Введение

Демонстрационная установка телевизионных развёрток это лабораторный макет, предназначенный для практического ознакомления учащихся с верхней и нижней границами телевизионного спектра.

Этот экспериментальный макет поможет преподавателю объяснить, как получается нижняя или верхняя границы телевизионного спектра, изображая это на экране кинескопа при заданной частоте импульсов.

Для изучения основ телевидения в техникуме отсутствует демонстрационная установка по исследованию границ телевизионного спектра и в качестве реального курсового  проекта выбрана тема: «Демонстрационная установка телевизионных развёрток».

 

1. МАКЕТ ДЛЯ ДЕМОНСТРАЦИИ ТЕЛЕВИЗИОННЫХ РАЗВЁРТОК.

1.1 Спектр телевизионного сигнала.

 

Телевизионный сигнал в отличие от других электрических сигналов систем связи и информации характеризуется тем, что его спектр частот во много раз превосходит спектры обычных сигналов. Это обстоятельство на протяжении всей истории телевизионной техники затрудняло развитие телевидения, приводило к необходимости изыскивать довольно сложные и дорогостоящие технические средства и способы для успешного продвижения вперед этого вида вещания. Спектр частей сигнала вещательного телевидения занимает обширную полосу от 50 Гц до 6 МГц (рис.1.7), а спектр сигнала звукового вещания, примерно составляет от 30 Гц до 12 кГц, т.е. относительная разница в полосе частот в 500 раз.

Такой широкий спектр телевизионного сигнала затрудняет в первую очередь  передачу этого сигнала по каналу связи, в особенности на большие расстояния, делает невозможным использование хорошо разработанных средств связи. Особенно важное значение проблема сужения спектра приобрела в цветном телевидении, а также в вещательном стереофоническом цветном телевидении.

Для решения этой проблемы специалисты придумали интересные и эффективные способы сокращения передаваемой телевизионной информации при приемлемом качестве изображения и в первую очередь сокращения необходимой полосы частот.

 

1.2 Схема демонстрационного макета.

 

Структурная схема установки для демонстрации телевизионных развёрток на разных частотах состоит из генератора прямоугольных импульсов напряжения (1), видеоусилителя (2), генератора развёртки (3), отклоняющего устройства (5), устройства питания блоков (4) и    кинескопа (6).

 

         Рисунок 1.1 - Структурная схема макета для исследования телевизионного спектра.

 

Назначение блоков:

-         устройство питания (4), снабжает блоки питанием;

-         генератор прямоугольных импульсов (1), выдаёт заданный сигнал; в качестве задающего генератора возьмём автоколебательный мультивибратор, схема которого представляет собой двухкаскадный резистивный усилитель, построенный на транзисторных ключах-инверторах (рис.2.1);

-         видеоусилитель (2), усиливает сигнал до определённого уровня;

-         генератор развёртки (3), он имеет два генератора, один из которых работает на f_стр.= 15625 Гц, а другой на f_н =  50 Гц;

-         отклоняющее устройство (5), распределяет направление луча;

-         кинескоп (6), он преобразует электрический сигнал в оптическое изображение.

        1.3 Описание работы макета.

Для того, чтобы определить верхнюю или нижнюю границы телевизионного спектра, надо задать параметры телевизионной развёртки.

Примем параметры развёртки стандартными (ГОСТ 7845-72):

- частота развёртки по полям f_п. = 50 Гц;

- число строк разложения z = 625;

- частота строчной развёртки f_стр.= 15625 Гц.

Определим нижнюю границу телевизионного спектра. По шкале импульсного генератора выставим частоту колебаний, равную частоте полей, f_ген.= 50 Гц, при этом на экране кинескопа увидим две неподвижные горизонтальные полосы - чёрную и белую.

 

Рисунок 1.2 - Определение нижней границы телевизионного спектра.

 

 

Эта частота f_н. = f_п. = 50 Гц и принимается в спектре вещательного телевидения самой нижней. Повышая частоту колебаний в генераторе выше f_п. = 50 Гц, мы сможем увидеть на экране кинескопа две белые и две чёрные полосы (f_ген.= 2*f_п = 100 Гц) или более полос (f_ген.= m*f_п, где m - целое число, на экране появляются mпар неподвижных горизонтальных чёрных и белых полос) (Рис. 1.3).

