22 Ajuste automático de blanco y circuitos cascodes
¿Qué señales entrega el jungla? R G B es seguramente la respuesta mas escuchada. -R -G y -B es una respuesta con muchos menos adeptos y (R-Y) (G-Y) y (B-Y) pierde por varias cabezas y -(R-Y), -(A-Y), -(B-Y) no figura casi entre las respuestas; y agregar Y o -Y parece que estuviera penado por la ley. En realidad todas las respuestas son correctas pero considerando que si se utiliza la excitación por diferencia de color siempre se debe enviar Y o -Y a la plaqueta del tubo.
¿Por qué algunos fabricantes prefieren señales directas de color y otros señales diferencia de color?
Porque en este último caso no se requiere circuitos de gran ancho de banda en la salida del jungla. Solo los circuitos de Y requieren ancho de banda completo de 6 MHz aproximadamente. Pero en el momento actual la técnica de fabricación de circuito integrados de video esta tan desarrollada con los monitores y los HDTV que el incremento de costo no es apreciable y entonces se recurre a aplicar señales directas.
Hace ya mucho tiempo Sony comenzó a utilizar unos circuitos llamados de ajuste automático de blanco que compensan automáticamente el agotamiento progresivo del TRC. Una vez que el equipo fue ajustado en fábrica para que genere el blanco standard el jungla se encarga de modificar las características de las señales de salida para mantener las corrientes ajustadas originalmente.
Estos circuitos son muy buenos para mantener una imagen impecable durante toda la vida útil del tubo. Pero en la América no aceptamos que un TV pueda durar de 3 a 5 años. Pretendemos que funcione por 25 años aunque los colores no sea perfectos (en el laboratorio del autor se arreglan todos los días TVs de la época en que comenzó la TV color en Argentina que fue en el año 1980). En estos casos seguramente se debe recuperar el tubo y el circuito de ajuste automático de blanco no se lleva muy bien con los tubos recuperados. Por suerte es un circuito que comenzó a usarse en épocas mas recientes, por la mayoría de los fabricantes que utilizan tubos de cañón fino mucho mas susceptibles al agotamiento que los tubos de cañón normal o que los tubos de caño grueso del tipo Trinitrón.
Si el tubo se recupera por completo el ajuste automático funciona normalmente; pero si queda recuperado a medias entonces es necesario “engañarlo” y eso no es fácil porque no se puede hacer con un simple resistor. Hay que pensar y en muchos casos se debe realizar un circuito con un transistor y varios diodos y resistores. En fin que se debe trabajar con conocimiento de lo que se está haciendo.
Por último trataremos el problema de los circuitos cascode que utilizan muchos fabricantes como salida de color. El cascode se inventó originalmente para los sintonizadores de TV a válvulas de muy buena calidad y se siguió utilizando hasta nuestros días cuando se desea fabricar un amplificador con respuesta a muy alta frecuencia. Mientras los TVs solo debían reproducir 4 MHz con un transistor en emisor común alcanzaba. Pero ahora que deben reproducir 6 o 7 MHz con los equipos de definición mejorada (DVD por ejemplo) se deben recurrir a amplificadores especiales que incrementen el ancho de banda. En estos casos se recurre a amplificadores de color con dos transistores y con tres si tienen control automático de blanco.
Amplificadores de color del Sony Triniton KV2170B
En la figura 1 podemos observar el circuito del jungla y salida de R G B del Sony Trinitron sin el control automático de blanco para que el lector lo correlacione con el circuito estudiado hasta ahora.
Fig.1 Circuito del Sony KV2170B sin control automático de blanco
Como se puede observar se trata de un circuito idéntico al analizado en la lección anterior con una ganancia de 15.000/390 = 38 veces y una red de refuerzo en emisor que comienza a reforzar cerca del MHz. es difícil estimar o medir la frecuencia de corte superior porque para ello se requiere conocer la capacidad del tubo entrando por cátodo pero estimando 10 pF el Worbench nos permite calcular un corte en 8 MHz con un refuerzo máximo en 4 MHz. Como el lector puede observar el circuito es perfectamente funcional y solo se requiere conectar una fuente de 180V y de 9V para obtener las tensiones continuas que no están indicadas en el circuito. Los generadores de función se ajustaran en 2V pap de señal de 1 KHz con un offset de 3,5V para lograr que la tensión de colector de los transistores se ubique en la mitad de la tensión de fuente es decir 90V. Sintetizando los terminales de los transistores tienen una tensión de 2,9V en el emisor, 3,5V en la base y 90V en el colector con el offset de los generadores de función en 3,5V. Con esto desmistificamos la aseveración de que los laboratorios virtuales solo sirve para el diseño; no se para que fueron creados, pero yo los uso en la reparación ¿Y Ud. que espera para poner un worbench en su PC? No hay razón para no tener instalado uno.
