“顯示器原理”教學中的一些特殊電路

　　摘 要： 本文通過對顯示器和電視機電路同異的比較，著重介紹了新型多頻顯示器中的一些特殊電路。適合在計算機、電視機原理基礎課教學中作為補充內容。
　　關鍵詞： 信號處理 多頻掃描 二次電源電路 顯示器原理
　　
　　隨著計算機的普及，“顯示器原理”進入了些職業教育和高校的課程。與該課程相關的教師多數對電視機的原理較為熟悉，但對顯示器的一些特殊電路還不甚了解。對顯示器的一些特殊電路與電視機電路作對比說明，希望對同行的教學能有少許啟發。如有不妥，請各位讀者指正。
　　對于采用陰極射線管（CRT）的顯示器和電視機，外觀相似，但內部的電路結構和工作原理其實有很大區別，下面對其主要電路的區別分幾個方面來說明。
　　一、信號處理電路
　　電視機一般接收的是射頻（RF）信號，所以信號處理電路要比顯示器復雜。顯示器的輸入信號一般是由計算機主機中的顯示卡經15針信號插座送出的，顯示卡有兩種形式的輸出信號，即數字信號和模擬信號。現在，常見的計算機一般都采用模擬信號方式輸出。模擬信號包括R、G、B三基色信號和行同步、場同步信號。由于輸入顯示器的已經是三基色信號，行、場同步信號也很完整。因此，顯示器中不再需要視頻信號的還原解調電路，故R、G、B信號一般直接送入顯示器的尾板。尾板電路中主要是視頻信號處理電路和顯像管附屬電路，它包括視頻信號預處理電路和末級視放電路。視頻信號預處理電路包括視頻放大、自動亮度控制、亮度和對比度控制、黑平衡和白平衡調節電路，該部分電路一般由專用集成電路和外圍元件組成。末級視放電路是由三只高耐壓、中功率組成的電壓放大器，用來產生調制顯像管陰極足夠大幅度的三基色信號。現在也有集成末級視放電路的。另外，該電路還有高頻補償電路，補償信號中失落的高頻成分，提高圖像的清晰度。顯像管附屬電路用來提供顯像管工作所需的各種電壓。順便說一句，由于計算機中的音頻信號由主機中的聲卡通過解碼產生，推動外接的有源音箱直接發聲，和顯示器無關，故顯示器中一般沒有音頻電路。
　　二、掃描電路
　　顯示器大多數采用逐行掃描。為支持不同檔次的計算機和顯示卡，以及用戶不同的使用要求，顯示器的最大掃描頻率范圍，行頻要從15.8KHz到120KHz之間變化，場頻要從50Hz到120Hz之間變化，這就是所謂“多頻顯示器”。普及型顯示器都支持VGA和SVGA方式，它們的一般要求是：分辨率調整范圍在640×480到1280×1024之間。相應行頻變化范圍約在30—70KHz，場頻范圍在60—120Hz之間。為達到這些要求，多頻顯示器除有和電視機相同的鑒相、振蕩、同步、激勵、輸出等基本掃描電路外，還有以下特殊電路。
　　1.行、場同步信號頻率的自動跟蹤、極性處理與同步電路
　　顯示器要在大范圍內保持掃描同步，首先要有一個對同步信號的頻率跟蹤電路，以便對行、場振蕩電路的振蕩頻率及時作出調整。原理是讓行同步信號通過一個頻率/電壓（f/V）轉換電路，電路的輸出端經積分濾波器后輸出一個與行同步信號頻率成正比的電壓信號，用這個信號控制振蕩器RC定時電路的時間常數，達到改變振蕩頻率的目的。極性處理電路的任務是對行、場同步信號的極性進行識別并進行歸一化處理的電路，這是因為由計算機顯卡送入顯示器的行、場同步信號的極性是隨顯示分辨率的不同而變化的，這些同步信號的不同極性的組合中含有不同視頻模式的信息，顯示器就是根據行、場同步信號的頻率和極性對各種視頻模式進行識別的。經模式識別后的行、場同步信號再進入極性處理電路，一律變成符合該顯示器同步電路需要的極性。上過程就是歸一化處理。處理后的行、場同步信號分別送入行、場振蕩電路對其進行鎖頻、鎖相，完成同步過程。
