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Osciladores gatilhados (ART401)

A varredura dos televisores, monitores de vídeo e de computadores é um ponto crítico que o técnico deve conhecer bem para poder reparar, ajustar ou ainda detectar possíveis anormalidades de funcionamento. Os circuitos de varredura, tanto horizontal como vertical, se baseiam em configurações comuns que nem sempre damos atenção. Neste artigo vamos analisar de uma maneira um pouco mais profunda do que normalmente fazemos, o princípio de funcionamento dos osciladores que são empregados na produção dos sinais de varredura de televisores, monitores de vídeo e usados também em computadores.

Para que o ponto luminoso se desloque da esquerda para a direita na tela do televisor ou monitor, produzindo as linhas, e ao mesmo tempo de cima para baixo, produzindo os quadros, é preciso contar com um sinal de controle de características bem especiais.

Este sinal deve ser um dente-de-serra perfeitamente linear, pois qualquer encurvamento da subida da tensão ou da rampa ascendente pode significar uma distorção na imagem produzida que não pode ser tolerada.

Conforme mostra a figura 1, a rampa ascendente não pode ter qualquer encurvamento, pois isso iria se traduzir numa irregularidade do movimento do ponto luminoso na tela do televisor.

 

Forma de onda ideal para um sistema de varredura.
Forma de onda ideal para um sistema de varredura.

 

Se o encurvamento ou distorção ocorrer com o sinal de varredura horizontal, teremos uma distorção que vai implicar na produção de pontos com larguras diferentes, conforme mostra a figura 2.

 

Deformação da imagem causada por sinal de varredura não linear em (b).
Deformação da imagem causada por sinal de varredura não linear em (b).

 

Por outro lado, se a distorção ocorrer com o sinal de varredura vertical, o espaçamento entre as linhas pode se tornar irregular, com uma imagem deformada, conforme mostra a figura 3.

 

Deformação pelo espaçamento desigual das linhas.
Deformação pelo espaçamento desigual das linhas.

 

Mas, não basta que o sinal de varredura seja perfeitamente linear para que tenhamos a reprodução desejada da imagem: também é preciso que ele seja sincronizado com os pulsos que são obtidos nos circuitos do separador de sincronismo.

Para a varredura horizontal, o oscilador deve ser sincronizado com os pulsos de sincronismo horizontal. Este sincronismo vai garantir que cada linha comece exatamente no ponto correspondente à imagem original, obtida dos sinais da estação, de uma câmara de vídeo ou de um gravador de vídeocassete.

Para a varredura vertical, o oscilador deve ser sincronizado com os pulsos de sincronismo vertical.

Diversas são as configurações utilizadas para gerar um sinal dente de serra perfeitamente linear e sincronizado e que atenda às necessidades exigidas por um televisor, monitor de vídeo ou de computador.

Quais são os circuitos usados e basicamente como funcionam é o que veremos nos itens seguintes.

 

O OSCILADOR DE RELAXAÇÃO

A configuração mais tradicional de oscilador que gera um sinal dente-de-serra e que todo estudante aprende nos cursos técnicos é a do oscilador de relaxação com lâmpada neon, mostrada na figura 4.

 

Oscilador de relaxação com lâmpada néon.
Oscilador de relaxação com lâmpada néon.

 

Neste circuito, um capacitor é ligado em série com um resistor. Uma lâmpada neon é ligada em paralelo com o capacitor e todo o circuito é alimentado com uma tensão superior àquela exigida para a ionização da lâmpada, ou seja, aproximadamente 80 V.

A carga do capacitor se faz segundo uma característica exponencial, ou seja, uma curva que se torna menos inclinada à medida que o capacitor alcança as maiores tensões entre suas armaduras.

Quando a tensão de disparo ou ionização da lâmpada neon é alcançada, ela se torna condutora e o capacitor pode se descarregar por um percurso de baixa resistência, também segundo uma curva exponencial, mas invertida.

Esta descarga ocorre até que seja alcança a tensão de manutenção da lâmpada neon, ou seja, uma tensão mais baixa que a disparo, mas em que ela ainda se mantém acesa.

No momento em que esta tensão é alcançada a lâmpada deixa de conduzir e o capacitor volta a se carregar pelo resistor, mas a partir da tensão de manutenção. O ciclo de carga e descarga vai se repetir indefinidamente enquanto houver alimentação, gerando um sinal cuja forma de onda é a mostrada na figura 5.

 

Forma de onda gerada pelo oscilador dente-de-serra com lâmpada néon.
Forma de onda gerada pelo oscilador dente-de-serra com lâmpada néon.

 

Este sinal se aproxima bastante da forma de onda dente de serra que desejamos para as aplicações em varredura. Na verdade, se tomarmos um trecho suficientemente pequeno da rampa de subida e de descida, ele pode ser aproximado de maneira satisfatória para nossas aplicações que exigem linearidade.

Nos televisores modernos que trabalham com semicondutores podem ser usados dispositivos equivalentes que podem operar segundo o mesmo princípio, como por exemplo o transistor unijunção (TUJ ou UJT) e o transistor programável unijunção (PUT).

Com estes dispositivos podemos elaborar circuitos osciladores de relaxação como mostra a figura 6.