En la figura 2 se puede observar el circuito completo en donde se agregaron los componentes correspondientes al control automático de blanco.
Fig.2 Salida de color con circuito de ajuste automático de blanco
¿Cómo llega la señal desde el colector de Q1 al cátodo?
- Ya no lo hace directamente, las tensiones en el tubo vienen desde la alta tensión del ánodo final que esta a 27 KV bajando al electrodo de enfoque a unos 8 KV para llegar al cátodo que esta a unos 60V y al colector de los transistores.
- Estos transistores conducen la corriente a masa generando mas brillo cuando menor es la tensión. Esto significa que la juntura de Q2 está polarizada en directa y el transistor conduce una corriente de colector beta veces mas grande que la corriente de base.
- Esa corriente se suma a la de Q4 y Q6 que terminan en la base de otro transistor PNP con su emisor conectado a los 9V y su colector a masa. Este transistor opera como sumador y repetidor de la tensión de base que termina en el emisor a una impedancia considerablemente baja.
- Ese emisor se conecta al circuito integrado jungla completando el circuito de ajuste automático de blanco.
Pero el ajuste no puede realizarse con las señales de video normales ya que entonces el ajuste dependería de la información promedio de cada color de la imagen. La pata 6 del conector llamada Ik en clara alusión a su proporcionalidad con la suma de las corrientes de cátodo no ingresa al integrado en todo momento a pesar de estar presente en la misma. En efecto, el CI tiene una llave controlada por tensión que solo deja pasar la señal cuando se genera una línea roja, verde, o azul en la salida correspondiente.
Algunos fabricantes ponen una línea roja como primer línea activa de un campo vertical; en el siguiente campo colocan una verde y el otro completan con una azul y así sucesivamente. Otros generan la primer línea roja, la segunda verde y la tercera azul. Otros generan una primer línea que tiene un tercio rojo, un tercio verde y un tercio azul. En realidad eso no tiene mayor importancia, lo que importa es que la muestra de corriente de cátodo corresponda con la señal colocada en la base.
Analizando las muestras el jungla sabe que señal debe modificar para estabilizar el blanco sobre la pantalla.
Ahora que conocemos el funcionamiento normal pensemos en como engañar al circuito. Lo primero que el reparador suele pensar es colocar una continua como señal de entrada pero el circuito espera una señal realimentada en su entrada y con un valor máximo coincidente con el pulso que sale hacia cada transistor. Como esto no ocurre suele cortar directamente los tres colores de salida pensando en una anormalidad.
Ahora analizaremos como debe ser la señal en la salida de R G y B y la entrada correspondiente por Ik. La corriente de cátodo es mayor cuanto menor sea la tensión de cátodo. Esto significa tensión de base alta para máximo brillo o excitación directa. Los pulsos de sincronismo del video deben estar hacia abajo en las salidas del jungla (infranegro). Hacia arriba estarán los blancos o mejor dicho los rojos, los verdes y los azules. El pulso de cada color debe estar hacia arriba en las salidas con duraciones de 21 uS en el sistema de línea tricolor y de 64 uS en los otros dos sistemas. Y deben seguir al pulso vertical ubicándose en la/las primeras línea/líneas activas.
El pulso de Ik debe también ser alto en esa condición, porque una mayor corriente de cátodo significa una mayor corriente de colector de los transistores sensores y una menor polarización de base de Q7 que esta conectado por su emisor a los 9V. Y esto implica una mayor tensión en su emisor y una señal Ik alta. Si realimentamos directamente desde la salida de cada color a Ik conseguiremos engañar al sistema anulando el ajuste automático de blanco.
