Circuitos Digitales en TVIng Daniel Prez

Captulo IIEL SINTONIZADOR

ELECTRONICO

Digitalizado por Rodolfo A Cappella para APAE el 27 de Abril de 2002, con autorizacin

por escrito del Autor.

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ndice generalCircuitos Digitales en TV.............1Ing Daniel Prez ...........................1.......................................................1Captulo II ......................................1EL SINTONIZADOR ELECTRONI-CO ................................................1.......................................................1

INTRODUCCION ................................................................. 3ETAPAS DE UN SINTONIZADOR ....................................... 3DIODOS VARICAP .............................................................. 7DIODOS PARA CONMUTACION DE BANDAS .................. 9CONSIDERACION SOBRE EL RANGO DE SINTONIA ... 11CONSIDERACIONES DE SERVICE ................................. 12

INTRODUCCION

Descansemos un poco de los unos y los ceros para echar una mirada a un importante protago-nista del TV moderno: el sintonizador a varicap. Todas las arquitecturas de control de sintona(touch, sintetizador, control remojo, etc.) fueron hechas posibles gracias a que se pudo evitar laseleccin mecnica. Comenzaremos con una visin general de los sintonizadores, y luego nosconcentraremos en los componentes especficos para sintona electrnica.

ETAPAS DE UN SINTONIZADOR

La figura 2.1 muestra el diagrama el bloques de un tpico sintonizador de TV.

FIGURA 2.1

Para tratar el tema del sintonizador electrnico, nos ayudaremos con el circuito del 4SE 3000,figura 2.2, un tpico sintonizador de fabricacin nacional

La lnea de transmisin entre la antena y el TV puede ser balanceada (cable bifilar plano de300 Ohm) o desbalanceada (coaxil, estandarizado en 75 Ohm para TV). El coaxil es ms caroy pierde ms que la lnea plana, pero admite ser pasado por caeras sin problemas de varia-cin de Zo o captaciones parsi-

El adaptador de entrada del sintonizador se requiere slo para lneas balanceadas. Conviertelos 300 Ohm a un valor de 75 Ohm, ms conveniente para la etapa siguiente, y adems pasade balanceado a desbalanceado (BALUN: BALanced to UNbalanced).

Por lo comn, la trampa es un filtro que evita que alguna seal fuerte de la frecuencia de FI oprxima (e incluso la radiacin del propio circuito de FIV) pueda colarse en el sintonizador,especialmente al sintonizar el canal 2 (el ms cercano a la FI). Este bloque suele incluir tam-bin una trampa para las frecuencias de la banda de FM.

Seguidamente, tenemos un circuito LC sintonizado a la frecuencia central del canal deseado.Este LC tiene un Q ms bien bajo. Luego est la etapa de alta o amplificador de RF, controladapor el AGC.

El 4SE3000 emplea en MOSFET, lo cual presenta varias caractersticas convenientes: tienebuena linealidad, el AGC se aplica a la compuerta 2 con corriente despreciable, y no requiereneutralizacin. Esto ltimo se debe a que un MOSFET de dos compuertas es en realidad dostransistores en cascode, configuracin que reduce la capacitancia de realimentacin entre laentrada y la salida. Un inconveniente de los MOSFET es que requieren una tensin negativa enG1 con respecto al surtidor para llevarlos al corte, detalle muy incmodo para quien disea elcircuito de AGC. Una forma de resolverlo es aplicar una polarizacin positiva al surtidor, resistoresR15 y R16 a la figura 2-2. Un modelo anterior, el 4SE2000, empleaba un transistor DMOS deenriquecimiento nicamente, con lo cual todo el rango de AGC tiene valores positivos sin nece-sidad de polarizar el surtidor.

Cuando se emplea transistores bipolares, se prefiere la conexin base a masa por su mayoraptitud para manejar seales fuertes, de canales no deseados Con el fin de capacitar lostelevisores para las fuertes intensidades de campo de algunos lugares, se desarroll una seriede transistores capaces de operar con elevadas corrientes de colector (para disminuir laintermodulacin sin deterioro de su factor de ruido. La figura 2.3 muestra una configuracinutilizada por Philips.

