家电维修人员必备：数字电路知识

现在的液晶、等离子及CRT的高清电视机，对于小信号电路处理部分均采用数字处理方式，其原因是：
1.克服因场频过低出现的大面积闪烁现象，对场频进行倍频处理。
2.液晶屏和等离子屏是属于数字显示方式，只能显示数字的图像信号。
3.兼容重放高清数字信号及HDMI等高清视频信号等，数字处理方式还可以对信号进行各种优化处理，大幅提高重现图像的质量。
现在的液晶、等离子电视机处理信号的过程是：把接收下来的模拟的电视信号，经过高频头、中频放大、视频检波后得到模拟的视频信号，把模拟的视频信号先变换成相应的数字视频信号然后再进行放大、解码、倍频等处理，最终变换成液晶屏或等离子屏等适用的数字信号，重现图像。这种处理方式称为数字化处理方式，现在的液晶、等离子电视机也称为数字化的电视接收机。
数字处理就必须采用数字电路来进行，目前的电视机都采用了大规模数字集成电路来完成上述工作。要学好液晶、等离子、高清电视的维修技术，看懂电视机的数字电路图，掌握基本的数字电路知识和数字集成电路的知识是必须的。
一、为了看懂液晶和等离子电路图所具备的基本知识
前期典型的采用TA7698集成电路的电视机，称为模拟电视机，之所以能称为模拟电机是因为TA7698是一块模拟集成电路，它所处理的信号即是当时电视台播出的SDTV（标清电视）电视信号，是模拟的电视信号，那么用模拟电路来处理模拟信号的电视机即称为模拟电视机，那么什么是模拟信号？什么又是模拟电路？
1、模拟信号及模拟电路
1） 模拟信号；是一个随时间变化的单值函数（在水平的时间轴上，每一个单位时间只有一个量），如图所示 波形的特点是连续，波形的振幅的大小随时间作连续变化，在时间轴上，每一个单位时间只有一个量，从图的纵轴上看，幅度的变化是十进制的。就可以得出结论；模拟信号的特点是；一是连续型；二是十进制。从波形上看，模拟信号比较直观，用示波器由波形及幅度的变化上即可简单的判断信号是否有畸变，并可以利用示波器屏幕上的刻度对其进行定量的分析，从而迅速确定故障的部位。模拟信号在传递（处理）的过程中，各部分的比例不能改变，如果各部份振幅比例、时间比例发生变化，传递的信号即出现失真，作为电视信号来说图像就不能正常显示，甚至无图像（同步头异常就会无图像），在传递的过程中，遇到异常信号叠加其上，即为出现干扰，图像出现各种干扰会严重了会破坏信号的传递，所以模拟信号抗干扰的能力极差。图1所示就是模拟的Y信号和模拟的音频信号的波形。

图1
2） 模拟电路；直接处理模拟信号的电路就是模拟电路，由于模拟信号的信息就包含在波形的波动和振幅的大小之中，所以波形的各部比例在处理过程中是不能改变的，否则会出现失真。对于这样的模拟信号进行处理（放大）的器件应该是线性的，并且要有足够的动态范围以保证被处理的信号不会被限幅。但是我们目前应用的只有半导体三极管，是一种非线性器件，对处理的信号会出现非线性失真（模拟信号的波形会随三极管的非线性特性，而出现非线性失真），用这样的信号要想完美的处理模拟信号是非常困难的，但是也没有其它更好的器件，这样我们就尽量利用半导体三极管特性较为线性的一段区域，把信号的处理的工作点移到这一点上面的中点。如图2所示

图2

图2A是晶体三极管的输入特性曲线，下面的横轴 Vb 是基极电压，侧面的纵轴 Ib是基极电流，坐标中的曲线是当在基极施加电压Vb时，基极电流变化的曲线。可以看出，当基极电压由0 V逐步上升时，基极电流上升很少，只有当基极电压上升到大于0.4V以上时，基极电压的微小上升都会引起基极电流的大幅上升。这说明；基极电压的上升引起基极电流的变化并不是一个正比关系，而是一个非线性关系（如果能成为正比关系，这个曲线就是一条直线，就是线性关系）。整个曲线的下部弯曲的很厉害，上部要比下部曲线要直一些，就这曲线而言，我们把下部弯曲厉害的部分称为；非线性部分（非线性区域），把上部弯曲少的直线部分称为；线性部分（线性区域）。图2B所示；那么，晶体三极管如果用来进行模拟信号的处理（放大），只有利用曲线的线性区域，工作点的选取就应该在线性区域的中点部分，才能进行模拟信号进行无失真的处理。

图3

工作点选取在基极特性曲线线性区域的中点时；图3A所示，输入信号和输出信号经过放大没有出现失真（波形各部份的比例没有变化）。工作点选取在基极特性曲线非线性区域时；图 3B所示，输出信号和输入信号相比，波形下部压缩，出现严重失真（波形各部比例发生严重变化）。

工作点的选取；这就是我们熟悉的在三极管电路上要设置调整工作点的偏置电路，图4所示；图中 R1、R2就是设置工作点的上偏电阻和下偏电阻。工作点设置完成后还要考虑到工作点的稳定性，即工作点不会受温度等因素的影响发生漂移，在数据库的发射极增加了一个直流负反馈电阻R4，以稳定工作点，而R4的增加会影响到三极管的交流增益，所以又在R4上并联一个旁路电容C，可以看出一个普通的三极管要它很好的完成模拟信号的处理，要有很多的周边元件才行，以上的措施只是保证线性区域工作点的稳定，对于动态范围的保证，就是尽量的采用较高的供电VCC，一般都在9V以上或12V。

