大型电子游戏机的原理与维修 胡仁东 1995-01-06 公共娱乐场所所用的大型电子游戏机俗称"街机",又称"座机"、"商用机",属视频游戏(VIDEO GAME)机的一种,由于其画面清晰、色彩绚丽、音响逼真 、操作性(上手性)强、节目优秀等独特魁力,其刺激、紧张、激烈的程度非家用机可比,使其一直成为其它电子游戏机追赶的目标,倾倒了无数街机发烧友。 街机一般分为两大类,一类为特殊类专用机,如模拟驾驶机及枪机等, 又称为模拟机,虽然其近年来在一些大中城市发展较快,但由于其数量少,控制器多为方向盘、光电枪等特殊设备, 本文不做介绍。另一大类为具有一定普遍性的普通游戏机,也就是一般统称的街机,该类又分为以动作为主一类,俗称"文台", 其中包括 ACT( 英文ACTION GAME的缩写,意指动作类游戏),这类游戏所占比例最大, 角色多采用人物并赋于其跳跃能力,要求以快速的反应把敌方打败摧毁而取胜,如快打系列游戏, 另一类游戏为RPG(英文ROLE PLAY GAME的缩写,意指角色扮演类游戏), 这类游戏多以神话传说和科学幻想为题材,展开丰富的故事情节,而由游戏者操纵主角去历险, 如西部牛仔等游戏,还有一类游戏为SLG(英文SIMULATION GAME的缩写, 意为模拟实验类游戏),此类节目内容一般以战争或治理为主,常涉及古今历史,实战演习等方面,如三国志等游戏。此外还有飞机类,如雷电、威武战机，AVG类 ( ADVENTURE GAME探险类游戏)。另一大类游戏称为TBG(TABLE GAME桌上型游戏),因其有幸运奖励并可退币, 一般又称为有奖机或幸运机,又称"武台",如各种麻将机、扑克机及赛马机等,除了它们的电脑板不能通用外,它们的控制键盘结构也不一样。 二、大型电子游戏机的构成与原理 普通街机是由电脑板、盒式开关电源、投币器、控制按键板、扫描板、显像管、扬声器及插槽等组成的, 有些机器还有退币器。如图一所示: 电脑板是整个游戏机的心脏，它接收控制按键板和投币器送来的信号。 直流电源转换部分提供整个机器的电源，一般采用盒式开关电源,它共有三组输出+5V 、-5V、+12V；+5V是整个电脑板的工作电源，容量要求较大，一般至少应提供6A以上电流，+12V容量一般为1A,-5V在87年以后出厂的电脑板中已不再用到。 电脑板是整个游戏机的核心部分，它主要包括四个部分：图形存贮器，图形处理器、命令存贮器、命令处理器，图形处理器是一片微处理器，它将以数字形式储存在图形存贮器中的图形信息转换成模拟信号(包括图形、色彩、亮度等信号)，这些信号再传送到扫描板，转换成视频信号送到荧光屏，在荧光屏上显示图形；同时图形处理器还将数字化的声音信号转换成模拟信号，送到放大器，经喇叭放出声音。命令处理器也是一片微处理器，它从命令存储器中读取指令，并判别从操作手柄上传来的信号来控制图形处理器显示不同的画面，发出不同的声音。 三、扫描板工作原理 游戏机显示器有高分辨率和低分辨率之分，常见游戏机显示器属低分辨显示器，故常见扫描板都是低分辨率扫描板。 图二是扫描板的电路原理方框图，从图中可以看出，它跟彩色电视机的扫描电路大致相同，由行扫描电路、场扫描电路、同步信号处理电路、视频信号处理电路及电源电路等组成。 下面以HA11235集成电路为核心的扫描板为例介绍,其工作原理图见图三(294页)，其电源系传统的串稳电路，由Q902、Q903、Q901及D5等组成典型的串联型稳压电路。110V交流电经过 D1~D4整流及C30的滤波得到约145伏的脉动直流电压,经过串稳电路得到+105 伏的稳定电压作为主电源供负载，Q901为取样放大管，Q902和Q903组成复合调整管，D5为取样二极管,提供基准电压。 HA11235包含行振荡、场振荡、同步分离等小信号电路。