30 Driver horizontal

La etapa de deflexión horizontal se debe analizar como un bloque completo. Está formada por:

  • 2 llaves digitales que deben pasar del corte a la saturación: transistor de salida y transistor driver. De la velocidad con que estas etapas cambian de estado depende el rendimiento del sistema. (Potencia de salida / potencia de entrada).
  • el transformador driver: un pequeño componente que forma parte de los TVs desde la época de los transistorizados de ByN.

El análisis detallado de la etapa de salida nos ayuda a entender el funcionamiento de la etapa driver completa que no es tan simple como los reparadores suelen suponer ya que tiene fallas fronterizas sumamente difícil de encontrar. Uuna etapa driver que funciona mal puede dañar a un transistor de salida luego de varios meses de funcionamiento. En una palabra es una bomba de tiempo adentro del TV.

¿Y que tenemos que hacer? Tenemos que aprender a reconocer cuando un transistor de salida está bien excitado, realizando algunas mediciones muy importantes antes de cambiar un transistor de salida quemado y decir el clásico: listo, a cobrar.

El estudio de la etapa driver vamos a encararlo en partes.  Suscríbase por correo electrónico o en su lector RSS  para que le notifiquemos cuando se publique una nueva lección de esta etapa.

El transformador driver

Un transformador es un componente inductivo y como tal capaz de acumular energía.

Si, un inductor puede acumular energía tanto como un capacitor, si diseñamos un circuito adecuado para ello. Este el caso de la etapa driver y como el lector observará a continuación, si tiene un conocimiento profundo sobre la etapa, no necesita mucho método de diagnóstico; un breve análisis y ya puede reparar un driver clásico.

Recordemos el carácter de un inductor.

  1. Cuando un inductor  se conecta a una fuente de tensión comienza a circular corriente por él. Es una corriente que va aumentando progresiva y linealmente (una rampa si el inductor es ideal).
  2. Al conectar el inductor a la fuente no se generan chispas porque la corriente inicial es nula.
  3. Cuando la corriente llega a un valor considerable (máximo campo magnético) lo desconectamos. La corriente debería reducirse a cero instantáneamente pero al carácter reactivo del inductor no le gusta que la corriente cambie de golpe y lo único que puede hacer es aumentar la tensión entre sus bornes para que salte un arco y hacer que siga circulando la misma corriente anterior a la apertura del circuito, aunque sea por el aire.
  4. Un tiempo después y cuando se agote la energía del campo magnético, la chispa se reduce y se extingue. Observe que ésta es una chispa de tensión, es azulada con forma de rayo y se produce cuando el terminal se desconecta saltando por el aire. Se diferencia de una chispa de corriente porque esta es rojiza y ocurre cuando el componente se conecta y si es fuerte, suele fusionar material del terminal.

En la figura 1 dibujamos un circuito conocido, porque es similar al usado para explicar el funcionamiento de la etapa de salida horizontal. Pero comprender su funcionamiento y realizar algunos cálculos sobre el, es tan importante que prefiero pecar de insistente. Trate de entenderlo, porque se usa en etapas de deflexión horizontal y vertical, fuentes pulsadas, Plasmas, etc.

Fig.1 Circulación de corriente por un inductor

Fig.1 Circulación de corriente por un inductor

Como se puede observar, la corriente aumenta lentamente luego que se cierra la llave y en el término de 1 segundo, llega a un valor de 1 A para una fuente es de 1V y un inductor es de 1 Hy (si la llave se deja cerrada por mas tiempo el valor final aumenta linealmente).

  • Si el inductor fuera de 100 mHy, la corriente aumentaría hasta 10A en 1 segundo.
  • Si volvemos a conectar el inductor de 1 Hy, pero aumentamos la fuente a 10V, la corriente final también es de 10A en un segundo.
  • Si el circuito fuera real, el inductor tendrá una resistencia que limitará la corriente final en forma resistiva, de acuerdo a la ley de Ohm.

Por ejemplo si reemplazamos el resistor de 1 mOhms por otro de 1 Ohms, este limitará la corriente a un valor dado por I = V/R = 1V/1Ohm = 1 A . Ahora la corriente no crece hasta el infinito. Se limita a este valor y entonces la variación no es lineal sino exponencial.