　　2.行幅度和場幅度自動調整電路
　　由公式iy=Ec·Ts/Ly知，行掃描電流iy與電源Ec、行正程時間Ts的乘積成正比，與偏轉線圈電感量Ly成反比。當行頻升高時，Ts變小，iy也相應變小，因為行幅度與iy成正比，所以，當掃描頻率升高時，行、場幅度要縮小。多頻顯示器中，行幅度自動調整電路一般采用調整電源電壓Ec、改變逆程電容、二極管調制器行幅度自動調整電路等方法。調整電源Ec的方法在后面電源內容中介紹。逆程電容調整法的原理是：當行周期一定時，逆程時間與行逆程電容成正比。當行頻升高時，行周期變短，這時減小逆程電容，縮短逆程時間，相對增大了正程時間，即增大了行幅，反之亦然。另外，當行頻變化時，適當調整逆程電容，使正程和逆程時間關系保持一定比例，也可防止圖像右卷邊，保證圖像質量。實際電路中，一般是由多個逆程電容與開關三極管共同構成逆程電路，由微處理器控制三極管的導通、截止，改變了逆程電容的串、并聯接入狀態，即改變了容量，完成逆程電路的調整。
　　現在的新型顯示器中廣泛采用的是一種二極管調制行幅度自動調整電路原理：電路如圖1，圖中T為行輸出管，D為阻尼二極管，D1、D2為調制二極管，Ly為行偏轉線圈，FBT為行輸出變壓器，Lm為調制線圈，Um為調制電壓。該電路的特點是用電壓Um的變化可以控制偏轉線圈中電流的變化。由微處理器或控制電路送來的行幅度控制信號經放大電路后，經A端由Lm送入，控制Um電壓。當Um升高時，抬高了行偏轉線圈Ly下端的電壓，上端電壓保持不變，故行偏轉線圈兩端電壓減小，行偏轉電流iy減小，行幅變窄；Um降低時，行偏轉電流iy增大，行幅變寬，這樣達到自動調整行幅的目的。行幅調整反饋信號一般取自行輸出變壓器上的繞組。
　　場幅度調整的原理一般是：由微處理器根據不同的視頻模式識別信號給場掃描電路送出適當的控制信號，控制對鋸齒波形成電路RC充電電流的大小，以改變鋸齒波的幅度，達到自動控制場幅度的目的。
　　3.枕形失真自動校正和S校正自動調整電路
　　我們知道，由于顯像管中電子束的偏轉半徑和熒光屏的曲率半徑不同，會引起特有的“枕形失真”和“延伸失真”。為此，在電視機中都加有枕形校正和S校正電路，由于這兩個校正電路的補償參數都和掃描頻率有關，故在多頻顯示器中，該部分電路也與電視機不同。枕形失真自動校正電路中，去掉了電視機中常用的枕形校正變壓器，而利用前面介紹過的二極管調制器行幅度自動調整電路進行枕形校正，原理是：由微處理器根據不同的視頻模式識別信號確定場頻后，給送入Lm線圈的行幅控制信號上再疊加一個與場頻一致的拋物波，適當控制該拋物波的凹凸程度，使一場的行掃描線在水平方向上呈鼓形，剛好與枕形失真抵消，達到自動校正的目的。
　　顯示器中，對圖像的幾何失真度要求很高。在S校正電路中，當行頻變化時，要適當改變S校正電容的容量，以得到最佳效果，即最小的幾何失真。實際電路中，在一個較小的S校正電容上并聯數個經晶體管控制的S校正電容，這些晶體管作為開關由微處理器控制，根據不同的行頻決定電容在電路中的接通數量，控制行掃描電流波形的S彎曲程度，達到最佳S校正。
