28 Funcionamiento de una etapa de deflexión horizontal

Ya sabemos que si no se escucha el ruido característico de la alta tensión lo mas probable es que falle la fuente o este en cortocircuito CE el transistor de salida horizontal.

Hasta aquí es todo muy fácil. Desconecto el TV de la red busco el colector del transistor de salida horizontal y le conecto el tester digital como óhmetro con la punta negra a masa y la roja al colector (si es un tester de aguja hay que detectar la polaridad con un diodo porque puede estar invertida).

• Si Ud. mide mas de 100K el transistor está aparentemente bien
• si mido menos cambio el transistor

¿Por qué se quemó? 

Parece todo muy simple pero ¿Por qué se quemó? Puede ser simplemente que llegó al fin de su vida útil pero en muchos casos el cambio del transistor solo logra que el TV funcione unos minutos o varias horas. Son los repuestos de mala calidad dice uno, ese transistor esta mal excitado dice otro, es el fly-back que reemplazamos por uno de dudoso origen. Hay que probar cual es el problema, digo yo;  sin arriesgar un diagnóstico al estilo del mago Fasulo. Y para diagnosticar una enfermedad hay que conocer a todas las enfermedades relacionadas con el órgano que falla.

En una etapa de deflexión horizontal se puede probar prácticamente todo y se puede trabajar de forma tal que no se queme el transistor recién cambiado y que las mediciones me sugieran al componente dañado antes que se queme todo. Un osciloscopio es una gran ayuda, pero si limito mi curso solo a reparadores que tienen osciloscopio me quedo con la mitad de los lectores.

Lo que si es importante, es una fuente de CC de 0 a 300V por lo menos de 2A. Yo le aconsejo que se arme un S-Evariac y mate varios pájaros de un tiro; porque le sirve para reparar etapas de salida; reparar fuentes pulsadas de un modo seguro para su vida; reparar por el método del precaldeo de filamento; reactivar tubos; reparar fuentes de LCD y Plasma y controlar la temperatura del soldador, brindándole además la aislación necesaria para trabajar con dispositivos de compuerta aislada. Lo más caro del S-Evariac es el transformador aislador y lo podemos suplantar con dos transformadores de hornos de microonda en desuso con lo conseguimos un transformador aislador de mas de 1 KW.

Pero hay algo que no se puede suplantar; Ud. tiene que aprender a reparar pensando. Si no quiere pensar es mas productivo que se dedique a otra cosa. Yo lo voy a ayudar entregándole un concepto claro de cómo funciona una etapa de deflexión horizontal comenzado por el sistema de deflexión mas simple y didáctico hasta el mas complejo y vamos a volver a realizar el sistema de las reparaciones virtuales entregándole circuitos de Multisim con fallas.

Repaso de las leyes fundamentales

• Si se conecta un resistor a una fuente circula una corriente invariable en el tiempo dada por la ley de Ohm.
• Si se conecta un capacitor a una fuente circula una corriente infinita hasta que el capacitor se carga a la tensión de fuente; momento en que deja de circular corriente.
• Si se conecta un inductor a una fuente comienza a circular una pequeña corriente que se va incrementando linealmente hasta llegar a un valor infinito si el inductor es ideal y su resistencia es nula; la velocidad de crecimiento de la corriente en A/Seg depende inversamente del valor de la inductancia y directamente de la tensión aplicada.
• Si luego de cargar un capacitor lo desconectamos de la fuente observaremos que el capacitor tiende a mantener la tensión indefinidamente.
• Si conectamos un resistor para descargarlo veremos que la tensión no cae en forma inmediata dependiendo del valor del resistor (si es de baja resistencia el capacitor responde generando una chispa de corriente). Podemos decir que el capacitor es un componente que se opone a la variación de la tensión aplicada sobre el.
• Si conectamos un inductor sobre una fuente la corriente aumenta progresivamente. Al tratar de desconectarlo la corriente quiere seguir circulando al mismo valor de corriente anterior a la desconexión pero como encuentra una resistencia infinita genera un pulso de tensión que llega a hacer saltar una chispa de tensión hacia los bornes de la batería.

Si el alumno tiene alguna duda respecto de estos fenómenos le recomendamos que los estudie del curso básico de electrónica.

