TDS744A数字示波器更换液晶屏（上）

hcrt 2016-5-20 10:10

　　入手了一台不开机的TDS744A数字示波器，数字示波器到手后，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，但不能稳定运行。原因有可能是电源本身存在的故障，也可能是负载过重，电源保护电路启动引发的，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，另一个是后面板上的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插座上连接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，通电检查，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，连接到显示器排线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，要卸N多个螺丝与插头。

　　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：

图1　数字示波器更换液晶屏

　　显像管组件：

图2　数字示波器更换液晶屏

　　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。

　　报废的显示器电路：

图3　数字示波器更换液晶屏

　　DS500、TDS600和TDS700系列示波器的高压包故障率比较高，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

　　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。

　　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。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寸液晶显示器，找了好久总算找到一款4:3格式的7寸液晶显示器，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，很好就是它了。

　　显示器：

图4　数字示波器更换液晶屏

　　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。

　　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的话，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。

图5　数字示波器更换液晶屏

　　贴膜，并安装了面板玻璃后，清晰度大大改善。

图6　数字示波器更换液晶屏

　　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，所以没有使用。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，两只1N4007二极管，是从废弃的节能灯镇流器里拆的。

　　电路原理图：

图7　数字示波器更换液晶屏

　　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：

图8　数字示波器更换液晶屏

　　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：

图9　数字示波器更换液晶屏

　　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。

图10　数字示波器更换液晶屏

　　电路板背面，已打好安装孔。三条线为7812搬家铺了一条路。

图11　数字示波器更换液晶屏

　　安装到显示器舱里，看上去挺舒服。

图12　数字示波器更换液晶屏

　　说明：

　　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。

　　+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。

　　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。