El circuito de engaño
El circuito que nos permite engañar al sistema no es simple. Consta de 4 o 5 transistores y es necesario armarlo sobre un circuito impreso adecuado. Nuestra experiencia con los clientes de Sony trinitron es que están dispuesto a gastar todo el dinero necesario para volver a tener funcionando su TV. Pero aclaremos que el circuito es generico y sirve tanto para aparatos con Ik directa como para aquellos que la tienen invertidas. En el primer caso se debe agregar un transistor de salida extra para invertir el pulso.
Nota: los resistores 3360, 3338 y 3336 deben adecuarse a cada modelo particular de TV.
Fig. 3 Circuito simulador de tubo para receptores con ajuste automático de blanco que tienen el tubo con poca emisión
Nota 1: Los transistores pueden ser BC547B o C si se realiza un armado con componentes comunes
Nota 2: La señal R G B se puede seguir sacando de las patas 19, 20 y 21 como en el circuito original y utilizar los repetidores solo para el circuito de engaño.
Nota 3: este circuito puede ser utilizado para cualquier otro modelo de TV que tenga ajuste automático de blanco adecuando la polaridad del pulso de salida que va a la pata 24 mediante el inversor de la figura 4.
Fig.4 Inversor para circuito con pulso LK directo
El circuito tiene una operación muy sencilla. Se utilizan 3 repetidores para reducir la impedancia de salida de R G y B; luego se suman sus salidas por medio de tres diodos y se aplican a la base del 7360. Cuando llegan los pulsos de ajuste de R G o B el transistor 7360 conduce porque la base se levanta de masa y el transistor se satura generando un pulso negativo. Si su TV tiene Ik directa deberá agregar el inversor de la figura 4 para generar un pulso positivo en el colector.
Todo el sistema requiere un esmerado ajuste para cada caso particular por lo que le avisamos al lector que deberá trabajar mucho para ajustar el circuito adecuadamente.
Por eso las recomendaciones son medir la emisión de cada cañón con los resistores de 150K entre cada cátodo y masa. Insistir con la reactivación del tubo porque ese es el medio mas simple y rápido de resolver el problema y en última instancia si algún cañón quedo con mucha emisión se deberá realizar una compensación del circuito de medición conectando un resistor entre base y emisor de Q2, Q4 o Q6 (el que tiene mas emisión). Descartamos el reemplazo de los transistores de los cañones con baja emisión porque los mismos son muy especiales y difícilmente se consiguen transistores de mejor beta (son PNP para tensión mayor a 200V).
Los circuitos cascodes
Allí donde se requiera una respuesta en frecuencia elevada de un amplificador a transistor bipolar, aparece un problema difícil de resolver. La capacidad que físicamente existe entre el colector y la base se amplifica por un factor igual a la ganancia de tensión del amplificador entre la base y el colector.
Fig.5 Comparación entre un RC y la RTR
La figura es muy clara por si misma. La base de un transistor que tiene un capacitor interno CE de 3 pF se comporta igual que un capacitor de 900 pF a una frecuencia de 1 MHz. Ese capacitor equivalente fue estudiado por un científico llamado Miller en la época de las válvulas termoiónica. Su regla indica que si un amplificador gana 300 veces (como en nuestro caso) la capacidad física real existente entre el terminal de salida y el de entrada se ve multiplicada por 300 si se conecta como un capacitor equivalente a masa.
Y cuando se pretende construir amplificadores que cubran desde continua hasta 6 o 7 MHz esta capacidad equivalente es intolerable. Si se utiliza una disposición amplificadora diferente en donde se ingresa por emisor y se sale por colector con la base conectada a masa para las altas frecuencias la base realiza un efecto de blindaje entre la entrada y la salida permitiendo construir amplificadores de frecuencia muchos mayores.
Fig.6 Amplificador de alta frecuencia con un BC548
En la figura se observa como un BC548B que no es un transistor para altas frecuencias puede funcionar a 100 MHz aun con buena amplificación. Pero el circuito con entrada por emisor tiene un grave problema. Su resistencia de entrada es muy baja y por lo tanto no puede utilizarse en la práctica como amplificador de color. Por esa razón se invento el circuito cascode en donde se utiliza otro transistor como excitador del que realmente amplifica y que tiene la base a masa para la alterna.
Fig.7 Circuito cascode
Observe que este circuito tiene la misma ganancia que el anterior pero ahora la señal ingresa por la base de un transistor y por lo tanto a una relativamente alta impedancia. ¿Y Q2 no esta afectado por el efecto Miller? Lo está pero como su resistencia de carga es el transistor superior y es muy baja, tiene muy poca ganancia y su capacitor CB no se ve multiplicado.
