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Sincronía, salida vertical y horizontal (base de tiempo) en monitores




Algunos conceptos

Antes veamos algunas cosas básicas, en un televisor como se vio en capítulos anteriores la etapa de salida horizontal esta conformada por un oscilador, el cual es sincronizado por los pulsos de sincronía horizontal provenientes de la señal enviada por la televisora, una etapa preamplificadora  conocida comúnmente como drive horizontal, y una etapa final de potencia llamada salida horizontal, la cual excitara el transformador generador de extra alta tensión conocido como fly back así como a las bobinas de deflexión horizontal el cual generara el barrido sobre la pantalla.

En un monitor ocurre lo mismo salvo por algunas diferencias:

En un TV la sincronía es fija solo dependiendo por el tipo de norma de la transmisión, NTSC o PAL, en México se usa el sistema NTSC con una frecuencia horizontal de 15750 Cps. Y 60 Cps para el barrido vertical, dicha relación sale de multiplicar el No., de líneas del barrido horizontal por cuadros por segundo lo que seria 525 líneas X 30 cuadros por segundo tenemos 15750 Cps que es la frecuencia de barrido horizontal, el barrido es entrelazado lo que significa que cada cuadro esta compuesto por dos campos, no ahondaremos mas en este tema pero es importante que comprenda esto, a esta forma de barrido se le llama entrelazado o sea un cuadro esta compuesto por 2 campos.

Los viejos monitores monocromáticos y de color tenían esta misma resolución de barrido salvo que el sistema de escaneo sobre la pantalla es progresivo, esto es que en televisión se barren 60 campos p/s  con un barrido de 262.5 líneas o 30 cuadros por segundo, en el monitor se barren 60 cuadros con 525 líneas por segundo con lo que la imagen alcanza una mayor definición, para lograr esto se elevo al doble la frecuencia horizontal, con lo que resulta 525 líneas por 60 cuadros = a una frecuencia horizontal de 31.500 Cps o 31.5 Khz.., esto es una resolución de pantalla de 640 X 480.

Este estándar de barrido aun se sigue aplicando a los monitores modernos de color, salvo que las frecuencias de barrido horizontal y vertical se han elevado mejorando la resolución de pantalla,  en la tabla siguiente vemos las diferentes resoluciones y frecuencias de barrido.

res

Con lo visto en la tabla anterior tenemos  las  frecuencias promedio de barrido horizontal y vertical

scan

Cabe mencionar que actualmente existen monitores con una resolución mayor de 1024 X 768  con lo cual trabajan a mayores frecuencias que las mencionadas.

Esto es importante ya que dependiendo de la marca y resolución del monitor bajo reparación serán las frecuencias de trabajo, debe ser cuidadoso para evitar tener supuestas fallas motivadas por una incorrecta configuración de las frecuencias de trabajo, por ejemplo un monitor que soporte una resolución máxima de 800 X 600 si por error le aplicara una  resolución de 1024 X 768 la imagen se vería con fuerte perdida de sincronía, amen del rápido recalentamiento del transistor de salida horizontal con su probable destrucción.

La PC a través del conector DB15 entregara al monitor las señales de RGB las cuales ingresaran directamente al circuito procesador de video y sincronismos, así como las señales de sincronía horizontal y vertical,  las cuales ingresan por los terminal 13 y 14 respectivamente del conector DB15, ingresando al circuito microcontrolador, el cual reconocerá la polaridad de los pulsos de sincronía así como el tipo de resolución seleccionada por el usuario, el cual las procesara para entregarlas al circuito de video y sincronismos para una correcta generación de la frecuencia horizontal así como vertical,  en monitores que usan memoria eeprom y control de Serial data y serial cklok el control es precisamente por el bus de datos (I2C), en monitores mas viejos los sincronismos ingresan a circuitos integrados del tipo flip flop para procesarles  y adecuarlas para el integrado de sincronismos, antes de continuar en la siguiente tabla vemos que los pulsos de sincronismo son digitales del tipo TTL, y que pueden ser tanto positivos como negativos, esto varia de acuerdo a la marca y tipos de resolución  del monitor.

