某型电视导引头无图像故障原因分析及排除

■ 秦彦君 赵闻 梁立慧/国营长虹机械厂

0 引言

某型电视导引头采用硅靶管成像，图像画面的质量在电视导引头性能中至关重要，直接影响着对目标的搜索和锁定。该型导引头修理中，多件产品上电后出现无图像故障现象，故障点涉及导引头的成像系统，如图1所示。

图1 有图像故障和无图像故障画面对比图

1 成像系统组成及工作原理

该型导引头成像系统由电视摄像机、电视通道、电源装置一、电源装置二组成，其中电视摄像机由镜头组合、硅靶管、偏转线圈组、预视放电路、光圈机构、变焦机构等组成。电视摄像机主要实现光线的聚焦、光电信号的转换及初始视频的预放大；电视通道主要对电视摄像机产生的初始视频进行滤波、二级放大，叠加同步及测标信号，并实现对电视摄像机光圈机构和变焦机构的控制；电源装置一和电源装置二主要实现电压转换，向电视摄像机、电视通道及其他电路提供工作所需电源。如图2所示，外界景物反射的光线通过镜头组合聚焦在硅靶管靶面上，通过电子枪阴极发射电子束对硅靶管靶面进行扫描，产生与光线强弱成比例的电流信号，信号经预视放电路初级放大后，形成初级视频信号[1]。初级视频信号经电视通道滤波和二级放大，叠加同步信号和测标信号后回传至载机显示系统进行显示。

图2 成像系统原理框图

2 故障原因分析

依据导引头出现的故障现象，从成像系统工作原理、视频信号产生过程、信号传输处理及辅助电路的影响等方面入手，分析得出无图像故障现象与导引头成像系统的电源装置、电视通道及电视摄像机三部分有关，因此以“无图像”故障现象为顶事件建立故障树，依据故障树逐层展开相关部件原因分析。故障树如图3所示。

图3 故障树模型

2.1 电视摄像机

电视摄像机的作用是将外界景物成像在硅靶管靶面上，并将靶面上的光信号转换成视频信号，视频信号经预视放电路处理后直接传送至电视通道进行二次处理。电视摄像机是视频信号产生的源头，视频信号的有无与电视摄像机的硅靶管、光圈机构及预视放电路相关。若电视摄像机中的硅靶管故障，外界景物反射的可见光无法通过硅靶管转换成视频信号，因此在显示系统上表现为无图像现象。若电视摄像机中的光圈机构故障，上电后光圈处于关闭状态，外界景物反射的可见光无法通过镜头组合进入电视摄像机内部，因此在显示系统上表现为无图像现象。预视放电路主要由滤波电路和放大电路组成，若滤波电路或放大电路故障，则其输出的视频信号将夹杂大量的干扰噪声，由于视频信号未被有效放大，幅值较小，视频信号被淹没在干扰噪声中，传输至显示系统后在显示系统上同样也会表现为无图像现象。图4所示为通过数字示波器监测硅靶管和预视放电路输出的视频信号，波形和幅值均正常，因此排除电视摄像机发生故障的可能。

图4 硅靶管和预视放电路输出视频信号波形

2.2 电源装置一

电源装置一是将输入的直流+27V电压转换成运算放大器、三极管、场效应管等工作所需的±15V、±12.6V及-27V直流电压。在视频信号的产生、传输和处理电路中，均包含运算放大器、三极管、场效应管等有源器件。只要±15V、±12.6V、-27V直流电压中有一路输出异常，即电压值不够或电压值超出允许范围，运算放大器、三极管、场效应管等有源器件就会出现无法正常工作的状况。以运算放大器601A为例，其正常工作所需电源电压为+15V和-15V，若其中一路电源电压出现异常，该运算放大器将无法工作，视频信号则无法通过该运算放大器进行信号处理，也无法传输至下一电路，因此在检测设备上会表现为无图像现象。

