■ 秦彥君 趙聞 梁立慧/國(guó)營(yíng)長(zhǎng)虹機(jī)械廠

0 引言

某型電視導(dǎo)引頭采用硅靶管成像，圖像畫(huà)面的質(zhì)量在電視導(dǎo)引頭性能中至關(guān)重要，直接影響著對(duì)目標(biāo)的搜索和鎖定。該型導(dǎo)引頭修理中，多件產(chǎn)品上電后出現(xiàn)無(wú)圖像故障現(xiàn)象，故障點(diǎn)涉及導(dǎo)引頭的成像系統(tǒng)，如圖1所示。

圖1 有圖像故障和無(wú)圖像故障畫(huà)面對(duì)比圖

1 成像系統(tǒng)組成及工作原理

該型導(dǎo)引頭成像系統(tǒng)由電視攝像機(jī)、電視通道、電源裝置一、電源裝置二組成，其中電視攝像機(jī)由鏡頭組合、硅靶管、偏轉(zhuǎn)線圈組、預(yù)視放電路、光圈機(jī)構(gòu)、變焦機(jī)構(gòu)等組成。電視攝像機(jī)主要實(shí)現(xiàn)光線的聚焦、光電信號(hào)的轉(zhuǎn)換及初始視頻的預(yù)放大；電視通道主要對(duì)電視攝像機(jī)產(chǎn)生的初始視頻進(jìn)行濾波、二級(jí)放大，疊加同步及測(cè)標(biāo)信號(hào)，并實(shí)現(xiàn)對(duì)電視攝像機(jī)光圈機(jī)構(gòu)和變焦機(jī)構(gòu)的控制；電源裝置一和電源裝置二主要實(shí)現(xiàn)電壓轉(zhuǎn)換，向電視攝像機(jī)、電視通道及其他電路提供工作所需電源。如圖2所示，外界景物反射的光線通過(guò)鏡頭組合聚焦在硅靶管靶面上，通過(guò)電子槍陰極發(fā)射電子束對(duì)硅靶管靶面進(jìn)行掃描，產(chǎn)生與光線強(qiáng)弱成比例的電流信號(hào)，信號(hào)經(jīng)預(yù)視放電路初級(jí)放大后，形成初級(jí)視頻信號(hào)[1]。初級(jí)視頻信號(hào)經(jīng)電視通道濾波和二級(jí)放大，疊加同步信號(hào)和測(cè)標(biāo)信號(hào)后回傳至載機(jī)顯示系統(tǒng)進(jìn)行顯示。

圖2 成像系統(tǒng)原理框圖

2 故障原因分析

依據(jù)導(dǎo)引頭出現(xiàn)的故障現(xiàn)象，從成像系統(tǒng)工作原理、視頻信號(hào)產(chǎn)生過(guò)程、信號(hào)傳輸處理及輔助電路的影響等方面入手，分析得出無(wú)圖像故障現(xiàn)象與導(dǎo)引頭成像系統(tǒng)的電源裝置、電視通道及電視攝像機(jī)三部分有關(guān)，因此以“無(wú)圖像”故障現(xiàn)象為頂事件建立故障樹(shù)，依據(jù)故障樹(shù)逐層展開(kāi)相關(guān)部件原因分析。故障樹(shù)如圖3所示。

圖3 故障樹(shù)模型

2.1 電視攝像機(jī)

電視攝像機(jī)的作用是將外界景物成像在硅靶管靶面上，并將靶面上的光信號(hào)轉(zhuǎn)換成視頻信號(hào)，視頻信號(hào)經(jīng)預(yù)視放電路處理后直接傳送至電視通道進(jìn)行二次處理。電視攝像機(jī)是視頻信號(hào)產(chǎn)生的源頭，視頻信號(hào)的有無(wú)與電視攝像機(jī)的硅靶管、光圈機(jī)構(gòu)及預(yù)視放電路相關(guān)。若電視攝像機(jī)中的硅靶管故障，外界景物反射的可見(jiàn)光無(wú)法通過(guò)硅靶管轉(zhuǎn)換成視頻信號(hào)，因此在顯示系統(tǒng)上表現(xiàn)為無(wú)圖像現(xiàn)象。若電視攝像機(jī)中的光圈機(jī)構(gòu)故障，上電后光圈處于關(guān)閉狀態(tài)，外界景物反射的可見(jiàn)光無(wú)法通過(guò)鏡頭組合進(jìn)入電視攝像機(jī)內(nèi)部，因此在顯示系統(tǒng)上表現(xiàn)為無(wú)圖像現(xiàn)象。預(yù)視放電路主要由濾波電路和放大電路組成，若濾波電路或放大電路故障，則其輸出的視頻信號(hào)將夾雜大量的干擾噪聲，由于視頻信號(hào)未被有效放大，幅值較小，視頻信號(hào)被淹沒(méi)在干擾噪聲中，傳輸至顯示系統(tǒng)后在顯示系統(tǒng)上同樣也會(huì)表現(xiàn)為無(wú)圖像現(xiàn)象。圖4所示為通過(guò)數(shù)字示波器監(jiān)測(cè)硅靶管和預(yù)視放電路輸出的視頻信號(hào)，波形和幅值均正常，因此排除電視攝像機(jī)發(fā)生故障的可能。

