布局上来分,又有分立式和集中式两种方式。分立式是把单个LC调谐电路间置于各级放大电路,并兼作各放大电路之间的耦合电路,或者作为中频放大电路输入端与高频头。输出端与视频检波电路的匹配网路。这样使电路元件数大为减少。联合设计31厘米电视机就是采用的这种方式。集中式,则把频率特性形成网路作为一个整件置于中频放大电路之前或其中,这种方式多用在集成电路中频放大电路中。因为它们可以事先调好,装上电视机以后,不必再调。所以,使用比较方便。另外一个优点是便于换用固体滤波器。

图1
图1 🔍原图 (904×381)

2. 分布参数的LC滤波电路。现以螺旋谐振器为例,简单介绍一下。螺旋谐振器的构造如图1(a)所示,它是由内径为D的金属圆筒(也可作成方形)作为外导体,而内导体为一螺旋线圈。线圈的平均直径为d,与外导体同心配置。线圈由直径为d\(_{o}\)的导线绕成,节距为τ,此线圈一端与外导体焊接,另一端开路。利用内导体所形成的电感和内外导体之间的分布电容,构成一个谐振电路。根据计算,可以使它谐振在指定的频率上。由于它的Q值很高(约1000左右),所以,把这样几个谐振电路组合起来,就可构成一个非常理想的滤波电路。组合的方法如图1(b)所示,利用外导体开窗口的办法,使紧靠在一起的几个谐振电路通过窗口获得耦合。窗口大,耦合就紧;窗口小,耦合就松,其等效电路如图1(c)所示。调整各窗口的大小和各谐振电路的谐振频率,可以得到预期的频率特性曲线。

图2
图2 🔍原图 (638×292)

3.固体滤波器。固体滤波器的种类很多,声表面弹性波滤波器,就是其中的一种,其结构如图2所示。它是在特制的压电材料基片上,装上两组叉指形电极,一组与输入信号相连,另一组与输出负载相连。这样就会在电极附近形成声表面波,利用表面波传播电视中频信号。电极的尺寸和间隔不同,传播的表面波的频率(或频段)也不同。如果设计得当,就可以制出满足电视机需要的滤波器。由于集成电路等微电子学工艺的发展,可以精确地制出各种尺寸的电极,这样就省去了在工厂中对滤波器复杂的调整,大大提高了生产效率。但这种声表面波滤波器目前还存在着插入损耗较大等缺点。

除声表面波滤波器之外,上述几种LC频率特性形成网路的幅频特性与相频特性是相互依存的,一般幅频特性确定以后,相频特性也随之确定。通常只要用扫频仪等仪器把幅频特性调好后.就不再检查相频特性了。实际上,相频特性对图象质量的影响,在某种程度上要比幅频特性更严重。大家知道,中频放大电路的幅频特性反映的是中频电视信号通过此电路时,各频率分量之间振幅的相对比例关系。在中频放大电路的通带内,要求幅频特性尽可能平坦,即各频率分量的放大倍数要一样。这样就使放大后的中频电视信号的各频率分量振幅的相对比例关系保持不变。如果中频放大电路的幅频特性不平坦,就会使各频率分量得到不同程度的放大。假如高频分量的振幅相对减小,这样就会降低图象的清晰度。反之,高频分量的振幅相对增大,就会使高频过冲,产生振铃现象,同样也会影响图象的清晰度。

中频放大电路的相频特性,则反映中频电视信号通过此电路时,各频率分量之间的相让延迟情况。在中频放大电路的通带内,要求相频特性呈线性,即要求各频率分量的相位延迟与频率成比例,也就是说各频率分量的延迟时间要一致。如果相频特性不呈线性,就会使各频率分量传送到屏幕上的时间不一样,有的早,有的晚,这样就破坏了各频率分量原来在时间上的相互关系,使还原出来的图象与原图象出现不同程度的偏离,结果使图象出现拖尾等现象,造成图象模糊不清。

可见,相频特性不好对图象造成的影响比幅频特性不好所造成的影响更严重。因此,有时为了照顾相频特性宁愿牺牲一些幅频特性。

图3
图3 🔍原图 (875×384)