 

 

 

Рисунок 1.3 - Изображение на экране кинескопа при частоте импульсов, вдвое превышающей частоте вертикальной развёртки.

При частоте колебаний f_ген.= f_стр.=15625 Гц на экране появятся две вертикальные полосы - белая и чёрная, т.е. граница раздела из горизонтальной превратится ввертикальную.

 

Рисунок 1.4 - Изображение на экране кинескопа при частоте импульсов, равной частоте строчной развёртки.

 

 

При соотношении f_ген.= 2*f_стр.= 2*15625 = 31250 Гц на экране будут две вертикальные чёрные и две вертикальные белые полосы (рис.1.5).При f_ген.= n*f_стр.(n - целое число), на экране образуется n пар чёрных и белых полос, расположенных вертикально (рис.1.5)

 

    Рисунок 1.5 - Изображение на экране кинескопа при частоте импульсов, вдвое превышающей частоту строчной развёртки.

 

 

Верхнюю границу телевизионного спектра, исходя из данных стандарта, можно подсчитать по формуле:

 f_верхн.= k*f_к*p*z²/2,

 f_верхн.= 0,9*25*(4/3)*625²/2 = 6 МГц,

где k = 0,9, p = l/h = 4/3, z = 625.

При передачи сигнала, соответствующего малым размерам изображения, ограничиваются передачей только основной частоты видеосигнала. Частотный спектр видеосигнала показан на рисунке 1.6.

Рисунок 1.6 - Частотный спектр видеосигнала.

 

2 Электрический расчёт импульсного генератора на 3 частоты

Рассчитаем транзисторный мультивибратор в автоколебательном режиме на 3 частоты со следующими исходными данными:

-         амплитуда U_m вых. ³ 3 в;

-         длительность переднего фронта импульса t_ф £ 0,1*t_и;

-         частота повторения импульсов f₁ = 50 Гц, f₂ = 1000 Гц, f₃ = 2,5 МГц;

-         время восстановления схемы t_в £ 0,2*t_и..

Рисунок 2.1 – Основная схема автоколебательного мультивибратора.

 

Расчёт выполнен по [ Л1 – 194 ].

2.1 Определяем напряжение источника питания:

E_к ³ (1,1 - 1,2)*U_m;

E_к ³ 1,2*5 = 6 в.

2.2 Выбираем транзистор, параметры которого должны удовлетворять условиям:

U_кбmax  ³ 2*E_к; f_b ³ 0,7*f_max; f_a ³ 1/t_с.

В соответствии с заданием транзистор должен иметь:

- U_кбmax  ³ 12 в;

- f_b1 ³ 0,7*50 = 35 Гц;

- f_b2 ³ 0,7*1000 = 700 Гц;

- f_b3 ³ 0,7*2,5*10⁶ = 1750 кГц.

Находим длительность импульса для трёх частот:

t_и = T/2 = ½*f;

t_и1 = ½*50 = 10*10^-3 = 10 мс;

t_и2 = ½*1000 = 0,5*10^-3 = 0,5 мс;

t_и3 = ½*2,5 = 0,2*10^-6 = 0,2 мкс.

Находим длительность среза импульса:

t_с £ 0,02*t_и;

t_с1 £ 0,02*10*10^-3 = 0,2 мс;

t_с2 £ 0,02*0,5*10^-3 = 0,01 мс;

t_с3 £ 0,02*0,2*10^-6 = 4 нс.

Находим длительность переднего фронта импульса:

t_ф £ 0,1*t_и;

t_ф1 £ 0,1*10*10^-3 = 1 мс;

t_ф2 £ 0,1*0,5*10^-3 = 0,05 мс;

t_ф3 £ 0,1*0,2*10^-6 = 0,02 мкс.

Находим частоту транзистора f_a:

f_a1 ³ 1/0,2*10^-3 = 5 кГц;

f_a2 ³ 1/0,01*10^-3 = 100 кГц;

f_a3 ³ 1/0,004*10^-6 = 250*10⁶ = 250 МГц.

