三次调谐

图1是电视接收机行扫描输出级的原理电路。图中行输出晶体管BG集电极上的电压波形是顶部凹陷的脉冲波，而高压变压器次级的波形却是顶部凸起的脉冲波。在技术上使行输出级得到这种电压波形的过程就称作三次调谐。三次调谐的好坏对行扫描输出级和整机质量都有着较大的影响，本文将讨论三次调谐的原理、优点和实现方法。

要说明三次调谐的原理，还得从行扫描输出级的工作过程谈起。在图1的原理电路中，BG为行扫描输出管，D\(_{1}\)为阻尼二极管，CP为逆程电容，L\(_{P}\)为行偏转线圈，CS为S校正电容，D\(_{2}\)为高压整流二极管即硅堆，CL为高压整流负载电容，实际上是显象管玻壳外的石墨层与壳内背铝层之间的固有电容。在BG的基极，加有来自行激励级的开关脉冲信号u\(_{1}\)（t）。为简明起见，我们先忽略高压变压器对行偏转线圈的并联影响，同时考虑到CS的主要作用是校正光栅的失真，它的容量大，对行频可视为短路，电路工作时它的两端充有直流电源电压，实际上相当于电源。这样，图1就可简化成图2。图2电路的工作过程又可用图3的几个波形对照说明如下：当BG的基极信号u\(_{1}\)（t）为正值时，即图3a中的t=0～t1期间，BG饱和导通，相当于一个开关K\(_{1}\)被闭合，这时的图2电路又可等效为图4a，电源EC在偏转线圈L\(_{P}\)中形成近似线性增长的电流iLP，其波形如图3b中的0～t\(_{1}\)一段。这期间与K1并联的逆程电容C\(_{P}\)上的电压uCP则为零（见图3c）。当u\(_{1}\)（t）从t1起突然变为负值时，BG截止，相当于开关K\(_{1}\)被断开，图2可等效为图4b。由于电感LP中已达最大值的电流不能突变，所以该电流只有对C\(_{P}\)充电。此充电过程实际是激起谐振回路LPC\(_{P}\)谐振的过程，充电电流iLP和充电电压u\(_{CP}\)将分别按余弦和正弦规律变化，其波形见图3b，3c中的t1～t\(_{2}\)一段，即，iLP从t\(_{1}\)时的最大值按余弦规律降到零，uCP则从t\(_{1}\)时的零值按正弦规律上升到t2时的最大值。t\(_{2}\)以后，CP上的电压u\(_{CP}\)又要经LP放电，形成反向电流如图4c。在t\(_{2}\)～t3期间i\(_{LP}\)和uCP仍将按上述规律分别达到负的最大值和零值，如图3b、c所示。还是因为i\(_{LP}\)不能突变，所以在t3之后i\(_{LP}\)又应对CP反向充电，如图4d中的虚线所示。但是，当C\(_{P}\)上的充电电压（下正上负）增加至超过二极管D1的导通电压时，D\(_{1}\)便开始导通，相当一个开关K2闭合，而i\(_{LP}\)也就不会再对CP充电，却改走捷径经由K\(_{2}\)在K2与L\(_{P}\)中流通了，此iLP便按近似直线规律回至零值（与BG导通时的情况类似，只是这时是i\(_{LP}\)把能量交回电源EC罢了）。t\(_{3}\)～t4期间i\(_{LP}\)的波形见图3b。在t＞t4之后，BG再一次导通，重复上述全过程，连续工作下去。D\(_{1}\)导通时的电流（t3～t\(_{4}\)段的iLP）与BG导通时的电流（t\(_{4}\)～t5段的i\(_{LP}\)）就合成了扫描电流的正程。而BG与D1都截止时的回路振荡期间（t\(_{1}\)～t3或t\(_{5}\)～t7…）则是扫描电流的逆程。显然，由于D\(_{1}\)的导通，使回路LPC\(_{P}\)中的振荡过程只持续了半个周期便被D1所阻尼，故逆程时间（t\(_{1}\)～t3或t\(_{5}\)～t7…）T=12·2π\(\sqrt{L}\)\(_{P}\)CP=πL\(_{P}\)CP。只与L\(_{P}\)和CP有关。