sinc
El integrado procesador de video y sincronismo entregara la señal de RGB a sus respectivos circuitos de amplificación finales, así como los pulsos de sincronía vertical y horizontal (amplificados y procesados) a los respectivos circuitos osciladores, con lo que controlara la frecuencia del circuito oscilador horizontal y vertical,  veamos en el circuito a bloques del diagrama 1  analícelo antes de continuar, las flechas indican el flujo de la señal.
def-h

La mayoría de monitores cuando están desconectados del CPU encenderán arrancando la salida horizontal, en este caso la frecuencia  del oscilador horizontal será de aproximadamente los 31.5 Khz. La oscilación horizontal será acoplada a la base del transistor drive horizontal para su amplificación, el acoplamiento del drive hacia la base del transistor de salida horizontal siempre es un pequeño transformador el cual puede ser de núcleo laminado o del tipo de ferrita, siendo los de ferrita los predominantes por ser mas manejables a altas frecuencias, además de proveer aislamiento completo de la sección del drive con la de salida de potencia.

Al ser excitada la base del transistor de salida horizontal este conmuta cerrando su resistencia interna (C/E) a unos cuantos ohmios (dependiendo del tipo de transistor) cargando en ese instante el transformador fly back, al decaer el pulso de excitación el transistor eleva rápidamente su resistencia interna momento en que el fly back invierte su campo magnético transmitiendo su carga almacenada a los embobinados secundarios, los cuales están calculados para entregar la extra alta tensión, para alimentar el ánodo del TRC., la tensión de G2 y G1 así como la tensión de enfoque, (para cinescopios mayores de 15 pulgadas normalmente entregan 2 líneas de alimentación para enfoque), es importante que la excitación de la base del Tr. de salida horizontal sea la adecuada, muchos problemas de temperatura se deben por la mala excitación que entregue la etapa drive aunado a la mala calidad de los componentes, reduzcamos a unas cuantas líneas lo hablado, decíamos: pero antes veamos las conexiones correspondientes en la siguiente tabla y téngala en cuenta para los futuros capítulos.

pinconect

El  monitor recoge los pulsos de RGB., (terminales 1, 2, 3) los cuales son recibidos por el circuito integrado de video y sincronismos, los pulsos de sincronismo horizontal (terminal 13) y vertical (terminal 14), los cuales son enviados al microcontrolador

El microcontrolador interpreta a través de los sincronismos la polaridad y resolución seleccionados en el PC., estos son entregados al circuito procesador de video y sincronismos para ser procesados y aplicados a sus respectivos circuitos osciladores (también llamada base de tiempo)

El oscilador horizontal así como vertical ajusta su frecuencia de acuerdo a los pulsos entregados por el procesador de video y sincronismos

Los osciladores de horizontal y vertical entregaran los pulsos a sus respectivos circuitos para ser adecuados en amplitud y potencia

Y finalmente estos serán recibidos por la etapa de potencia final

La etapa horizontal de potencia excitara al transformador fly back y al yugo de convergencia, la vertical excitara su respectiva sección del yugo, esta etapa siempre será dependiente de su alimentación (B+) directamente del flyback, ya sea solo tensión positiva o fuente simétrica (positivo, tierra común y negativo) y su funcionamiento y circuito son prácticamente igual a los de TV

En monitores mayores a 15 pulgadas puede haber circuitos separados para la alimentación del flyback así como para la alimentación del yugo (generación de alta tensión y generación de barrido)

Otra diferencia con la etapa de salida  horizontal de tv es que en un monitor la alimentación del bobinado primario del fly back tiene alimentación variable, esto es de acuerdo a la resolución en que este trabajando el monitor, veamos el diagrama 2, esta etapa tiene varios nombres, como fuente de alta, fuente secundaria, fuente reforzada, B+ reforzado etc.

fte_ref

La fuente principal de B+ entrega entre unos 60v a 95v dependiendo del modelo, en modelos mas viejos como los Acer  la tensión regulad de B+ es mas alta por lo tanto la fuente reforzada en ves de aumentar la tensión la disminuirá, esta tensión es aplicada a un auto transformador,  esta bobina porque así esta representada en los diagramas esquemáticos  es de alta reactancia, capas de mantener en su entrada la tensión del B+ regulado y en su salida generar un menor o mayor voltaje, según sea la tensión de entrada, como sucede esto, como puede ver en la Fig.2  y creo que ya lo adivino se trata de una fuente conmutada modulada por ancho de pulso, su funcionamiento es de la siguiente manera:

Recuerde, la bobina siempre en su entrada tendrá la tensión del B+
Del circuito procesador de sincronismos sale una señal que dependerá de la resolución en que este el monitor, el cual determinara la frecuencia del circuito oscilador, y con esto la frecuencia del dispositivo conmutador, cuando el conmutador cierra la bobina se carga, al abrirse el conmutador la bobina libera su energía la cual será rectificada y filtrada, así como la fuente principal es controlada por la salida horizontal, así mismo esta fuente es controlada por pulsos procedentes del fly back, y ya tenemos la tensión para alimentar la salida horizontal, los problemas que genera esta etapa los veremos mas adelante

Protecciones

De la misma manera que un televisor los monitores incluyen la protección contra rayos X., ya que una generación excesiva de alto voltaje pondría en riesgo al usuario, principalmente que para visualizar la pantalla el usuario esta a una distancia no mayor a los 80 cm., esta protección es muy similar a la de un tv., ya que al activarse bloquea la oscilación horizontal, así mismo al dejar de oscilar también la fuente bajara su rendimiento.

Espero que entienda  todo lo mencionado y te sea de utilidad, en el próximo capitulo analizaremos diferentes circuitos involucrados mas detalladamente y conoceremos algunos circuitos integrados usados mas comúnmente


Fuente reforzada

Para la explicacion  nos basaremos en la fuente reforzada del monitor AOC-4V-D356N   LG45V el cual usa como procesador de control y sincronismos el integrado TDA4853 el cual es controlado per medio del bus de datos I2C
CARACTERÍSTICAS del integrado TDA4853
Auto sincronía horizontal y vertical de alta capacidad
Gama de frecuencia horizontal prolongada incluido modo de TV y de VCR
Frecuencia horizontal extendida dentro del rango de 15khz 130khzAjustes de funciones conducidos por I2C-bus, incluyendo geometría, start-up, ajustes y funciones incluyendo modo de espera
Buen ajuste de la linealidad vertical ·
Cancelación del efecto muaré
Arranque y apagado para la secuencia de operación del bloque de los componentes del convertidor de fuente
Cambio flexible de la función de la fuente del modo B+ de protección de rayos X Estabilización interna del voltaje de referencia
Horizontal y vertical forma de onda de parábola
Entrada de CD para el control extremo y compensación de la EHT
Encapsulado SDIP32
Control de EW, paralelogramo, simetría horizontal, esquinas, efecto “S” etc., esto por medio del bus de control  I2C
En la siguiente figura mostramos el pinout

Tenga en consideracion el presente datasheet pues en el basaremos gran parte de este curso
Indentifique los terminales 3, 4, 5, y 6 , estos son  los que nos ocuparan para el control de la fuente reforzada modulada por ancho de pulso (PWM)
4853_pinout
Veamos el circuito que nos interesa, como puede ver la fuente se conforma de varias etapas,
1o.-Entrada de B+ la cual se toma de la fuente regulada principal, dicha  tension varia de acuerdo al tipo de moniror ya que las fuentes principales entregan entre 45 y 120v, y como recordatorio de capitulos anteriores diremos que la fuente reforzada en algunos modelos puede ser para disminuir  la tension de salida o para incrementarla, esto de acuerdo a la tension entregada por la fuente principal, en el ejemplo que nos ocupa la fuente entrega 75v y es de incremento .

2o.-Bloque del convertidor el cual se divide en varias etapas que son: Q3 amplificador el cual recibe los pulsos de control, Q2 y 4 que son los moduladores, Q1 transistor llave para la excitacion en la salida de la bobina de choque.
3.-Bobina de choque  con nucleo de ferrita para alta fecuencia
4.-Rectificacion y filtrado