圖4 硅靶管和預(yù)視放電路輸出視頻信號(hào)波形

2.2 電源裝置一

電源裝置一是將輸入的直流+27V電壓轉(zhuǎn)換成運(yùn)算放大器、三極管、場(chǎng)效應(yīng)管等工作所需的±15V、±12.6V及-27V直流電壓。在視頻信號(hào)的產(chǎn)生、傳輸和處理電路中，均包含運(yùn)算放大器、三極管、場(chǎng)效應(yīng)管等有源器件。只要±15V、±12.6V、-27V直流電壓中有一路輸出異常，即電壓值不夠或電壓值超出允許范圍，運(yùn)算放大器、三極管、場(chǎng)效應(yīng)管等有源器件就會(huì)出現(xiàn)無(wú)法正常工作的狀況。以運(yùn)算放大器601A為例，其正常工作所需電源電壓為+15V和-15V，若其中一路電源電壓出現(xiàn)異常，該運(yùn)算放大器將無(wú)法工作，視頻信號(hào)則無(wú)法通過(guò)該運(yùn)算放大器進(jìn)行信號(hào)處理，也無(wú)法傳輸至下一電路，因此在檢測(cè)設(shè)備上會(huì)表現(xiàn)為無(wú)圖像現(xiàn)象。

利用數(shù)字多用表檢測(cè)電源裝置一各輸出端口電壓，如表1所示。經(jīng)測(cè)試，各直流電壓值均在合格范圍內(nèi)，因此排除電源裝置一發(fā)生故障的可能。

表1 電源裝置一各輸出端口輸出電壓

2.3 電源裝置二

電源裝置二是將輸入的+27V電壓轉(zhuǎn)換為各集成模塊工作所需的+5V和-6V電壓以及硅靶管、偏轉(zhuǎn)線圈工作所需的+500V、+300V電壓及靶極電壓。若電源裝置二輸出的+5V和-6V電壓異常，將直接影響導(dǎo)引頭內(nèi)圖像處理電路對(duì)視頻信號(hào)的處理，從而在顯示系統(tǒng)上表現(xiàn)為無(wú)圖像現(xiàn)象。若電源裝置二輸出的+500V電壓、+300V電壓和靶極電壓異常，硅靶管、偏轉(zhuǎn)線圈將工作在不穩(wěn)定狀態(tài)，所形成的視頻信號(hào)也同樣處于不正常狀態(tài)，在顯示系統(tǒng)上同樣表現(xiàn)為無(wú)圖像現(xiàn)象。

利用數(shù)字多用表檢測(cè)電源裝置二各輸出端口電壓，如表2所示。經(jīng)測(cè)試，各電壓值均在合格范圍內(nèi)，因此排除電源裝置二發(fā)生故障的可能。

表2 電源裝置二各輸出端口輸出電壓

2.4 電視通道

電視通道的主要作用是形成導(dǎo)引頭工作的同步信號(hào)，同時(shí)處理電視攝像機(jī)輸出的視頻信號(hào)，將同步信號(hào)、測(cè)標(biāo)信號(hào)與視頻信號(hào)進(jìn)行疊加，并依據(jù)視頻信號(hào)大小形成光圈控制信號(hào)，控制光圈放大和收縮。通過(guò)更換合格的電視通道，導(dǎo)引頭無(wú)圖像現(xiàn)象消失，因此判斷故障發(fā)生在電視通道上。