Выбираем по справочнику транзистор КТ306Б, для которого:

-         U_кбmax  =15 в;

-         b = 40…120; b_ср= 40;

-         I_кmax = 50 мА;

-         I_к0max =0.5мкА;

-         f_a1 ³ 5 кГц;

-         f_a2 ³ 100 кГц;

-         f_a3 ³ 250 МГц;.

У выбранного транзистора b_ср = 40;

f_b » f_a/(b+1);

f_b1 » 5*10³/ (40+1) » 122 Гц;

f_b2 » 100*10³/ (40+1) » 2,43 кГц;

f_b3 » 250*10⁶/ (40+1) » 6,1 МГц.

2.3 Определяем сопротивление R_к:

E_к/I_кmax £ R_к £ (0,05¸0,1)*E_к/I_к0max;

6В/50*10³ £ R_к £ 0,1*6/0,5*10^-6;

120 Ом £  R_к £  1,2 МОм.

Выбираем стандартный номинал R_к = 1 кОм.

Проверка по мощности: P = I²*R = U²/R = 15²/ 1000 = 0,22 Вт.

Выбираем резистор:

МЛТ – 0,25 – 1 кОм  ±5 %  ОЖО.467180 ТУ.

2.4 Находим сопротивление R_б.

Определяем его по среднему значению b_ср = 40 и коэффициенту насыщения S =2:

R_б = b_ср *R_к/S = 40*1*10³/2 = 20 кОм.

Выбираем стандартный номинал  R_б = 22 кОм.

При этом базовый ток отпёртого транзистора

I_б » E_к/R_б » 6/22*10³ » 272 мкА,

что превышает I_к0max, благодаря чему схема термостабильна.

Проверка по мощности: P = I²*R = 0,27²/ 22×10³ = 0,0016 Вт.

МЛТ – 0,25 – 22 кОм ±5 % ОЖО.467180 ТУ.

2.5 Определяем ёмкости конденсаторов C1 и C2:

C1 = C2 = t_и/0,7*R_б;

   C₁ = 10/0,7*22*10³ = 0,64*10^-6 = 0,64 мкФ.

Выбираем стандартный номинал C₁ = 0,68 мкФ.

КМ-5-П33-0,68мкФ±5% ОЖО. 460. 043 ТУ

C₂ = 0,5*10^-3/0,7*22*10³ = 0,032*10^-6 = 0,032 мкФ.

Выбираем  стандартный номинал C₂ = 0,033 мкФ.

КМ-5-П33-0,033мкФ±5% ОЖО. 460. 043 ТУ

C₃ = 0,2*10^-6/0,7*22*10³ = 12*10^-12 = 12 пФ.

Выбираем  стандартный номинал C₃ = 12 пФ.

КМ-5-П33-12пФ±5% ОЖО. 460. 043 ТУ

2.6 Определяем время восстановления схемы

t_в » 3*C*R_к;

t_в1 » 3*0,68*10^-6*1*10³ » 2 мс,

что не превосходит допустимого t_в1 £ 0,2*10*10^-3 = 2 мс;

t_в2 » 3*0,033*10^-6*1*10³ » 99 мкс,

что не превосходит допустимого t_в2 £ 0,2*0,5*10^-3 = 0,1 мс;

t_в3 » 3*12*10^-12*1*10³ » 0,036 мкс,

что не превосходит допустимого t_в3 £ 0,2*0,2*10^-6 = 0,04 мкс.

Рисунок 2.2 – Временные диаграммы мультивибратора.

 

3 Расчет основных параметров печатной платы

 

Исходные данные:

- максимальный ток проводников I_max = 0,01 А;

- частота работы элементов f_раб = 2,5 МГц;

 

Расположение печатных проводников показано на рисунке 3.1

   Шаг координатной сетки  - 2,5 мм;

 

Расчет выполнен по  [Л2 - 196]

 

3.1 Выбор метода изготовления печатной платы.