Deflexión del haz electrónico 

El haz electrónico de un tubo es como un conductor invisible ya que se trata de un haz de electrones que se mueven muy rápidamente desde el cañón hasta la pantalla pasando por adentro del yugo de deflexión. Usando una bobina sobre el cañón y otra debajo del mismo, se puede generar un campo magnético vertical que reacciona con el campo magnético del haz, haciendo que este se desplace horizontalmente. El desplazamiento horizontal es tanto mayor cuanto mayor sea la corriente circulante por las bobinas que debido a su forma toman el nombre de yugo.

No es difícil imaginar que haciendo circular una corriente en diente de sierra por las bobinas se consigue que el haz deflexione en forma de un barrido lineal que es lo que necesitamos para abrir la imagen de izquierda derecha. Un campo a 90º de este generado por otro par de bobinas produce la deflexión del haz hacia abajo y hacia arriba completando el barrido de toda la pantalla. Aplicando las frecuencias adecuadas a cada par de bobinas y enganchando las señales con la señal de la cámara se consigue que el haz electrónico del receptor barra el punto equivalente al que barre el haz de la cámara.

Centremos nuestra atención en el barrido de derecha a izquierda que es el que estamos estudiando y que se llama barrido horizontal. Por la construcción del tubo el haz sin campos deflectores pega en el centro de la pantalla. La deflexión por lo tanto debe ser un diente de sierra de valor medio nulo es decir con un pico de corriente positiva igual al negativo para que la imagen quede centrada horizontalmente.

¿De qué depende el ancho del barrido?

En principio de la cantidad de espiras de las bobinas y de la corriente que circula por ellas; pero también depende de la velocidad de los electrones, porque si un electrón pasa muy velozmente esta poco tiempo en el campo magnético del yugo y se deflexiona poco. Y la velocidad de los electrones depende de la alta tensión aplicada al aluminizado de la pantalla. Entonces mayor tensión significa más velocidad y más velocidad significa mas brillo pero el haz es mas duro y el ancho se reduce.

Una etapa de barrido elemental

A partir de aquí vamos a seguir una línea didáctica muy particular utilizando el WB. Vamos a construir una etapa de deflexión solo con un inductor y una llave controlada por tensión que excitamos con un generador de funciones. 

Fig.1 Etapa horizontal con llave e inductor

La fuente V1 alimenta el sistema con una tensión redondeada de la tensión masivamente usada en los TVs (generalmente de 112V debida a los viejos TVC de 110V con regulador analógico, usados en EEUU).

Vamos a poner un ejemplo en norma PALN porque tiene cifras más redondas que la PALM y además el horizontal y el vertical es idéntico al PALB.

1. Cada 64 uS la llave J1 se cierra por el 95% del tiempo porque el generador de funciones está ajustado a 15625 Hz con un tiempo de actividad del 95% del periodo total. 
2. En cuanto se cierra comienza a circular corriente por el inductor L1 que crece a un ritmo determinado por el valor de L1 y V1. 
3. El resistor R2 representa las perdidas magnéticas del núcleo de yugo ya que el Multisim  genera inductores ideales sin perdidas. El resistor R1 es la resistencia del bobinado del yugo y que además usamos para medir la corriente por el circuito.
4. Ajustada la fuente en 100V el valor de L1 fue elegido para una corriente final de 8A que es el valor más común utilizado en los TV modernos de 20″. 
5. Al transcurrir el 95% del periodo (61 uS aprox.) la llave se abre. 
6. En ese momento la bobina L1 (el yugo en realidad) tiene un campo magnético muy grande (el mayor del ciclo) y una corriente de 8 amperes que el inductor se niega a que deje de circular. Como el inductor solo tiene a su resistencia de perdidas en paralelo para descargar esa energía genera un sobrepulso de tensión de modo que sobre R2 circulen aproximadamente 8A (en realidad el cálculo da 5,8 KV/1k = 5,8A debido a las componentes capacitivas del inductor que no se tienen en cuenta). 
7. En el 5% restante del periodo esa energía se disipa en forma de calor sobre la resistencia de perdida del yugo.

Este circuito tiene tres problemas.

