彩色电视机的基本原理解析

彩色电视机是在黑白电视机的基础之上发展起来的。1954年美国正式开播NTSC兼容制彩色电视节目，之后彩色电视发展非常迅猛，很快普及。

彩色电视机就是接收彩色电视信号，通过放大、解调，视频信号经显像管的电—光转换还原原景物的光图像，伴音信号由喇叭的电—声转换还原出悦耳声音的电子设备。

一、PAL制彩色电视机的基本原理

彩色电视机主要包含四大系统：信号系统、扫描系统、开关电源、遥控系统。如图2-7是彩色电视机的组成方框图，图2-8就是PAL制模拟彩色电视机的基本原理方框图。

图2-7　彩色电视机的组成方框图

图2-8　PAL制彩电基本方框原理图

1.信号系统

信号系统包含：高频调谐器、预中放、SAWF（声表面滤波器）、中频放大器、视频检波器、伴音通道、彩色解码器、视放末级等电路。

（1）电调谐高频头。彩色电视机使用的是电调谐高频调谐器。它的作用是：从众多频道的高频电视信号中选择出一个频道的电视信号，并对这个频道高频电视信号放大，然后将高频电视信号与本振信号混频，得到固定中频的电视信号IF，包含38MHz的图像中频信号fpI、31.5MHz第一伴音中频信号fSI和33.57MHz的色度中频信号fCI，送给中放电路。本振信号频率比图像中频高38MHz。

电调谐高频调谐器利用直流电压去实现调谐选台和频段切换，早期使用的是TDQ-1和TDQ-2高频头。

现在彩色电视机都采用TDQ-3高频头，利用BL、BH、BU三个电压去完成VHF-L、VHF-H、UHF三个频段的高频电视信号的选择，如表2-2所示。BM引脚为高频头的电源供电端，提供12V或者5V的工作电压。BT或者VT是由微处理器经过接口电路提供选择频道的调谐电压，在自动搜索时，该脚电压从0至30V变化，当接收某一个频道时，该脚电压应该稳定。VAGC是控制高频头放大倍数的高放AGC电压，它是一种反向AGC控制，由信号当没有信号时，该脚电压最高达7.5V，当接收信号后，该脚电压随信号的增强而减小。IF端子是中频电视信号输出端。

表2-2　TDQ-3高频头的频段切换

新型数字高频头如图2-9所示，利用微处理器（CPU）的B1、B2信号进行频段切换，BM工作电压是5V，采用频率合成式高频头选台。

图2-9　数字高频头

（2）中频通道。中频电视信号经预中放放大和声表面滤波器（SAWF）选频滤波，对中频电视信号三至四级的放大，在视频检波出0～6MHz的视频电视信号，同时，视频检波时利用38MHz的图像中频与31.5MHz二次混频得到6.5MHz的第二伴音中频信号。为了使接收不同强弱的电视信号时视频信号保持相对稳定，在中放通道里还有中放AGC电路。

（3）伴音通道。第二伴音中频信号经中频放大，由鉴频器解调出0～15kHz的音频信号，送给低频功率放大后，激励扬声器发声。

（4）彩色解码器。彩色解码是彩色编码的相反过程。

视频电视信号经亮色分离后，分离出亮度信号和全色度信号。利用4.43MHz的陷波器分离出亮度信号，吸收掉色度信号。亮度信号送给亮度通道，对亮度信号0.6μS延时、放大和对比度、亮度强弱、清晰度控制后，将亮度信号送给基色矩阵。

利用4.43MHz的带通滤波器从彩色全电视信号分离出全色度信号（色度信号和色同步信号），吸收掉亮度信号。全色度信号送给色度解码电路。色度信号经放大后，利用梳状滤波器分离出FU和±FY，FU信号被VB-Y同步检波器解调检波出蓝色差信号VB-Y，±FV信号被VR-Y同步检波器解调出红色差信号VR-Y，同步检波器需要的开关信号由色度副载波恢复电路提供，PAL制电视制式恢复色副载波频率为4.43MHz，0°副载波提供给VB-Y同步检波器，±90°副载波提供给VR-Y同步检波器，作为同步检波器的开关信号。NTSC制恢复副载波频率为3.58MHz。

G—Y矩阵利用VR-Y和VB-Y合成VG-Y=-0.51 VR-Y-0.19VB-Y信号，将三色差信号与亮度信号一起送给基色矩阵恢复出三基色信号即红基色信号VR、绿基色信号VG、蓝基色信号VB信号，三基色信号送给视放输出级的三只视放管放大后，分别控制显像管的三个阴极。

