Стереотелевизионные системы

Таблица 5.1.

Выходные сигналы R-Y и B-Y с ножек 19 и 20 видеопроцессора через разделительные конденсаторы C102 и С103 поступают на выходной сумматор, который коммутирует сигналы цветности и яркости с двух видеотрактов в один стереоканал. Сумматор построен на микросхемах CD4052 (D25 и D26). Цветоразностные сигналы R-Y и B-Y подаются на входные ножки микросхемы D26, 14 и 11 соответственно. Коммутация сигналов в сумматоре осуществляется с помощью импульсов управления частотой 50 Гц, которые поступают на управляющий вход SEC (ножки 10) с синхрогенератора, при этом второй управляющий вход оставлен открытым.

С выхода сумматора (ножки 3 и 13) сигналы R-Y и B-Y подаются на ножки 3 оконечных усилителей, собранных на микросхемах AD8041 (D16-D17). Усилители охвачены 100-процентной отрицательной обратной связью (ООС). С выходов усилителей через разделительные конденсаторы С67, С68 и согласующие сопротивления R44 и R45 сигналы R-Y и B-Y подаются на контакты 2 и 3 выходного разъема X2. Резисторы R43, R44, R45 являются согласующими с выходными цепями, которые по заданию на дипломный проект имеют сопротивление R = 75 Ом. Соответственно, и эти резисторы имеют сопротивление 75 Ом.

Сигнал YH2 с выхода микросхемы D14 подается через резистор R114 на входы микросхемы D24, которая является кодером PAL (ножки 33 и 35). Причем на 35-ю ножку сигнал YH2 подается с задержкой на 100 нс, необходимой для схемы горизонтальной апертурной коррекции HAP (располагающийся внутри микросхемы D24).

Сигнал YH1 подается на вход микросхемы D24 (ножка 40) так же с задержкой на 100 нс, чтобы не произошло рассогласования во времени с сигналом YH2.

Сигналы YH1 и YH2, прошедший через схему HAP, суммируются в кодере, где к ним также замешивается сигнал VAP, и в полученный в итоге сигнал замешиваются все необходимые синхроимпульсы. Суммирования с сигналами цветности не происходит из-за их отсутствия в кодере, поэтому на выходе микросхемы D24 (ножка 22) получается компонентный яркостный сигнал Y. Этот сигнал, как и цветоразностный, поступает на сумматор (микросхема D25, ножка 14), где суммируется с сигналом яркости второго видеотракта и затем подается на оконечный усилитель (D15), где усиливается до амплитуды 1 В. С выхода оконечного усилителя (ножка 6) через разделительный конденсатор С66 и согласующий резистор R43 сигнал яркости подается на контакт 1 выходного разъема X2.

Сигнал подавления цветности CS заводится на вход микросхемы D24, ножка 15, но не используется, поскольку цветоразностные сигналы на микросхему D24 не заводятся.

Рассмотрим теперь цепи сигналов синхронизации, о которых не упоминалось ранее. Сначала будут рассмотрены сигналы тимминг-генератора (микросхема D10), а затем синхрогенератора (микросхема D18).

Задающий генератор собран на кварцевом резонаторе ZQ1 и входных цепях тимминг-генератора. Частота задающего генератора выбирается из расчета удвоенной стандартной и равна 56,75 МГц. Сигнал этой частоты подается на 64-ю ножку тимминг-генератора.

С ножки 22 импульсы сброса RG подаются через горизонтальные драйверы на ПЗС матрицы. Туда же подаются импульсы H1, H2, LH1, необходимые для работы ПЗС матрицы, с ножек 26, 27 и 23 соответственно.

С ножек 31, 30, 32, 33, 34 и 35 на ПЗС матрицы через электронный коммутатор и вертикальные драйверы подаются импульсы XV1, XV2, XSG1, XV3, XSG2, XV4 соответственно.

Некоторые управляющие импульсы, как, например, BFG, XCK, CK и другие, могут быть заведены на соответствующие схемы, где они используются, но сами эти схемы не задействованы в работе телекамеры. Это обусловлено возможностью модернизации телекамеры в дальнейшем.

Синхрогенератор собран на микросхеме CXD1159Q. На его входы (ножки 22 и 23) поступает частота задающего генератора (с ножки 63 микросхемы D10), из которой формируются синхроимпульсы частотой 50 Гц (SYNC), снимающиеся с ножки 17. На вход CLK1 (ножка 6) поступает частота 28,375 МГц с тимминг-генератора (ножка 57), из которой формируются задающие импульсы HD и VD, а также и некоторые импульсы для схем формирования окна и кодера PAL.

5.1. Расчет делителей напряжения.