FIGURA 2.3

La funcin de AGC es realizada por el atenuador a diodos ms que por el transistor, el cualsimplemente funciona como un amplificador de CC, aparte de su funcin de proveer gananciade RF. Con la mxima tensin de AGC es alta la tensin de emisor, con lo que se hace conducirfuertemente a D2 y se lleva al corte a Dl por la cada de tensin en R2. Disminuyendo el AGC,D2 comienza a conducir cada vez menos (disminuyendo la seal acoplada a TI) y D1 conducecada vez ms (poniendo

parcialmente a masa la seal). Esta accin combinada tiende a mantener constante la impe-dancia de entrada.

Los diodos son del tipo PIN, que se comportan como resistores muy lineales (para la RF)ms que como diodos, y sern estudiados ms adelante, La linealidad del circuito es tanbuena, para cualquier valor de AGC, que la etapa se defiende sola ante seales fuertesfuera del canal deseado, sin necesidad de un circuito sintonizado a la entrada que rechacedichas frecuencias para evitar modulacin cruzada.

La mencin hecha a las seales fuertes se refiere a los centros urbanos con elevada densi-dad de poblacin, y por lo tanto de emisoras. Las condiciones demogrficas en la mayorparte de nuestro pas, en cambio, determinan que muchos televisores deban funcionar enreas de recepcin marginal, lo cual vuelca la preferencia hacia los sintonizadores con bajofactor de ruido, ms que aquellos con capacidad de manejar seales fuertes.

Despus de la etapa de RF, la seal amplificada pasa a un circuito doble sintonizado, conacoplamiento mayor que el crtico, o sea con doble joroba en la curva. Esta caracterstica,junto con la del sintonizado de entrada, da aproximadamente una transferencia total de mximaplanicidad. En el conversor o mezclador, la seal es heterodinada con la del oscilador local,generndose por la alinealidad del circuito las consabidas frecuencias suma y diferencia,seleccionndose la de diferencia mediante el circuito de salida de FI. Se puede utilizar untransistor bipolar en el conversor con mayor legalidad que en la etapa de RF, por cuanto laselectividad de los cirtuitos anteriores suele bastar para evitar que seales fuertes de los cana-les adyacentes produzcan intermodulacin. An as, el uso de un MOSFET ofrece la ventajade poder inyectar RF y oscilador en electrodos separados.

En el 4SE 3000, el verdadero conversor es Q2, mientras que Q3 proporciona buena aislacinentrada/salida y algo ms de ganancia. Ntese que, a pesar de ser complementarios, Q2 y Q3forman un circuito cascode para la RF. FIGURA 2.4

Algunos sintonizadores de UHF utilizan unmezclador pasivo con diodo Schottky, talcomo el BA280. La figura 2.4 ilustra unejemplo. Los modelos ms primitivos em-pleaban diodos de gerrnanio, como el1N82.

Se dispone actualmente de integrados(TUA 2000) que incluyen un conversor de VHF de alta linealidad, junto con el oscilador.

El oscilador local siempre emplea un transistor bipolar. En los modelos econmicos se aho-rra esta etapa haciendo autooscilar al conversor, como en las radios de AM. Esto tiene elinconveniente de que, como la impedancia del transistor es modulada por las sealesinterferentes fuertes, se produce un tironeo (pulling) de la frecuencia del oscilador. Sinembargo, pese a la validez de este argumento, se utilizan conversores autooscilantes en laseccin UHF de muchos sintonizadores de buena marca. Algunos sintonizadores tienen unaconexin que permite tomar una muestra del oscilador local, ya sea en forma capacitiva opor eslabn Esto es necesario en los

sistemas de sintona por sintetizador. Otro detalle de diseo no siempre presente es tener undiodo varicap por separado en el oscilador para aplicar la tensin de AFT (sintona finaautomtica), ya que en la generalidad (le los casos la misma es combinada con la de sintona.Aprovechemos la oportunidad para destacar que en este libro usamos el trmino AFT enlugar de AFC para no confundirlo con el AFC horizontal.

Comentemos una particularidad del 4SE3000: en la banda 1 el oscilador recibe su alimenta-cin en serie con 2200 Ohm, llegndole una tensin menor que 12 V. En la banda III, encambio, conduce el diodo D11 que le entrega alimentacin plena. Esto es necesario porcuanto, de no hacerse as, la ganancia de conversin sera menor en las frecuencias msaltas, que es donde rinde menos el oscilador.

La alimentacin de los sintonizadores a varicap suele ser de 12 V. Si es de 15 V o mayor;probablemente el circuito incluye MOSFETs.