Fig.2 Crecimiento exponencial con R= 1 Ohm

Fig.2 Crecimiento exponencial con R= 1 Ohm

Sin embargo, si tomamos la variación en un periodo corto será perfectamente lineal y en nuestro caso con una pendiente inicial de 1 A/S.

Vuelva a observar la curva de la figura 1 pero ahora prestando atención a la variación de la tensión sobre el inductor.

Cuando cerramos el pulsador la tensión sobre el inductor es de 1V ya que aplicamos la tensión de fuente sobre el inductor. La corriente crece suavemente y cuando tiene un valor considerable soltamos el pulsador. En ese momento el inductor reacciona y genera una elevada tensión negativa cuyo nombre es fuerza contra electromotriz. En nuestro caso se pasa de escala. Pero cambiando la escala del gráfico, observaremos que llega a un valor de unos 700 MV (700 millones de voltios). Este valor es algo dependiente del resistor en serie con el inductor. Si se lo lleva a un 1 Ohm llega a 500 MV. En realidad este pico de tensión depende de otras características del inductor que habitualmente no tomamos en cuenta como la capacidad distribuida y las fugas de esa capacidad distribuida. Es decir que aunque pretendamos construir un inductor extremadamente puro siempre tendrá un pequeño capacitor en paralelo.

¿Porque le damos tanta importancia a un inductor, si lo que vamos a estudiar es un transformador? Porque un transformador es un inductor con un bobinado extra: el primario, no pierde su característica de inductor. En la figura 3 observamos un transformador driver y su circuito de prueba y de carga.

Fig. 3 Etapa driver de prueba con carga a diodo

Fig. 3 Etapa driver de prueba con carga a diodo

El transistor Q1 es nuestra llave a transistor y el generador XFG1 representa a la etapa jungla del TV, que tiene una tensión de salida igual a la tensión de fuente del jungla sin carga, o con una resistencia serie de unos 100 Ohms. Esa señal es de tipo rectangular con un periodo de actividad del orden del 40 %.

Mientras Q1 se encuentra conduciendo circula una corriente creciente por el primario del transformador. Cuando esa corriente llega a un valor considerable la señal del jungla se corta y el transistor Q1 también. La energía magnética que hasta ese momento estaba creciendo se encuentra acumulada en el núcleo y ya no tiene posibilidad de circular por el primario e invierte su tensión en el secundario, encontrando la posibilidad de impulsar corriente por D1 y R2 que representan a nuestra carga (base-emisor del transistor de salida horizontal y resistor sensor de corriente).

Según como se conecta el transformador se puede lograr que Q1 y D1 conduzcan al mismo tiempo o lo hagan alternativamente. Esto tiene una importante razón de ser. En principio si los bobinados se conectaran con la fase invertida, cuando Q1 se corta no hay posibilidad de que circule corriente por el secundario. Se generará una sobretensión sobre el primario que si no se reduce de algún modo quema el transistor llave.

Con la fase bien elegida, la energía acumulada en el primario se transfiere al secundario que es lo deseado. Además siempre conviene que exista un dispositivo conduciendo en todo momento para que el sistema este permanentemente en “baja impedancia” y de ese modo evita captaciones de señales irradiadas que produzcan cambios de estado en momentos peligrosos para la vida de los transistores driver o de salida. Con la fase elegida, si no conduce Q1 conduce D1 y siempre hay una baja impedancia en el circuito.

Un transformador es un dispositivo que transfiere energía del primario al secundario y lo hace modificando las características de esa energía.

En nuestro caso usamos un transformador con una relación 15:1 es decir que si ponemos 15V en el primario obtendremos 1 V en el secundario. Esto significa, por otro lado, que la corriente del secundario será 15 veces más alta que la de primario para que se mantenga la transferencia de energía. Para que toda la energía se transmita debemos asegurarnos que todo el campo generado por el primario pasa por el interior del secundario sin que se pierda una sola línea de fuerza. Esto es imposible de lograr y en la práctica siempre habrá una pequeña parte del campo magnético del primario que no atraviesa el secundario.