开机之初,105V直流电压通过R423给HA11235供电,使行振荡电路开始工作。 HA11235的10脚为行振荡信号输出端(已通过缓冲放大)，2脚为场锯齿波输出端，Q301为行推动管,从HA11235的10脚输出的方波信号经Q301激励放大后通过T1控制行输出管Q302的导通和截止。Q302工作在高电压大电流状态，R312为负反馈电阻,对Q302起一定的保护作用。 Q401、Q402、Q403、Q404组成场输出电路，HA11235的2脚送来的场锯齿波信号经Q401激励后送往由Q403和Q404组成的互补对称OTL电路放大，再输出给场偏转线圈，Q402是泵电源管，其作用是在场扫描的逆程后半周由105V电压提供一个高电压，以使逆程消隐彻底。 Q101、Q102、Q103为R、G、B预视放管，Q911、Q912、Q913为R、G、B视放输出管，由电脑板来的R、G、B信号经预视放，视放电路放大后送给显像管，Q104等元件构成对比度控制电路，调节VR104可控制亮度。 行逆程变压器除提供显像管所需的阳极电压、加速极电压、聚焦极电压和灯丝电压外，还提供以下五组电压： 1.12V:预视放电路;同步放大倒相电路;对比度控制电路;HA11235场扫描电路; 2.16.5V:HA11235行供电; 3.50V:场输出供电 4.180V视放输出级电 5.AFC控制电压。 四、扫描板的调试 游戏机扫描板的调试是非常重要的一个环节，它直接影响游戏机的使用效果和使用寿命。虽然在生产厂家已对扫描板进行了调试，但由于显像管某些参数的离散性以及运输中某些可调部分的变位等因素，都要求用户对扫描板进行仔细地调试。再有就是扫描板发生故障经过修理后也要重新进行调试。 扫描板的调试是一项需要耐心的工作，有时需要反复调试才能达到最满意的效果，所以在调试时切勿操之过急或乱调一气，这样往往会事倍功半甚至人为损坏扫描板。 认识扫描板的可调部位，了解其调节功能，是扫描板调试的先期工作，只有弄懂了各调节部位的功能，才能做到“有的放矢”，正所谓“磨刀不误砍柴功”。 现在流行的游戏机扫描板共有18处可调： ┏━┯━━━━━━━━━┯━━┯━━━━┯━━┯━━━━━━━┓ ┃1 │显像管红枪增益调整│ 7 │亮度调整│ 13 │水平位置调节 ┃ ┃2 │显像管绿枪增益调整│ 8 │垂置线性│ 14 │水平宽度 ┃ ┃3 │显像管蓝枪增益调整│ 9 │垂直位置│ 15 │整机电压微调 ┃ ┃4 │红色信号增益调整 │ 10 │垂直稳定│ 16 │聚焦调整 ┃ ┃5 │绿色信号增益调整 │ 11 │垂直高度│ 17 │加速极电压调整┃ ┃6 │蓝色信号增益调整 │ 12 │水平稳定│ 18 │"窄，宽"调节┃ ┗━┷━━━━━━━━━┷━━┷━━━━┷━━┷━━━━━━━┛ 调节部位的功能如下： 1.红枪(绿枪、蓝枪)增益调整：调节显像管红枪(绿枪、蓝枪)发射电子的强弱，配合各枪使显像管达到白平衡； 2.红色(绿色、蓝色)信号增益调整：调节红色(绿色、蓝色)信号的增益； 3.亮度调整：通过改变对比率达到亮度调整的功能； 4.垂直线性调整：调整图像上、下方向的线性。 5.垂直位置：调整图象的上下位置； 6.垂直稳定：调整场振荡频率，使图像同步； 7.垂直高度：调整图象的上、下宽度(场幅)； 8.水平稳定：调整行振荡频率，使图象同步； 9.水平位置：调节图象的左右位置； 10.水平宽度：调节图象的水平宽度(行幅)； 11.整机电压微调：调节稳压电压； 12.聚焦调整：调节聚焦电压； 13.加速极电压调整：调节加速极电压； 14.“窄”，“宽”调节：水平宽度选择，转换行幅“宽”，“窄”方式。 15.偏转线圈的正反调整：改变图象的正、反。 五、扫描板的维修 扫描板实际上就是彩色电视机机芯的部分保留。