23 Sincronismo horizontal y vertical

Fig.1 Separador de sincronismo a comparador

La señal de partida de nuestro circuito separador de sincronismo puede observarse en la figura 1 a ritmo horizontal en las dos versiones que suelen usar los TVs actuales. Arriba la señal con croma y abajo la señal sin croma. Un separador de sincronismo puede ignorar la frecuencia de 3,58 MHz y separar el sincronismo compuesto desde una señal no filtrada que siempre tiene flancos mas abruptos y precisos.

Normalmente las etapas de FI suelen entregar señales directas de video: es decir blanco señal alta negro señal baja. Precisamente la señal que estamos mostrando es una señal de barras de color en donde la primer barra posterior al sincronismo es la blanca y la siguiente la amarilla que tiene el máximo valor de brillo. La ultima barra de color es la azul con el mínimo valor de brillo y luego se observa la banda negra coincidente con el pedestal de borrado.

Todo lo que está por debajo del pedestal de borrado es la señal de sincronismo, de la cual se observa claramente el pulso de sincronismo horizontal y en forma difusa como una línea horizontal de bajo brillo con un corte central, el sincronismo vertical.

La amplitud pico a pico depende del TV pero por lo general se trata del valor normalizado de 1V desde el pico del pulso de sincronismo vertical hasta la barra blanca. La zona de sincronismo ocupa hasta un nivel de tensión de 300 mV.

Fig.2 Separador de sincronismo a comparador

El circuito separador de sincronismo mas simple seria un comparador de alta velocidad conectado a una tensión de recorte de 150mV tal como lo indicamos en la figura 2. En la figura 3  se puede observar un generador de rampa de video roja.

Fig.3 Señal de rampa roja

El generador XFG3 genera una señal de 3,58 MHz con la fase correspondiente al rojo; el generador XFG2 genera el pulso de sincronismo horizontal y el XFG1 genera la rampa de luminancia. En la parte inferior del osciloscopio se puede observar la señal generada a ritmo horizontal y en la parte superior la señal recortada de salida en donde no se observan vestigios de video o de color.

El color se elimina con el filtro R1C1 y el preset ajusta al nivel de recorte deseado, en este caso 150 mV. Este recortador de sincronismo parece perfecto y de hecho lo sería si no fuera porque un TV debe funcionar en cualquier condición de señal de entrada. Si el TV tiene baja señal es posible que en cierto momento el mínimo de la misma no llegue a 150 mV y entonces se cortan los pulsos de salida y el TV se queda sin sincronismo horizontal.

Se podría detectar el valor pico a pico de la señal de video y con ese valor hacer un recortador de nivel variable. Pero no es necesario porque un simple circuito a transistor soluciona el problema y es prácticamente la solución adoptada por todos los fabricantes de la época del 90.

En síntesis lo que estamos buscando es un recortador que trabaje a un porcentaje del nivel de video máximo.

Para simplificar el problema nosotros solo vamos a analizar el pulso horizontal pero dejamos aclarado que también funciona con la señal de video completa con ambos pulsos de sincronismo. El circuito puede funcionar con señales de video de 1V pero lo hace mejor si funciona a una tensión mayor. Por eso en general se amplifica el video primero a nivel de 5V y luego se lo recorta. Nosotros simplemente vamos a aumentar los niveles de los generadores. 

Fig.4 Recortador por constante de tiempo

El funcionamiento del circuito es sencillo. Imagínese que no existe R1. El primer pulso de sincronismo horizontal que llega carga al capacitor C1 y genera un pulso de saturación de colector como debe ser, pero el segundo pulso encuentra a C1 algo cargado y hace circular menos corriente por el. Probablemente el transistor se sature pero no lo hace totalmente. El tercer pulso encuentra a C1 cargado a pleno y entonces no circula corriente de carga por el; el transistor no se satura y se pierde el sincronismo. Colocando el resistor R1 del valor correcto existe una cierta corriente de descarga en todos los ciclos y por lo tanto la consiguiente corriente de carga que hace saturar al transistor ciclo a ciclo sin que se pierda el sincronismo.

Si la señal de entrada se reduce el capacitor se carga a menor tensión y por lo tanto el resistor R1 absorbe menos carga pero siempre existe alguna corriente de carga aun con señales muy pequeñas, que hacen saturar al transistor.

En el circuito real existen dos constantes de tiempo es decir dos R y dos C; una para la frecuencia del sincronismo horizontal y otra para la del sincronismo vertical. En nuestros ejemplos y simulaciones es imposible colocar las dos constantes de tiempo porque la simulación demoraría mucho ya que tiene que trazar 312,5 ciclos horizontales para generar un vertical.

