Tuner工作原理.docx

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Tuner工作原理

Tuner工作原理

第一章电视信号基础　…………………………………………　　Page1

第二章Tuner基本原理　………………………………………　　　Page5

第一节高频调谐器　…………………………………………　　　Page6

第二节中放电路………………………………………………Page12

第三节视频检波………………………………………………Page18

第四节AGC和AFT………………………………………………Page22

第五节频率合成式高频头………………………………………Page24

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

（图一、频谱图）

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。

（图二）

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。

（高频电视信号频谱图）

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。

下面就各部分作说明；

第一节高频调谐器

高频调谐器又称高频头，是电视机信号通道最前端的一部分电路。

它的主要作用是调谐所接收的电视信号，即对天线接收到的电视信号进行选择、放大和变频。

1.高频调谐器的电路组成

高频调谐器的电路组成如图1－1所示，它有VHF调谐器和UHF调谐器组成。

VHF调谐器由输入回路、高频放大器、本振电路和混频电路组成，由混频电路输出中频信号。

UHF调谐器也由输入回路、高频放大器和变频电路组成。

在UHF调谐器中，本振电路和混频电路由变频电路完成，变频电路输出的中频信号送至VHF混频电路，这时VHF调谐器的混频电路变成了UHF调谐器的中放电路。

由于高频调谐器的工作频率很高，为防止外界电磁场干扰和本机振荡器的辐射，高频调谐器被封装在一个金属小盒内，金属盒接地，起屏蔽作用。

   VHF调谐器与UHF调谐器的调谐原理是基本相同的。

从天线接收进来的高频电视信号，包括各种不同的频道，输入回路初选出所需收看的频道，而抑制掉其他各种干扰信号。

为提高接收灵敏度，高频电视信号先经过选频放大，然后送入混频电路，与本振电路产生的本振信号进行混频，以产生中频电视信号。

2.高频调谐器的功能

高频调谐器的功能主要有三个方面：

2.1选频

   通过频段切换和改变调谐电压选出所要接收的电视频道信号，抑制掉邻近频道信号和其他各种干扰信号。

2.2放大

   将接收到的微弱高频电视信号进行放大，以提高整机灵敏度。

2.3变频

   将接收到的载频为fp的图像信号、载频为fc的色度信号、载频为fs的伴音信号分别与本振信号fo进行混频，变换成载频为38MHz的图像中频信号、载频为33.57MHz的色度中频信号和载频为31.5MHz的伴音中频信号。

并将它们送至中频放大电路。

3.高频调谐器的性能要求

   由于高频调谐器位于电视机信号通道的最前端，其性能好坏对整机性能质量有很大影响。

对高频调谐器的性能要求主要有六个方面：

3.1与天线、馈线及中放电路要良好匹配

   天线接收到的信号通过馈线送到高频调谐器，高频调谐器的输入阻抗就是馈线的终端负载阻抗。

要求天线、馈线与高频调谐器匹配良好，就是要求天线输入阻抗、馈线特性阻抗、高频调谐器输入阻抗三者相等。

若阻抗不匹配，则要加阻抗变换器，否则不仅天线上的感应信号不能有效地传输到高频调谐器，而且会产生因信号来回反射所造成的重影干扰。

高频调谐器的输出端要与连接到中放去的电缆的特性阻抗相匹配，以便让中频信号最有效地传输到中放电路中去。

3.2具有良好的选择性和合适的通频带

   高频调谐器应具有良好的选择性，对邻近频道干扰、中频干扰、镜像干扰有较强的抑制作用。

镜像干扰也称为假像干扰，是指比本振频率高一个中频的干扰信号，它与本振频率的差频也是一个中频信号。

中频干扰和镜像干扰都无法被后面的中放电路所抑制，因此这些干扰都必须在混频电路之前加以抑制。

由于高频电视信号的带宽是8MHz，因此要求高频调谐器的通频带也为8MHz，通频带过窄会使图像和伴音产生频率失真。

高频调谐器的频率特性如图1－2所示。

fp、fc、fs分别是图像、色度和伴音的载频，要求fp到fc的增益差小于1dB，否则会引起彩色失真；在幅度衰减3dB处的带宽应大于8MHz，以满足通频带的要求；在幅度衰减6dB处的带宽应小于11MHz，以满足选择性要求。