从上述过程可知，逆程电容C\(_{P}\)上的电压（即BG上的电压）uCP的波形是L\(_{P}\)CP谐振半个周期的正弦形脉冲（常被称作逆程反峰压）。这里的u\(_{CP}\)并非顶部下凹的波形。那么，顶部下凹的波形是怎样得到的呢？这就要研究高压变压器的并联影响了。在实际电路中，高压产生电路也是行扫描输出级负载的一部分，为了得到显象管所需的直流高压，才利用高压变压器把行输出级的幅度很高的逆程反峰压uCP升压后进行峰值整流。所以高压变压器必须是脉冲变压器，它的次级要提供上万伏的脉冲电压，绕组匝数很多，分布电容很大。又因耐压等要求，结构上常作成薄片状，所以变压器漏感也很大。有这个变压器与行偏转线圈并联后，分布电容和漏感就是影响行扫描输出级电压波形形状的主要原因。要研究这种影响，必须画出变压器的等效电路。根据脉冲变压器的分析方法，忽略初次级绕组的电阻成分，而考虑初级分布电容C\(_{f1}\)，初次级耦合系数K，初级电感L′1，初次级绕组间的分布电容C\(_{M}\)，初级匝数n1，次级匝数n\(_{2}\)和次级分布电容Cf2等，可得高压变压器的等效电路图5a。再进一步，略去很小的C\(_{M}\)，很大的KL′1，并将次级电容C\(_{f2}\)和负载电容CL都折合到初级，然后对串并联元件合并，图5a还可简化，简化后图1电路则成为图5b的形式。因为脉冲变压器等效电路的理论推导过程相当复杂，这里只好省略，但无碍我们做定性分析。

在图5b中，总等效电感L\(_{1}\)是偏转线圈电感LP与高压变压器初级电感的并联值；C\(_{1}\)为逆程电容CP与C\(_{f1}\)的并联值；LS为高压变压器的漏感；C\(_{2}\)为Cf2和C\(_{L}\)折合到变压器初级后的总等效电容。经过这种等效和简化后，高压变压器的变比作用可以用理想变压器表示，它将只表示初次级的变比关系，而初次级的波形是一致的。由图5b可见，C1上的电压就是BG集电极和发射极之间的电压，而C\(_{2}\)上的电压乘以变比就是高压变压器次级的电压，或者说，C2上的电压波形与高压变压器次级的电压波形形状一样，只是幅度比次级的小。下面，我们就讨论有了变压器影响之后C\(_{1}\)和C2上的电压特点。

由图5b可知，当BG导通时，流过BG的电流将由i\(_{1}\)和i2两部分组成，而在BG载止时，i\(_{1}\)将达到最大值，这时开始扫描逆程，i1将对C\(_{1}\)充电激起逆程振荡。另一方面，因为扫描电流i1远远大于i\(_{2}\)，所以逆程开始后i1也会向右抵消i\(_{2}\)经LS给C\(_{2}\)充电如图5c。我们已知，在L1C\(_{1}\)回路上的振荡电压是半个周期的脉冲电压，这样的脉冲电压频率成分是很丰富的，有低频的基波成分，又有很多高频的谐波成分。因此，当逆程期间i1中的一部分经L\(_{S}\)给C2充电时（图5c），i\(_{1}\)中的谐波成分就可能在L3C\(_{2}\)谐振电路中也激起高频振荡（因L3和C\(_{2}\)都远小于L1和C\(_{1}\)，所以LSC\(_{2}\)的谐振频率肯定高于L1C\(_{1}\)的谐振频率）。这样，在L1C\(_{1}\)LSC\(_{2}\)组成的复杂回路中，谐振频率就不止一个。对于i1中的低频成分来说，串联支路L\(_{S}\)C2中L\(_{S}\)感抗很小，C2容抗很大，回路L\(_{S}\)C2呈电容性，可近似看成C\(_{2}\)。这时复杂回路L1C\(_{1}\)LSC\(_{2}\)可简化成图6a的电路。而对于i1中的高频谐波成分来说，并联回路L\(_{1}\)C1中的L\(_{1}\)感抗很大，C1容抗很小，L\(_{1}\)C1回路也呈电容性，可近似看成C\(_{1}\)。这时复杂回路L1C\(_{1}\)LSC\(_{2}\)则可简化为图6b的电路。我们假设，图6a电路谐振于基波f1，图6b电路谐振于高频谐波f\(_{2}\)，而且f2=3f\(_{1}\)。至于如何才能做到这一点，留待以后说明。