Esa anomalía se puede representar como un inductor en serie con el primario del transformador que se llama inductancia de dispersión del transformador y que es mayor cuando mas imperfecto es el transformador (cuando su núcleo es menos permeable o es de aire o una combinación de aire y hierro).

Cuando dijimos: cuando el transistor se corta, toda la energía del primario se transfiere al secundario, no tuvimos en cuenta la energía acumulada en la inductancia de dispersión. La energía acumulada en la inductancia de dispersión genera pulsos sobre el primario que en nuestro caso son eliminados con el filtro R3 C1. En caso contrario se puede quemar el transistor Q1.

Cuando el transistor se corta, la energía acumulada en el primario se transfiere al secundario, en tanto que la energía acumulada en la inductancia de dispersión se disipa en la resistencia de la red R3 C1. El capacitor C2 (que no está en todos los TVs) cumple funciones anti irradiación reduciendo la velocidad de variación de la tensión de colector (suaviza los flancos de la señal). Su ausencia puede provocar una línea vertical de interferencia sobre la pantalla (a un tercio del principio del trazado aproximadamente) con señales débiles de antena.

Por lo general la tensión disponible para alimentar a la etapa es la misma que alimenta a la salida horizontal (90 a 130V aproximadamente). Esto significa que este circuito debe ser completado con una resistencia reductora de tensión de fuente. En principio parecería que con cambiar la relación de espiras del transformador se podría usar cualquier tensión de fuente y de hecho es así. Pero dada la carga a transformador, el colector siempre llega a tensiones altas. Con 50 V de fuente, se llega a valores de orden de los 80 V de pico en el colector y eso significa que cualquier transistor de audio puede funcionar correctamente. En cambio si se utiliza una fuente de 130 V se llega a valores del orden de los 240V y entonces se requieren transistores especiales que soporten por lo menos 300V.

Reemplazo de transformadores drivers

Cuando tenga que reemplazar un driver, es conveniente trabajar con cuidado para no quemar el transistor de salida en la prueba. Todo lo que se pueda medir sin hacer funcionar al transistor de salida debe medirse. En general uno se encuentra con más de un transformador en el taller y debe elegir el más adecuado.

Si tiene otro TV igual al fallado ya tiene una gran ventaja porque puede medirle los parámetros más importantes que son las inductancias y la relación de transformación.

  1. primero la inductancia del primario con el secundario abierto (LPo)
  2. después la inductancia del secundario con el primario abierto (LSo)
  3. finalmente la inductancia de primario con el secundario en cortocircuito (LPc)

Las dos primeras mediciones permiten calcular la relación de transformación en forma indirecta. Desconecte el transformador del aparato igual al original; mida las tres inductancias y anótelas en un papel. Haga lo mismo con los transformadores disponibles para el reemplazo y calcule las relaciones de transformación con la siguiente formula:

N= √ LPo/LSo

Las inductancias de primario y secundario pueden ser distintas al original sin mayores problemas; pero la relación de transformación debe ser lo mas similar posible, porque en caso contrario varia la corriente de excitación del transistor de salida y hay que compensarlo variando la tensión de fuente.

¿Y si no tengo ningún transformador igual para medir?

Debe alimentar la etapa driver sin alimentar la salida, de modo que no se pueda quemar el transistor. La solución es muy simple:

  1. Desconecte la alimentación al fly-back desoldando la pata de fuente; simplemente vaciando de soldadura la isla y separando el terminal de los bordes.
  2. Ahora si puede conectar el TV que el transistor no se va a quemar. Es evidente que se requiere la colaboración del jungla para que alimente al driver en forma continua y no se corte en unos segundos, porque reconoce una falla de horizontal.
  3. Si se corta tiene dos opciones.
    • La primera es buscar la pata de +B HOR y alimentarla con una fuente externa.
    • La segunda es usar un generador construido con un 555.

Ahora hay que analizar la forma de señal en la base del transistor de salida, pero no la forma de tensión que no tiene mayor importancia, sino la forma de la corriente para ver si puede excitar al transistor de salida horizontal. Hay que tener en cuenta que cuando no esta conectado el colector, la corriente de base es siempre mas alta.

