26 CAFase

Un CAFase es un caso particular de un servocontrol. Por eso en muchos casos se utiliza la etapa horizontal como un ejemplo de servomecanismo. El CAFase horizontal es una etapa muy compleja que requiere un análisis detallado y por eso es conveniente que el lector realice realmente las simulaciones y no se conforme solo con leer el texto. A partir de este capítulo las simulaciones están hechas en el Multisim 10 pero la diferencia con el 9 es mínima salvo que el 10 soporta CI programables como los PICs y otros. 

Luego en el trabajo diario el problema se puede simplificar porque la etapa horizontal, si bien se encuentra en diferentes grados de integración, por lo general contiene todo el CAFase y el VCO y es poco lo que se puede reparar a nivel de componentes. Lo importante es entender al detalle como circulan las señales y para que sirven los pocos componentes externos que el fabricante del CI deja al fabricante del TV, para que este ajuste los diferentes parámetros del CAF horizontal.

Entre otros uno de esos componentes externos es el filtro anti hunting colocado para mejorar el funcionamiento con señales ruidosas de antena o con fuentes de señal inestables como por ejemplo video grabadores, camcorder y video juegos.

Un CAFase es didácticamente un circuito muy sencillo. El lector lo debe considerar como una llave electrónica que realiza un muestreo y una retención. Esta llave esta comandada por los pulsos de sincronismo horizontal y la retensión la realiza el filtro  anti hunting que es un filtro capacitivo complejo de dos capacitores y un resistor.

Diagrama en bloques de una etapa horizontal

En este punto de nuestro estudio debemos adelantarnos mostrando etapas que aun no conocemos. Lo hacemos porque se trata de un curso superior de TV y consideramos que nuestros lectores conocen lo suficiente como para hacerlo.

En la figura 1 se puede observar el diagrama en bloques de una etapa de deflexión completa. Como todo circuito de lazo cerrado se puede comenzar a analizar por cualquier punto.

1. Comencemos por ejemplo por el VCO.  La señal de esta etapa se conforma en el driver y se aplica al transistor de salida horizontal. 
2. Este genera una corriente en diente de sierra por el yugo L1 que aparece como una muestra de tensión en el pequeño resistor R1. 
3. Cuando llega un pulso horizontal de referencia H la llave J1 se cierra y lee el valor instantáneo del diente de sierra que carga al capacitor C2 directamente y a C3 a través de R2. 
4. Esta tensión continua se aplica al VCO ajustando la frecuencia hasta lograr que el sistema entre en sincronismo. 

Fig.1 Etapa de deflexión horizontal completa

Como repaso digamos que con la llave se toma la “muestra” M del diente de sierra horizontal en el instante en que aparece el pulso de sincronismo H (referencia) generándose sobre el filtro la “tensión de error” Verror.  Para comenzar el estudio suponga que el generador horizontal está perfectamente enganchado con los pulsos de sincronismo. Cuando la llave se cierra durante el pequeño tiempo en que el pulso de sincronismo está alto, el diente de sierra de corriente está pasando justo por cero y la tensión sobre R1 también es cero. Por lo tanto, la tensión de carga de C2 y C3 es nula y Verror es igual a cero (el VCO no necesita corrección).

Esta es una condición ideal que nunca se presenta. En realidad y por diferentes razones luego de un tiempo de funcionamiento, puede ocurrir que el VCO cambie de frecuencia (deriva térmica por ejemplo). Los pulsos de sincronismo perderían la fase con respecto a la corriente en diente de sierra; la llave se cerraría, por ejemplo, cuando el diente de sierra tiene un valor no nulo y entonces C2 y C3 se cargan con una tensión que depende del error de fase. Esta tensión, prácticamente continua, se aplica al VCO a través del filtro y se corrige la frecuencia en un sistema de control por lazo cerrado.

El cambio máximo de frecuencia admisible por el sistema depende de la sensibilidad del CAFase. Mientras la corrección sea pequeña (alrededor del cero del diente de sierra) se puede determinar fácilmente un factor de sensibilidad que involucra el valor de la tensión de error en función del desfasaje.

El factor “S” se mide en º/V y su signo depende de la fase del pulso de sincronismo con respecto al diente de sierra de referencia. Cuando el pulso de sincronismo esta sobre el flanco del retrazado se le asigna signo positivo y cuando está durante el flanco de trazado, negativo. La sensibilidad depende principalmente de la amplitud pico a pico del diente de sierra de referencia y de la resistencia interna de la llave de muestreo.

