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TDS744A示波器更换液晶屏全纪录(上)

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发表于 2015-1-31 16:28:08 | 显示全部楼层 |阅读模式
TDS744A示波器更换液晶屏全纪录(上)

    从论坛内收了一台不开机的TDS744A。机器到手后,通电检测,机器并不是完全不启动,面板上所有指示灯都呈现一闪一闪的状态,说明电源启动了,但不能稳定运行。原因既有可能是电源本身存在故障,也可能是负载过重,电源保护电路启动引发的。根据经验,如果是负载过重,因显示器系统故障或电容漏电居多。

一、确认显示器系统故障造成过载
    这种机器有两套显示系统,一套是机器自带的彩色显示器,另一是后面板上的VGA插座。两套系统同时独立运行,在机器内部显示器损坏的情况下,可以在后面板的VGA插座连接上一台普通的电脑显示器继续运行,这给维修工作带来了极大的便利。
    打开机箱,拔掉CPU/显示电路板到显示器组件的连接插头,通电检测,机器可以正常启动,在J26、J27检查±5V、±15V、+25V电压都符合要求。
在后面板VGA插座连接上一台电脑显示器,可以正常显示。
    关闭机器。将维修用的电源电压调整到25V,接到显示器排线1和15线上,电流接近2.3A,已经超过机内+25V电源的负载能力,不开机是显示器系统有故障造成的。

    拆卸显示器组件的过程很繁琐,机器要调转几个方向,前、后、上、测面面俱到,要卸N多个螺丝,M多个插头。简明扼要,按照如下顺序,拆出显示器电路板:
    机器后面的VGA/GPIB插座板→CPU/显示电路板→上屏蔽盖板→前面板边框→前面板→显示器框架→显像管→显示电路板

    显示器电路板
24.jpg


显像管组件
26.jpg


二、检修显示器电路
    将示波管管面朝下放在合适的位置,下面垫上泡沫垫,避免划伤。将偏转线圈插头接到显示电路板上(偏转系统不得空载,否则,很有可能烧管子)。不用接尾线和阳极高压线,但是要将高压帽放到安全的地方。
    将24V直流电源正极接到显示电路板输入插座第1脚,负极接到第15脚,观察电路各部分的工作状况。发现高压输出管升温非常快。不到2分钟,散热片已经烫的手不敢摸。相比之下,水平扫描输出管和三端稳压模块温升比较正常。
    拆下高压包,再次通电检测,电流下降到730mA。基本正常。由此判断,高压包已经废了。

报废的高压包
25.jpg


    TDS500、TDS600和TDS700系列示波器的高压包故障率比较高,泰克公司也再不提供技术支持,购买配件非常困难。论坛上也有网友们尝试通过定制国产高压包的途径将解决,但没有见到成功的先例。
    现在液晶显示技术已经非常普及,决定放弃在原基础上进行维修,用液晶显示器代替原来的显像管。

三、确定代换方案
    代换前考虑如下两个问题
    1. 显示效果必须尽量接近显像管,差距太大就失去改造的意义。
    2. 不破坏机器外观和原有结构,哪怕是一根连线,也要尽量保持原样。修旧如旧。
        有朝一日找到高压包,可以轻松恢复机器原貌。(贼心不死)

四、代换方案实施过程
    1. 确定液晶屏屏幕尺寸
        前面板显示窗口的对角线为183mm,约为7.2吋,可以选择宽高比为4:3的7吋屏幕。
    2. 兼容标准VGA模式
    电子仪器输出的是标准VGA信号,分辨率为640×480像素。不过,这是几十年前的老黄历了。现在即便是一个小小的手机屏幕,分辨率都比这个标准高,并且普遍都是宽屏的。市场上畅销的7吋液晶显示器也几乎都是宽屏的,分辨率为800×480。无论是外形尺寸和性能指标,都不能用。分辨率为640×480像素、4:3格式的显示器几乎是凤毛麟角。
    在淘宝搜索7吋液晶显示器,印象中好像翻了30多页还是50多页,总算找到一款4:3格式的7吋液晶显示器,格式标准是XVGA,分辨率为800×600像素。尺寸差不多,驱动电路上如果不采取一些技术措施,直接装到机器上肯定不行,显示会乱套。
    经过与卖家沟通,了解到这款显示器的驱动板内部植入了分辨率自动调整功能,可以根据信号源调整到最佳的分辨率,得到最佳的显示效果。不错,就是它了。

选定的显示器
30.jpg


    3. 试用显示器,查找问题,完善改造方案
    为了确认效果,先用VGA电缆把小显示器接到机器后面板的VGA插座上,通电试机。这就是发预告帖子里的那幅照片。
    试用中发现,这款液晶监视器的屏幕是雾面的,在光线比较亮的环境里,由于光线漫反射的原因,清晰度比较低。如果侧面光比较充足,就会出现灰蒙蒙的一片,看不清显示。电子仪器经常需要在照明充足的环境下工作,清晰度一定要高。为了解决这个问题,我把屏幕拆下拿到电子市场手机贴膜的柜台,专门贴了一张IPAD用的贴膜,再试用清晰度高多了。