En la figura 9. se puede observar un circuito clásico de salida de color tipo cascode sacado del TV HITACHI CPT-2992 del cual reproducimos solo un canal de color. Este circuito no solo nos va a permitir dar un ejemplo de cascode sino explicar el tema de la matrización final en los amplificadores de color ya que se trata de un amplificador cuyas entradas son de diferencia de color y luminancia.
Fig.8 Amplificador y matrizador de color tipo cascode del HITACHI CPT-2992
Este amplificador tiene dos tensiones de fuente. De 200V para los colectores y de 12V para las bases de los transistores superiores. Ambas fuentes tiene su filtrado propio incluyendo capacitores cerámicos electrolíticos y choques.
La polarización del circuito se realiza por las entradas de diferencias de color que tienen tanto una tensión alterna (señal) como una continua (ajuste de codo) controlada desde el control remoto por el modo service o en algunos chasis por un preset en la plaqueta principal. El ajuste de ganancia se realiza con presets en la placa del tubo (R7).
Este circuito está muy bien desarrollado para amplificar frecuencia de video muy elevadas debido a que el TV tiene entradas por componentes. El ancho de banda normal de 4 MHz hoy en día es histórico; este circuito particularmente posee un refuerzo de altas frecuencias que incrementa su banda pasante hasta cerca de 60 MHz.
Los componentes agregados para incrementar este ancho de banda son varios que pasamos a enumerar: C8 que colocado sobre todo el resistor de emisor (R6+R7) hace picar la respuesta en alta frecuencia por disminución de la impedancia de emisor y C7 que hace lo mismo pero conectado solo sobre R6.
La perdidas de respuesta por el capacitor de colector a masa de Q1 son compensadas por el pickig coil L1 que por efecto de resonancia paralelo incrementa la ganancia en alta frecuencia. Y por último la capacidad de entrada del tubo (indicada en línea de puntos) se hace resonar con el picking coil L2 reforzando también las altas frecuencias.
Los productos de HITACHI se caracterizan por su buen desempeño pero sobre todo por su bajo índice de fallas. El autor trabajo para esta firma y sabe que cada nuevo producto se sometía a una prueba de 10.000 flashovers antes de aprobarlo. De esa prueba surgen los componentes de protección que no son indispensables para el funcionamiento ya que solo operan cuando el tubo tiene un arco interno. Entre otros se destaca el diodo D1 que colocado entre el emisor y la base no permite que el emisor supere a la base por mas de 600 mV durante el arco. La misma función la cumple D2 que evita las tensiones inversas sobre la juntura base emisor. Un arco también produce pulsos positivos sobre la bases pero las mismas bases se transforman en un eficiente diodo de protección contra los pulsos positivos.
D1 y D2 protegen los transistores, pero quien evita que los pulsos se propaguen al jungla. Esa función la cumplen el zener D5 y la red R8 D3 y D4.
Un TV moderno debe tener la posibilidad de ajustar la temperatura de color del blanco entre por lo menos dos valores mediante el control remoto (blanco frio y blanco caliente). Para eso la plaqueta de tubo posee una entrada que va al micro (representado aquí por J1) que está a cargo hacer conducir o cortar a Q3 por medio de su polarización de base R10 y R9 con D6 como elemento de protección. Cuando Q3 conduce la tensión de colector de Q3 se levanta y D7 y R12 hacen conducir a Q4 que agrega el resistor R13 en paralelo con el resistor total de emisor del amplificador de color. Cada canal de color posee el equivalente a D7 R12 que de ese modo modifica la ganancia de cada amplificador y cambia levemente el ajuste de blanco. El componente que varia en cada amplificador es el equivalente a R13.
La matriz de color en la plaqueta del tubo
La señal aplicada a cada transistor, es la diferencia entre la aplicada al emisor y la aplicada a la base. En efecto al transistor no le interesa donde esta conectada la base y donde el emisor. El genera una corriente de colector que depende de la corriente de base y esta a su ves depende de la resistencia intrínseca de base; de la resistencia intrínseca de emisor y de la resistencia en serie con el emisor.