利用数字多用表检测电源装置一各输出端口电压，如表1所示。经测试，各直流电压值均在合格范围内，因此排除电源装置一发生故障的可能。

表1 电源装置一各输出端口输出电压

2.3 电源装置二

电源装置二是将输入的+27V电压转换为各集成模块工作所需的+5V和-6V电压以及硅靶管、偏转线圈工作所需的+500V、+300V电压及靶极电压。若电源装置二输出的+5V和-6V电压异常，将直接影响导引头内图像处理电路对视频信号的处理，从而在显示系统上表现为无图像现象。若电源装置二输出的+500V电压、+300V电压和靶极电压异常，硅靶管、偏转线圈将工作在不稳定状态，所形成的视频信号也同样处于不正常状态，在显示系统上同样表现为无图像现象。

利用数字多用表检测电源装置二各输出端口电压，如表2所示。经测试，各电压值均在合格范围内，因此排除电源装置二发生故障的可能。

表2 电源装置二各输出端口输出电压

2.4 电视通道

电视通道的主要作用是形成导引头工作的同步信号，同时处理电视摄像机输出的视频信号，将同步信号、测标信号与视频信号进行叠加，并依据视频信号大小形成光圈控制信号，控制光圈放大和收缩。通过更换合格的电视通道，导引头无图像现象消失，因此判断故障发生在电视通道上。

1）视频传输电路和视频叠加电路

依据故障现象可以判定故障与电视通道的视频信号传输电路、光圈控制电路及聚焦线圈电路相关。从图1可以看出，显示系统上并不是完全没有图像，而是有一部分模糊的亮斑存在。为此，在导引头通电情况下，利用数字示波器通过三通插头测量电视通道X14插头的第5针，该插针信号为电视摄像机输出的初始视频信号。测量发现该插针视频信号很微弱，幅值很小。测量电视通道中视频信号传输电路中的信号，信号幅值和波形与X14插头第5针信号完全一致，由此排除视频传输电路产生故障的可能。再从故障图片来分析，在显示系统上能明显的看到“边框”和“十字测标”，这两个信号是通过叠加电路叠加到视频信号上进行输出的，由此可以判断视频叠加电路处于正常工作状态。因此，排除视频传输电路和视频叠加电路产生故障的可能性。

2）光圈控制电路

光圈控制电路主要实现光圈放大和收缩的控制，其发生故障能引起光圈彻底关闭，在显示系统上表现为无图像现象。利用数字多用表测量电视通道X14插头的第20针和第31针，该插针信号定义为“光圈控制1”和“光圈控制2”，均为光圈控制电路的输出端口。经测量，“光圈控制1”端口电压为+12.2V，“光圈控制2”端口电压为+11.7V，符合光圈控制电路输出端+12V±1.2V的范围要求，并且在导引头通电刚出现边框及亮斑图像时，能明显看到光圈打开和调整的过程。因此，排除光圈控制电路发生故障的可能性。

3）聚焦电极电路

聚焦电极电路主要实现电子束的偏转和聚焦。在排除视频传输、视频叠加及光圈控制电路发生故障的基础上，聚焦电极电路故障能使电子束无法准确聚焦在硅靶上，无法产生视频信号，从而在显示系统上表现为无图像现象。利用数字多用表测量电视通道X14插头的 第17针 和 第18针，该插针信号定义为“聚焦电极1”和“聚焦电极2”，均为聚焦电极电路的输出端口。经测量，“聚焦电极1”端口电压为+2.4V，“聚焦电极2”端口电压为+2.5V。但性能合格的电视通道“聚焦电极1”端口电压应为+14.1V，“聚焦电极2”端口电压应为+2.2V，实测电压与端口正常电压相差较大。因此，判定故障发生在聚焦电极电路上。