当色度信号很弱时，为了避免色度对亮度的干扰，彩色解码器还设有ACK（自动消色电路），弱信号时，自动关闭色度通道。

（5）末级视放电路。彩色电视机的末级视放电路有三只视放管，分别对三基色信号R、G、B进行放大，激励彩色显像管的三个阴极KR、KG和KB，重现彩色图像。

2.扫描系统

CRT彩色电视机的扫描系统的主要作用是给行、场偏转线圈提供线性良好、幅度足够的周期性行频和场频锯齿波电流，让电子束在荧光屏水平和垂直方向上匀速扫描，形成正常的光栅。

扫描系统包含同步电路、行扫描电路、场扫描电路、彩色显像管及附属电路。

（1）同步电路。同步电路的作用是保证电视机的电子束扫描与电视台的扫描完全一致，从而使荧光屏上呈现稳定的图像。同步电路包含同步分离电路、积分电路、自动频率控制电路（AFC）三部分。

同步分离电路利用同步信号在全电视信号幅度中最高的特点，采用幅度分离的方式，分离出复合同步信号；积分电路利用场同步脉冲（160μS）比行同步脉冲（4.7μS）宽的特点，用积分电路进行宽度分离，将脉宽较宽的场同步信号分离出来去控制场扫描电路，实现在垂直方向的扫描同步，避免图像上下滚动；AFC电路就是保证行扫描的频率和相位准确，避免图像左右滚动。

（2）行扫描电路。行扫描电路的任务是给行偏转线圈提供15625Hz的行频锯齿波电流，并给显像管提供高、中、低压，给信号处理电路提供行消隐信号和行基准信号，便于本机字符显示定位。

它主要由行振荡级、行激励级、行输出级和行输出变压器、X射线保护、ABL（自动亮度控制电路）、行偏转支路等组成。行扫描电路正常工作后在显像管的荧光屏上将出现一条水平亮线。

（3）场扫描电路。场扫描电路的主要任务是给场偏转线圈提供50Hz的场频锯齿波电流，并提供场消隐脉冲。它包括场振荡、场激励、场输出、场线性校正和锯齿波形成电路等。场扫描电路正常会出现一条竖直亮线。

（4）彩色显像管及附属电路。彩色显像管完成电光转换。将三基色电压加在显像管的三个阴极KR、KG、KB上，彩色显像管就会重现彩色图像。显像管要正常工作，必须通过附属供电电路给显像管各电极加上正常的工作电压，使屏上产生一个亮点，彩色显像管的各电极直流电压几乎全部由行输出变压器各绕组提供。

3.开关稳压电源

彩色电视机普遍采用开关电源。开关电源的稳压范围宽、稳压性能好、效率高、重量轻、功耗小、可有多组稳定直流电压输出。彩色电视机的开关电源提供110V以上的主电压给行扫描电路，另外提供各种较低直流电压。典型元件是开关变压器、开关管等。

4.遥控系统

彩色电视机的遥控系统普遍采用红外线遥控系统，它包含遥控发射、遥控接收两大部分。遥控发射部分包括键盘矩阵、指令编码器、红外发光二极管等组成；键盘矩阵将需要控制的功能转换成键位码，经过专用指令编码器将指令码转换成功能指令码，在调制在38KHZ的载波上，驱动红外发光二极管发光，形成带有遥控信息的波长为940nm的红外光信号，发射出去。遥控接收部分包括遥控接收器、微处理器（CPU）、接口电路等组成；遥控接收器的红外光电二极管将红外光信号转换成电信号，微处理器将指令信号转换成各种控制电压和开关信号，通过接口电路去控制各单元电路，实现对声、光、图、色、电源和高频头的控制。如图2-10所示就是遥控系统的发射与接收的部件。图2-11是彩色电视机的内部结构。

图2-10　遥控系统的发射与接收的部件

图2-11　彩色电视机的内部结构

二、彩色电视机的分类

由于技术的不断进步，彩色电视技术日新月异，形成了庞大的电视谱系，根据不同的标准，彩色电视机分类如下。

1.根据荧光屏的尺寸分类

电视机的荧光屏大小常用荧光屏的对角线的尺寸来表示，单位是cm（厘米），习惯上也用英寸（in）来表示，1in≈2.54cm。根据荧光屏对角线尺寸分为，中小屏幕电视机其对角线尺寸12～25英寸或31cm～65cm、大屏幕电视机其对角线尺寸28～37英寸或71cm～94cm、对角线尺寸43英寸或109cm以上的超大屏幕电视机，早期电视机主要是中小屏幕电视机，现代家庭更多的选择了大屏幕及超大屏幕电视机。(www.xing528.com)

2.根据荧光屏的平直度分类

荧光屏的表面越平，画面的变形失真越小，视角观看范围越大。早期电视主要是普通球面显像管，画面失真大，视角小，逐步淘汰了。以后相继出现平面直角、超级平面、纯平等显像管，画面失真越来越小，视角越来越大。现在市场上几乎全部是平板电视机。