Por lo tanto de este factor “S” no solo interesa el valor sino también el signo; en efecto, el signo nos indica que estamos en la zona de corrección de fase y el valor nos indica la magnitud de la corrección. Mientras el pulso de sincronismo aparezca durante el retrazado horizontal, la tensión sobre C2 y C3 tiende a corregir el error de fase porque “S” tiene el signo correcto.

1. Si cambiamos de canal, o cortamos la señal de antena es muy probable que el pulso de sincronismo caiga en la zona de trazado y más aún, al mismo tiempo podemos tener al VCO fuera de frecuencia con lo que tenemos al caso mas general posible.
2. Si el pulso de sincronismo se está desplazando con respecto al diente de sierra la corrección se llama con deslizamiento. Cuando el pulso de sincronismo se encuentre en la zona de trazado, el factor “S” tiene un valor menor al que tiene cuando está en la zona de retrazado. En esta zona la tensión sobre C2 y C3 tiende a alejar la frecuencia del VCO con respecto al sincronismo dado el signo de “S”. Sin embargo, unos instantes después, el VCO se engancha debido a que la sensibilidad del sistema es menor durante el trazado. Es decir que cuando existe deslizamiento, el sistema tiende a desenganchar aún más al VCO en ciertos instantes, pero en otros tiende a enganchar y entonces gana esta última condición y se produce el enganche.

Pero por supuesto todo depende del corrimiento de la frecuencia libre. Si el corrimiento es muy alto el sistema no engancha nunca. En realidad existen dos corrimientos que definen rangos diferentes.

• Uno es el rango de sostén que se produce cuando el sistema esta enganchado y se corre la frecuencia libre hasta que se desenganche. Se debe anotar el valor hasta el cual el sistema permanece enganchado hacia arriba y hacia abajo
• El otro es el rango de reenganche que se produce cuando la frecuencia libre esta muy corrida como para que el sistema arranque y enganche. los valores de frecuencia libre para los cuales se reengancha el horizontal también en ambas direcciones. Por lo general el rango de sostén (que es el mas alto de los dos) suele rondar los 1000 Hz y el rango de reenganche los 500 Hz. 

Para casos en que un TV falla aleatoriamente en la casa del cliente y funciona correctamente en nuestro taller, se debe buscar algún problema de ganancia del CAFase o corrimiento de la frecuencia libre que saque de rango al sistema.

Circuitos comerciales de CAFase

Existen muchas versiones de CAFase ya que todo circuito de muestreo y retensión sirve. Cualquier circuito sirve para nuestros fines porque solo los vamos a emplear como ejemplo debido a que en realidad forman parte del CI jungla y muchas veces no sabemos que circuito se utiliza. En los primeros circuitos de CAFase utilizados comercialmente, se usaba como llave dos diodos semiconductores como los mostrados en la figura 2.

Los pulsos H aplicados a la base de TR1 lo hacen conducir. Como este transistor tiene resistores de emisor y colector iguales, los pulsos en dichos electrodos tendrán la misma amplitud (la mitad del +B) y polaridad invertida. 

La tensión sobre el capacitor C3 tiene un valor medio dado por el divisor de tensión R6 y R5+R11. Con R11 en el centro se trata de prácticamente un divisor por 2. Es decir que la unión de los diodos está a un potencial de 6V.

Por lo tanto cuando el pulso H coincida con el centro del retrazado los capacitares no tienen posibilidad de cargarse. Eso significa que C1 y C2 van a tener la misma carga de 0V. Cuando desaparece el pulso H, Q1 se abre y los terminales de derecha de C1 y C2 quedan conectados respectivamente a masa y a 12V mediante los resistores R3 y R4 de bajo valor y R7 y R8 quedan conectados prácticamente a 12V y a 0V respectivamente generando una tensión de 6V en su unión.

Pero si el pulso de sincronismo no coincide con el centro del retrazado los capacitores C1 y C2 se cargan en forma despareja, Por ejemplo si el valor instantáneo del diente de sierra es de 5V los capacitores quedaran cargados: C1 con 7V y C2 con 5V. Luego cuando se abre el transistor el resultado será que R7 y R8 generaran un valor medio menor sobre el filtro  anti hunting (5 V en lugar de 6). El circuito simulado nos permite experimentar con diferentes valores de fase del pulso de sincronismo midiendo en cada caso la tensión sobre el filtro.