Circuitos comerciales de doble constante de tiempo

Conocida la teoría vamos a aplicarla a la práctica de la profesión. Unos de los integrados mas conocidos que emplea este circuito es el LA7680 que forma parte entre otros de los TVs HITACHI CPT-1420, 2020 y 2121 de los cuales hay una gran cantidad de unidades en todo el MERCOSUR.

Todos los componentes externos del separador de sincronismo se encuentran conectados a la pata 33 del LA7680 y es absolutamente imposible detectar la salida del transistor recortador interno.

Simplemente no tiene salida al exterior ya que tanto el circuito horizontal como el vertical se encuentran dentro del mismo chip. 

FIG.5 Circuito del separador de sincronismo del LA7680

 La constante de tiempo de C601 y R602 es de 72 mS evidentemente relacionada con el periodo vertical. En cambio R602 con C602 tienen una constante de tiempo de 330 uS evidentemente relacionada con el periodo horizontal. El resistor R601 junto con C602 filtran las componentes de croma.

¿Qué le ocurre a un TV cuando hay una falla en el recortador de sincronismo?

• Eso depende del TV. En los viejos TVs del 80 se observaba un desenganche horizontal y vertical en la pantalla. Esos eran tiempos felices.
• En un TV mas moderno la falta de sincronismo horizontal corta la salida de pulsos al driver y el TV se apaga o mejor dicho no enciende. O mejor dicho aun (y por suerte) se enciende se protege y se apaga, eso significa que aplicando el método del precaldeo del filamento se observará que aparece el video desenganchado horizontal y verticalmente por uno o dos segundos y luego se apaga.

¿Cómo se repara la falla de sincronismo?

En contra de lo que digo habitualmente este es uno de los casos en que triunfa el método de medir o cambiar. Porque si la prueba por precaldeo del filamento indica que hay video significa que el circuito tiene una buena señal de entrada.

1. Los resistores de 330 Ohms y 330 Kohms se pueden medir con el tester digital sin desconectarlos así que eso es algo inmediato.
2.  Luego queda cambiar dos capacitores de los cuales uno es el principal sospechoso C601. En efecto es un capacitor electrolítico polarizado de .22 uF que en el encapsulado dice 16V pero que yo le aseguro que es de por lo menos 63V sino mas. ¿Por qué lo aseguro? Porque para hacer un capacitor de .22 por 16V es probable que haya que darle nada mas que dos o tres vueltas a los electrodos y sería un producto que difícilmente entre en tolerancia. Así que el fabricante lo hace de 63V o de 160V y el diseñador del TV lo polariza con un par de voltios. Un capacitor en esas condiciones es un suicida en potencia; en algunos años se deforma, se seca, pierde capacidad y tiene una elevada fuga. Realmente es un error de diseño, C601 debe ser un poliester metalizado.

¿Y si cambio los cuatro componentes y el problema sigue?

Entonces solo queda por cambiar el circuito integrado. Pero en realidad hay algo mas que habría que verificar antes de cambiar el integrado. ¿La señal de video es realmente normal? No está deformada de modo que los pulsos de sincronismo estén comprimidos. En lugar de tener 300 mV y la señal 700mV quizás tienen 100 mV y la señal 600mV y el recortador no funciona con tan poca diferencia.

• A mi me pasó con un TV donde llegamos a cambiar el LA7680 y siguió funcionando mal. Yo le preguntaba a mi ayudante si la señal de video era normal y me contestaba que si. Pero cuando la miré, en seguida me di cuenta que estaba deformada y comprimía los pulsos de sincronismo. El problema era realmente el transistor repetidor desde donde se tomaba el video.
• Otro problema muy común que deforma la señal de video, es una FI con mal funcionamiento del AGC. Si la señal de video es alta el usuario baja el contraste y se acabó el problema. Pero llega un momento en que es tan alta que se satura la FI y los pulsos de sincronismo son el máximo de la portadora y es allí donde el problema se ve primero.

Otros circuitos comerciales por temporización

Si los pulsos de sincronismo están multiplexados por amplitud solo se los puede reconocer con un recortador de nivel sencillo o con nivel de recorte ajustable; pero tiene que ser un circuito analógico. No;  se pueden reconocer los pulsos de sincronismo de muy diferentes formas, porque tienen algo que no tiene el video: son repetitivos y de forma fija.
Inclusive aunque la emisora no envíe los pulsos de sincronismo horizontal un microprocesador los puede reconstruir perfectamente. Ese es precisamente el sistema que se utiliza para reconstruir los pulsos de sincronismo de la TV analógica codificada con decodificadores piratas.