由于它与电脑板的接口只存在R(红色视频信号)G(绿色视频信号)B(蓝色视频信号)S(同步信号)E(视频地) 的专用接口，且信号传输的方式又是闭路，因而很自然地省去了彩电机芯中的信号通道和解码部分，保留其行、场振荡及输出、视放、消隐及电源等四大部分。 在修理一台游戏机之前，首先应该了解清楚游戏机各个部分的情况，检查各部分之间连接是否可靠，是否正确无误，然后就是了解故障现象，判明故障所在，再对症下药，明确修理方法。 下面就几种比较常见的故障介绍一些修理方法。 (一)开机以后，既无图象也无声音。 碰见这种问题，首先检查电源线是否插好，在确认电源线插好后，再拆开机器，检查从电源部分出来的电源输出线到各部分的连接是否正确可靠，然后再检查电源输出是否正常，以判明电源是否正常。在检查电源时，首先应断开所有负载，检查各输出电压是否正常；如果正常就把负载接上，再检查各组输出电压值，这样就可确定电源是否有故障。在这里有种特殊情况，就是断开负载后电压正常，接上负载后电压不正常，电压值下降比较大。造成这种情况的原因有两种，一是电源部分有故障，带不起负载，这种情况就应检修电源部分；另一种原因就是负载部分有故障，造成负载增加，超出电源的负载能力。为了确定具体故障原因，最好能用万用表测量一下有故障这组电源的输出电流，如果电流超大，即说明是负载部分有故障，应着重检修负载部分；如果电流属正常或偏小，即说明电源部分有故障，应检修电源部分。 如果电源部分工作正常，各电流值又正常，那就再检查处理器和图形处理器的复位电路和时钟电路。 时钟信号是整个机器工作的基准信号，图形处理器和命令处理器的工作全部由时钟电路来推动，所以，如果时钟信号有故障，整个机器就不能工作。 复位信号的主要作用是使图形处理器和命令处理器回到一种初始状态，再从这种初始状态进入程序的起始处，开始执行程序。否则，处理器就不能从程序起始处开始执行，造成机器故障。 复位电路根据不同的处理器，也有两种形式，一类处理器要求复位信号为高电平(+5V)，这类处理器就要求在接通电源的一段时间内(一般为几至十几个微秒)，复位信号保持为高电平；另一类处理器则要求复位信号为低电平(低于+0.7V)。 如果时钟信号和复位信号均正常，那就应该检查处理器和存贮器，最简单的办法是从另一台同类型的好机器上拆芯片，装在有故障的机器上，这样来确定芯片是否损坏，如果没有同类型的机器，那就只能用示波器依存贮器__处理器外围电路__处理器这样的顺序来逐级检查。 (二)有图象，无声音。 这种故障一般出现于伴音电路，但也有可能出现于图形处理器，因为声音信号首先是在图形处理器中产生，再送至伴音电路，所以，应首先检查图形处理器的音频信号输出端上是否有信号，如果没有，那就按第一条所说的方法检查与图形处理器有关的时钟，复位以及外部电路等，如果图形处理器有音频信号输出，那就检查伴音电路和喇叭。 (三)有声音，无图象。 这种故障一般出现于扫描电路上，也有可能出现于图形处理器，图形信号也是首先在图形处理器中产生，再送至扫描电路。 具体检查方法与第二条类似。 (四)图象、声音均正常，但不受操作手柄控制。 这种故障一般出现操作手柄上，应着重检查手柄是否损坏，手柄的接线是否断开。 (五)故障维修实例 例1：无光 故障现象:接通电源后，屏幕无一点反应，没有光栅，好象插头未接上一样。 分析:要产生光栅必须同时具备以下四个条件:a、有阳极高压；b、 有正确的阴栅电压差；c、灯丝工作正常；d、加速极电压正常。显然每个条件都与行部分有关，但是电源部分工作异常，行部分的四个条件也无从谈起。因此，此类问题的故障部位不外乎两类:(1)电源 (2)行扫描 检修方法:断开J21，实测主电源110V为5V，由此可以判定是电源部分的问题。 继续测试基准源ZD801负端，电压几乎为0V。取下ZD801，D806，R802 测试，均正常。