3.3本机振荡频率要稳定

本机振荡频率必须稳定，否则会产生各种失真的干扰。

以接收第五频道为例，图像载频fP为85.25MHz，伴音载频fS为91.75MHz，本振频率fo为123.25MHz。

若高频调谐器本振频率正常，则混频后输出的中频载频分别为：

fPI＝38MHz、fCI＝33.57MHz、fSI＝31.5MHz。

若用P、C、S分别代表上述三个中频载频，则它们在中放曲线上的位置如图1－3（b）所示。

P、C分别在中放曲线的50℅峰值处，S在吸收点。

     当本振频率fo偏低时，fPI、fCI、fSI均偏低，P、C、S三点分别向左移到P＇、C＇、S＇处，如图1－3（C）所示。

这时伴音中频S＇进入图像范围，经视频检波后，会产生2.07MHz的色声差频干扰信号，且幅度较大，将使图像和色度随伴音的强弱而波动，称为色声干扰。

同时P＇的增益下降，将使图像亮度信号的低频分量增益下降，使对比度变差；C＇的增益上升，将使色饱和度过强。

   当本振频率fo偏高时，fPI、fCI、fSI均偏高，P、C、S三点分别向右移到P＇＇、C＇＇、S＇＇处，如图1－3（d）所示。

这时色声干扰也严重。

同时P＇＇的位置上升，将使图像亮度信号的低频分量增大，造成图像的黑白对比过浓、清晰度下降；C＇＇点位置偏低，色饱和度变淡。

所以，为了保证彩色图像的稳定，高频调谐器本振频率的漂移要求小于±50KHz。

为使本振频率的稳定，在准确选取元件和合理设计电路外，还要设置AFT（自动频率微调）电路。

AFT电路是将末级中放输出的一部分中频信号送到鉴相器，当本振频率正确时，鉴相器没有输出；当本振频率偏移时，中频也偏离标准值，鉴相器就输出一个误差电压，去控制本振的频率，使之恢复到准确值。

3.4噪声系数要小、功率增益要大

   电视机接收效果的好坏不仅与信号的强弱有关，而且与噪声的大小有关。

为保证良好的接收效果，电视机应有低噪声性能。

由于高频调谐器位于信号通道的最前端，它产生的噪声将被后级放大，从而使整机噪声大大增加，因此整机噪声系数主要取决于调谐器。

高频调谐器的噪声系数为NF， 一般要求NF小于5dB。

为减小噪声系数，高频调谐器应选择低噪声元件。

   高频调谐器的功率增益应大于20dB，它包括输入回路－6dB，高频放大电路大于16dB，混频电路10dB。

提高高频调谐器的功率增益，也可减小噪声系数。

3.5有较强的AGC（自动增益控制）能力

为了使电视机在接收不同强弱的信号时，均能重现稳定的图像，高放级应有自动增益控制措施，要求当输入信号变化20dB时，混频的输出幅度基本不变。

3.6混频器的作用

由本机振荡器产生的本振频率信号（fo）也送到混频器，在混频器中本振频率与外来高频信号相减，得到新的中频信号。

接收VHF（低段）二频道节目：

高频信号频率为56.5～64.5MHz，图像信号为57.75MHz，本振频率为95.75MHz,混频后为:

95.75MHz－57.75MHz=38MHz，38MHz即为新图像中频信号的中心频率

3.7本机振荡电路

本机振荡电路即是机器内部的一个可调的频率发生器，在LC振荡回路中，改变电容器C的容量，即可改变振荡频率，电容量减小频率升高，电容量增大，频率降低。

在电子调谐器中，一般利用变容二极管结电容随所加电压的大小而改变的特性，来改变频率。

变容二极管是调谐器中的主要调谐元件，变容二极管是一种特殊工艺制造的二极管，其PN结的结电容容量随着反向电压变化而大范围地变化，可在调谐器中当作可变电容来使用。

这是变容二极管与普通二极管的区别所在。

变容二极管的结电容Cj与反向电压VD的关系曲线如图1－4所示。

当反向电压VD减小时，结电容Cj增大；当反向电压VD增大时，结电容Cj减小。

由图1-4所示，结电容Cj随反向电压VD的增大按指数规律下降。

   由变容二极管组成的调谐电路如图1-5所示。

D为变容二极管，0～30V的可调电压经隔离电阻R加到D的负极，因D无反向电流，故R值可取大些也不会产生压降。

C既是隔直电容又是耦合电容，C可防止D上的反向电压被L所短路，且C的容量比D的结电容Cj大得多，从而使Cj与L组成并联谐振回路。

调节加在D两端的反向电压，就可以改变Cj容量大小，从而达到改变调谐频率fo的目的。

   在高频调谐器中，采用变容二极管作为电调谐元件。

变容二极管两端一般加0～30V反向电压，但受变容二极管制造技术及工艺水平的限制，变容二极管的结电容容量变化不是很大，容量变化引起的调谐频率变化的范围不能覆盖整个电视频道波段。