• El primero es que la corriente que circula por el yugo no tiene valor medio nulo y la imagen aparecería desde el centro de la pantalla hacia uno de los bordes quedando medio barrido afuera de la pantalla.
• El otro es que toda la corriente de deflexión es provista por la fuente ya que toda la energía acumulada en el yugo se intercambia en calor sobre R2. 
• Por último se genera una sobretensión inmanejable de 5,8 KV que complicaría la elección de un transistor llave como J1.

Con el agregado de un capacitor ya se puede construir una etapa que podría llegar a funcionar realmente aunque aun usa una llave controlada por tensión y no un transistor como llave. 

Fig.2 Circuito con capacitor de retrazado C1

Este circuito corrige dos problemas al mismo tiempo. Observe que solo agregamos el capacitor C1 de 16 nF con un valor tal que se genere un valor de tensión de pico compatible con un transistor de salida horizontal de 1500V. En efecto obtenemos un valor clásico de 800V.

Lo primero que notamos es que el tiempo de retrazado (que es la demora que sufre el haz para volver al borde izquierdo de la pantalla luego de llegar hasta el derecho) es mucho más grande que antes. El tiempo de retrazado no tiene porque ser mayor que el tiempo de borrado horizontal previsto por la norma. Y la norma indica que el tiempo de borrado es del 18% y nuestro tiempo de retrazado es también de ese valor con lo cual todo está en forma.

Pero lo más importante de este circuito es su aspecto didáctico. En el se pueden entender los ciclos de trabajo con toda facilidad.

1. Cuando la llave permanece cerrada (82% del tiempo) la energía de la fuente se transfiere al yugo en donde la corriente crece en forma lineal. El capacitor de retrazado se carga a la tensión de fuente de 100V positivos. 
2. Cuando la llave se abre, la energía acumulada en el yugo fuerza a que la corriente final de unos 4A continúe circulando. Ahora existe el capacitor de retrazado C1 y la corriente de 4 A circula por allí. Es evidente que esa corriente de 4A tenderá a bajar porque con la llave abierta no hay forma que la fuente provea energía. 
3. En este momento (fin del trazado) existe un circuito LC con energía acumulada en el inductor, que comienza descargarse sobre el capacitor. Un circuito LC es un circuito resonante y los intercambios energéticos no pueden producirse con una forma diferente a la senoidal con una leve amortiguación producida por R2 y R1 como perdidas de calor. Nosotros elegimos el capacitor para que resuene con el yugo de modo que cumpla medio periodo de la oscilación durante el 18% correspondiente al tiempo de retrazado. 
4. Al 9% del retrazado la tensión sobre el capacitor llegará al máximo negativo. En ese momento el yugo no tiene energía acumulada; toda menos una pequeña cantidad disipada en R1 y R2 fue cargada en el capacitor. Como la llave aun permanece abierta el capacitor solo puede comenzar a descargar su energía acumulada sobre el inductor. Es así como la tensión sobre el capacitor comienza a aumentar progresivamente hasta llegar a aproximadamente a 100V en que se cierra la llave y comienza un nuevo trazado.

Pero ahora hay algo muy diferente, la energía del fin del trazado no se pierde en forma térmica durante el retrazado.

El yugo se la pasa al capacitor y este la devuelve invertida al comienzo del trazado de modo que al cerrarse la llave el yugo hace circular corriente hacia la fuente. Es decir que el trazado comienza con una corriente negativa que va del yugo a la fuente. Esa corriente carga el capacitor de la fuente de modo que el sistema devuelve energía durante la primer parte del trazado y la consume durante la segunda parte.

Fig.3 Agregado del capacitor de fuente

• Como podemos observar el amperímetro indica un consumo de 650 mA con C1 conectado.
• Si lo desconectamos y volvemos a medir el consumo es de 3,15A.

Este circuito parece perfecto pero aun tiene graves problemas.

• El más importante es la llave que esta ubicada de un modo tal que se hace compleja su excitación si usamos un transistor bipolar.
• Otro problema es se requiere una gran precisión de funcionamiento para cerrar la llave justo cuando la tensión sobre el capacitor es de 100V.
• Y por último que la corriente del yugo (8 A pico a pico) pasan por el capacitor electrolítico de fuente C2 acortando mucho su vida y generando calentamiento sobre sus contactos internos.