1）視頻傳輸電路和視頻疊加電路

依據(jù)故障現(xiàn)象可以判定故障與電視通道的視頻信號(hào)傳輸電路、光圈控制電路及聚焦線圈電路相關(guān)。從圖1可以看出，顯示系統(tǒng)上并不是完全沒(méi)有圖像，而是有一部分模糊的亮斑存在。為此，在導(dǎo)引頭通電情況下，利用數(shù)字示波器通過(guò)三通插頭測(cè)量電視通道X14插頭的第5針，該插針信號(hào)為電視攝像機(jī)輸出的初始視頻信號(hào)。測(cè)量發(fā)現(xiàn)該插針視頻信號(hào)很微弱，幅值很小。測(cè)量電視通道中視頻信號(hào)傳輸電路中的信號(hào)，信號(hào)幅值和波形與X14插頭第5針信號(hào)完全一致，由此排除視頻傳輸電路產(chǎn)生故障的可能。再?gòu)墓收蠄D片來(lái)分析，在顯示系統(tǒng)上能明顯的看到“邊框”和“十字測(cè)標(biāo)”，這兩個(gè)信號(hào)是通過(guò)疊加電路疊加到視頻信號(hào)上進(jìn)行輸出的，由此可以判斷視頻疊加電路處于正常工作狀態(tài)。因此，排除視頻傳輸電路和視頻疊加電路產(chǎn)生故障的可能性。

2）光圈控制電路

光圈控制電路主要實(shí)現(xiàn)光圈放大和收縮的控制，其發(fā)生故障能引起光圈徹底關(guān)閉，在顯示系統(tǒng)上表現(xiàn)為無(wú)圖像現(xiàn)象。利用數(shù)字多用表測(cè)量電視通道X14插頭的第20針和第31針，該插針信號(hào)定義為“光圈控制1”和“光圈控制2”，均為光圈控制電路的輸出端口。經(jīng)測(cè)量，“光圈控制1”端口電壓為+12.2V，“光圈控制2”端口電壓為+11.7V，符合光圈控制電路輸出端+12V±1.2V的范圍要求，并且在導(dǎo)引頭通電剛出現(xiàn)邊框及亮斑圖像時(shí)，能明顯看到光圈打開(kāi)和調(diào)整的過(guò)程。因此，排除光圈控制電路發(fā)生故障的可能性。

3）聚焦電極電路

聚焦電極電路主要實(shí)現(xiàn)電子束的偏轉(zhuǎn)和聚焦。在排除視頻傳輸、視頻疊加及光圈控制電路發(fā)生故障的基礎(chǔ)上，聚焦電極電路故障能使電子束無(wú)法準(zhǔn)確聚焦在硅靶上，無(wú)法產(chǎn)生視頻信號(hào)，從而在顯示系統(tǒng)上表現(xiàn)為無(wú)圖像現(xiàn)象。利用數(shù)字多用表測(cè)量電視通道X14插頭的 第17針 和 第18針，該插針信號(hào)定義為“聚焦電極1”和“聚焦電極2”，均為聚焦電極電路的輸出端口。經(jīng)測(cè)量，“聚焦電極1”端口電壓為+2.4V，“聚焦電極2”端口電壓為+2.5V。但性能合格的電視通道“聚焦電極1”端口電壓應(yīng)為+14.1V，“聚焦電極2”端口電壓應(yīng)為+2.2V，實(shí)測(cè)電壓與端口正常電壓相差較大。因此，判定故障發(fā)生在聚焦電極電路上。

如圖5所示，聚焦電極電路的核心器件為集成模塊OC286EⅡ4，其第2、5引腳為輸入端，輸入電壓為+27V；第1引腳為輸出端，對(duì)應(yīng)“聚焦電極1”，第1引腳連接容值為0.68μF的電容C87后對(duì)應(yīng)“聚焦電極2”輸出端。用數(shù)字多用表測(cè)量故障電路的集成模塊OC286EⅡ4輸入輸出引腳，其第2、5引腳輸入電壓為+27V，第1引腳輸出電壓為+2.4V，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于正常輸出電壓+14.1V。因此，判定故障元器件為OC286EⅡ4。更換后導(dǎo)引頭圖像恢復(fù)正常，故障排除。

