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液晶电视-Tuner工作原理

第一章 电视信号基础

    电视广播下图所示。首先由摄像机在演播室或现场摄取电视节目,将活动的景象转换成相应的图像信号,然后经过放大,再混入同步、消隐脉冲信号,并用录像机录制成节目带或通过电视转播车等传送手段将信号送到电视台中心机房,再经过编辑加工处理后,与伴音信号一起送入电视发射机,由发射机将电视信号调制在超高频载波上,然后通过天线以电磁波形式辐射到空间,或通过电缆线传送到千家万户,以供电视机接收。


 

 

    电视信号包括图像信号(全电视信号)和伴音信号,图像信号的频率范围是0Hz~6MHz,伴音信号的频率范围是20Hz~20KHz。根据天线理论,只有当天线的尺寸与信号的波长相近时,天线才能有效地发射或接收电磁波。音视频电视信号的频率不够高,波长太长,信号不能直接送往天线以电磁波的形式发射出去。只有将音视频电视信号对高频载波进行调制处理,使音视频电视信号变为高频电视信号,以减小信号波长,利于天线发射与接收。另外,不同的电视台,可选用不同的载波频率,即选用不同的频道,这样便于接收机选台。

 

一、 图像信号的调制

    图像信号均采用调幅方式发送,调幅就是使高频载波的幅度随图像信号变化而变化。因为图像信号的最高频率为6MHz。所以载波频率必须在40MHz以上。0Hz~6MHz的图像信号对载波进行调幅后,调幅波的频谱中,除图像高频载波fP外,还产生了上、下两个过带,上边带的最高频率为fP+6MHz,下边带的最低频率为fP-6MHz。高频图像信号的双边带频宽为12MHz。要传送频带如此宽的信号,会使电视设备复杂、昂贵,另外又使得在一定频段内可设置的频道数量减小。


    由于调幅波上、下两个边带所反映的图像信号内容完全一样,为了减小频带,只要发送调幅波的上边带或下边带即可。这样只发送一个边带的方式叫单边带方式。但要将上边带或下边带刚好滤除是非常困难的。我国电视制式规定,除发送上边带外,还发送0Hz~0.75MHz的下边带,即0Hz~0.75MHz低频图像信号仍采用双边带方式发送, 0.75MHz~6MHz高频图像信号采用单边带方式发送,这种发送方式又称为残留边带调幅发送方式,其频谱如图一。

    目前各国电视广播都采用负极性调幅,我国也是如此。所谓负极性调幅就是指画面越亮时调幅波的振幅越小。调幅波的波形如下图:

负极性调幅具有下列优点:
    1、节省发射功率。随着图像亮度的增加,发射机的功率减小。在一般情况下,一幅图像亮的部分总比暗的部分面积大些。
    2、干扰脉冲对图像的影响比较小。外来干扰脉冲叠加在调幅波上,对应于黑色电平,在荧光屏上表现为黑点,使人不易察觉。
    3、同步脉冲电平是峰值电平,这样便于接收机中的自动增益控制(AGC)利用同步脉冲峰值电平作为参考电平。

    负极性调幅的缺点是,外来干扰脉冲在黑电平之上时,就容易破坏接收机的同步及AGC控制,所以在同步分离及AGC电路的前面都设立抗干扰电路。

 

二、 伴音信号的调制:

    伴音信号采用调频方式发送,所谓调频,就是用音频信号去控制高频载波的频率,使载波的频率随音频信号变化而变化,如图二所示。当音频正弦波振幅作正半周变化时,高频载波的频率fS也作正弦规律增加;当音频正弦波振幅作负半周变化时,高频载波的频率fS也作正弦规律减小。

   由于调频波的频谱十分复杂,调频波的有效频宽B近似计算公式为:B=2×(△f+Fmax)式中△f为调频波的最大频偏,我国规定△f=50KHz。Fmax为电视音频信号的最高频率,我国规定Fmax =15KHz,于是伴音调频信号的带宽B为:B=2×(50+15)=130KHz,为留有余量,我国规定伴音频宽为250KHz。为了与高频图像信号频谱不重叠而又接近,规定每个频道的伴音载频fS比图像载频fP高出6.5MHz,如图三所示。为了提高伴音高频端的信噪比,调频前先对伴音信号进行预加重处理,即人为地提升伴音高音分量的幅度,预加重时间常数为50μS。

 

第二章 Tuner 基本原理

    高频头的发展经历了机械式高频头、电压合成式高频头、频率合成式高频头三个阶段。机械式高频头早已淘汰,而频率合成式高频头则是现在的主流产品。无论是电压合成式或是频率合成式高频头其前级的电路与功能是一样的。

    大部分彩电均采用电压合成调谐式高频头来实现电视信号的接收,这种高频头是利用变容二极管的结电容随加在变容二极管两端的反向电压(调谐电压)的变化而变化,从而改变本振回路的振荡频率,实现调谐接收。一般是由CPU给出频段控制电压和调谐电压来分段实现电视频道的接收,并把各频道对应的调谐电压数据储存于存储器中,供以后直接取出使用。电压合成调谐式高频头能够接收57个无线频道:L段(1~5)、H段(6~12)、U段(l3~57)。目前出品的这种电压合成式高频头还能接收Z1~Z35甚至更多的CATV有线增补频道,俗称增补高频头。电压合成式高频头的最大弱点是,由于受温度、电压等因素变化的影响,其调谐稳定度不高,而引起频率漂移,且控制难度较大即必须在中放电器设置AFT电路,检出频率误差电压,直接加在高频头 AFT端子或通过CPU去校正高频头调谐端子VT的调谐电压,以保证高频头内本振电路频率的稳定性,一旦上述电路出现问题,就会导致逃台或自动搜索不存台,甚至图像、声音指标大幅下降的故障。
    频率合成式高频头可解决上述电压合成调谐式高频头的缺陷。频率合成式高频头是以锁相环(PLL)技术为基础,对信号相位进行自动跟踪、控制的
调谐系统。这种高频头不再由CPU直接提供高频头的频段、调谐电压,而是由CPU通过串行通信总线(I2C总线)向高频头内接口电路传送波段数据和分频比数据,于是高频头内的可编程分频器等电路对本振电路的振荡频率进行分频,再与一个稳定度极高的基准频率在鉴相器内进行比较.若两者有频率或相位的误差时,则立即产生一个相位误差电压去控制(改变)本振频率,直至两者相位相等,此时的本振频率即被精确锁定在所收看的频道上,也就是说,高频头内的本振电路的振荡频率一直跟踪电视台的发射频率,故接收特别稳定,这是频率合成式高频头的优点之一。   LCD-TV所用的Tuner实际上集合了高频调谐器、中频放大器、视频检波等部分组成,其原理框图如下:


   早期的高频头只包含上图中的红虚线内的部分,而中频放大、视频检波部分的电路均在主板内。但,无论是电压合成式或是频率合成式高频头其前级的电路与功能是一样的。

 

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