Deberíamos medir una corriente directa del orden de los 800 mA al final del trazado, para estar seguro de poder probar al TV con el colector conectado. En la figura 4 se puede observar el circuito y el oscilograma correspondiente donde está indicado el punto donde la corriente de colector es máxima. Observe que en este caso se agregó un resistor de 100 mOhms para tomar una muestra de corriente por si el reparador no tiene construida su punta de corriente para el osciloscopio.

Fig.4 Medición segura de un reemplazo de driver horizontal

Fig.4 Medición segura de un reemplazo de driver horizontal

El marcador azul esta colocado como para señalar el momento en que se corta la corriente por el transistor, que es el punto mas adecuado para la medición. En este caso la ventana debajo del oscilograma nos indica una tensión medida sobre el resistor R2 de 81mV lo que significa que la corriente es de I = 81mV/100mOhms = 0,81A o 810 mA.

El otro dato que debemos analizar es la relación de fase entre la tensión de colector y la corriente de base, es decir si el transformador a colocar tiene la fase correcta o debemos invertir el secundario para que los transistores driver y salida estén funcionando en forma alternativa. Un error en la fase implica probablemente que se queme el transistor de salida. Y si no se quema y el reparador trabajó por cambio directo sin desconectar el colector, se va a llevar una sorpresa cuando observe que la imagen aparece con la barra negra del borrado horizontal en el centro de la pantalla. Es decir que se produce un desfasaje horizontal de 32 uS (medio H).

En la figura 5  se puede observar que ocurre en nuestro circuito cuando se invierte el secundario.

Fig.6 Oscilogramas con la fase del driver invertida

Fig.5 Oscilogramas con la fase del driver invertida

Lo mas evidente del oscilograma es el error de fase pero también se puede observar que la corriente de base se incrementa en valor pero se reduce su tiempo de actividad de modo que el transistor no va estar conduciendo cuando se termine la energía por el yugo. Esto genera una suba de tensión a un tercio del comienzo del barrido que es lo que puede quemar al transistor.

Modificaciones de circuito

¿Y si no encuentro un transformador adecuado? Entonces hay que modificar el circuito para que funcione con el transformador que supimos conseguir. A veces no es posible pero en la mayoría de los casos se puede hacer mucho sabiendo como se adapta un transformador.

Lo primero que se debe hacer es determinar cual es la falla del transformador con el colector levantado.

Si el problema es un exceso de corriente directa la falla es fácil de solucionar. Ahora trabaje con el colector del transistor de salida conectado. No hay riesgo porque el transistor no se puede quemar por exceso de corriente de base: a lo sumo puede calentar más de lo normal, pero no hace falta mucho tiempo para comprobar el funcionamiento general de la etapa completa y corregir la excitación.

Ud debe medir la corriente de colector y aquí no se salva de fabricar la punta de corriente para el osciloscopio porque la corriente hay que tomarla con el osciloscopio conectado al colector y dejar que el gabinete del osciloscopio fluctúe entre 0 y 800V es un peligro y además la forma de señal se va a ver afectada por la capacidad parasita.

Sin embargo, el Multisim 9.1 permite realizar la medición sin inconvenientes. En realidad el Multisim 10 tiene una sonda de corriente, pero no lo queremos usar por todos los lectores que ya tienen el 9.1 (que no tiene sonda de corriente).

En la figura 6 se puede observar un circuito armado en Multisim 9.1 que nos va a permitir medir las corrientes de colector y base con el agregado de resistores en serie.

Fig.6 Etapa de salida horizontal con driver

Fig.6 Etapa de salida horizontal con driver

En principio observe que el transistor que utilizamos para el horizontal es un transistor virtual, porque lamentablemente el Multisim no tiene transistores de salida horizontal. El transistor ideal tiene dos cosas que deben ser modificadas para que responda de un modo similar a uno real: el beta y el circuito de base. Para modificar el beta hay que seleccionar el transistor picando dos veces con el botón de la izquierda y luego seleccionar Edit Model. Para que aparezca el programa de parámetros que podemos observar en la figura 7.