Для изготовления печатной платы в лабораторных условиях наиболее легко реализуем способ химического травления фольги в растворе хлорного железа. При этом на плату краской или лаком наносится рисунок, соответствующий позитивному расположению проводников, и, после высыхания, плату кладут в теплый раствор хлорного железа, где ее под наблюдением держат до полного стравливания фольги с не защищенных лаком участков. Далее, после промывки платы,остатки лака удаляют  растворителем или спирто-бензиновой смесью. После этого плата еще раз тщательно промывается.

Рисунок 3.1 - Расположение печатных проводников

                   Рисунок 3.2 – Расположение элементов на плате.

 

 

3.2 Выбор материала печатной платы.

В качестве материала печатной платы выбирается стеклотекстолит фольгированый СФ-1-50 ГОСТ 10316-78Е толщиной 1,5 мм и толщиной фольги 0,05 мм.

3.3 Выбор размеров печатной платы.

В результате компоновки размещения элементов на печатной плате были получены следующие размеры платы:

 

- длина - 50 мм;

- ширина - 40 мм.

При разработке платы её размер получился нестандартный.

По плотности монтажа плата относится  к печатным платам второго класса со следующими параметрами,

t - ширина проводника - 1 мм;

s - расстояние между контактными площадками и проводниками –

0,25 мм;

b - расстояние от края просверленного отверстия до края контактной площадки минимальное - 0,035 мм;

v - отношение диаметра, не металлизированного отверстия к толщине платы - 0,4;

D - предельное отклонение ширины печатных проводников - ±0,1 мм.

 

Таблица 1 - Таблица отверстий

Типы элементов	Диаметр выводов,мм	Диаметр отверстий,мм	Диаметр контактных площадок	Количество отверстий	Обозначение отверстий
КТ306Б	0,4	0,7	2	6
КМ5 МЛТ-0,25	0,5	0,8	2,2	12

3.4 Расчет ширины печатного проводника:

Так как ширина печатных проводников самых сильноточных цепей устройства составляет 1 мм при максимальном токе в цепи меньшем,

чем 3 А, и толщина фольги составляет 0,05 мм, то расчет ширины печатных проводников не выполнялся.

3.5 Проверка падения напряжения:

Допустимое падение напряжения для проводников, изготовленных методом химического травления составляет 4 мВ на 1 см длины проводника. При токе в цепи 1А и ширине проводника 1 мм падение напряжения на 1 см длины проводника составит:

где t_п= 1 мм - ширина проводника,

       l_п=0,01 м - длина проводника, на которой рассчитывается падение напряжения,

       a=0,05 мм - толщина фольги,

       I_max=0,01 А - максимальный ток нагрузки.

Полученное значение значительно меньше предельно допустимого значения, что указывает на достаточную ширину печатных проводников.

3.6 Определение минимального расстояния между проводниками:

Так как в устройстве отсутствуют высокие напряжения, то минимальное расстояние между проводниками соответствует значению параметра s для выбранного класса платы по плотности монтажа.

 

Заключение

      В ходе изготовления практической части курсового проекта было выполнено:

      - разработка и описание структурной схемы установки;

      - электрический расчет импульсных генераторов на 3 частоты;

      - компоновка элементов, разработка топологии печатных проводников, расчет основных параметров печатной платы.

      Дополнительно к этому были выполнены чертежи:

      - схемы электрической принципиальной генератора – А2;

      - схема электрическая структурная  установки – А2;

      - чертеж платы – А3.

      В ходе изготовления реальной части курсового проекта, дополнительно к установке собран преобразователь синусоидального напряжения в напряжение прямоугольной формы, по схеме триггера Шмитта.

 

Литература

1 Брамер Ю. А, Пащук И. П. «Импульсная техника». М.: «Высшая школа», 1985.

2 Романычева Э. Т. «Разработка и оформление конструкторской документации РЭА.» Справочник - М.: «Радио и связь», 1989.

3 Самойлов В. Ф., Хромой В. П. «Основы цветного телевидения». М.: «Радио и связь», 1982.

4. Чабдаров Ш. М. «Технология и автоматизация производства РЭА». М.: «Радио и связь», 1989.

5 «Транзисторы и их зарубежные аналоги». Справочник (под ред. Петухова В. М.). М.: «РадиоСофт», 1999.