Si el lector tiene curiosidad por conocer en qu orden de inductancia estn las bobinas de untpico sintonizador, mencionemos que el rango es de 0,1 a 0,8 uH aproximadamente, segnla banda y la funcin, excepto la bobina de FI. Estos valores son para VHF; en VHF son anmenores, y se deben emplear lneas sintonizadas en vez de solenoides

DIODOS VARICAP

Para variar la frecuencia de sintona, es necesario cambiar para cada canal el producto LC delos circuitos sintonizados de antena, interetapa y oscilador. En los sintonizadores rotativos, estose logra cambiando las inductancias y dejando fijas las capacitancias En los de sintona elec-trnica se procede al revs: lo que se vara son las capacitancias, mediante el empleo dediodos de capacitancia variable, llamados varicaps o varactores.

Cuando un diodo semiconductor cualquiera se polariza en inversa, algunos electrones de lazona N (con exceso de electrones) pasan a la P (con dficit). As, a ambos lados de la junturase genera una zona vaca de portadores, es decir, aislante. El grosor de este aislante depen-de de la tensin inversa aplicada, con lo cual se tiene un capacitor controlado por tensin.Los diodos varicap estn fabricados especialmente para perfeccionar esta propiedad; lasimpurezas P y N tienen una transicin abrupta o hiperabrupta que les confiere mayorcapacitancia y variacin de capacitancia con la tensin que los diodos ordinarios. La figura2.5 ilustra las caractersticas de algunos varicap comunes, junto con las formas tpicas deemplearlos.

(En el 4SE3000, los desacoples de los varicap no son tan altos como 1 nF, sino de 120 pFcon el fin de limitar la capacitancia mxirna).

En los circuitos reales hay adems capacitancias fijas en paralelo con los circuitos LC.

E1 rango tpico de la tensin de sintona en un sintonizador electrnico es de 2 a 25 V.Tngase en cuenta que a mayor tensin inversa, menor capacitancia, y por lo tanto mayorfrecuencia de sintona. De la observacin de las curvas se deduce que C disminuye poco sila tensin se lleva a ms de 25 V. Por otro lado, no convierte que el sintonizador est disea-do como para que se necesite una tensin de sintona por debajo de 1 V.

FIGURA 2. 5

Si esto ocurre, resulta que el varicap del oscilador local, como tiene polarizado en directa en lospicos positivos de la R F. Esto equivale a una reduccin en la resistencia paralelo del diodo, quedeteriora el Q del circuito oscilador.

Una forma de evitar la conduccin de un varicap es colocar dos de ellos espalda contra espal-da, D1 y D2 estn en serie para la RF, con lo que la C equivalente es la mitad, pero as segarantiza que siempre por lo menos uno de los diodos est en inversa.

Figura 2.6.

Adems, cuando la polaridad instantnea de la RF hace aumentar la capacitancia de tino delos diodos, disminuye la piel otro, con lo cual la C total tiende a permanecer ms constante quesi se tuviese un solo diodo. Cuando esta configuracin se emplea en los circuitos de antena einteretapa, se obtiene menor modulacin cruzada ante interferencias fuertes. Se emplea ma-yormente en los sintonizadores de FM. El B104 es un diodo doble con los ctodos unidos,especial para esta aplicacin.

La corriente de fugas de los varicap es bajsima, mucho menor que 1 uA para todo unsintonizador, con lo que el circuito que proporciona la tensin de sintona puede ser de altaresistencia. Esto ha de recordarse si se va a medir tensiones en un circuito as con un tsterque no sea de alta resistencia (10 M Ohm). El trmino varactor es sinnimo de varicap,que es una marca registrada de TRW. Motorola los denomina Epicap o VVC.

DIODOS PARA CONMUTACION DE BANDAS

Observemos el siguiente cuadro:

Como se ve, para nuestra norma N, la relacin entre las frecuencias centrales de los canales13 y 2 (frecuencias a las que se deben sintonizar los circuitos de antena e interetapa) es de3,71 veces. Corno la relacin de capacitancia es el cuadrado de la de frecuencia, los varicapsdeberan poseer una relacin Cmx/Cmn de por lo menos 14 veces, y ms tambin porquelas dems capacitancias del circuito, fijas, Hacen disminuir la relacin. Como no se fabricanvaricaps para VHF con semejante rango de variacin (y aunque existiesen,la variacin deimpedancia de un extremo a otro sera excesiva), se recurre a la conmutacin de bobinas: secolocan bobinas de inductancia relativamente alta para la banda 1 (canales 2 al 6), y baja parala III (7 al 13). Tal conmutacin se realiza mediante diodos que actan como llaves.