手触电解C806发烫。焊下检测，已严重漏电，更换后故障排除。 小结:故障是由于输出电压滤波电容严重漏电引起。 例2:无光 故障现象同上 检修方法:断开J21，测110V为115V(空载)，即可肯定电源部分正常， 问题在行部分。断电测行管集电极电阻(500型表R×1K挡，红笔接C极，黑笔接地，以下同)为3.5K，正常，说明行管和逆程电容完好。接上J21，快速测试行管基极，电压为-0.1V，有负压说明行振荡及推动正常，问题在后级。断开J21，并在新位置上串入电流表，开机，电流达2A，远远超出正常值300mA左右，此时可以肯定:行输出变压器匝间严重短路，更换后故障排除。 小结:此故障是由于行输出匝间严重短路致使行电流增大引起。 六、盒式开关电源的工作原理 本文介绍的开关电源是目前为通用的大型电子游戏机配套生产的电源。这种电源属于自激调频式开关电源。由于其结构简单，无专用集成组件，便于维修，也适用于无线电爱好者进行改造，可以用于单片机，工业控制器等。 主要技术性能指标：外形尺寸150×100×45mm；输出电压＋5V、10A(max)，纹波≤50mV；-5V、1A(max)纹波≤100mV；＋12V、1A(max)纹波≤100mV；输入电压~220V±30％或~110V±30％(使用110V有较好的隔离作用)。 电路工作原理如图四(295页)所示，可分为交直流转化电路、高频开关电路、隔离稳压电路、直流稳压电路等几大部份组成。 FUSE为2A保险管。R1为开机瞬间的限流保护电阻，在开机前C1和C3由于容量较大，故在开机瞬间C1和C3迅速充电(此时可近似视为短路)，因此在这时有一个很大的电流(比正常工作时大数十倍)通过D12～D15，此电流不仅可损坏D12～D15，也可熔断FUSE，加入R1的目的就是要将这一瞬间的大电流限制在可以允许的范围内。C13、T1、C17、C16、C18 组成高频隔离和抗干扰网络，其原理是，当开关电源在正常工作时，Q1 开关管集电极的脉冲幅值可达400V-500V，所含谐波很丰富， 对于这些高次谐波D12～D15是起不到隔离作用的，如无高频隔离和抗干扰网络的存在， 这些高频脉冲就可通过交流220V电源线向外传送和幅射，进入其它电器产生高频干扰。T1串接在交流电源的输入线中，故对输入的50Hz电源来讲呈低阻状态， 而对高频信号来讲则必然呈高阻抗，C1电容仅0.1uF，故对50Hz电源来讲基本上是开路状态，而对沿电源线传送的高频信号来说则又是低阻状态，与T1 相结合从而使沿电源线传送的高频信号大幅度减小。高次谐波除沿输入电源线向外传送和幅射产生干扰外，还通过主变压器的漏磁及印制板的铜泊向空间辐射。由于本电源外壳是用金属制成的，且金属外壳又是通过FG与C16、C17、C18相联通，这样就可有效隔离从空间向外辐射的高次谐波。同理对外面的高频干扰也能有效隔离而不会进入开关电源内。D12～D15、S1、C1、C3组成高压整流滤波网络。加入S1拨动开关的主要目的是适应于220V和110V 两种不同的电压。 当电源接通后C1、C3被迅速充电；故电容两端的电压迅速升高，通过R2、R3，使Q1基极电压也升高，当基极电压高于0.7V时Q1由截止变为导通，由于Q1的导通就使主变压器T2线圈中有电流通过，该电流通过磁场隅合到其它线圈，由于感生电动势的原因，此时线圈的感生电压通过另一绕组使Q3截止，Q2也截止，从而使Q1能维持导通。当Q1进入饱和导通后，线圈中的电流也就可达到某一值不再变化，故变压器的的磁通也不再变，因此另一绕组中的阻止其导通增加的感生电动势消失，当电压高到某一值时Q3导通，Q2也导通。使Q1的基极电压迅速下降，一但Q1的基极电压下降，流过线圈中的电流就要减少，随之变压器中的磁通也要减少，此时线圈就要产生一感生电动势来阻止通过的磁通减少，也就是说要在另一绕组产生高电位，这样就更加促使Q3导通，Q2进入深饱和区，从而使Q1完全截止。