La solución de estos problemas nos lleva al circuito definitivo que veremos a continuación.

Circuito definitivo de una etapa de defexión clásica

En la figura siguiente  se puede observar el circuito básico de deflexión horizontal que forma parte de prácticamente todos los TVs actuales desde los de pantalla pequeña hasta los de 20″. En los TVs de pantalla mas grande el circuito es una variante de este, que tiene la posibilidad de modular el ancho, para evitar el llamado efecto almohadilla que es una deformación del barrido debido a la geometría del tubo que tiene una pantalla prácticamente plana. En realidad esta falla también se presenta en los tubos más chicos pero un cuidadoso diseño del yugo logra compensarla sin agregados electrónicos. Volveremos a tratar el tema de la etapa de salida con modulación mas adelante; por ahora debemos concentrarnos en la etapa de salida clásica para tubos chicos.

Fig.4 Circuito de salida horizontal clásico

Analicemos este circuito con detenimiento. Vemos que aparece un nuevo inductor L2. L1 era el yugo L2 es el fly-back, pero irreconocible porque lo hemos despojado de los bobinados auxiliares y del terciario de alta tensión solo dejamos el bobinado primario para simplificar el circuito. Por la parte superior del fly-back estamos alimentando al circuito. La inductancia del fly-back debe ser unas cuatro veces mayor que la del yugo.

El transistor llave está conectado con el emisor a masa que es lo ideal desde el punto de vista de la excitación pero complica la explicación de funcionamiento.

1. El transistor Q1 conduce durante el 70% del tiempo y esta abierto el 30% restante. 
2. Mientras está abierto la corriente de la fuente fluye por L2, carga al capacitor C2 y se deriva a masa por el yugo. 
3. En algunos ciclos C2 esta cargado al potencial de fuente (100V) y ya no fluyen componentes de baja frecuencia. 

El alumno puede imaginarse a C2 como si fuera una batería de 100V con el positivo hacia el fly-back. Luego veremos que en realida es algo mas que una batería pero por ahora piénselo como una batería. Si C2 es una batería podemos asegurar que la señal sobre el yugo es siempre 100V mas baja que en el colector de Q1.

1. Mientras Q1 conduce no hay ninguna duda de cómo es la señal sobre el: es nula. 
2. Luego Q1 se abre y comienza un intercambio de energía entre los dos inductores que tienen un campo magnético máximo y el capacitor de retrazado C1. C1 comienza a cargarse en forma senoidal hasta que llega a unos 800V. 
3. En ese momento los inductores perdieron todo su campo magnético y el capacitor adquirió su campo eléctrico máximo. 
4. Como el transistor sigue abierto el capacitor devuelve su energía a los inductores. Note que para el capacitor de retrazado los inductores están en paralelo porque C3 y C2 son un cortocircuito para la frecuencia horizontal.
5. Un instante después C1 está totalmente descargado pero los inductores volvieron a recuperar la energía del fin del trazado pero con signo invertido (campo magnético girado 90º). 
6. Si no existiera D1 la tensión sobre el capacitor de retrazado se invertiría y continuaría produciéndose una oscilación amortiguada hasta que se cierre nuevamente el transistor. Pero D1 no deja que la tensión de colector se reduzca más que 600 mV, momento en que conduce poniendo a los dos inductores totalmente llenos de energía en cortocircuito. 
7. Esta energía genera una corriente en diente de sierra que opera como principio del trazado. Esta corriente además carga levemente a C2. 
8. Cuando se termina la energía L2 intenta levantar la tensión de colector pero la base de Q1 ya tiene tensión de conducción desde un instante anterior y no lo permite, generándose la segunda parte del trazado con corriente de descarga de C2.

A continuación vamos a comprobar que sean ciertas algunas consideraciones que acabamos de realizar. Como por ejemplo que C2 es prácticamente una batería. Para ello basta con conectar los dos canales del osciloscopio sobre el colector de Q1 y sobre el yugo. 

Fig.5 Comparación de tensión sobre el yugo y sobre el colector

Podemos observar que durante el trazado prácticamente se cumple lo indicado; la diferencia entre las dos señales es de 100V en promedio aunque vemos que al principio y al final del trazado es de 50V y en el medio del trazado de 200. Si se aumenta el valor de C2 a por ejemplo 10 uF se consigue mantener el valor fijo en 100 V pero entonces se observa una falla en la pantalla, sobre todo si se usa una señal de prueba con forma de retícula.