La figura 2.7 muestra dos posibilidades de implementacin. Para los canales bajos, los diodosse polarizan al corte (sin tensin o con tensin inversa) para que se comporten como llavesabiertas, y las inductancias de L1 y L2 aparecen sumadas.

Para los canales altos, se aplica la tensin de conmutacin para polarizar en directa al diodo,el cual cortocircuita a L1, quedando solamente L2 en el circuito.

Esta tcnica recuerda a la utilizada en los automviles para variar la velocidad: como laaccin del acelerador (varicaps) por s sola no es suficiente para cubrir todas

FIGURA 2.7

las velocida-des (frecuen-cias), seconmutan losengranajesde la caja (bo-binas) segnel rango.

Vemos quepara la ban-da, alta, eldiodo est enserie con L2.Por lo tanto, es muy importante que su resistencia sea lo menor posible para no degradar el Qde la bobina. Para lograr esto son particularmente adecuados los diodos PIN.

Un diodo tal debe su nombre a que posee una zona I de silicio intrnseco (puro) entre laszonas P y N. Esto hace que, por encima de una cierta frecuencia, el diodo se comporte comoun resistor muy lineal, controlado por la corriente continua que lo atraviesa. Es un fenmenomuy extrao: si se levanta la caracterstica V/I de un diodo PIN, no difiere mucho de la de unajuntura PN convencional. Hasta unos cientos de KHz presentan la misma impedancia dinmi-ca, unas decenas de Ohms para una polarizacin de 1 mA, generando recorte si el pico nega-tivo de la corriente de seal excede el valor de CC. Pero si el perodo de la frecuencia aplicadaes comparable o menor que el tiempo de vida de los portadores de corriente en la zona intrn-seca (el tiempo que tardan en recombinarse), entonces el comportamiento en alterna se divor-cia del de CC: es posible, en algunos modelos, hacer circular 1A de RF en VHF con unapolarizacin de slo 100 mA. Esto se utiliza en conmutacin electrnica (sin relevadores) detransmisin / recepcin. Pasa el caso que nos ocupa, se aprovecha la muy baja resistencia deconduccin, del orden de 0,5 Ohm para 5 mA. La figura 2.8 permite comparar algunos rriodelosde PIN.

Los diodos PIN utilizados en los atenuadores de AGC son de un tipo distinto a los de conmuta-cin de banda: no se explota en ellos la propiedad de baja resistencia, sino su comportamientode resistor muy lineal variable con la CC.

Un diodo PIN no puede jams reemplazarse por uno de conmutacin comn o un rectificador,tales como 1N914 1N4006, por la mayor resistencia y capacitancia de stos.

En sintonizadores como el ELC3082 4SE3000, la conmutacin a banda III es efectuadaaplicando +12 V a la pata correspondiente. Esta alimenta a cada diodo a travs de su corres-pondiente resistor limitador. En otros modelos, por el contrario, los nodos ya estn retornadosinteriormente a la alimentacin: en tales casos, la conmutacin se obtiene colocando la patacorrespondiente a masa.

FIGURA 2.8

CONSIDERACION SOBRE EL RANGO DE SINTONIA

Del cuadro de frecuencias recin visto, se deduce que en los canales bajos, la norma N requie-re mayor variacin de frecuencia (y de capacitancia por lo tanto) que la B. Los diodos BB106tienen una variacin relativa similar a la de los BB10SG,

pero en valores absolutos stos tienen una capacitancia que es aproximadamente la mitad deaquellos, para igual tensin. Por lo tanto, cuando se consideran las capacitancias fijas delcircuito, los BB106 y similares permiten mayor variacin de frecuencia. En otras palabras, unsintonizador con BB105G calibrado para norma N requerira una tensin de sintona dema-siado baja para el canal 2. Los BB106, BB109, BB139, MV109 se recomiendan para normasde TV con banda I extendida. Es deseable que un sintonizador cubra con exceso las bandasrequeridas, para poder recibir ciertos canales de televisin por cable, ya que las frecuenciasde este servicio, aparte de no ser siempre las normalizadas, se encuentran a veces fuera delas bandas de TV comn.