先讨论C\(_{1}\)上的电压。由图6a知，C1上有频率为f\(_{1}\)的电压，由图6b知，C1上又有频率为f\(_{2}\)的电压。即C1上应有频率为f\(_{1}\)和f2的两种电压。但这两种电压都是由同一个电流i\(_{1}\)引起的，所以频率为f1和f\(_{2}\)的两种振荡电压（或电流）的起始相位必然相同。再考虑到f2=3f\(_{1}\)这个条件，不难画出在C1上这两个不同频率的电压波形和它们的合成结果如图7a。可见，合成后的电压u\(_{f1}\)＋uf2是顶部下凹的脉冲波，这也就是行输出管BG集电极上的电压。

再讨论C\(_{2}\)上的电压。我们分四个层次来谈。（1）由图6a可知，电路谐振于频率f1时，因C\(_{2}\)与C1相并联，所以在C\(_{2}\)上频率为f1的电压与C\(_{1}\)上的完全一样。（2）由图6b可知，电路谐振于频率f2时，C\(_{1}\)C2是串联的，若某瞬时C\(_{1}\)C2上谐振电压的极性为左正右负，如图6b的虚线圆中所示，则由于C\(_{1}\)C2两个串联电容的中点是接地点，所以对地来说C\(_{1}\)C2上频率为f\(_{2}\)的电压是反相的。（3）我们又已知道，在C1上频率为f\(_{1}\)和f2 的两种电压初始相位相同，这样，在C\(_{2}\)上，频率为f1的电压与频率为f\(_{2}\)的电压的初始相位当然是反相的了。（4）考虑到f2=3f\(_{1}\)这个条件，画出C2上这两种电压u\(_{f1}\)和uf2的波形及其合成结果u\(_{f1}\)＋uf2便如图7b，可见，合成电压将是顶部上凸的脉冲波，即，在高压变压器次级，逆程脉冲电压经变压器升压后是大大提高了幅度的顶部上凸波形。正如本文开始谈到的那样。

至此，我们可以更确切地说，所谓三次调谐，就是设法使高压变压器漏感与分布电容引起的高频振荡频率为扫描逆程自由振荡频率的三倍，从而在行输出级得到所需逆程脉冲波形的过程。

在技术上设法得到三次调谐的波形，主要有下述好处：首先，行输出管BG和阻尼二极管D\(_{1}\)上的反峰压会因脉冲顶部下凹而下降，下降的数值可达20％左右，这就可以降低对行输出管及阻尼二极管的耐压要求，使它们的工作可靠性提高。同时，由于高压变压器次级脉冲电压凸起升高，可以使峰值整流后得到的直流电压（即高压）提高20％～30％，甚至更多。如果所需高压一定，就可减少高压变压器次级匝数。这样既减小了体积，也会因变比的降低而更不易造成初次级间的击穿，可谓一举两得。

其次，采用三次调谐还有利于减弱振铃干扰，改善扫描线性，提高光栅及图象质量。所谓振铃干扰，是指在行扫描正程期间，由于L\(_{S}\)和C2的存在，也会引起寄生高频振荡，造成正程时的电压波动（频率约为100KHz左右，在正程期间约5～6个振荡周期），如图8a所示。这种寄生振荡经高压变压器升压后幅度更大，能量也高，辐射严重时会经视频放大电路或直接进入显象管电路，在荧光屏上形成明暗相间的竖条干扰图形，如图8b。这种寄生振荡反映在扫描电流上，也会使锯齿电流正程线性变坏（图9a），即扫描速度不再是均匀的，这将造成电视图象在水平方向上几何形状的失真。而且由于扫描速度的不均匀，扫描快时光栅亮度小，扫描慢时亮度大，在只有光栅时也会造成黑白竖条干扰。又由于实际电路有损耗，寄生振荡将是衰减振荡如图9b。这时，在扫描正程起始处寄生振荡幅度最大，扫描终了时则很小，造成的光栅效果便是自左至右逐渐减弱的黑白坚条如图9c。上述干扰现象就叫振铃干扰。