Analizemos nuestro circuito:
La bobina de choque recibe en su entrada 75v, si Q1 esta apagado o dañado (abierto entre source y drenador) en la salida de la bobina habra 75v, este es el primer diagnostico para tener idea si la etapa esta funcionando o no, (bueno en el analisis esta trabajando bien), el C.I. de control envia los  pulsos de control por su terminal BDRIVE los cuales son recibidos  por R8 y aplicados a la base de Q3 el cual los amplificara y aplicara a la base de los drivers Q2 y Q4 los cuales tienen una configuracion de circuito complementario. estos por sus emisores excitaran al transistor llave Q1 el cual a su ves controlara la salida en la boina de choque generando corte y conduccion a la salida de la bobina, generando pulsos de tensiones altas y con frecuencias acordes a la resolucion de pantalla, estos pulsos son rectificados y filtrados  por C5 para ser aplicados al terminal de entrada del flyback para alimentar al  transistor de salida horizontal, el flyback entrega una tension de referencia al circuito de control por su terminal BIN el cual los procesa internamente para controlar la fuente reforzada

aoc_fteref

Para entender el funcionamiento  de como se controla el circuito anterior es importante saber como funciona internamente el C.I. de control  TDA4853

Bloque de la función de control de B+
El bloque de la función de control de B+ del TDA4853; TDA4854 consiste en un amplificador operacional de la transconductancia (OTA), un comparador de voltaje, un flip-flop y un circuito de descarga.
Esta configuración permite aplicaciones fáciles para diversos conceptos del control de B+
Observe  el esquema  del circuito interno y tenga en concideracion este esquema pues sera la base para aprender las siguientes etapas, en este caso del control de la fuente reforzada de B+ los bloques se encuentran en la esquina inferior esquierda marcados como B+ control (Control de B+), horizontal output (Salida horizontal),  y el bloque externo B+ control  application (B+ aplicacion de control) en la siguiente tabla puede ver las abreviaciones  de las tensiones  de entrada y salida de los bloques mencionados.

Terminal
Valor
Funcion
3
BOP
Salida de control OTA del B+
4
BSENS
Entrada al comparador de control de B+
5
BIN
Entrada de control OTA para el B+
6
BDRV
Salida del driver para el control de B+

4853_cto

4853_23 DESCRIPCIÓN GENERAL
La entrada no-inversora del OTA está conectada internamente con un voltaje de referencia de la alta precisión (2.5v)
La entrada inversora está conectada con el BIN (terminal 5) (Este terminal recibe los pulsos del flyback) Un circuito de enclavamiento interno limita el voltaje positivo máximo de la salida del OTA.
La salida así mismo está conectada con BOP (terminal 3) y a la entrada inversora del comparador de voltaje.
La entrada no inversora del comparador de voltaje se puede alcanzar vía BSENS (terminal 4).
Los pulsos de impulsión de B+ son generados por un flip-flop interno y alimentado a BDRV (terminal 6) vía una etapa colector abierto de la salida.
Este flip-flop se fija en el borde de subida de la señal en HDRV (terminal 8).
El borde que cae de la señal de salida en BDRV tiene retrazo definido de td (BDRV) al borde de subida del pulso de HDRV (véase Fig.23). 
4853_24 Cuando el voltaje en BSENS excede el voltaje en el BOP, el comparador del voltaje de salida reajusta el flip-flop y, por lo tanto, la etapa de colector abierto en BDRV está flotando otra vez.
Un circuito interno de descarga permite una descarga definida hacia los condensadores en BSENS.
BDRV es activo en un voltaje de salida de Bajo nivel (véase las figuras 23 y 24), así requiere una etapa de conductor inversora externa.

El bloque de la función de B+ se puede utilizar para los moduladores de desviación de B+ en muchas maneras.
Dos combinaciones populares del uso son como sigue:
El convertidor de refuerzo (Boost) en modo retroalimentado (véase Fig.23) En esta aplicación el OTA se utiliza como amplificador de error con una gama limitada del voltaje de salida. El flip-flop se fija en el borde de subida de la señal en HDRV.
Un reajuste será generado cuando el voltaje en BSENS, tomado del resistor de censado excede el voltaje en el BOP
Si no se genera ningún reajuste dentro de una línea período el borde de subida del pulso siguiente de HDRV fuerza el flip-flop para reajustar, se fija el flip-flop inmediatamente después que el voltaje en BSENS ha caído debajo del voltaje VRESTART(BSENS) del umbral.                            