3 機(jī)理分析

如圖6所示，硅靶管內(nèi)聚焦系統(tǒng)由聚焦電極A1、聚焦電極A2及聚焦線圈組成。硅靶管是先將輸入的外景圖像（光學(xué)圖像）轉(zhuǎn)換成電荷圖像，通過(guò)電荷的積累和存儲(chǔ)形成電位圖像，再通過(guò)電子束掃描讀出電位圖像，形成與外景圖像成比例的電流信號(hào)即視頻信號(hào)。由此可見(jiàn)，視頻信號(hào)的形成關(guān)鍵在于電子束。圖6中，當(dāng)陰極K達(dá)到高熱時(shí)會(huì)發(fā)射出大量電子，在陰極周圍形成電子云。電子在聚焦電極A2中得到加速，形成電子束，并在聚焦電極A1和聚焦線圈的共同作用下，在硅靶管靶面上聚集到一點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)硅靶靶面的掃描。該過(guò)程中聚焦電極A1與聚焦電極A2起到電聚焦的作用，而聚焦線圈起到控制電子束沿軸向做直線運(yùn)動(dòng)的作用。

圖6 硅靶管內(nèi)聚焦系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

要得到清晰的視頻信號(hào)，電子束在上靶時(shí)必須聚合成極細(xì)的點(diǎn)，電子束的電聚焦原理如圖7所示。陰極K達(dá)到高熱后發(fā)射電子，聚焦電極A2加速電子形成電子束。電子束通過(guò)柵極G的空隙時(shí)，由于柵極電位與聚焦電極A2電位不相等，在兩者之間的空間產(chǎn)生電場(chǎng)，該電場(chǎng)的曲度類似一面透鏡，使由陰極K表面不同點(diǎn)發(fā)出的電子在柵極G前方匯聚，形成一個(gè)電子聚焦點(diǎn)。由于聚焦電極A2與聚焦電極A1之間同樣存在電位差，因此在兩者之間的等位面上也產(chǎn)生電場(chǎng)，聚焦電極A2與聚焦電極A1共同組成了電聚焦系統(tǒng)。該系統(tǒng)將上述聚焦點(diǎn)通過(guò)電場(chǎng)的作用再次聚焦到硅靶管靶面上。由于電聚焦系統(tǒng)與凸透鏡對(duì)光的匯聚作用相似，因此習(xí)慣性地稱為電子透鏡[2]。電子束通過(guò)電子透鏡能否聚焦在靶面上，取決于聚焦電極A2上電壓VA2與聚焦電極A1上電壓VA1之間的比值。改變聚焦電極A2與聚焦電極A1的電位差，等同于改變電子透鏡的焦距，選擇合適的VA2與VA1的比值，就可以使電子束的成像點(diǎn)落在硅靶管的靶面上。

圖7 電子束電聚焦原理圖

上述導(dǎo)引頭出現(xiàn)無(wú)圖像現(xiàn)象，正是由于聚焦電極電路的核心器件OC286EⅡ4損壞，造成其輸出端（聚焦電極A1）的電壓值VA1降低，A1與A2電位差發(fā)生變化，VA1與VA2的比值減小，“電子透鏡”的焦距產(chǎn)生偏移，電子束在經(jīng)過(guò)該“電子透鏡”時(shí)無(wú)法準(zhǔn)確聚焦到硅靶管靶面上，如圖7中標(biāo)注的D′和D″兩個(gè)聚焦點(diǎn)所示，從而出現(xiàn)無(wú)圖像現(xiàn)象。

4 結(jié)束語(yǔ)

該成像系統(tǒng)由光學(xué)、光電轉(zhuǎn)換、信號(hào)處理、反饋控制四部分組成，屬于循環(huán)控制自適應(yīng)系統(tǒng)。景物反射光線經(jīng)鏡頭組合后聚焦在硅靶管的靶面上，通過(guò)電子束掃描形成原始視頻信號(hào)，原始視頻信號(hào)經(jīng)預(yù)視放電路處理后送至電視通道。電視通道在進(jìn)行二次處理的同時(shí)，對(duì)視頻信號(hào)幅值進(jìn)行判斷，判斷結(jié)果經(jīng)光圈控制電路帶動(dòng)攝像機(jī)光圈放大或收縮，增加或減少進(jìn)光量，直至圖像清晰為止，進(jìn)光量的變化又直接影響視頻信號(hào)的幅值，如此往復(fù)循環(huán)控制，即形成循環(huán)控制自適應(yīng)系統(tǒng)。針對(duì)該類系統(tǒng)的排故和修理是較為復(fù)雜的，需要按照信號(hào)的產(chǎn)生和流向，采用分析和替換法逐層縮小故障排查范圍，再依據(jù)電路特點(diǎn)和信號(hào)檢測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)故障元器件的準(zhǔn)確定位。