Fig.7 Parámetros del transistor ideal

Fig.7 Parámetros del transistor ideal

En el segundo renglón está precisamente el beta que originalmente es de 100 y fue cambiado a 10. También se puede cambiar la capacidad de entrada pero en nuestro caso preferimos agregar una red R7 C7 equivalente a la misma y rodear todo aquello que no corresponde al circuito real con una línea punteada.

Este circuito no esta completo todavía; observe que hay un a fuente V2 de 30V que alimenta el driver. En el circuito real el driver se alimenta desde la misma tensión de fuente horizontal con el agregado de un capacitor y un inductor que reducen la tensión.

Dentro del rectángulo del transistor simulado, agregamos dos resistores shunt o sensores de corriente indicados como R1 y R6. Sobre R1 (que puede ser agregado realmente en un circuito) se mide la corriente de base o mejor dicho de retorno del bobinado de base que son iguales (salvo que el oscilograma aparece invertido).

R6 fue agregada para indicar el punto donde debe medirse y conectar allí el osciloscopio virtual pero recuerde que no se puede conectar el osciloscopio real. XFG1 es un generador de funciones que reemplaza al jungla y está predispuesto a 15.625 KHz  con una tensión de 2V de pico.

Para comenzar a probar el circuito podemos elegir los oscilogramas de corriente de colector y de base en una pantalla y los oscilogramas de señal del jungla y de tensión de colector en otra.

A la derecha en verde se puede observar la señal de retrazado con su forma perfecta y su amplitud de 800V de pico y abajo en rojo la señal del jungla que tomamos como referencia.

A la izquierda se observa en verde la corriente de colector que prácticamente llega a 4 A (400mV/100mOhms) y abajo en rojo la corriente de base con amplitud al final del trazado (marcador 1) de aproximadamente 600 mA. Como se puede observar con un beta de 10 en el transistor de salida, existe un sobrante de portadores en la base que garantizan la saturación del transistor. Es mas se puede calcular que el circuito permite usar transistores con un beta de 4A/0,6A = 6,6 que suele se el mínimo beta permitido en una partida normal.

Fig.8 Oscilograma de la salida horizontal y el driver

Fig.8 Oscilograma de la salida horizontal y el driver

El marcador 1 (rojo) fue colocado en el comienzo de retrazado y el marcador 2 (azul) en el comienzo de la corriente de colector. Observe que tanto la corriente de base como la de colector tienen la polaridad invertida. Para que el osciloscopio siempre este conectado a masa o a hacia fuente.

Por razones de espacio vamos a dejar las explicaciones en este punto pero en la próxima entrega vamos a retomar el tema para completarlo explicando como se reduce la tensión de fuente de la salida, para alimentar el driver y como se puede ajustar la corriente de base en caso de ser necesario.

Conclusiones

La etapa de deflexión horizontal es una de las etapas que mas fallas genera después de la fuente. Casi me animaría a decir que un reparador que domine estas dos secciones y no sepa nada del resto del TV puede ejercer su profesión ya que podrá reparar el 80% de los casos aproximadamente.

Por esta razón estamos tratando el tema con la mayor profundidad y usando laboratorios virtuales para luego poder realizar práctica de reparación a distancia. Por eso le pedimos nuevamente que instale un Multisim  para no quedarse afuera de esta experiencia.

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59 Opiniones de los alumnos

  • chumsal
    COLOMBIA 25/8/2012 22:55

    muchisimas gracias ingeniero picerno, por develar estos c onocimientos que dios lo colme de mucha mas sabiduria.

  • LUIS JOSE ROJAS
    VENEZUELA 5/1/2013 15:58

    una vez mas lo felicito ingeniero que dios lo bendiga a usted y a todos los lectores de este curso tan especial mil gracias

  • jeffry
    COSTA RICA 26/7/2013 12:30

    que sucede si este transistor falla?

  • Rodolfo Duran
    ARGENTINA 19/1/2014 23:26

    muchas gracias ingeniero sus explicaciones son de mucha ayuda

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