就是这样处理的信号还是有失真存在（因为基极特性曲线的线性区域也并不是一条直线），多次接力处理信号，其失真的叠加也是不能接受的，对于一个处理模拟信号的模拟集成电路，为了使内部的三极管的工作点都能在线性区域工作，并具工作点稳定，在集成电路的外围部分设置了很多的阻容元件，使集成电路周边元件众多、复杂，这也是应用模拟集成电路，组成的原理图的特点。

图4
2 数字信号及数字电路

1）数字信号；也是一个随时间变化的电信号，但是其幅度的变化只有两个状态；即“高电平”和“低电平”状态，高电平为“1”的时候，低电平就为“0”，也就是说；数字信号就是以“1”和“0”表示的一连串的电信号，这就是数字信号幅值的不连续特性（是在“1”和“0”之间跃变的），这也是数字信号的一个重要特点。如图5所示；

图5

从图5中可以看出；在每一个单位时间，只能允许是“1”或者是“0”这两个数，也就是说；数字信号只能是以“1”和“0”这两个数字表示，那么是属于二进制信号（它的进位关系就是逢二进一），这就可以得出结论；数字信号的特点是；一、是分离型；二、是二进制。从波形上看，数字信号是不直观的，用示波器观察一个视频的Y信号，就无法判断哪里是同步头信号，哪里是消隐信号（数字信号的传输是不会出现失真的，所以一般也无需进行波形分析，只要用示波器判断波形有、无即可）。数字信号携带的信息是表现在数字信号脉冲的个数和脉冲的“宽”“窄”中。

由于数字信号只有两个量的变化，（高电平和低电平的变化），所以处理起来就简单的多，任何器件只要能反映 “通”和“断”即可对数字信号进行处理，并且不会出现任何非线性失真。

在传输的路径中，遇到干扰信号的叠加，引起幅度的变化，只要采用简单的限幅电路，就可以把干扰去除干净，所以数字信号是不怕干扰的（干扰信号只会引起幅度的变化，不会改变数字信号脉冲的个数和脉冲的“宽”“窄”的变化）。

2）数字电路；所谓数字电路就是用于处理数字信号的电路。数字电路与模拟电路相比有很大的不同，从广义上讲；数字电路主要是对数字信号进行逻辑运算和数字处理，这些运算和处理有时是相当复杂的，但主要是通过软件来处理(进行各种逻辑处理和数字运算)。但是从我们能够看懂高清、液晶、等离子电视机的电路图、分析电路故障为目的，就简单的多了。下面我们就以此目的介绍数字电路的知识。

数字电路中只处理二进制中的“0”和“1”两种信号，从电路硬件这一角度上讲，数字电路中的元器件只要能反映“通”和“断”两种状态，即可对数字信号进行处理，例如；常用的普通晶体三极管，在进行数字信号处理时，当数字信号是高电平（“1”）加到基极，晶体三极管导通；当数字信号是低电平（“0”）加到基极，晶体三极管截止。那么晶体三极管的集电极就输出了，反相的数字信号。此时的三极管只是工作在；“饱和”和“截止”的开关状态。在“关”的状态，晶体三极管基极电位为“0”晶体三极管截止，在“开”的状态晶体三极管基极电位为“1”晶体三极管饱和导通，三极管无须向模拟电路一样进行工作点的设置，也无须设置模拟电路的稳定工作点的发射极反馈电阻和旁路电容，如图6所示；

由于数字电路在工作时是工作在；“饱和”和“截止”的开关状态，那么对于电路的供电（VCC）可以采用极低的供电，3.3V、1.8V、1.2V甚至更低，只要能反映三极管的导通和截止就可以了。

如此简单的数字处理电路，可以方便的进行大规模的集成，做成具有全部信号处理的单芯片集成电路，集成电路内部的三极管数量可以达到千万只数量。对于每只三极管的要求也极低，甚至三极管出现漏电也不会影响信号的处理，所以对于采用数字集成电路制造的设备；例如；数码相机、DV摄像机、MP3、移动电话（手机）、电脑等极少出现集成电路的损坏，可靠性极高。

在数字电路中，由于晶体三极管是工作在；“饱和”和“截止”的开关状态，所以与晶体三极管的非线性特性没有任何关系，也就不存在非线性失真的问题，经过多次的电路处理，信号也不会发生畸变，这也就是我们采用数字的方式反复的复制MP3、数码照片等，音乐、图像的内容都感觉不出有任何变化，而过去的模拟的录音磁带，只要是转录两次，音质即变得极差。

既然数字信号和数字电路在处理信号上有如此多的优点，远非模拟信号和模拟电路能比拟。采用数字的处理方式来处理各种信息也是发展的必然，例如；过去的模拟移动电话（大哥大）发展成为现在的GSM CDMA 全数字处理移动电话、过去的模拟电视机发展为现在的数字化电视机（尽管地面信号仍然是SDTV的模拟信号，但是用数字处理实现了倍频解决了大面积闪烁，并且图像更干净）、过去的模拟唱片播放时噪音极大，而现在的CD唱片及DVD都具有和在影院观赏的效果（所以称为家庭影院）。由于数字处理特有的压缩、复用技术，是信息传输的容量大大增加，例如现在的DVD在一张小小的盘片上就可以保存一个多小时的高质量的图像及声音，现在的数字移动电话，全国十亿人每人一台手机同时打电话也不会出现拥挤和相互占线现象。数字技术的发展是必然，必然取代过去的模拟技术。