Fig.2 CAFase horizontal a diodos

Fig.3 Oscilograma de colector y emisor

Fig.4 Oscilograma de fase con el pulso H centrado

Fig.5 Oscilograma de fase con el pulso H adelantado

Fig.6 Oscilograma de fase con el pulso H atrasado

Estos oscilogramas nos permiten calcular la sensibilidad del CAFase. El retrazado horizontal dura unos 11 uS tanto en PAL como en NTSC. El periodo horizontal es de 64 uS. Entonces por una regla de tres simple se puede calcular si 64 uS son 360º, 11 uS serán (11/64) .360 = 62º aproximadamente. Y la sensibilidad es de 60/3,3 = 18º/V.

En principio como se trata de un oscilador a R y C no se puede pretender una gran estabilidad. Esto significa que debe existir un ajuste de frecuencia libre horizontal. En este caso se trata del preset R11 que suma una continua a la señal de diente de sierra de referencia. Esa continua opera sobre el VCO variado la frecuencia libre del mismo. Otros VCO a filtro cerámico o cristal prescinden totalmente de este ajuste.

¿Cómo se cambia la fase del pulso H?

Recuerde que la fase es una entidad matemática relativa. Siempre se debe aclarar “la fase respecto a que señal”. En nuestro caso es la fase de la muestra en diente de sierra con respecto al pulso H y da lo mismo cambiar la fase de una señal o de la otra. En el EW lo mas conveniente es cambiar la fase del pulso H generado con un generador de “Pulse Voltage” que entrega una pantalla de ajuste como la indicada en la figura 7.

Fig.7 Pulso de Referencia

En esta pantalla se puede conformar un pulso rectangular al cual se le puede modificar todos sus parámetros. La pantalla mostrada esta predispuesta para ser usada como pulso de sincronismo horizontal de 5V (Pulsed Value) con la base del pulso en cero (Initial Value). Luego hay que fijar el periodo de repetición en 64 uS con Period y el ancho del pulso en 1 uS con Pulse Width. El Rise Time y el Fall Time son el tiempo de crecimiento y de decrecimiento del pulso y se dejan en el valor predeterminado de 1 nS.

Por último el Delay Time ajusta la fase de pulso de modo que en cero coincide con l comienzo del retrazado y en 11uS con el comienzo del trazado. Por supuesto admite todos los valores intermedios con 5,5 uS como posición central.

Generación de la tensión de muestra

Un punto importante es la generación de la tensión de muestra en diente de sierra. Aquí todo depende del tipo de CAFase considerado. El diagrama en bloque que estudiamos en esta entrega es el elemental de un solo lazo. Pero debemos aclarar que no es el único posible. Existen otros de mejor funcionamiento que trabajan a doble lazo. Pero es importante que conozcamos el funcionamiento de todos los circuitos incluyendo los más antiguos porque del análisis de los mismos nos permitirá entender el funcionamiento y la razón de ser de los sistemas de doble lazo.

El circuito de doble diodo se utilizaba en receptores discretos y aunque parezca extraño era una adaptación de un circuito a válvula con 6U8 (triodo) y 6AL5 (doble diodo) de los conocidos Wells Gardner del 60.

1. En el colector del transistor de salida horizontal se generaba una señal de 250V con forma de arco de senoide con la base en cero volt. 
2. Esa señal aplicada al yugo permitía la generación de un diente de sierra de corriente de unos 5A pico a pico. 
3. La colocación de un resistor de pequeño valor en serie para obtener la señal de muestra no es posible, porque se puede demostrar que genera una distorsión de linealidad inaceptable. Por esa razón se tomaba la tensión de colector del transistor y se procesaba con un integrador R y C para obtener un diente de sierra tal como se observa en la figura 8.

En la figura se puede observar la señal de colector de la etapa de deflexión horizontal real y la red encargada de conformar el diente de sierra que en realidad tiene un trazado lineal y un retrazado con arco de senoide. La amplitud de la señal depende del valor de R2 y C4 con C3 que filtra el valor de CC.