　　4.行、場中心自動調整電路
　　在掃描電路中，由于存在晶體管等非線性元件，以及行掃描電路工作在開關狀態等因素，會產生信號在傳輸過程中的延遲，延遲量與掃描頻率有關。多頻顯示器中，當掃描頻率改變時，延時量發生變化，使掃描信號的相位發生變化，這將會引起圖像在屏幕上的偏移，行、場中心自動調整電路就用來消除偏移，它們的電路實際上是由微處理器根據頻率變化時不同的延遲量，給行、場偏轉線圈上加上一個適量的直流電流分量，使光柵產生一個與延時量相反的偏移量，使行、場中心始終和屏幕中心重合。
　　
　　以上調整和校正電路除有自動控制電路外，還有手動控制電路，以彌補自動的不足，同時也方便使用者。手動控制的方式很多，在新型多頻顯示器中，一般由不多的幾個按鍵用菜單方式集中進行多項控制，采用面板參數調整電路，在微處理器控制下，把經菜單選中的某一控制量調整的脈沖經D/A電路轉換為模擬量加至被控部位。在有效調整范圍內，操作者可隨意進行調整。該類顯示器一般都采用帶屏顯接口的視頻信號處理電路，故調整量可直觀地顯示在屏幕上。調整內容除對比度，亮度外還有：行幅、場幅、行中心、場中心、枕形失真、梯形失真、畫面旋轉、自動消磁等。
　　三、電源電路
　　顯示器電源多采用并聯型自激式冷底板，由開關變壓器初、次級線圈進行電路隔離，取樣反饋電路一般用光電耦合器隔離。國產顯示器現多采用性能優良的集成電路UC3842做電源脈寬調制器（PWM），開關脈沖的頻率在30—50KHz之間。為降低開關損耗和簡化驅動電路，電源調整管多采用場效應管。
　　顯示器電源比較有特點的電路是在主電源次級。前面述及，多頻顯示器中當頻率升高時，行幅度要變窄，大范圍的行幅度調節其實要用提高行電源Ec的方法，其它方法只能在小范圍調節。如在不同的顯示模式下，當行頻從31.5KHz升高到48.4KHz時，行電源Ec約從90V要升高到150V。Ec電源的調節電路稱二次電源電路，原理如圖2所示，一般有a、b兩種電路。a圖為一種串聯式電壓調節電路，圖中T為調整管，柵極由微處理器送入經模式識別后有一定占空比，并經電路放大的方波信號，控制調整管工作在開關狀態，對直流電源進行斬波輸出。顯然，輸入方波的占空比決定了輸出電壓的高低。電路的輸入端接開關電源給行掃描電路的供電端，輸出端的脈動直流電經L、C濾波后作為Ec送給行輸出電路。由原理知，該電路輸入端電壓要高于輸出電壓。
　　b圖為一種并聯式電壓調節電路，圖中T為開關管，L為貯能線圈，D為續流二極管。當開關管柵極輸入微處理器控制的方波后，在T導通期間，由電源經輸入端向L輸入電能，根據焦耳楞次定律，L中產生自感電勢，方向左正右負，該自感電勢產生的磁能貯存在L中；在T截止期間，L中自感電勢變為左負右正，磁能變為電能，和輸入端電壓疊加后經二極管D輸出，L中的貯能大小（即輸出電壓大小）與T的導通時間成正比。該電路的輸出電壓為輸入端直流電壓和L中自感電勢平均值之和，故輸出電壓要等于或大于輸入端電壓。輸出電壓大小決定于微處理器控制的方波占空比。該電路最大的優點是：當二次電源電路出現故障時，行電源電壓自動降低，避免了可能對行掃描電路造成的損壞。因此，現在的新型顯示器多用該類電路。