所以，在电调谐式高频调谐器中，将电视频道分为三个波段，即1频道～5频道为VHF－L波段，6频道～12频道为VHF－H波段，13频道以上为UHF波段。

它们分别简称为VL、VH、U波段。

变容二极管的参数要求主要有以下四个方面：

1.电容变化比Kc要大。

Kc为变容二极管的结电容最大值与最小值的比，Kc值越大，组成的调谐电路频率覆盖范围就越宽。

2.品质因数Q值要高。

Q值越高，调谐回路的损耗越小，增益就高，选择性好。

这也就是为什么变容二极管不能正偏应用的原因之一。

因为正偏时，变容二极管的电阻很小，通过的电流大，直流损耗大，Q值将很小。

3.反向漏电流要小。

反向漏电流越大，变容二极管的稳定性越差，对谐振频率的稳定性越大。

第二节中放电路

一、电路组成与性能要求

1.中频通道电路组成

中频通道一般由声表面波滤波器、中频放大、视频检波、ANC、预视放、AGC、AFT等电路组成，如图2-1所示。

高频调谐器输出的中频信号首先经过声表面波滤波器，一次性形成中放特性曲线。

然后进行多级中放，将信号放大到视频检波所需的幅度。

视频检波对中频信号进行同步检波，还原出视频信号，同时输出6.5MHz的第二伴音中频信号。

视频信号经ANC处理和预视放后输出。

为了当接收的电视信号有强弱变化时，也能使输出的视频信号电压保持在一定范围内，电路设置了AGC电路。

而AFT电路的作用是当中频信号频率发生变化时，对高频调谐器进行频率微调，以稳定中频频率。

2.对中频通道的性能要求

   中频通道的主要作用是对中频信号进行选择、放大、检波及AGC控制。

并为高频调谐器提供AFT电压。

这部分电路的性能要求主要有六个方面。

2.1增益

   中频放大电路的增益大小取决于高频调谐器输出信号的大小和视频检波器对输入信号的要求。

调谐器输出的中频信号幅度通常为毫伏级，而视频检波器通常需要几伏的中频信号输入才能保证有1Vpp以上的视频检波输出。

因此要求中放的电压放大倍数为1000～10000倍，即电压增益在60～80dB之间。

中放增益的大小对整机接收灵敏度影响很大。

2.2频率特性

   由于我国图像信号采用残留边带调幅发送，即0～0.75MHz的低频图像信号采用双边带发送，0.75～6MHz的高频图像信号采用单边带发送，如果中放电路将图像信号进行均匀放大，则经过视频检波后，输出的0.75MHz以下的低频图像信号的幅度将是0.75MHz以上高频图像信号的两倍。

这将造成低频分量过强失真。

为了使视频检波后的图像信号的各频率分量幅度一致，要求中放电路对0～0.75MHz低频图像信号调制的中频频率成分衰减一半，即将图像中频38MHz设计在频率特性曲线右斜坡50%处，并在38±0.75MHz范围内，特性曲线为一斜坡，如图2-2所示。

   为了满足一定的中放通频带，要求从右斜坡50%处到左斜坡70%处的频率范围为5MHz。

为了避免图像中频信号和伴音中频信号相互干扰，并避免伴音中频与彩色中频产生2.07MHz差拍干扰，必须对伴音中频信号的增益进行限制，通常要求伴音中频31.5MHz的增益是图像中频增益的千分之三（-50dB），同时，在31.5MHz±100KHz范围内，要求特性曲线比较平坦，否则将受倾斜的频率特性影响，使等幅调频伴音会变成调幅调频波，导致音质变坏。

2.3选择性

   中放电路除了让中频信号顺利通过外，还必须对通频带以外的信号给予足够的抑制，特别是对相邻频道的干扰有很强的抑制能力。

其中30MHz称为邻近高频道图像干扰信号，39.5MHz称为邻近低频道伴音干扰信号。

中放电路必须对这两个干扰频率进行大幅度衰减，如图2-2所示。

否则会产生邻近频道对本频道的干扰。

2.4稳定性

   由于中放电路工作频率高、增益大，一旦电路设计不合理，就有可能产生自激。

因此要合理设计电路，精选电路元件，确保中放电路稳定地工作。

2.5AGC控制

   为了防止输入信号太强时同步脉冲被压缩，图像产生灰度失真及同步不稳。

必须对中放电路进行AGC控制，当接收强信号时降低中频放大电路的增益。

一般要求中放AGC的控制范围达40dB，即输入信号电平变化40dB时，输出信号的幅度仅变化±1.5dB。

2.6检波效果

中频信号只有通过检波才能还原出视频信号，要求检波效率高，输出的视频信号振幅大；滤波性能好，检波失真要小，使检波输出的视频信号波形尽可能地接近于输入的中频信号包络线。