Fig.8 Circuito formador del diente de sierra de muestra

CAFase integrados

Muchos circuitos clásicos son imposibles de integrar porque utilizan capacitares de gran valor. Por eso los diseñadores de CI los modifican primero y luego los integran. Un caso es por ejemplo el indicado en la figura 9 en donde mostramos un circuito que cumple las misma funciones que el anterior pero lo hace prácticamente sin usar capacitares o con patitas que permiten el agregados de capacitares externos o filtros como en el caso del filtro Anthium.

Fig.9 CAFase integrado

Dejamos que el lector realice como trabajo practico los oscilogramas correspondientes a este circuito y mida la sensibilidad del mismo.

Circuito integrado TDA 2590

El circuito integrado TDA2590 es uno de los últimos integrados específicos, para horizontal solamente, que se fabricaron en el mundo. Luego comenzó la integración en gran escala hasta llegar a los circuitos jungla de la actualidad y más aun a los jungla/micro combinados. En la figura 10 se puede observar este circuito muy utilizado en los 90s.

Fig.10 Circuito de aplicación del TDA2590

1. La señal de video con polarización positiva (sincronismos hacia positivo) ingresa desde el procesador de luminancia y se destina a dos etapas de entrada: el separador de sincronismos (9) y un cancelador de ruido (10).
2. Ambas etapas canceladota y separadora funcionan en combinación. R2C2 y R9C4 conforman la red de doble constante de tiempo del recortador de sincronismo clásico (se agregan C5 y R1, que filtran las frecuencias superiores a 500kHz, para mejorar el funcionamiento en presencia de nieve). 
3. Cuando ingresa un ruido impulsivo que supera el nivel de los pulsos de sincronismo, opera la etapa canceladora de ruido acoplada directamente por C3 y corta la salida del separador de sincronismos porque es preferible no tener pulsos antes que tener pulsos de ruido). 
4. La salida del recortador contiene los pulsos H y V que se procesan internamente.
5. Una etapa que opera midiendo la duración de los pulsos reconoce la presencia de un pulso vertical y emite un pulso positivo, de igual duración que el pulso de sincronismo, por la pata 8 con destino a la base de tiempo vertical.
6. Los pulsos H se envían internamente a dos etapas: al detector de fase como señal de referencia y al detector de coincidencia (que detecta si el sistema está enganchado es decir si los pulsos de sincronismo están en fase con el retrazado horizontal).
7. El detector de fase compara la fase de los pulsos de sincronismo con la salida del VCO. 

Observe el lector que éste es uno de los cambios más importantes que tiene esta etapa con respecto a lo explicado hasta ahora, donde la fase se comparaba directamente con un diente de sierra generado con la señal de salida horizontal. En los integrados modernos existe un doble lazo enganchado de fase:

• un primer comparador sincroniza los pulsos de sincronismo con el VCO
• un segundo lazo corrige la fase de los pulsos de excitación (salida de la etapa) comparando la salida del VCO con el pulso de retrazado

Este procedimiento favorece el diseño del filtro  anti hunting, al no tener que considerar las rápidas fluctuaciones de fase del pulso de retrazado cuando cambia el brillo medio de la imagen (recuerde el lector que la etapa de salida horizontal también genera la alta tensión del tubo y, en escenas claras, el tubo consume más que en escenas oscuras. 

1. El VCO oscila a una frecuencia determinada por R14 y C9. 
2. El CAFase 1 compara los pulsos H con una muestra del VCO y genera una tensión de error que sale por la pata 13 e ingresa por la 15 a través de R13 para controlar al VCO. En la misma pata de control se introduce una tensión continua proveniente del preset R16 que ajusta la frecuencia horizontal. 
3. El filtro  anti hunting parece más complejo que lo habitual, pero no lo es. Lo que ocurre es que se trata de un filtro variable en donde la RC es doble y se conmuta con una llave electrónica interior al integrado que conecta la pata 12 a masa.

• Para el funcionamiento normal la llave está cerrada, la red R11 C7 queda anulada y el sistema tiene una alta constante de tiempo formada por C10 y R12 adecuada para el sistema enganchado.
• Cuando el sistema funciona con deslizamiento porque así lo indica el detector de coincidencia, la llave se abre y la constante de tiempo se reduce por el agregado en serie de R11 y C7 para favorecer el reenganche del oscilador. Lo mismo ocurre cuando se usa una videocasetera pero en este caso debido a la acción de una llave exterior J1.

Un detector de coincidencia o detector de enganche es un comparador de fase, que indica si la fase de la señal está fija o si existe deslizamiento.

