行扫描输出电路

4.1.3　行扫描输出电路

这里所说的行输出电路是指由上面的行推动变压器次级以后的电路。关于行扫描输出电路的作用在前面已经介绍，这里不再重复。

图4-5　典型的行输出电路

图4-5是一个典型的行输出电路，T是行推动变压器，它和行激励管组成反极性激励电路，该激励信号由T的次级输出给行输出管Q的基极（B）。图4-5中的管Q称之为行输出管，它是一个大功率开关晶体管。实际上现在显示器的行输出管多用金属氧化物场效应晶体管（MOSFET），它的作用在这里就相当是一个开关，在行推动信号的作用下闭合、断开。D是晶体二极管，在电视机或者显示器里称之为阻尼二极管。C称之为逆程电容，它是一个聚丙乙烯或者涤纶金属化电容。L_y是HDY（Horizontal Deflection York）行偏转线圈。L_h为行线性电感。C_s是S校正电容。FBT（FLy Back Transformer）是行输出变压器的初级。E_c是行供电电源。以上的元器件就构成了一个基本的行输出电路。下面详细介绍行输出电路。

1.行输出电路的等效电路

为了更好地分析行输出电路，现在将该电路简化如下：

（1）当电源接通后，E_c通过FBT初级绕组、L_y、L_h向C_s充电。一段时间之后使C_s两端充满电，其两端电压接近E_c，其两端的复阻抗为Z_C=1/ωC=1/2πf_CS。

但是由于C_s容量很大，而且行频率又很高，因而在这种情况下C_s两端的阻抗很小。对行频率来说接近短路，当其上充满直流电压之后，该直流电压在行周期内变化很小，所以将C_s等效成电源。

（2）在电磁学里大家都知道，一个实际的电感应该等效为一个纯电感和一个纯电阻串联。如图4-6所示。因为行输出电路工作在行频率下，频率很高。这时候FBT初级绕组、L_y、L_h的感抗Z=ωL=2πfL。

图4-6　实际电感的等效示意图

由于流过电感的脉冲频率很高而且变得很大，所以电感本身的直流阻抗R和该感抗比起来可以忽略不计，即RZ。

再者我们研究的主要问题是由于电感而引起的，因此就要研究电感在行频率下的特性，研究时忽略这些直流电阻，只考虑电感的作用。

（3）因为行输出变压器的初级线圈和L_y、L_h在电路上是并联的关系，而且行输出变压器的初级感抗L_FBT要远大于L_y、L_h之和，即：

因此我们在研究问题的时候将行输出变压器的初级忽略（等效成开路）。同时因为偏转线圈的电感量L_y远大于行线性电感的电感量L_h，即，而在电路上两者又是串联的关系，所以忽略行线性电感（视为短路）。

图4-7　行输出电路的等效电路

（4）行输出管Q在行激励信号的作用下工作在开关状态。当采用反极性激励方法时，在行推动管的基极为方脉冲的高电平时，激励管导通，行推动变压器的次级感应出上负下正的电压，行输出管基极为负电压，因而其截止，这相当于开关断开。在行推动管的基极为方脉冲的低电平的时候，推动管截止，推动变压器的次级感应产生上正下负的电压，使行输出管导通，这相当于一个开关闭合。总结以上的叙述我们将行输出管等效成一个理想的开关K。

基于以上的等效分析，现在可以把行输出电路图4-5等效为图4-7的等效电路。

2.行输出电路的工作原理

行输出电路的工作通常可以分成四个阶段，分别是正程的后半段、逆程的前半段、逆程的后半段、正程的前半段。电子束在通电以后从屏幕的中心开始，由屏幕中心运动到屏幕的右边缘（观察者面对屏幕，以下类同）、从屏幕的右边缘运动到屏幕的中心、从屏幕中心运动到屏幕的左边缘、从屏幕的左边缘运动到中心为这四个阶段电子束运动的路程。因此这四个步骤标志了电子束从屏幕的中央开始运动的四段路程。这四个阶段也是电磁转换的四个阶段，下面将详细介绍，如图4-8所示。