Los junglas mas modernos no tienen recortador de sincronismo.

1. Tienen un microprocesador que analiza los flancos de las señales de video.
2. Cuando aparece un flanco negativo empiezan un conteo y si ese conteo indica que la duración hasta el flanco positivo corresponde con la duración del pulso de sincronismo horizontal lo dan en principio como bueno y analizan si 64 uS después llega otro flanco negativo.
3.  Si lo confirman hacen varias mediciones mas y generan una señal interna que se puede usar para enganchar al oscilador horizontal. En realidad hacen dos mediciones de tiempo, la otra es a 32 uS porque podría ser que estuvieran llegando un pulso de preecualización o de ecualización o de post ecualización. 
4. El pulso vertical es muy característico y con un microprocesador se lo puede reconocer perfectamente bien y generar un pulso interno de sincronismo vertical en concordancia con este. Y dentro del pulso vertical esta perfectamente marcados los pulsos de ecualización lo que permite poner en sincronismo el programa de decodificación de los pulsos horizontales y verticales con una gran precisión y sin componentes externos. En la figura 6 mostramos la señal de video en los alrededores del pulso vertical.
5. Una vez obtenida la señal de sincronismo compuesta por recorte o por microprocesador se debe separar en dos señales de sincronismo independientes. Una vertical y otra horizontal perfectamente sincronizadas entre si.

Fig.6 Pulso de sincronismo vertical sistema entrelazado clásico norma N

Integración clásica

Un filtro RC integrador permite separar los pulsos de sincronismo de la señal compuesta de sincronismo. El modo clásico de separar el sincronismo compuesto H+V que dejó de utilizarse prácticamente con el advenimiento del color, se puede observar en la figura 7. Dado que el pulso vertical es un pulso largo con muescas muy cortas a ½ H un filtro integrador lo transforma en un pulso largo con flancos suaves mucho mas alto que las señales generadas por los pulsos horizontales. Luego un recortador hecho con un comparador permite generar un pulso cuadrado perfectamente apto para sincronizar al oscilador vertical.

Fig.7 Pulso de sincronismo vertical integrado

Todo parecería perfecto pero en realidad los campos pares e impares no son iguales. El ultimo pulso de precualización parece corrido ½ H en un campo con respecto al otro y esto produce un error de sincronización vertical que en la época de los TV de ByN en los que el foco no era muy bueno, pasaba desapercibido y se lo aceptaba. 

Fig.8 Error de disparo entre los dos campos con filtro integrador

Todos los integrados junglas modernos poseen un sistema de decisión por temporización para reconocer los pulsos horizontales de los verticales. Primero por el error de tiempos y segundo porque es prácticamente imposible integrar un sistema RC de tiempos tan grandes dentro del chip.

Es decir que llegamos al punto en que dentro del jungla existe un pulso de sincronismo vertical y otro horizontal perfectamente rectangulares y sin errores de tiempo en tanto el TV tenga alguna señal de entrada, pero que desaparecen en cuanto esa señal es retirada. Por esa razón no se puede utilizar el criterio de generar los barridos directamente tomando a esos pulsos como comienzo de los mismos. Si hiciéramos esto cuando cambiamos de canal o de fuente de señal de entrada se cortarían los barridos y la alta tensión que se deriva del sistema horizontal.

Los osciladores por sincronismo directo y por efecto volante

Un oscilador por sincronismo directo se basa en un multivibrador que cuando no hay pulsos de sincronismo funciona a una frecuencia menor a la nominal. Es decir que posee un periodo superior al nominal. Cuando llega el pulso de sincronismo no lo deja completar el ciclo natural, lo corta antes y entonces sincroniza el comienzo de un nuevo barrido. Estos osciladores cambian de frecuencia en un 10 o 20 % de acuerdo a su condición de sincronizados o no sincronizados.

Un oscilador de ese tipo puede funcionar bien como vertical pero usarlo en el horizontal puede generar problemas muy graves porque un corrimiento del 20% de la frecuencia horizontal puede provocar daños al transistor de salida horizontal y a otros componentes del sistema debido a que la AT se obtiene del barrido horizontal. En estos casos se utilizan osciladores LC o mas modernamente filtros cerámicos o cristales que cuando no están enganchados pueden estar corridos menos del 0,1% del valor nominal.