目前电视机中,中频放大电路的幅频特性曲线有两种形式。一种为平顶形,如图3(a)所示;另一种为草垛形(俗称馒头形),如图3(b)所示。平顶形具有较宽的频带,它与残带制所要求的理想幅频特性比较接近。但是,相频特性较差。因为这种曲线,在通带内幅频特性变化比较剧烈,所以,相频特性偏离线性也比较大。从图3(a)可以看出,在距离图象载频点1兆赫左右的地方,幅频特性曲线由线性变化状态突然转变成平顶状态,而且平顶部分比较宽。由于幅频特性发生了急剧变化,所以,相频特性的线性必然要变坏。又因为视频信号在1兆赫前后的频段上,是人眼视觉比较敏感的重要频段,如果在这个频段上产生相位失真,对图象质量的影响更严重,使图象轮廓模糊不清。从图3(b)可以看出,草垛形幅频特性曲线比较平滑,线性变化部分比较宽,在距离图象载频点2~2.5兆赫的频率上,曲线才发生弯曲,弯曲的范围也比较小。理论证明,草垛形曲线在整个通带内,相频特性都接近于线性。由于草垛形曲线的通带变窄了,所以,把图象中频调在曲线最大值的40%处。这样一来,加大了图象中频信号的下边带信号,提高了视频信号的高频成分,这对改善图象质量有利。因此,目前普遍采用草垛形曲线。草垛形幅频特性曲线除了上述优点外,它对高频头的调谐位置要求不太严格,而且通频带比较窄,相对来说,提高了整个电视机的信杂比。缺点是分辨率不如平顶形。但是,如果在视频放大电路中,作相应的配合,就能取得较好的效果。

二、吸收回路

吸收回路,主要是用来弥补一般频率特性形成网路,对不需要接收的信号的抑制能力的不足而设置的。所谓不需要接收的信号,是指下邻频道的伴音载频和上邻频道的图象载频。此外,对本频道伴音载频也需作必要的抑制。换句话说,如果频率特性形成网路能够做到不仅频率特性符合电视制式的要求,而且对不需要接收的信号也有足够的抑制能力,那就可以不用或者少用吸收回路了。必须指出,有的吸收回路对相频特性的破坏是很严重的。例如,对下邻频道伴音载频的吸收回路,它离本频道图象载频很近,只有1.5兆赫,吸收回路的存在,必然会使那里的曲线发生急剧的变化,从而使靠近本频道图象载频附近的相位特性变坏,严重影响了图象的质量。

一般常用的吸收回路有串联谐振式、并联谐振式、串并联谐振式及桥T式网路等。串联和并联谐振式吸收回路,吸收深度较浅,但结构简单,多用在上邻频道图象载频和本频道伴音载频的吸收上;串并联谐振式吸收回路,常用来作本频道伴音中频吸收回路。它有两个谐振频率,一个是串联谐振频率,一个是并联谐振频率。利用串联谐振点作为吸收载频点,而将并联谐振点放到通带里,来提升图象中放低端的频率特性,以便改善幅频特性。桥T式吸收回路的吸收深度较深,常用在对下邻频道的伴音载频吸收上。

另外,从放大器本身的电路形式来分,又有共发射极和共基极两种。共发射极电路增益比较高,但输出阻抗较低,使其Q值下降,对频率特性形成网路有一定的阻尼作用。共基极电路有较高的输出阻抗,但输入阻抗比较低,增益比较小,动态范围比较大,多用在末级中放上。

三、联合设计推荐的两种中放电路

图4、图5为全国联合设计31厘米电视机椎荐的两种实际中频放大电路。

图4
图4 🔍原图 (1222×579)
图5
图5 🔍原图 (1844×575)

图4所示的电路与全国联合设计23厘米电视机的中频放大电路通用。共采用三级放大电路,频率特性形成网路采用分立式集中LC滤波电路。除末级中放采用双调谐回路与视频检波电路相连接以外,其余两级均以单调谐回路作为级间的耦合电路。中放输入端由2C\(_{1}\)、2L14组成耦合电路,以便与K\(_{P12}\)-2高频头相匹配。本电路共用了三个吸收回路,上邻频道图象载频(29兆赫)的吸收回路,由2C2、2L\(_{1}\)组成;本频道伴音载频(30.5兆赫)的吸收回路,由ZC5、2L\(_{3}\)组成,这两个吸收回路均采用串联谐振电路;下邻频道伴音载频(38.5兆赫)的吸收回路,由2C3、2C\(_{4}\)和2L2组成,采用桥T式吸收回路。