那么，这种寄生振荡是怎样激发起来的呢？究其根源，还在逆程。前已述及，高频振荡的频率主要是由漏感和分布电容决定的，当没能做到三次调谐即f\(_{2}\)≠3f1时，即使高次谐波的初始相位与基波相同，在逆程终了时高次谐波也未必仍与基波同相。这在图10a中可以看得很清楚：由于u\(_{x}\)与uf1不是三倍频率的关系，在逆程终了时的A点，u\(_{x}\)的变化趋势（向上）与uf1的变化趋势（向下）是不一样的。但当实现了三次调谐时则如图10b那样，在逆程终了时的A点，u\(_{f1}\)和uf2的变化趋势仍然一样（均向下）。我们知道，在A点之后的逆程振荡电压会因阻尼二极管的导通而被阻尼掉，显然，在图10b三次调谐好的情况下，高频振荡u\(_{f2}\)会与uf1一样被阻尼二极管阻尼掉，使得正程开始后的u\(_{f2}\)振荡幅度大大减小，从而减弱了振铃干扰。但在图10a的情况下，由于ux与u\(_{f1}\)在A点相位不同，阻尼管导通时只能阻尼uf1却不能阻尼u\(_{x}\)。即正程开始时仍有ux的寄生振荡存在，并会继续振荡下去。这就导至了振铃干扰。由此可见，采用三次调谐之后是可以减弱振铃干扰提高光栅和图象质量的。需要指出，若阻尼管正向电阻过大，阻尼不良，则对于f\(_{1}\)也不能很好阻尼，在正程时便有f1的振荡继续存在，也同样形成振铃干扰，但这与三次调谐无关，我们不讨论它。

实现三次调谐就是如何做到f\(_{1}\)=3f1的问题，而f\(_{2}\)主要是由LS及C\(_{2}\)决定的，所以首先必须做到高压变压器漏感和分布电容足够小，以便在调整过程中还有加大的余地。如果LSC\(_{2}\)本身已经过大，就无法使图6b的电路谐振于f2=3f\(_{1}\)，三次调谐也就无从实现。高压变压器分布电容主要取决于次级绕组的结构工艺，因为次级匝数很多，所以多用蜂房绕法或分段绕法以减小分布电容。分布电容C2的减小才使L\(_{S}\)有较大的可调范围。在调整时，可以改变变压器初次级的相对位置即耦合松紧来改变漏感LS，例如初次级可分别置于U型磁芯两侧的芯柱上，也可同时置于一侧，或调整在同一侧时初次级间的相对位置等。也可以调节U形磁芯的空气隙以改变Ls（空气隙主要是防止变压器磁饱和的）。有时也可适量地改变逆程电容的数值从而改变基波f\(_{1}\)的频率以保证f2=3f\(_{1}\)。至于三次调谐波形的好坏，应以脉冲顶部凹陷并不过深，接近平坦为佳。如果凹陷过深，出现过大的双峰，不但不利于降低反峰压，还会因三次谐波幅度过大，增加回路的谐振损耗，同时也会因合成后反峰脉冲波形过陡，与行输出管BG的截止时间重叠期加长，使逆程时晶体管BG的截止损耗加大，这都使行输出级功耗加大，效率降低，有害无益。

最后，还应指出，三次调谐也是有缺点的。因为高压变压器次级的脉冲幅度虽然提高了，但脉冲宽度却变窄了。所以在进行峰值整流形成直流高压时，对整流负载电容的充电时间减少，使高压电路负载特性变差，高压稳定度下降。当电视图象场景亮度变化较大时，会因射束电流（即高压电路的负载电流）变化较大而造成高压不稳及光栅尺寸的变化。所以大屏幕电视机和彩色电视机中宁可采用所谓五次调谐的方式，即令f\(_{2}\)＝5f1，使行输出管集电极电压升高而高压变压器次级电压降低但脉宽加宽的办法，以提高高压稳定度。其原理与波形不难根据三次调谐的道理去理解，这里不再赘述。(王贯一)