贴膜前的显示器屏幕,灰蒙蒙的一片
18.jpg


经过贴膜,并安装了面板玻璃后,清晰度大大改善
19.jpg


    试用中发现另外一个问题,就是显示器的启动时间比机器启动时间快得多。显示器启动过程仅需要2、3秒钟,然后就进入信号识别程序。相比之下,机器启动时的自检过程需要的时间就长多了。

    机器通电启动后,先要运行自检程序,对机器的所有硬件进行检测,检测结束后,显示诊断报告菜单。这个过程,不同型号的机器,需要的时间差别较大。如TDS644A机型,从按下启动按钮到显示自检菜单,大约需要75秒,而TDS744A,完成这个过程仅需要30秒。在这段时间里,机器还没有完成自检过程,也没有稳定的VGA信号输出。如果显示器与主机同时接通电源,当显示器完成初始化,转入屏幕检测功能时,主机的启动自诊断过程还没有完成,没有稳定的VGA信号输出,显示器自动调整显示状态往往是不能令人满意的。下图就是这种同时开机显示的结果,显示内容水平方向整体偏左,垂直幅度过大,还偏上。
    如果能够重新改写显示器的驱动程序,使之固定运行在640×480分辨率,当然是一劳永逸的方法,但这不是我能做的。另一个解决的办法就是对显示器延时供电,在接通主机电源时,暂时先不接通液晶显示器的电源,在自检画面出现时再接通显示器电源,使显示器依据稳定的VGA信号进行识别,从而得到正确的屏幕显示。
    我这次用来实验的机器是TDS744A,开机自检的时间约30秒,因此把延迟时间暂定为30秒。

    4. 稳压/延时电路的制作
    这个显示器的电源电压是12V。成品显示器带了一个12V的电源适配器,因不方便在机器内部安装,没有使用。为此,专门设计一个具有稳压和延时功能的供电电路,并用单面实验电路板(面包板、洞洞板)搭建完成。
    显示器电源仍旧取自CPU/视频板的显示器插座提供的+25V电源,经7812三端稳压集成电路,将+25V电压降到+12V,经继电器控制,给液晶显示器提供电源。
    继电器的接通时间,由以LM311为核心的定时电路决定。
    电路图是在一张复印纸的背面草绘的,元件参数根据经验确定,没有进行精确计算。元器件也都是就地取材,利用手中的积存的旧件组装的。电路板上那几个表面印着数字的电阻,估计现在已经见不到了。那是1971年从北京郊区东高地(现在已是城区了)一家无线电元件厂10元一斤买的。两只1N4007二极管,是从废弃的节能灯镇流器里拆的。
    组装这块电路板,除了花2元钱买了一块洞洞板外,没有新买一个零件。

电路原理图
稳压延时电路.jpg


对于电路原理,简单介绍几句。
    LM311构成了一个比较器,第2脚是反向输入端,接在由电阻R2、R3构成的分压器上,R2=R3,电源电压为+12V,LM311第2脚的电压为6V。LM311的第3脚是同相输入端,接在由R1、D1、C2构成的定时电路。
    当示波器接通电源时,+24V电源经7812三端稳压器转换成成+12V稳压电源,提供给延时控制电路。LM311的反相输入端第2脚电压为+6V,同相输入端第3脚接的定时电路,电阻R1的阻值为200K,电容容量为220μF,负端接地。开机瞬间,LM311的同相输入端可看做对地短路。根据比较器的特性,当同相输入端的电位低于反相输入端时,输出为低,即LM311的输出端第6脚输出为低。经电阻R5和稳压二极管D3的三极管2SC2185的基极也为低,没有电流流过基极,三极管截止,继电器线圈无电流通过,不动作。动合接点断开,不给液晶显示器供电。
    随着通电时间的推移,+12V不断经过R1给C2充电。当同相输入端的电压超过反向输入端时,比较器的状态发生反转,第6脚输出高电平(接近电源电压),使得2SC2185导通,继电器动作,接通显示器电源。D2和R4构成正反馈电路,加速比较器状态转换的过程。D2的主要作用就是防止充电电流被反馈电阻R4分流。
    电路中的二极管D1是放电通路。当机器电源关闭后,使得C2上充的电能通过D1、R2、R3通路放电,确保再次开机时延时正确。

初装的实验电路板
9.jpg


    电路组装好后,接上25电源进行测试。用一个6W的汽车灯泡做负载,负载与输出插座间串了一个1A的电流表。接通电源一段时间后,灯泡可以点亮,电流表为420mA。
    用秒表测延迟时间,时间约31秒,符合预想的数值。
    但是,因为散热片用的太小,两、三分钟后,温度就很高,必须加强散热。
    找了一个体积比较大散热片,先确定好稳压块7812的安装位置,打孔,攻丝,装到洞洞板的空白位置。为加强散热,还在7812与散热片之间涂了导热硅脂。
    再次通电检测,7812温度正常。
    将电路板裁好合适的尺寸,利用示波器显示器仓原有的三只底柱,装到机箱里。