当Q1进入完全截止后，绕圈中无电流流过，变压器中也无磁通，因此另一绕组的电位也变到“0”V，从而又开始了下一个Q1从导通到截止的循环。D8、C15、R6、R14、C11是削反冲网络，因为当Q1由导通变为载止时，线圈中所储有的能量可能在Q1集电极上产生一比正常开关脉冲高数倍的电压，从而使Q1击穿， 由于泄流网络的加入使电感线圈中储备的能量一边通过D8、C15、R6返回电源，一边通过R14、C11到地。D8的加入既可隔离直流高压加到Q1集电极上，又可使返回电源的电流不受阻挡。D4、D5主要是为了保护Q1的be结不被反向电压击穿。因为一般的管子e-b间能受的反向电压都很低，D2、D3加入，使无论何种原因当其在Q1的b极上出现负压均只能被钳在1.4V左右，从而有效的保护了Q1的be结。 过流保护是通过R4、Q4、Q3、Q2来实现的。其原理是当次级端出现过流时，通过Q1的脉冲电流也相应要变大，这样R4上的脉冲电压也要增大，当这一脉冲电压大于某一数值时Q4就导通，Q4的导通显然与电阻R5 的大小和负荷电流的大小是成正比例的。当Q4导通时其集电极电流只能从Q3基极分流，当分流电流不太大时，仅只使Q3的导通时间延迟，从而使开关工作频率变慢， 故次级输出电压下降，负荷电流减少。一旦负荷出现短路的情况，Q4从Q3基极分流的电流就可使Q3钳在截止状态，使振荡停止，负荷端无输出电压。 整个电源的稳压过程是通过VR1、R10和R11的取样放大与光耦4N35的隔离控制来实现，具体过程是：当+5V电压上升时，通过4N35的电流也变大，因而流入二次端的电流也相应变大，从电原理图中不难看出这仍然要从Q3基极分流出来，分流的结果使Q3的导通时间延迟，也就是说开关频率变慢，这就必然导致+5V电压变小，从而达到稳压的目的。由于+5V的最大输出电流可达10A，因此在设计中选用了π型滤波，并用较大容量的电解电容 ，从而使纹波电压有效地控制在50mv内，加上L1 的目的就是为了控制高频谐波输出。在半桥两端并上R20与C19串联电路的目的是因为+5V 负荷不但重且又接有较大的滤波电容，故在开机的瞬间必然要承受一个较大的冲击电流，加入这一串联电路可起到对这一冲 击电流分流的目的。 由于是三组直流输出，而稳压控制点又只能选择一路输出电压，故为提高另外二路直流输出的稳压精度，在另两路中串接了7812和7905两种三端稳压器。 七、开关稳压电源盒的修理 由于开关稳压电源是工作在高压和大电流状态，且负荷上的元件损坏将对开关电源产生过流冲击，故在整机中是属于较易出问题一个部份，而且大多数的开关电源都是工作在闭环控制状态(即输出与输入相互控制)，又与电源火线直接相通，故一但损坏，修理起来比一般稳压电源的修理难度都要大。这里我们来讨论这种电源的修理方法和注意事项。 为了安全最好在修开关电源时加一隔离变压器，这样有两个好处， 其一可使～220V的火线与电源隔离，增加了修理过程中的安全性。其二由于电感中的电流不能突变，故即便可能有故障产生短路，也使保险不致由于速热而出现炸裂的危险。有条件的情况最好再配一调压器，这样可以有效地防止在修理过程中因未完全排除故障而再次损坏元器件。 开关电源损坏后一般有四种情况出现；(一)烧保险管。这种情况常常是在开机的瞬间即将保险管烧坏，你根本没有可能来检查各点工作电压。(二)+5V 直流电压比正常高出许多。(三)各组均无直流电压输出。(四)加上负荷时电源出现啸叫或图象出现扭动和干扰条。下面我们分别来进行讨论： (一)烧保险管 如一开机即将保险管烧坏，最大的可能是整流桥堆损坏， 因在开机的瞬间整流桥堆上有一高出其额定工作电流许多的浪涌电流出现，如整流桥堆的质量稍差，在经过多次浪涌冲击后，会出现性能下降并最后击穿短路。