如图5所示，聚焦电极电路的核心器件为集成模块OC286EⅡ4，其第2、5引脚为输入端，输入电压为+27V；第1引脚为输出端，对应“聚焦电极1”，第1引脚连接容值为0.68μF的电容C87后对应“聚焦电极2”输出端。用数字多用表测量故障电路的集成模块OC286EⅡ4输入输出引脚，其第2、5引脚输入电压为+27V，第1引脚输出电压为+2.4V，远远小于正常输出电压+14.1V。因此，判定故障元器件为OC286EⅡ4。更换后导引头图像恢复正常，故障排除。

3 机理分析

如图6所示，硅靶管内聚焦系统由聚焦电极A1、聚焦电极A2及聚焦线圈组成。硅靶管是先将输入的外景图像（光学图像）转换成电荷图像，通过电荷的积累和存储形成电位图像，再通过电子束扫描读出电位图像，形成与外景图像成比例的电流信号即视频信号。由此可见，视频信号的形成关键在于电子束。图6中，当阴极K达到高热时会发射出大量电子，在阴极周围形成电子云。电子在聚焦电极A2中得到加速，形成电子束，并在聚焦电极A1和聚焦线圈的共同作用下，在硅靶管靶面上聚集到一点，实现对硅靶靶面的扫描。该过程中聚焦电极A1与聚焦电极A2起到电聚焦的作用，而聚焦线圈起到控制电子束沿轴向做直线运动的作用。

图6 硅靶管内聚焦系统结构示意图

要得到清晰的视频信号，电子束在上靶时必须聚合成极细的点，电子束的电聚焦原理如图7所示。阴极K达到高热后发射电子，聚焦电极A2加速电子形成电子束。电子束通过栅极G的空隙时，由于栅极电位与聚焦电极A2电位不相等，在两者之间的空间产生电场，该电场的曲度类似一面透镜，使由阴极K表面不同点发出的电子在栅极G前方汇聚，形成一个电子聚焦点。由于聚焦电极A2与聚焦电极A1之间同样存在电位差，因此在两者之间的等位面上也产生电场，聚焦电极A2与聚焦电极A1共同组成了电聚焦系统。该系统将上述聚焦点通过电场的作用再次聚焦到硅靶管靶面上。由于电聚焦系统与凸透镜对光的汇聚作用相似，因此习惯性地称为电子透镜[2]。电子束通过电子透镜能否聚焦在靶面上，取决于聚焦电极A2上电压VA2与聚焦电极A1上电压VA1之间的比值。改变聚焦电极A2与聚焦电极A1的电位差，等同于改变电子透镜的焦距，选择合适的VA2与VA1的比值，就可以使电子束的成像点落在硅靶管的靶面上。

图7 电子束电聚焦原理图

上述导引头出现无图像现象，正是由于聚焦电极电路的核心器件OC286EⅡ4损坏，造成其输出端（聚焦电极A1）的电压值VA1降低，A1与A2电位差发生变化，VA1与VA2的比值减小，“电子透镜”的焦距产生偏移，电子束在经过该“电子透镜”时无法准确聚焦到硅靶管靶面上，如图7中标注的D′和D″两个聚焦点所示，从而出现无图像现象。

4 结束语

该成像系统由光学、光电转换、信号处理、反馈控制四部分组成，属于循环控制自适应系统。景物反射光线经镜头组合后聚焦在硅靶管的靶面上，通过电子束扫描形成原始视频信号，原始视频信号经预视放电路处理后送至电视通道。电视通道在进行二次处理的同时，对视频信号幅值进行判断，判断结果经光圈控制电路带动摄像机光圈放大或收缩，增加或减少进光量，直至图像清晰为止，进光量的变化又直接影响视频信号的幅值，如此往复循环控制，即形成循环控制自适应系统。针对该类系统的排故和修理是较为复杂的，需要按照信号的产生和流向，采用分析和替换法逐层缩小故障排查范围，再依据电路特点和信号检测数据实现故障元器件的准确定位。