Si a la base se le aplica R-Y y al emisor se le aplica Y el transistor ve una señal igual (R-Y) – (-Y) es decir R-Y +Y = R. Y entonces genera una corriente de colector proporcional a la señal R.
Un caso particular ocurre cuando la señal Y es siempre igual a cero (un puente a masa). En este caso el amplificador es un simple amplificador R V A ya que los emisores de los tres canales de color quedan conectados a masa. De este modo estudiando un amplificador de diferencias de color estamos en realidad estudiando otro que puede no tener la entrada Y y es un amplificador R V A.
¿Tiene alguna ventaja trabajar con diferencias de color como señal de salida del jungla?
Si, la matriz del jungla prácticamente no existe. En efecto la emisora transmite R-Y y A-Y como modulación en cuadratura de la subportadora de color. Es decir que solo se debe realizar una matriz para obtener V-Y dentro del jungla. Pero en los tiempos actuales es tan económico fabricar circuitos integrados, que esa ventaja tecnológica ha sido dejada de lado y la mayoría de los TVs funcionan directamente con R V A.
Reparaciones en una etapa cascode con matriz
La cantidad de fallas que pueden producirse en una etapa de este tipo es por supuesto mayor a la de una etapa R V A. Pero las etapas son enteramente similares y el método de reparación es prácticamente el mismo.
Como dijimos en la lección anterior, la ausencia de un color o la presencia de del color pleno con líneas de retrazado, siempre lleva a medir directamente los componentes que probablemente se hallan dañados que son los transistores superiores e inferiores del cascode. Luego si dichos componentes medidos con un tester con betametro no están dañados se debe medir (sin retirarlos del circuito pero con el TV apagado y el conector de entrada desconectado) los diodos de protección D1 y D2 con el tester en función diodo. Si todos estos componentes están bien significa que tenemos que pensar y aplicar un método elaborado de trabajo.
La primer medición que debe realizarse es la tensión de base del transistor superior. Que es prácticamente de 12V; el circuito no indica este valor pero el circuito en Worbench es perfectamente funcional y al correrlo se pueden medir exactamente 12V. Luego en el emisor de Q1 se deben medir 600 mV menos es decir 5,4V.
La tensión de valor medio de colector del transistor superior debe ser de aproximadamente la mitad de tensión de fuente es decir 100V y eso se consigue cuando el valor medio de Y es de 500mV y el corrimiento offset del generador XFG2 es de 3.1V. No vamos a poner el resto de las tensiones continuas del circuito porque nuestra pretensión es que el lector corra el mismo en su PC. No existe ningún impedimento para que esto ocurra y estamos seguro que con el tiempo vamos a tener el agradecimiento de los mismos por obligarlos a utilizar una herramienta tan valiosa.
Si el amplificador está bien polarizado en CC es muy probable que también funcione bien con tensiones de señal. En la práctica aconsejamos utilizar una fuente de regulada de 0 a 30V como señal de color y otra fuente del mismo tipo como señal “Y” para independizar la plaqueta de tubo del circuito. La tensión de 200V y de 12V pueden ser obtenidas de una fuente EVARIAC si no desea utilizar las del propio equipo.
Es muy difícil que un cliente se queje porque su equipo no realiza la variación de la temperatura del blanco. Pero revisar todo el circuito puede llevar unos pocos minutos. Basta con realizar lo que indicamos en el circuito; usar una llave en lugar de la señal del micro y observar la saturación y el corte de Q3 y Q4 con el tester.
Conclusiones
Con este lección terminamos de analizar el camino de las señales de imagen desde el sintonizador hasta el TRC. Pero un TV es mucho mas que eso. Una imagen no puede desplegarse sobre un tubo sin los barridos del haz y los barridos debe estar sincronizados con el barrido de la cámara utilizada para crear la imagen de video. Por oro lado el tubo tiene mucho mas que tres cátodos y tres grillas de control y el resto de sus electrodos requieren tensiones especialmente altas que se generan en los circuitos de deflexión horizontal. Y además de todo esto un TV antiguo o modernos debe tener los circuitos de sonido que acompañen al video para tener una autentica sensación de presencia y comprensión de las imágenes.
En fin que aun queda mucho por recorrer y vamos a continuar en la próxima lección con los circuitos de sincronismo horizontal y vertical del TV desde los viejos sistemas de sincronismo analógico hasta los modernos por conteo.