其次是Q1的损坏，但如发现是Q1损坏，切不可更换Q1后立即通电，因大多数情况下Q1 的损坏是由于其它元件损坏而引起，例如一旦开关电源停振，此时Q1 将处于直流导通状态，电感线圈等效于一根导线，直流高压将直接加在Q1集电极上， Q1上通过很大的电流，这样因过热和过流而损坏。而且由于Q1 的损坏往往要使与其相关的元器件损坏。加电的最好办法是用调压器缓慢的从0V开始升压，并同时用万用表监测R1两端的电压，如发现 电流过大则说明电路仍有故障，应立即停止升压，并将调压器返回到～20V-～30V， 在这一安全电压下用万用表检查各点的直流电压，从而查找出故障的原因所在而又不会造成新的元器件损坏。 (二)+5V直流电压比正常高出许多 出现这种现象的原因是振荡频率失控， 因此应查找与调压有关的元器件。由于振荡频率失控将导致各低压输出大幅度升高，因而这部份元器件所承受的电压与电流就可能超 过允许的极限值，故应首先检查这部份的元器件有无损坏，如有应先更换，但更换后切记不能直接加高压(因故障的根本原因尚未排除)，如加高压又要重复造成上述元器件的损坏。此时应按下面的方法处理;用调压器将输入～220V电压降到0V后再通过缓慢升压，与此同时应监测+5V输出电压是多少，当+5V电压输出为+6V时，调压器应停止升压并停留在这一电压上，然后找一支200K左右的电位器并串上50K左右的电阻，将其与4N35的二次端相联，调节电位器使串联电阻值减小，如此时+5V的实际输出电压也随之减小，则可判定4N35二次端及以后的电路都处于正常工作状态，故障是出在前面。再用万用表检查4N35一次端和R13之两端， 如这两端之一无电压，说明4N35已坏，如电压正常则应检查采样部份的阻容元件。如电位器电阻调小后+6V电压不减小，说明4N35二次端已坏或与其相关的元器件有问题。 (三)各组直流均无电压产生 这种情况的根本原因是开关管未起振。这种故障查找起来困难最大，因为涉及的原因并非仅只与振荡直接相关的元器件，例如D7、D9、D10中任何一个快恢复二级管短路、击穿或性能变坏都可能使电路不起振，其原因相当于在次级端接了根短接线。对这种问题，查找故障的具体方法是：首先将D 7、D9、D10开路，用调压器将输入电压从0开始逐渐升高，并用万用表监测Q1基极电压，Q1基极电压应从0起逐渐上升，当升到0.7V后即下降到0.3V左右时，则说明开关管已经处于正常工作状态，故障的原因应在次级查找，此时可逐路接通快恢复二极管，看是那一路钳住了不能起振。如次级全部开路后初级仍不起振，则说明故障的原因在初级，此时Q1的基极电压可能出现三种情况;1.恒定为“0V”，这可能是Q1、D4、D5、Q2，有击穿短路。2.如超过0.7V后电压基本不变，这说明Q1已经处于直流导通状态，此时应查C15、D8、Q2、Q3，如仍无问题，原因极大可能是出在主变压器上。 (四)加上负荷时电源出现叫声或图象上有纹波和扭动。出现这种情况的根本原因是+5V电压纹波太大。如开机时没有，工作一段时间后再出现，一般是滤波电解损耗变大，工作一段时间发热造成，此时如用手触摸即可以发现。如一开机就出现就应检查滤波电解有无失效，如无失效极大可能是4N35性能变坏。 当然各种元器件损坏的原因和情况是多种多样的，加之各元器件损坏后的组合情况也是各种各样，故以上四种并不能将所有的情况和可能都包含在里面，但查找的方法和思维的途径是可以共用的。 如业余爱好者手中没有专门的隔离变压器和调压器，也可选用一只功率在几十瓦，次级能输出~25V-~50V交流电源变压器，在查故障过程中电源输入低压， 在认为故障已经查出后再加高压。如这样的变压器手中都没有，也可将~220V 的电烙铁串在输入电源中，以便达到降压输入和限流的目的。