3.根据荧光屏的宽高比分类

一般电视机的宽高比是4∶3或5∶4，随着数字电视和高清电视技术（HDTV）的发展，屏幕的宽高比更多选择16∶9和5∶3的所谓宽屏幕。

4.根据功能分类

根据电视机的功能分为：非遥控彩色电视机、遥控彩色电视机、交互式彩色电视机（能完成上网、存储和互动点播的网络电视机）、3D智能电视机等。

5.根据使用的主要器件分类

根据使用的主要器件，电视机分为：电子管电视机、晶体管电视机、集成电路电视机。现在，前面两种几乎全部淘汰，彩色电视机主要使用集成电路，而且是大规模、超大规模集成电路的电视机，功能更完善，电路更简单，故障率更低。

6.根据信号的处理方式分类

根据电视机对信号的处理方式分为：接收和处理模拟信号的模拟电视机、对图像和伴音信号部分数字化处理的数字化电视机、接受和处理数字信号的数字电视机（DTV）等。由于数字电视信号采用的是二进制数字编码的“0”和“1”数字串信号，比原始模拟信号具有超强的抗干扰能力，传输、存储更加稳定可靠，可以作为计算机终端加入信息网络，数字电视机逐步走向千家万户。

7.根据显示器分类

根据电视图像的显示方式，彩色电视机分为了：电子束扫描的阴极射线管显示器（俗称显像管即CRT）电视机，矩阵扫描的平板电视机如液晶显示器（LCD）电视机、等离子显示器（PDP）电视机、发光二极管显示器（LED）电视机即OLED电视机等。

三、CRT集成彩色电视机的发展及典型机型

彩色电视机电路的高度集成化，使得彩色电视机能够大批量、高质量、高可靠性、规范化生产。彩色电视机的集成度不断提高，经历了从低集成度到高集成度的发展。

从20世纪60年代开始，逐步出现了集成电路电视机。随着微电子技术的飞跃发展，电视机从小规模集成电路的多片机到成熟的中规模集成电路的“四片机”“五片机”，再到大规模集成电路的“两片机”、超大规模集成电路的“单片机”，后期生产的主要是超大规模集成电路（所谓超级芯片）的彩色电视机。

在电视机上所用的集成电路可分为两类：一类是电视信号和扫描小信号处理用集成电路，另一类是彩色电视机遥控系统用集成电路，后期生产的集成电路将二者集成在一块芯片上。这两类集成电路的工作性质是不一样的，前者主要是模拟集成电路，而后者主要是数字集成电路。

电视信号处理用集成电路虽然种类繁多，但它们所实现的功能却是相同的，常见的基本电路有：①伴音系统集成电路；②行场扫描集成电路；③亮度、色度信号处理集成电路；④图像中放、视放集成电路；⑤电源集成电路。

遥控系统用集成电路按功能分，有以下几种：①遥控发射器集成电路；②遥控接收前置放大器集成电路；③中央微处理器（CPU）集成电路；④存储器集成电路；⑤显示器用集成电路；⑥接口电路用集成电路。

在我国曾经大量生产的几类彩色电视机的集成电路功能如表2-3所示。

表2-3　彩色电视机的集成电路功能

由于集成电路技术的迅猛发展，四片机、五片机逐渐淘汰，两片机和单片彩色电视机也不再生产，后期主要的CRT彩色电视机是超级芯片的单片彩色电视机，我们将主要分析这种类型的彩色电视机。随着平板电视机的迅速普及，CRT电视机也已逐步也会逐步走向淘汰，但是，其工作原理和对信号的处理电路，对于我们掌握电视机的知识也是一个重要基础。本教程将以LA76931为核心的超级单片彩色电视机作为实训的主要机芯，触类旁通。

任务操作

CRT彩色电视机的拆装与典型元器件识别

一、操作目的

（1）会拆装彩色显像管电视机，会识读主要的元器件。

（2）会识读集成电路和电视机的类型。

（3）熟悉电视信号流程。

二、器材及设备

不同时期的彩色电视机各5台、十字改锥。

三、操作步骤

（1）示范电视机的拆装、高压放电过程。

（2）关掉电视机的电源，每组2～3人拆开一台电视机，注意将螺钉保管好。拆开后盖时，注意不要碰到显像管尾部。如果在拆开前在播放电视节目，注意不要被高压电击，最好进行高压放电。拆开后，拍下照片，并识读电视机的主要部件名称。

（3）熟悉电视信号流程，找到显像管、喇叭等，将观察到的集成电路型号填入表2-4中。

（4）交换观察，并记录。每组记录三台电视机的信息。

表2-4　集成电路型号

（5）将拆开电视机重新组装好，通电观看。

四、重点提示和注意事项

1.首先应该切断电源，避免触电。

2.注意高压放电规范。

3.特别注意显像管的管颈，避免碰撞损坏而漏气。

五、任务评价

考评内容如表2-5所示。

表2-5　电视机的使用项目任务考评表