В телекамере широко применяются делители напряжения. При расчете делителей напряжения мы предполагаем, что все они будут идентичны и рассчитаны на выходное напряжение Uвых = 3 В при входном Uвх = 5 В.

Расчет производится по формуле делителя напряжения:

Uвых = Uвх (R2 / (R1 + R2))

В итоге получаем соотношение резисторов в делителе:

R1 = 4 кОм

R2 = 6 кОм

5.2. Расчет эмиттерного повторителя (ЭП).

В качестве согласующих элементов после линии задержек в микросхемах D13, D19 используются эмиттерные повторители.

Принципиальная схема эмиттерного повторителя приведена на рис. 5.25.

Принципиальная схема эмиттерного повторителя.

Рисунок 5.25.

Выбираем транзистор типа p-n-p: BC205VI.

Eпит = 5 В – напряжение источника питания;

Uкэ = 3 В – напряжение коллектор-база;

Iэ = 3 мА – ток эмиттера.

Произведем расчет сопротивления в цепи эмиттера по формуле:

Rэ = (Епит – Uкэ) / Iэ       Ом;

Rэ = (5 – 3) / 3 ´ 10-3 = 666,6 Ом » 667 Ом.

В рабочей точке ток базы Iб рассчитывается через коэффициент передачи по току h21.

h21 = 100.

h21 = Iк / Iб » Iэ / Iб.

В итоге получаем:

Iб = Iэ / h21 = 3 ´ 10-3 / 100 = 30 ´ 10-5 А = 30 мкА.

Выходное сопротивление ЭП рассчитывается по формуле:

Rвых = m Iб / Iэ;

Rвых = 2 ´ 30 ´ 10-6 / 3-3 = 0,02 Ом.

Входное сопротивление эмиттерного повторителя рассчитывается по формуле:

Rвх = rб + (1 + h21) ´ Rэ;

где rб – сопротивление базы транзистора.

Rвх = 10 + 101 ´ 667 = 67377 Ом » 67,38 кОм.

5.3. Расчет фильтра нижних частот (ФНЧ).

В схеме применены фильтры нижних частот с полосой пропускания f = 13 МГц. Это удвоенная полоса обычного телевизионного сигнала.

Рассчитываем ФНЧ с максимально плоской характеристикой, нагруженный только на выходе. Граничная частота полосы пропускания рассчитывается по формуле:

wс = 2 p f,

где f – полоса пропускания в герцах (Гц).

В нашем случае фильтр рассчитывается на двойную полосу пропускания, поскольку частота полей составляет 100 Гц.

wс = 2 ´ 3,14 ´ 13 ´ 106 = 81,64 ´ 106 рад/с.

На частоте равной 1,5 wс коэффициент передачи должен быть на 20 дБ меньше чем в полосе пропускания.

Поскольку нам неизвестно выходное сопротивление предыдущего каскада и нагрузка фильтра, примем:

Ri » 1 Ом – выходное сопротивление предыдущего каскада (выход микросхемы CXL1517).

Rн » 1000 Ом – сопротивление нагрузки ФНЧ.

Определяем порядок фильтра n:

1 / (1 + -w2n)   w = 1,5 wс = 10-2;  n = 5,648.

Выберем ближайшее большее целое число: n = 6.

На входе фильтра включен источник напряжения, рассчитаем его внутреннее сопротивление по формуле:

R = Ri / Rн = 1/1000 » 0.

Поскольку на входе фильтра включен источник напряжения с r = 0 и n – четное, то используются табличные величины элементов для r = 0 и n = 6:

c1 = 0,2588

l2 = 0,7579

c3 = 1,202

l4 = 1,553

c5 = 1,759

l6 = 1,553

Данные табличные значения пронормированы к Rн = 1 Ом.

Для того чтобы получить сопротивление нагрузки равное 1000 Ом, необходимо все величины l умножить, а все величины c разделить на 1000. Чтобы граничную частоту привести к значению 81,64 ´ 106 рад/с, все величины l и c следует разделить на это число.

Окончательно значения величин будут следующими:

C1 = 3,17 пФ

L2 = 9,28 мкГн

C3 = 14 пФ

L4 = 19 мкГн

C5 = 21,55 пФ

L6 = 19 мкГн

Схема рассчитанного фильтра приведена на рис. 5.26.

Схема ФНЧ.

Рисунок 5.26.

5.4. Расчет блока питания.

Расчет блока питания производится исходя из мощности, потребляемой схемой. На вход блока питания извне подается напряжение питания +12 В через разъем X2. В схеме разрабатываемой телекамеры используются три разных напряжения: +5 В, +15 В и –9 В. Эти напряжения вырабатывает блок питания. Соответственно, расчет потребляемой мощности производится по трем цепям питания.