本电路的幅频特性总曲线,如图6所示。其中,2B\(_{1}\)2、2L\(_{5}\)、2L6均调在同一中心频率34.5兆赫上。2L\(_{14}\)与高频头配合,用来微调曲线的对称性的,以调到曲线左右对称为止。

图6
图6 🔍原图 (430×380)

在三级放大电路中,前两级加有自动增益控制(AGC),因此,此两级的晶体管必须采用具有正向AGC特性的晶体管,如3DG56A、3DG79A等。末级中放管,要求有较大的动态范围和输出功率。因为中频信号经过前两级放大以后,送到末级中放时,信号已经比较大,而且要求末级中放集电极上的信号幅度达到6V\(_{pp}\),所以,需要末级中放管具有较大的动态范围及功率输出,否则就会使信号被压缩,丢失同步信号。因此,需要采用专用的末级中放管,如DG304、2G211等。

三级中放的增益分配大致如下:末级中放至视频检波输出的增益为30~36dB;第二级中放的增益约20dB;第一级约为10dB。由于第一、第二级的中频信号还比较小,所以,加AGC电路后,不会引起信号失真。

末级中放电路加有中和电容2C\(_{17}\),可使末级中放曲线的对称性更好一些,如图7所示。从图可以看出,这是一个略为过临界相合的观调谐曲线,通过调整耦合电容2C21,就可改变其耦合度,改变耦合度又可以改变曲线凹陷的大小,一般要求凹陷为最大值的15%左右。

图7
图7 🔍原图 (313×219)

2R\(_{5}\)、2R9为调谐电路的阻尼电阻,\(_{1}\)2所形成的单峰曲线与2L\(_{5}\)、2L6所形成的双峰曲线相配合,构成圆滑的草垛形曲线。2R\(_{3}\)(100Ω)为匹配电阻,它使从中放输入端看进去的阻抗,在通带内基本接近于75Ω,以便与高频头相匹配。2R14(100Ω)是用来提高末级中放的稳定性的。加2R\(_{14}\)以后,中放管的负载一部分为电阻,另一部分为中频变压器,这就使有效增益有所下降,从而改善了更换中频变压器时的曲线差别。

图5所示的电路与全国联合设计40厘米电视机的中频放大电路通用。共采用了四级放大电路。末级中放和图4一样,也是采用双调谐电路与视频检波电路相连接,其余三级均采用RC耦合电路。RC耦合放大电路,基本不需要调整,电路也比较简单。但是每一级的增益比较低,所以,要比前一种电路多一级放大电路才行。由于每一级所承担的增益较低,所以,电路的稳定性较好。各级增益的分配大致是:末级中放为34~36dB,第二、第三级各为10dB,第一级约为8dB。

中放电路的输入端由2C\(_{1}\)、2C2、2L\(_{1}\)组成耦合电路,以便与KP12-2高频头相匹配。本电路共用了四个吸收回路,其中2L\(_{2}\)调谐在上邻频道图象载频(29兆赫)上;2L3调谐在40兆赫上;2L\(_{4}\)调谐在下邻频道伴音载频(38.5兆赫)上;2L5调谐在本频道伴音载频(30.5兆赫)上。除了对下邻频道伴音载频采用桥T式吸收回路外,其余均为简单的LC串联谐振吸收回路。与前一种电路不同的是多了一个40兆赫的吸收回路,这是为了克服38.5兆赫吸收回路在带外引起的曲线凸起。加上40兆赫的吸收回路后,可以抑制带外的杂波干扰。

末级中放的双调谐回路,也是调成略有双峰的过临界耦合曲线。配合调整2L\(_{l}\),可以调出草垛形总幅频特性曲线。2L1具有较高的Q值,能够使曲线顶部隆起来。

在四级放大电路中,中间两级加有自动增益控制,因此,这两级必须采用具有正向AGC特性的专用晶体管。第一级中放,要求采用噪声系数小的低噪声晶体管。末级中放,除了在晶体管的集电极上没加稳定电阻外,其他电路基本上与前一种电路相似,也加有中和电容2C\(_{18}\),也要求采用专用末级中放管。

总的说来,这两种电路都能获得较好的效果。第一种中放电路的调谐电路比较多,容易调出较好的幅频特性曲线来,但是调整手续比较麻烦,而且放大电路的级数较少,各级分配的增益较高,要妥善考虑电路的排列,否则容易引起自激。后一种电路调整手续简单,但因调谐回路较少,要调出较好的幅频特性曲线,需要周密的设计。(北田)