（1）正程后半段（t₀−t₁）

在这阶段行输出管基极接正脉冲，当这正脉冲高于0.7V的时候，开关管因其饱和而导通，这时候的开关管相当于闭合的开关。电源E_c通过K加到偏转线圈两端，但是因为偏转线圈的自感电动势的存在，其中的电流不会迅速增长，电流应该从零开始按照指数规律增长（这是按照实际电感考虑）。实际上这是一个电磁学里RL电路暂态过程的零状态响应问题，也就是求解一阶RL电路问题。假定偏转线圈中的电阻为R_y，流过偏转线圈的电流为I_y，描述该问题的微分方程为：

初始条件为I_y(0)=0，t=0的时候I_y为零，则式（4-1）的微分方程是：

对于上述一阶常系数非齐次微分方程的解为：

式（4-2）中，τ为时间常数，τ=L_y/R_y

把上式之中的e指数按照级数展开，取一项得出：

在t₁时刻达到最大值I_cp。如果假定正程时间为把它代入式（4-3）之中，则：

在这阶段电源的电能被转化为偏转线圈中的磁能，这时候的能量将以电流的形式储存在线圈之中，直到t₁时刻电流达到最大，扫描锯齿波达到了正向最大值。此阶段电子由屏幕中心移动到屏幕右边。

（2）逆程前半段（t₁−t₂）

在这阶段行输出管基极接负脉冲，Q截止，相当是开关断开，流过偏转线圈中的电流减小。但是因为偏转线圈之中的自感存在，流过它的电流也不能突然变化。它要产生一个感生电动势，其方向按照楞次定律应该为，感生电动势的方向是使其电流维持原来电流流动的方向，或者说产生的感生电流的方向保持原来电流的方向继续流动。该电流要对逆程电容C充电，使C上电压变为上正下负，阻尼二极管处于反向偏置，不导通。偏转线圈中的磁能又被转换为电能储存在逆程电容之中。随着充电时间增长，逆程电容极板上的电荷增加，充电电流越来越小。电容两端电压不断上升。这时候L_y和C组成了一个LC振荡回路。这回路的振荡周期为：

经过1/4振荡周期之后，到达t₂时刻。t₂时刻偏转中的磁能全部转化成电容C的电能储存。逆程电容上的电压达到最大值V_cp：

式（4-5）中，T_s是扫描正程时间；T_r是逆程时间。通常选U_cp=(8−10)E_c。

在这阶段中，电子束从屏幕的右边快速回到屏幕的中央。

（3）逆程后半段（t₂−t₃）

这时候的条件同上，开关断开。只是L_y、C的自由振荡进入下一个1/4周期。C上的电荷通过L_y放电，因为线圈中的电流不能突变，放电电流由零开始反向增加。电容上的电能再次转变为磁能，C两端的电压也开始下降，完成了这逆程的后半段。这1/4周期在t₃时候结束，C两端电压减小到零，偏转电流达到反向最大−I_cp。

t₂−t₃时段电子束从屏幕的中央快速返回到左边缘。

总结t₁−t₃时段，实际上是电子束快速地从屏幕的右边缘返回左边缘，这称为回扫。

（4）正程前半段（t₃−t₄）

t₃之后，Q基极还是负电压，还处于截止状态，开关还是断开的。只要Q是截止状态，L_y和C就处于自由振荡。而在此前D（阻尼二极管）处于反向截止，这时候的偏转电流由反向最大值开始减少，因为偏转线圈的自感，使得电感中的电流不能突变，它还要继续按照反向流动。电容C被反向充电，变成了下正上负的状态。此自由振荡如没有其他因素干扰的话会持续下去。但是此时二极管两端的电压由于电容被反向充电使它的状态发生了改变，此时它由反向偏置变成了正向偏置，二极管通过正偏导通将此自由振荡给截止，这在物理中称为阻尼振荡。正是因为如此，我们称此二极管D为阻尼二极管。

此时候电子由左边缘移动到中心，完成了一个行扫描的全过程。

图4-8　行输出电路工作的四个阶段