El convertidor del buck en modo de alimentación avanzada (véase Fig.24)
Esta aplicación utiliza una combinación externa de RC en BSENS para proporcionar una anchura del pulso que sea independiente de la frecuencia horizontal, el condensador se carga vía un resistor externo y es descargado por el circuito interno de la descarga.
Para la operación normal se activa el circuito de la descarga cuando el flip-flop es reajustado por el comparador interno del voltaje, el condensador ahora será descargado con una corriente constante hasta que se alcanza el nivel internamente controlado VSTOP (BSENS), este nivel será mantenido hasta que el borde de subida del pulso siguiente de HDRV fija el flip-flop otra vez e inhabilita el circuito de la descarga, si no se genera ningún reajuste dentro de una línea período, el borde de subida del pulso siguiente de HDRV comienza automáticamente la secuencia de la descarga y reajusta el flip-flop. Cuando el voltaje en BSENS alcanza el voltaje VRESTART (BSENS) del umbral, el circuito de la descarga será inhabilitado automáticamente y el flip-flop será fijado inmediatamente, este comportamiento permite una definición del ciclo máximo del pulso de impulsión del control de B+ por la relación de la corriente de carga a la corriente derivada

El estabilizador del voltaje de fuente, las referencias, los procedimientos del start-up y las funciones de protección  

El TDA4853; TDA4854 proporciona un estabilizador del voltaje de fuente interna para la estabilización excelente de todas las referencias internas, una referencia interna del bloque diseñada especialmente para poco ruido, es la referencia para los voltajes de fuente horizontales y verticales internos. Todas las corrientes de la referencia y corriente de impulsión internas para la etapa vertical de salida se derivan de este voltaje vía los resistores externos, si el voltaje de fuente está debajo de 8.3 V o no se ha recibido ningún dato del I2C-bus después del ciclo inicial, las funciones suaves internas de arranque y de las protecciones no permiten que cualesquiera de las salidas [ HDRV, BDRV, VOUT1, VOUT2 y HUNLOCK (véase Fig.25) ] sean activas.

4853_25 Como puede ver el control de la fuente reforzada de B+ conlleva una serie de pasos, con esto se dara cuenta  de la precision con que esto se lleva a cabo

Pensara que en el momento de la reparacion y con lo largo de esta explicacion la reparacion resultara dificil y complicada, en realidad no es asi, la explicacion se dio de esta manera para que entienda la forma en que esto funciona, aunque el metodo de control es un tanto complejo lo dificil corre a cuenta del C.I. de control y sincronismos, para la reparacion solo tendra que hacer algunas mediciones en los 4 terminales del integrado que rara vez falla, normalmente el problema principal de falla esta en el circuito convertidor, principalmente en el transistor llave o en los moduladores, el convertidor puede ser a transistor bipolar o a transistor del tipo mosfet ambos de canal tipo NPN de potencia, en el reactor de choque (bobina) recalentada o en corto y su reparacion es  igual a cualquier tipo de fuente conmutada, veamos otro tipo de circuito convertidor para que se de cuenta que el principio de funcionamiento sirve para otros circuitos.

Fuente reforzada 2
Observe la simpleza de este circuito convertidor, consta de los mismos bloques que el anterior con diferencias en su tension de entrada, y por supuesto con su tension de salida, este convertidor pertenece a monitores mas viejos que solo trabajan a maxima resolucion de 800 x 600 y estan controlados por un C.I. operacional por separado del C.I. de control y sincronismos, llevando el control de la misma manera que lo antes explicado, a excepcion que la corriente del transistor convetidor no es censado,
fte_1
En la siguiente figura puede ver otra configuracion de  circuito , si a analizado correctamente lo anterior vera que componentes mas o componentes menos el principio de operacion es el mismo, este circuito es controlado por un C.I. TDA4856 la tension de entrada es de  B+50v con una salida variable de entre 60 a 110v segun resolucion seleccionada, el transistor llave es  censado para el sistema de proteccion de sobrecorriente por R2 y R3, L2 es una bobina de desacoplo, esto es para evitar que los picos de tension que se forman por la conmutacion del transistor de salida horizontal afecten el funcionamiento del transistor convertidor lo que provocaria mayor calor

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Espero esto te sea de utilidad, cualquier error favor de comunicamelo, gracias por leer este articulo

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