二、声表面波滤波器

   声表面波滤波器是一种新型电子元件，简称为SAWF。

它可以一次性形成如图2-2所示的中频特性曲线。

SWAF性能稳定，不需要调整，在电视机中被广泛应用。

声表面波滤波器的外形结构与电路符号如图2-3所示。

它有两个输入引

    脚和两个输出引脚，中间引脚与圆形金属外壳一般接地。

两个输入脚之间的电阻或两个输出脚之间的电阻都为无穷大。

1.SWAF内部结构与工作原理

   SWAF的内部结构及原理如图2-4所示，它采用压电介质为基片，在输入端和输出端各镀上两组相互交叉的金属薄膜电极，称为输入叉指换能器和输出叉指换能器。

当在输入叉指换能器上加上交变电信号，根据逆压电效应，在压电介质表面激发起一种弹性波，它属于声波传播速度，所以又称为声表面波。

声表面波沿着压电介质表面向输入和输出两个方向传播，向输入方向传播的声表面波被吸声材料所吸收，另一个方向传播的声表面波到达输出叉指换能器，由于压电效应，输出叉指换能器又将声表面波转换成交变电信号。

2.插入损耗与回波干扰

   声表面波滤波器的主要缺点是插入损耗较大及存在着回波干扰。

插入损耗较大的原因是，输入叉指换能器激发的表面波向两个方向传播，所以只有一半能量能够传播到输出端，另外在声表面波和电信号的相互换能过程中，以及表面波在压电介质基片的传播中也有损耗产生。

早期产品插入损耗达到-20dB，目前新型声表面波滤波器的插入损耗为-6dB。

由于压电效应的可逆性，输出端的电信号也会产生向两个方向传播的声表面波，称为二次回波，其中一半二次回波又传播到输入端，在换能处转换成电信号，而此电信号又会产生表面波，称为三次回波。

依次类推，声表面波将在输入、输出之间作衰减式往返传播，时间差使图像产生重影。

削弱回波干扰的有效方法是失配法，即使负载与声表面波滤波器的输出端失配。

这种方法虽然使输出主信号幅度减小，但可大大减小回波的影响。

三、制式切换电路 不同制式的电视机中，与制式有关的参数有：

中频特性、SIF、解码电路等，在进行制式切换时都需要通过切换电路来实现。

下面简单介绍制式切换的形式及其方式。

1.图象中频系统的切换方法：

图象中频固定不变（38MHz），按所收看电视制式的要求，改变图象中频频带的宽度，接收PAL-D/K时色副载波中频为33.57M，伴音中频为31.5M；PAL-B/G和PAL-I的色副载波中频也为33.57M，PAL-B/G伴音中频为32.5M，PAL-I伴音中频为32M；接收NTSC制式时色副载波中频为34.42M，伴音中频为33.5M。

通常采用的方法有：

设计两种中频特性，一种接收PAL信号，中频幅频特性曲线如下图中实线所示。

一种是用于接收NTSC制信号；中频幅频特性曲线如下图中虚线所示，当接收NTSC信号时，在高频头预中放之间加入33.5M、34.42M切换回路，将中频幅频特性曲线拉到虚线位置；当接受PAL制信号时，通过切换电路断开上述吸收回路，只接收31.5M，使中频幅频特性曲线回到实线位置。

通过制式判断电路（CPU根据用户选择后做判断识别）判断出所接收的制式后用切换电路改变回路参数，使中频幅频特性曲线满足各种制式要求。

CPU切换中频电路时同时也切换后级解码相关电路以适应不同制式。

不同制式的中频特性

各种制式的中频频率：

伴音中频信号的切换：

多制式彩色电视机伴音通道要求能分别选通4.5MHz、5.5MHz、6.0MHz、6.5MHz四种第二伴音中频，下图为直接选通切换伴音带通滤波器电路的示意图，视频检波出来的信号通过X01~X04为四个陶瓷滤波器，可分别选通4.5MHz、5.5MHz、6.0MHz、6.5MHz信号。

S01~S04为由多制式切换信号控制的切换开关，由CPU识别控制。

第三节视频检波