TDS744A示波器更换液晶屏全纪录（上）

老兵1234

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



显像管组件



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



    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



    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



经过贴膜，并安装了面板玻璃后，清晰度大大改善



    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



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



    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



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



电路板背面，已打好安装孔。三条线为7812搬家铺了一条路


安装到显示器舱里，看上去挺舒服



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



自制的VGA信号连接线






液晶显示器的插座板，插座已被全部拆掉



    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）》

驼峰机场

沙发，赞一个

ysfc51

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

金色回归

学习了，收藏了。

qiyuyou

相当专业！

garfield

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！

falcon_ljc

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。

老兵1234

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。

长行

赶上直播了

wxc

这个帖子要顶，波形还是清晰吗。

lsp5454

TDS744A示波器更换液晶屏全纪录
必须记号备用！！

wqjdnao

给大师顶一个！膜拜

老兵1234

wxc 发表于 2015-1-31 22:45
这个帖子要顶，波形还是清晰吗。

改装前已经考虑到多种因素，利用延迟启动，解决了显示格式不一致的问题。这个问题不解决，屏幕画面会缺失一些应该显示的内容。不但可以满屏显示，显示也很清晰。

修到退修

高手啊。大赞

online

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Timber_wolf

非常精彩的贴，问下改装需要显示器电路板和显像管尾板都拆掉吗？

老兵1234

Timber_wolf 发表于 2015-5-31 12:27
非常精彩的贴，问下改装需要显示器电路板和显像管尾板都拆掉吗？

原来的显示器组件需要全部拆掉。如果仅仅是显像管坏了，可以直接更换显像管。遗憾的是大部分机器损坏的都是高压包，基本找不到。只能改成液晶显示。

Timber_wolf

老兵1234 发表于 2015-5-31 15:45
原来的显示器组件需要全部拆掉。如果仅仅是显像管坏了，可以直接更换显像管。遗憾的是大部分机器损坏的都 ...

多谢大神！

电子信息

牛人。。。。。

老兵1234

谢谢各位朋友的关注。

941960336

高手！相当专业的维修。

emule

学习了

修到退修

老兵1234 发表于 2015-10-11 14:42
谢谢各位朋友的关注。

以后有问题还要向老兵大哥请教的。

wanggj2009

这样也行？高手

mstwoow

楼主，加大继电器接点的断弧能力是不是将接点串联更好呢？

老兵1234

mstwoow 发表于 2015-11-5 05:45
楼主，加大继电器接点的断弧能力是不是将接点串联更好呢？

抱歉，对这个没有研究。

山东

CRT改成了LCD？这么厉害，如果机器不支持外接VGA，估计这机器就不是这么简单修改了吧

老兵1234

山东 发表于 2015-11-24 15:47
CRT改成了LCD？这么厉害，如果机器不支持外接VGA，估计这机器就不是这么简单修改了吧

对于不带VGA输出的机器，改起来难度比较大。
这类机器的彩色输出采用的是帧轮换制，按照R-G-B顺序显示不同的颜色。所以，帧频是单色机是3倍。
需要重新设计电路，转换成符合标准的VGA信号。

基地版权

确实牛  技术高佩服 佩服

WPH大海

好好好  好贴