加大的散热片
10A.jpg


改装后的电路板,加大了散热片,用了导热硅脂。定时电阻正在调整中
12.jpg


电路板背面,已打好安装孔。三条线为7812搬家铺了一条路
16.jpg

安装到显示器舱里,看上去挺舒服
17.jpg


说明:
    (1)为了利用原来的显示器连接排线,要在新做的电源板上焊接一个16针(2×8)的排线插座。其中,第1、2针为+25V,第15、16针接地。其它针全部悬空不用。
    (2)+12V电源输出插座由液晶显示器的插座板上拆下来安装到这块电路板上。

    5.VGA信号连接线的制作
    VGA信号可以从后面板的插座用液晶显示器自带的VGA电缆连接到液晶显示器的VGA输入插座上。由于VGA电缆的插头比较大,为了穿过这条连线,需要在机箱和/或机器里面打孔,这是我不想做的。
    我把原来插座板到显示器的连线插座取了下来,用一条16芯的排线,重新制作了一根连接线。这条线一头是16芯的母头,用于插在CPU/显示电路板的J51(VGA信号输出)插座,另一头是从液晶显示器的插座板上拆下的8芯插座,用于对接显示器的连接线。这个插座针距是1.27mm,体积很小,做好的排线很容易从显示器仓后部右下角的一个缝隙中穿过去。
    为了确认这个插座与VGA插座的连线关系,把VGA插座也取下来。后来一不做,二不休,将显示器插座板的所有插座都给拆下来了。呵呵!

VGA信号连接图。图的左侧是液晶显示器原来的连线关系,右侧是新做的连线
vga接线1.jpg


自制的VGA信号连接线
14.jpg


15.jpg


液晶显示器的插座板,插座已被全部拆掉
27.jpg


    制作这个连线时发现,(1)显示器连接线的两个头可以互换的。不像按标准制作的连接线具有唯一性。如果仅仅根据连线的颜色判断,很有可能焊错。
    (2)16芯排线真正用到的仅有6条线。第15、16线不接,其它的按照我简图中的连接方法焊接。
    (3)RGB信号线与显示器插座的线序是交叉的,焊接时也要注意。
    (4)连线的总长度约45公分左右。

    连接线制作好后,从显示器仓的后面穿到显示器仓里面,外面留足连接CPU/显示电路板的长度。

受论坛系统文件长度限制,以下内容请看《TDS744A示波器更换液晶屏全纪录(下)》


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长行 + 2 赶上直播了
garfield + 2 + 5 很给力!

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发表于 2015-1-31 16:57:04 | 显示全部楼层
非常专业!学习了!
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发表于 2015-1-31 17:01:40 | 显示全部楼层
沙发,赞一个
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发表于 2015-1-31 17:10:15 38hot手机频道 | 显示全部楼层
降压还是用开关芯片比较好,13v的压降有点大了。要是电流大,7812承受的功耗太大,需要很大的散热片
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发表于 2015-1-31 17:11:02 | 显示全部楼层
学习了,收藏了。
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发表于 2015-1-31 17:14:53 | 显示全部楼层
相当专业!
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发表于 2015-1-31 17:29:19 | 显示全部楼层
刚刚发觉,评分时要扣除自己的积分啊...................不过给老兵的这个帖子加分,值得!
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发表于 2015-1-31 17:58:20 | 显示全部楼层
本帖最后由 falcon_ljc 于 2015-1-31 18:00 编辑

很好,很用心的帖子,感谢老兵的无私奉献。
也祝贺改造的完满成功。

看过帖子后有点建议:
首先是液晶屏的选型,文中选取的是800*600的LCD屏幕,虽然尺寸上非常合适,但是分辨率和原机输出并不一致,这样会让原机输出的1个点在LCD屏上被1或2个点来显示,显示比较大的对象时影响不大,但如果对象本身就是1像素的,就会出现模糊。这个问题理论上无法用电路或程序来优化的。找到合适分辨率的屏幕仍然必要。这样还能避免自动调整后有偏差的问题。

其二是降压方案,如果屏幕本身有200mA的耗电,线性稳压的功率就有2.6W,文中选用的散热架虽然已经很大,但温升幅度如何,是否能长时间工作,需要检验。其实可以考虑直接将7812用螺丝固定在机器本身的铸铝框上,或者干脆改用24V的DC-DC模块供电。
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 楼主| 发表于 2015-1-31 21:45:00 | 显示全部楼层
falcon_ljc 发表于 2015-1-31 17:58
很好,很用心的帖子,感谢老兵的无私奉献。
也祝贺改造的完满成功。

谢谢您的关注和建议。
采用800X600分辨率的液晶屏实在是无奈之举,640X480的7吋液晶屏在市场基本绝迹了。
在更换散热片之后,7812芯片的发热程度已在允许范围内。以灯泡做负载,420mA连续4小时试运行,温度不是太高。
根据您和其他网友的建议,找个DC-DC模块把供电部分再改一改。

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发表于 2015-1-31 22:39:29 | 显示全部楼层
赶上直播了
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