El pulso de sincronismo vertical aparece cada 312,5 pulsos horizontales tomando como ejemplo la norma N. Si se genera un pulso horizontal muy estable se puede utilizar un divisor de frecuencia para generar el pulso vertical con la misma precisión. Esto da lugar a los nuevos osciladores verticales que en realidad ya no existen. Aunque parezca algo extraño los TVs de final de siglo 20 solo tienen un oscilador que no funciona ni a la frecuencia vertical ni a la horizontal sino a 320 veces la frecuencia horizontal (siempre para la norma N). Y de allí se obtiene FH y FV por divisores de frecuencia.

Los TV del siglo 21 ni siquiera poseen ese oscilador a filtro cerámico de 320FH. Simplemente toman la frecuencia del cristal de color y la dividen hasta llegar a H y a V ya que la portadora de color y los barridos siempre están relacionados a través de una ecuación que puede ser compleja pero existe.

Aún sin ver los circuitos podemos decir que todo esto que acabamos de nombrar genera fallas muy diferentes en un TV de los 80s, otro de fin de siglo y otro contemporáneo y el reparador debe conocer todas las variantes para no estar buscando la falla en la etapa equivocada. Por eso, en esta etapa lo mejor es analizar tranquilamente el circuito para catalogar al TV. Hacer un identikit dicen en broma mis alumnos. Busque:

• un LC si el equipo es viejo
• un filtro cerámico de 503 KHz si es mas moderno
• los cristales de color si se trata de un equipo de ultima generación

Y el primer paso de un service de la sección horizontal de un TV depende del identikit.

• Si tiene un LC mida con el osciloscopio, con la sonda de RF o con un frecuencímetro para ver si oscila en 15.625 Hz.
• Si tiene un filtro cerámico haga los mismo pero controle que haya una frecuencia de 503 KHz.
• Si es un equipo de última generación controle que este funcionando por lo menos un cristal. ¿Cuál? No tiene importancia, por lo menos uno porque el TV puede arrancar con un cristal equivocado (para otra norma) pero cuando se calienta el filamento ya pudo haber pasado al cristal correcto (si es que este funciona).

El control automático de fase

La etapa siguiente al oscilador que es la encargada de que el barrido horizontal se ponga en fase con los pulsos de sincronismo horizontal de la fuente de programa. 

• En los TV de ByN existía un solo lazo de ajuste de fase.
• En los TV color se acostumbra a utilizar dos por razones de costo (si leyó bien el doble lazo es mas económico que el simple).

En ByN se tomaba una muestra de un bobinado del fly-back se generaba un diente de sierra equivalente al del barrido con ese bobinado y se diseñaba un circuito que comparaba la fase del retrazado con el pulso de sincronismo horizontal de la emisora:

1. Si el pulso de sincronismo caía en el centro del retrazado el circuito asumía que estaba todo bien y no generaba ninguna señal de error. 
2. Si caía adelantado generaba una tensión de error negativa que se aplicaba al oscilador para que bajara de frecuencia y controlaba el pulso siguiente. 
3. Si aparecía centrado dejaba de generar la señal de error negativa.
4. Si aun aparecía adelantado seguía generando una señal negativa pero de menor amplitud, hasta que lograba el centrado perfecto o casi perfecto, porque siempre que se requiera una señal de corrección, esto significa que el centrado no es perfecto.
5. Si el pulso de sincronismo aparece atrasado se genera una señal de error positiva que realiza una acción similar a la anterior pero en sentido contrario.

¿Para corregir la fase se cambiaba la frecuencia del oscilador?

Si, aunque parezca un contrasentido. Lo que ocurre es que no se puede modificar la fase de una señal si no se modifica su frecuencia; es un concepto físico que va mas allá de la electrónica.

Para entenderlo piense en dos péndulos (dos hilos con dos plomadas) que Ud. quiere poner en fase. Primero hace funcionar los dos péndulos por separado y acortando o alargando el hilo los pone en el mismo periodo con un cronometro. Si los excita por separado van a oscilar a la misma frecuencia, pero tal vez uno este en la máxima excursión hacia la izquierda cuando el otro lo está hacia la derecha (180º de desfasaje) ¿Cómo hace para sincronizarlos? Acorta una cuerda para acelerar un péndulo y cuando ambos están sincronizados vuelve a dejar la cuerda en la medida original. Para cambiar la fase tubo que cambiar la frecuencia por un cierto intervalo de tiempo. Y cada tanto tendrá que realizar esa tarea porque seguramente los péndulos no están clavados a la misma frecuencia o una corriente de aire puede frenar a uno o acelerarlo, etc. etc.