Se observa que los cuadraditos centrales tienen menos ancho que los externos. Ese defecto es conocido como compresión central y es una falla geométrica que se produce porque la pantalla de TV tiene muy poca curvatura.

Se compensa provocando una distorsión del diente de sierra de corriente por el yugo llamada distorsión en “S” que se aprecia perfectamente en la figura.

Dos oscilogramas muy interesentes son los que se pueden observar en la figura siguiente en donde se observa el detalle cercano al cero de la señal de colector junto con la forma de señal de corriente por el diodo recuperador.

Fig.6 Corriente de recuperación comparada con tensión de colector

En rojo en la parte superior se observa la parte cercana al cero de la tensión de colector. Como vemos la tensión llega a un valor de una barrera negativa y comienza a conducir el diodo recuperador D1. En ese momento circula corriente por el diodo y se mantiene como un diente de sierra ascendente hasta que se termina la energía magnética acumulada en el yugo. En ese momento la señal de colector pasa a valores positivos y como la base ya tiene tensión de saturación comienza a circular corriente de colector que empalma perfectamente con la corriente de recuperación.

En la figura 7 se puede observar la señal de corriente de colector y de recuperación que es prácticamente imposible de observar en la realidad porque el diodo recuperador actualmente está incluido en el encapsulado del transistor.

Fig. 7 Oscilogramas de corriente de colector y de recuperación

No intente observar estos oscilogramas en la realidad porque el osciloscopio real tiene las conexiones de masa unidas entre si. Para observar el oscilograma de colector se debe construir una sonda de corriente para osciloscopio cuyos detalles veremos en este curso. En el oscilograma se observa que siempre existe una pequeña recuperación de corriente por el diodo colector-base del transistor que llega a masa pasando por el generador.

Aun nos queda por analizar la excitación del transistor comparada con la corriente de colector del mismo que realizamos en la figura 8.

Fig.8 Comparación entre la tensión de base y colector

Como se puede observar después que corta la tensión de saturación de base existe un hueco en la señal de corriente de colector que es el momento en que se produce el retrazado. En ese momento podemos decir que la etapa básica funciona en forma libre porque nadie toma ni entrega energía al circuito resonante formado por el yugo en paralelo con el fly-back y el capacitor de retrazado.

Sin embargo esto no es cierto en el circuito real porque durante ese tiempo se toma la energía para todos los circuitos auxiliares. Entre otros el mas importante es el circuito de alta tensión que a pesar de que solo toma 1 mA aproximadamente consume una gran energía debido a que genera unos 25 KV y el producto de 1 mA x 25 KV es igual a 25W que es un valor importante comparado con el consumo de todo el TV que es de unos 80W.

Luego del retrazado comienza la recuperación por lo que no hay corriente de colector. Antes de que termine la recuperación se establece la tensión de saturación de base pero sin corriente de colector porque la tensión de colector aun es negativa. Cuando se hace positiva comienza a circular corriente de colector.

Solo falta analizar un oscilograma que es el de corriente en el capacitor de retrazado y que analizamos en la figura siguiente.

Fig.9 Forma de señal de corriente por el capacitor de retrazado

Como se puede observar el capacitor de retrazado solo está activo mientras la tensión de colector hace la excursión positiva. En ese momento se observa que se produce una señal de corriente desfasada 90º con respecto a la tensión de colector como corresponde a todo capacitor ideal.

Reparaciones en la etapa de salida básica

Un reparador debe saber reparar esta etapa básica prácticamente sin pensar, debe tener una clara idea de su funcionamiento porque es una de las etapas que mas falla. Y debe tener posibilidades de probar una etapa real sin hacer uso de la excitación propia del TV para trabajar verificando todo con el tiempo suficiente. Los TV actuales poseen protecciones que nos obligan realizar mediciones que duren alrededor de un segundo y eso puede ser útil para reparar una falla grosera; pero para aquellos equipos con una falla que quema el transistor en algunos segundos o varias horas y aun aquellos que pueden funcionar un par de meses requiere una prueba minuciosa que demora sus buenas horas de trabajo.