Su circuito es el mismo que el de un CAFase, sólo que su salida no corrige un VCO sino que sirve para detectar si las señales de muestra y referencia están en fase (sale solo CC) o no estan en fase (sale CA).

• Si la muestra y la referencia no están en fase, la salida del detector es cero y la llave de constante de tiempo está abierta.
• Cuando se ponen en fase, la llave se cierra dando lugar a un importante incremento de constante de tiempo del filtro  anti hunting. La llave VCR se opera cuando se reciben señales de una videocasetera y fija la condición de la llave a condición abierta permanentemente. C6 opera como un retardo del detector, para que éste opere recién después de un intervalo en que la condición con deslizamiento se presenta para evitar que el ingreso de pulsos de ruido perjudique al sistema.

Por ahora sólo conseguimos sincronizar al VCO es decir que tenga una adecuada relación de fase con los pulsos de sincronismo en cualquier condición de señal y que si se pierde, la fase sea recuperada rápidamente. A continuación veremos qué se hace con la señal del VCO antes de aplicarla al funcionamiento de la etapa de salida. El VCO genera, en realidad, dos salidas, una se dirige a la sección final de barrido horizontal y otra al procesador de video y color. Esta última salida se llama de SAND CASTLE (literalmente: castillo de arena).

Se puede observar que este pulso tiene tres estados de tensión. Baja durante el trazado media durante el retrazado y alta durante el burst de color. El procesador de CROMA y LUMA utiliza el estado de tensión media para producir el borrado horizontal y la tensión alta para separar el pulso de burst y enclavar el nivel de negro. La otra salida del VCO es la que se procesa para excitar la etapa de salida horizontal.

La señal de salida por la pata 3 es rectangular con un tiempo de actividad de un 60% aproximadamente. El flanco decreciente de la salida es el más importante porque fija el comienzo del retrazado horizontal. Entre este flanco y el flanco decreciente del VCO existe un retardo variable, que está determinado por el CAFase 2.

El CAFase 2 recibe como muestra, la tensión de retrazado horizontal y como referencia, la salida del VCO. De acuerdo a la fase entre ambas señales se genera una tensión continua de error que se filtra externamente con el capacitor C1. La tensión continua de error modifica el retardo entre la salida del VCO y el generador de la señal de salida que fija el tiempo de actividad. Por último, la señal se procesa en un amplificador de potencia que tiene a R7 como alimentación.

El resto de la alimentación del integrado se realiza con el resistor separador R8 y el electrolítico C11 que también proveen de tensión a varios componentes externos entre ellos el preset de ajuste de la frecuencia libre horizontal.

Para ajustar este preset el horizontal debe estar desenganchado.

Esto se puede logar de dos formas:

• desconectando la referencia H
• desconectando la muestra M del CAFase 1

H es una señal interna por lo que solo nos queda desconectar M que ingresa por la pata 6. En este integrado el generador de diente de sierra es interno y por la pata 6 solo se ingresa con una muestra del bobinado de filamento del fly-back.

• Si Ud. Desconecta R6 observará que la pantalla presenta una serie de barras diagonales y una imagen deformada entre las barras.
• Ajuste R16 para que las barras se enderecen y se obtenga una imagen que se mueve lentamente en forma horizontal.
• Al reponer el resistor R6 la imagen deberá clavarse en la pantalla indicando que comenzó a funcionar el CAFase.

Con esto ya tenemos un panorama claro de la etapa generadora de base de tiempo horizontal y el CAFase horizontal en sus versiones discreta e integrada. Pero en los TVs de última generación se utiliza un criterio totalmente diferente que merecerá ser tratado con detalle más adelante.

Conclusiones

En esta lección aplicamos los conocimientos previamente adquiridos para explicar el funcionamiento de la etapa VCO, CAFase y amplificadora horizontal clásica. Aun nos quedan por explicar algunos detalles con referencia al segundo lazo y sobre todo a como encarar la reparación de esta etapa fundamental para probar la etapa de salida horizontal.

También deberemos analizar las diferencias entre esta etapa y las más modernas que no poseen oscilador RC y que funcionan con un filtro cerámico. Y las más modernas todavía que no utilizan filtro cerámico sino que se basan en los osciladores a cristal del color.

Como el lector puede observar no se trata de una etapa simple que podamos estudiar en un solo capitulo sino de una etapa muy compleja que amerita un estudio paso a paso que continuaremos en la próxima lección.