Otro factor que afecta al rango de sintona es la capacitancia residual de los PIN: la tcnicade fabricacin resulta de un compromiso entre lograr baja resistencia y baja capacitancia.Curiosamente, hay un efecto secundario que ayuda a la reduccin de la capacitancia resi-dual en los PIN. Veamos el diodo D5 en el 4SE3000: cuando no hay tensin de conmutacin(canales bajos), este diodo rectifica la RF del oscilador existente sobre L15 generando unatensin de aproximadamente 3 V negativos, que quedan aplicados al resto de los PIN, pro-duciendo una muy deseable reduccin de capacitancia. Para no desperdiciar esta yapaque nos proporciona el oscilador local, la pata de conmutacin debe dejarse en el aire paralos canales bajos en vez de mandarla a masa. Se tolera una resistencia a masa de algunosM Ohm como mnimo en dicha conexin.

Otra cosa que nos dice el mencionado cuadro es que la variacin relativa de frecuencia deloscilador es menor que la del resto de los sintonizados. Esto se debe a que, como en todosuperheterodino, su frecuencia difiere en el valor de la FI con respecto a la emisora, en estecaso por encima. Como esta separacin aumenta en. valor relativo a medida que se disminuyela frecuencia (en el canal 13 , el oscilador tiene una frecuencia comparable a la de la seal,mientras que en el 2 es casi el doble) se coloca el llamado capacitor padder en serie con elvaricap del oscilador (en vez de un desacople de elevada capacitancia), de la misma formaque el de las radios de AM que usaban tandems con secciones gemelas. Cuando se sintonizanlos canales ms bajos (2,3) la capacitancia del varicap es comparable con el del padder, con locual se le da al oscilador una forma de variacin que permite un adecuado arrastre (tracking)con el resto de los circuitos. Todos los varicaps de un sintonizador estn apareados. Ante elcambio de uno de ellos es recomendable cambiar todos los dems. Por lo general, estosdiodos se venden en juegos apareados, en bolsitas de a 4.

CONSIDERACIONES DE SERVICE

La ausencia de tensiones o potencias elevadas en un sintonizador electrnico torna remotaesta eventualidad. Sin embargo, siempre est el problema de las rnalas soldaduras o com-ponentes con defectos de fabricacin latentes. Tambin cabe la posibilidad de deterioro enlos componentesde las primeras etapas por el impacto de una descarga atmosfrica en laantena.

Los varicap y PIN se prueban con el hmetro exactamente corno cualquier diodo de silicio:infinito en inversa, y 2/3 5/6 de escala en directa (segn que el tster sea de 1,5 V 3 V).Todos los PIN deben tener unos 0,7 V en los canales altos. Todos los varicap deben tener lamisma tensin aplicada. Recordar que pueden estar alimentados desde urca fuente conelevada resistencia interna, no slo a los efectos de las mediciones, sino

cuando se sospeche de cualquier acoplamiento parsito tal corno el pulso de retroceso hori-zontal. Justamente, por coincidir con e1 momento de aparicin del sincronismo horizontal y elburst, si este pulso se cuela en el sintonizador a travs de las lneas de sintona, AGC, o aunde alimentacin, se pueden originar problemas que uno buscara en otras etapas, como ocu-rri con un caso rebelde de rango de enganche horizontal muy reducido, y otros con prdida deentrelazado o mal comportamiento del AGC. Se impone en tales casos un emprolijamiento delas conexiones al sintonizador, lejos del flyback, y colocacin de capacitores de desacople (la10 uF) directamente sobre las patas del sintonizador. .

Si no funciona la unidad de sintona (touch, remoto, etc.) es muy sencillo improvisar uncontrol manual. Se conecta un potencimetro de 100 500 K Ohm a .la alimentacin de 33V, para suministrar la tensin de sintona; y se aplica o no 12 V a la pata de conmutacin. Encaso de duda de un diodo en particular, se le puede aplicar tensin de sintona o conmuta-cin independientemente del resto levantando su resistor de polarizacin y alimentndolo atravs del mismo.

Como es tradicional en los sintonizadores rotativos, el tipo de circuito de FI no igual entremodelos de distintas marcas La figura 2,9 ilustra los ejemplos ms tpicos.

FIGURA 2.9

Si despus de reemplazar un sintonizador es difcil obtener la curva de FI correcta, ello podradeberse a que tenga un circuito de salida distinto, quedando el recurso de transplantar el delsintonizador defectuoso al nuevo.

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