1)     +5 В

По справочным данным на микросхемы, мы имеем данные об их потребляемой мощности:

CXA1390 – 600 мВт Þ 0,6 ´ 2 = 1,2 Вт

CXA1391 – 690 мВт Þ 0,69 ´ 2 = 1,38 Вт

CXA1592 – 500 мВт Þ 0,5 ´ 2 = 1 Вт

CXD1265 – 500 мВт Þ 0,5 Вт

CXD1159 – 250 мВт Þ 0,25 Вт

CXL1517 – 350 мВт Þ 0,35 ´ 2 = 0,7 Вт

На остальные элементы из справочных данных имеется информация о токах потребления Iпотр, следовательно, по закону Ома можно рассчитать потребляемую ими мощность.

Рпотр = Iпотр ´ Uпит

SN74AC04 – 40 мкА Þ 40 ´ 10-6 ´ 5 ´ 2 = 0,0004 Вт

BC205B – 3 мА Þ 3 ´ 10-3 ´ 5 ´ 6 = 0,09 Вт

SN74H257 – 80 мкА Þ 80 ´ 10-6 ´ 5 ´ 3 = 0,0012 Вт

AD8041 – 50 мА Þ 50 ´ 10-3 ´ 5 ´ 3 = 0,75 Вт

Светодиод BLINK-LEDS – 20 мА Þ 20 ´ 10-3 ´ 5 = 0,1 Вт

Суммарная мощность по цепи питания +5 В составляет 6 Вт, тогда

Iпотр å = 1,2 А,

что не превышает предельных значений тока для выходного стабилизатора блока питания по цепи +5 В, собранного на микросхеме D22 (1,5 А).

2)     Цепь –9 В и +15 В (рассматриваются вместе, поскольку микросхемы CXD1267 и ICX059 питаются обоими напряжениями):

CXD1267 – 60 мВт Þ 0,06 ´ 2 = 0,12 Вт

ICX059 – 300 мВт Þ 0,3 ´ 2 = 0,6 Вт

Pпотр = (0,12 + 0,6) / 2 = 0,36 Вт

Следовательно, Iпотр = 0,04 А.

3)     Цепь +15 В

CD4052 – 50 мкА Þ 50 ´ 10-6 ´ 15 ´ 2 = 0,0015 Вт

3SK133 – 2 мА Þ 2 ´ 10-3 ´ 15 ´ 2 = 0,06 Вт

Pпотр = 0,0615 Вт

Следовательно, Iпотр = 4,1 ´ 10-3 А.

В итоге, можно сделать вывод, что суммарные токи потребления и, соответственно, мощности не превышают допустимых для стандартного блока питания, используемого в цветной видеокамере SONY, значит, можно его применить в качестве блока питания в нашей разработке.

6. Разработка конструкции.

Все функциональные блоки телекамеры располагаются на двусторонней печатной плате размером 155´90 мм. Миниатюризация достигается за счет применения современной элементной базы фирмы SONY. Элементы схемы устанавливаются на обеих сторонах платы. Разводка цепей питания и общего производится проводниками по возможности более широкими, чем сигнальные цепи.

Плата крепится пятью шурупами к основной части корпуса, которая имеет соединительные струбцины, так, чтобы выходной разъем, разъем питания, светодиод и выключатель попали в соответствующие вырезы корпуса. Плата закрывается верхней крышкой, которая скрепляется с нижней шестью винтами диаметром М3.

Корпус выполнен из металла, окрашен в черный или белый цвет. Толщина стенок корпуса – 1 мм.

В конструкции предусмотрены выключатель и светодиод, который загорается при включении питания. Выходной разъем X1 представляет собой стандартный разъем для подключения к компьютеру. При необходимости может поставляться переходник.

Телекамера жестко крепится на бинокулярном микроскопе при помощи металлического соединителя и фиксирующей муфты.

Конструкция телекамеры позволяет защитить электрическую схему от внешних воздействий, но различные динамические воздействия, а также повышенная температура и влажность могут вывести ее из строя, поэтому в руководстве по эксплуатации вводится пункт о бережном обращении с телекамерой.

Телекамеры с механическими повреждениями корпуса и печатной платы в гарантийный ремонт не принимаются.

7. Расчет надежности.

Надежность – это свойство прибора безотказно функционировать в течение заданного времени в определенных эксплуатационных условиях. Ориентировочный расчет надежности заключается в нахождении интенсивности отказов устройства l (рис. 7.27), времени безотказной работы Т, а также вероятности безотказной работы в течение времени t [19].

Зависимость интенсивности отказов устройства l от времени.

1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12