Como siempre en este curso vamos a indicarle al reparador como armar una etapa de prueba completa que reemplace al oscilador horizontal y el driver. Con ellas Ud. podrá tener en funcionamiento la “etapa de salida fallada” por todo el tiempo que desee. Inclusive hay algunas deflexiones modernas de Philips cuyo método de reparación requiere indefectiblemente este dispositivo.

Fabricación de instrumentos

Demás está decir que el osciloscopio es una herramienta imprescindible a la hora de reparar una etapa de deflexión con alguna falla límite; de esas que provocan calentamiento progresivo del transistor. Pero en esta etapa las tensiones de colector bordean los 1.000 V y las puntas de prueba divisoras por 10 de la mayoría de los osciloscopios de marca son precisamente de 1.000V. Otros son de 800V y encontramos puntas que se venden comercialmente de solo 600V. Si no se quiere quedar sin punta y tal vez sin osciloscopio lo más recomendable es fabricar en forma casera una punta divisora por 100 de 2 KV que aprenderá a fabricar en este curso. Y por último aun el osciloscopio más ostentoso viene sin puntas de corriente. Y el mejor método de reparación para casos límites consiste en medir la corriente de colector y de base del transistor de salida. Nosotros le enseñaremos a construir una punta de corriente para osciloscopio.

Y para los que no tienen osciloscopio nuestra recomendación es que estén atentos a nuestro curso porque siempre que indiquemos una medición con osciloscopio vamos a indicar una medición sustituta construyendo alguna sonda especial o algún circuito de medición como un medidor de tensión de saturación del driver.

El fly-back alimenta nada más y nada menos que el filamento del tubo. Muchas veces el reparador debe realizar algún reemplazo de componentes por no conseguir los componentes originales; y siempre le queda una pregunta ¿La tensión de filamento habrá quedado bien? Para medir la tensión de filamento con exactitud no sirven ningún tipo de tester de los habituales en nuestro taller; se requiere un tester digital de “verdadero valor eficaz” (true RMS en Inglés) y valen muy caros para realizar una única función. Nosotros le enseñaremos a medir la tensión de filamento con el S-Evariac con total precisión.

Por último me queda por comentar un dispositivo muy simple pero excelente para detectar fallas en la deflexión horizontal. El fly-back y yugo simulado que le permite descubrir por reemplazo, cuando esos componentes están dañados.

Como el lector puede observar las próximas entregas van a ponerse lindas porque entramos en la parte eminentemente práctica del curso y en la etapa que mas falla.

Conclusiones

En esta entrega le cobré el peaje. Fue una entrega casi totalmente teórica pero créame que imprescindible para las siguientes entregas practicas. Estoy seguro que algún lector dirá: “tanto lío y al final siempre se trata de un transistor quemado”, lo cambio y listo, que me importa porque se quemó. Y posiblemente esa respuesta sea la correcta para los lectores de este curso que viven en el primer mundo. Pero si Ud. vive en America de habla Hispana sabe muy bien que los repuestos que llegan por sus pagos suelen ser de mala calidad. ¿Ud. cree que los fabricantes de transistores económicos tiran su descarte de producción porque no cumple con algún parámetro? No, lo dejan sin el logo pero lo venden y terminan por America y África con precio de oferta.

Es decir que por aquí no solo hay que reparar (en el sentido de encontrar el componente dañado) sino que hay que sufrir para encontrar un componente que reemplace al original aunque tengan el mismo código marcado en el encapsulado.

También encontramos evidentes intensiones de cometer un delito, en algunos componentes que tiene un encapsulado perfecto pero un chip con la mitad del tamaño original. Y en este caso de imitaciones fraudulentas, el encapsulado tiene todas las características del original y un logo muy bien logrado de una empresa conocida.

Mi método general de trabajo involucra una división por el tiempo que dura trabajando la etapa, antes de quemar al transistor de deflexión horizontal. Yo divido los problemas en Transistores que se queman en unos 10 segundos o menos; los que duran varios minutos a varios días y aquellos que pueden funcionar durante varios meses.

En la próxima entrega vamos a comenzar a explicar como se repara una etapa de deflexión clásica que quema al transistor de salida como una consecuencia de otro componente dañado en la etapa.