Apéndice
Historia del sincronismo en la televisión

¿Cuánto avanzó la TV desde la primer transmisión que solo cubría 5 metros de distancia y fue realizada por el científico ruso llamado Nipkov? Y sin embargo aquella primer transmisión utilizaba el concepto del sincronismo, tanto como una actual transmisión de TV de alta definición. Una emisión analógica o digital debe poder sincronizar el haz electrónico generado sobre la pantalla del TV con el haz electrónico utilizado para barrer el mosaico fotosensible de la cámara de toma.

Nipkov usaba dos discos perforados en espiral para barrer la imagen a transmitir y regeneraba esa imagen con otro disco perforado iluminado por una lámpara de neón. Los dos discos estaban unidos al mismo eje. Eso si que era un sincronismo fuerte sin posibilidades de error alguno.

En el caso de Nipkov podemos decir que el sincronismo va por un camino y el video por otro. Pero en una transmisión moderna de TV ByN o color solo hay una vía de comunicación entre la emisora (o el dispositivo reproductor) y el TV y entonces el sincronismo debe tener algún modo de transmisión multiplexado porque va junto a la información.

Ya dijimos que no hay nada similar a una señal de TV color como ejemplo máximo de multiplexación. Por la misma portadora de video correspondiente a un canal se emite: luminancia, colores, sonido estreofónico, sincronismo horizontal, sincronismo vertical, subtitulado (closed caption) y en Europa teletexto. Y todo ese paquete se desenvuelve en el receptor sin que una información se mezcle con las otras, tanto cuando el TV funciona con señales fuertes como cuando lo hace con señales débiles llena de ruido.

Por supuesto para lograr tal maravilla se usan todas las formas conocidas de modulación de las señales que fueron agregándose a medida que se iban agregando prestaciones y de modo que un TV viejo pudiera seguir funcionando aun con el agregado de las nuevas modulaciones. Esto se llama compatibilidad y recién se perdió cuando comenzaron las primeras transmisiones digitales. Hoy en día en el año 2008 en cualquier lugar del mundo se puede recibir una señal analógica de TV color estereofónica, con subtitulos y teletexto en un TV de blanco y negro a válvulas; por supuesto que sin color, sin estereofonía, sin subtitulos y sin teletexto pero con una imagen perfectamente sincronizada y estable y apenas con alguna mínima interferencia de las modernas prestaciones.

El sincronismo H y V fue transmitido desde el comienzo de la TV por el método mas elemental de multiplexado. El multiplexado por nivel de señal. Para situarnos con exactitud dentro del TV en el punto donde se separa el sincronismo repasemos lo que pasa con la señal de la emisora comenzando por la antena. Allí tenemos todas las portadoras de TV mezcladas; el sintonizador separa a una sola portadora la convierte a FI y la demodula de modo que en su pata de salida (mal llamada de video) se obtiene una señal de luminancia y sincronismos en banda base (de CC a 4 MHz en América) que tiene superpuesta una subportadora de sonido multiplex de 4,5 MHz (en los sistema por interportadora) y otra de crominancia de 3,58 MHz. Teletexto y subtítulos se transmiten en forma digital durante las ultimas líneas del periodo de borrado vertical así que podemos dejar de considerarlas por el momento.

Esa señal se somete a dos procesos de filtrado de 4,5 MHz y de 3,58 MHz de modo que luego del filtrado se obtiene una señal de luminancia sin subportadoras interferentes y con los sincronismo H y V superpuestos. Allí en ese punto es donde funciona el separador de sincronismos que nos dará una señal de sincronismo compuesto, es decir con H y V superpuestos. En un proceso posterior esa señal de sincronismo compuesto se separa en dos señales; H por un lado y V por otro para sincronizar a los correspondientes osciladores de barrido.

Lo anterior vale para un TV a válvulas o para un TV LCD o Plasma. Lo que cambió con el tiempo fue el modo de separar las señales: pero el concepto sigue siendo siempre el mismo y no va a cambiar hasta que se decrete el silencio analógico en alguna parte del mundo.  Es decir que vamos a seguir teniendo TV analógica y digital por mucho tiempo y debemos estudiarlas a ambas. 

Conclusiones

En esta lección comenzamos a analizar el sincronismo del TV y vimos en forma completa el recortador de sincronismo en sus versiones analógica y por programa, luego hablamos de los osciladores horizontales y verticales en forma muy genérica y apenas entramos en tema con referencia a la etapa de control automático de frecuencia.

En la próxima lección vamos a continuar con el tema de los controles automáticos de fase (CAFase) de uno y dos lazos y los filtros de la señal de ruido.