 

Osciladores de relaxação com semicondutores.
Osciladores de relaxação com semicondutores.

 

O funcionamento pode ser entendido facilmente nos dois casos: para o transistor unijunção a tensão de disparo, quando o capacitor pode descarregar-se através do emissor e resistor de carga, fica entre 0,4 e 0,7 da tensão de alimentação.

Assim, o capacitor carrega-se pelo resistor até o ponto de disparo e depois se descarrega pelo transistor até o ponto de manutenção, ocorrendo novo ciclo.

O transistor programável unijunção funciona da mesma forma, apesar de seu símbolo que mais lembra um diodo. De fato, fisicamente, este componente é um diodo de quatro camadas semelhante ao SCR mas com um eletrodo adicional que serve para se programar externamente a tensão de disparo.

Isso significa que, neste caso também, o capacitor se carrega até a tensão programada para o disparo e depois se descarrega pelo dispositivo até uma tensão de manutenção produzindo assim as oscilações dente-de-serra que na verdade são trechos de curvas exponenciais.

 

O OSCILADOR DE BLOQUEIO

Nos televisores, entretanto, muito mais comuns são as configurações baseadas em transistores. É claro que devemos nos lembrar dos circuitos tradicionais a válvulas e que nos televisores modernos, na verdade, os transistores e componentes associados estão "embutidos" em complexos circuitos integrados.

Uma das configurações que pode ser encontrada em televisores transistorizados de algum tempo de uso e que serve para mostrar ao leitor como funcionam os osciladores usados na varredura é a do oscilador de bloqueio.

Este oscilador tem o circuito básico com transistores mostrado na figura 7.

 

 Circuito básico de um oscilador de bloqueio.
Circuito básico de um oscilador de bloqueio.

 

Seu princípio de funcionamento é o seguinte:

Ao ser aplicada a tensão de alimentação, a base do transistor se encontra polarizada pelo resistor de modo a haver condução, a corrente de coletor aumenta rapidamente, pois este circuito tem uma baixa constante de tempo, de modo a induzir no secundário do transformador uma tensão com a polaridade indicada na figura.

Esta tensão se opõe justamente à tensão que polariza a base do transistor, levando-o ao corte, e ao mesmo tempo carregando o capacitor C, ou seja, o oscilador é bloqueado.

No entanto, esta tensão aparece sobre um circuito de maior constante de tempo, de modo que o período de bloqueio depende da descarga do capacitor C que se encontra no circuito.

Com a descarga do capacitor, a tensão de base volta a ter polaridade e valor suficiente para levar o transistor à condução e o oscilador é "desbloqueado". Uma nova corrente de coletor começa a fluir e temos um novo ciclo de oscilação.

Conforme mostra a figura 8 temos duas formas de onda importantes a serem observadas neste circuito.

 

Formas de onda do oscilador de bloqueio.
Formas de onda do oscilador de bloqueio.

 

Uma delas é a tensão de coletor que apresenta picos que correspondem ao instante em que o oscilador é bloqueado e por isso a tensão sobe até um valor próximo da tensão de alimentação.

A outra, que interessa-nos para a aplicação em circuitos de varredura é a que corresponde à tensão de base que tem uma forma dente-de-serra aproximada.

Tomando-se um trecho apropriado desta forma de onda para amplificação, podemos usar este tipo de circuito como oscilador de varredura em televisores.

Para sincronizar este circuito com os pulsos de sincronismo temos a configuração mostrada na figura 9.

 

Oscilador de bloqueio gatilhado.
Oscilador de bloqueio gatilhado.

 

O que se faz, neste caso, é acrescentar ao circuito uma entrada em que os pulsos de sincronismo possam ser aplicados ao circuito oscilador que já analisamos.

Na ausência dos pulsos de sincronismo, o oscilador opera em sua frequência natural com as formas de onda já vistas, e frequências determinadas pelas constantes de tempo do circuito de carga e descarga do capacitor.

Partindo então da figura 10, em que temos a forma de onda gerada, vamos considerar o instante em que chega ao circuito o primeiro pulso de sincronismo (vertical ou horizontal, conforme a aplicação).

O capacitor, neste instante, estava ainda em descarga com a tensão na base do transistor ainda abaixo de seu ponto de corte (instante t1). No entanto, a presença do pulso de sincronismo acelerará o processo de descarga, pois sua tensão se soma à tensão no capacitor e o pico de comutação é antecipado.

Em outras palavras, a presença do pulso externo de sincronismo força o oscilador a interromper a descarga, iniciando-se um novo ciclo. O oscilador tem então sua frequência "amarrada" aos pulsos de sincronismo, que podem ser usados para se obter a varredura da forma desejada. Os novos pulsos passam então a ocorrer num intervalo de tempo t2.

De uma forma mais técnica dizemos que se trata de um oscilador "disparado" ou "gatilhado", que pode ter sua frequência determinada por pulsos externos de sincronismo.

 

O MULTIVIBRADOR ASTÁVEL

Uma outra configuração que pode ser utilizada com a mesma finalidade nos televisores, monitores de vídeo e monitores de computadores, é a do multivibrador astável, mostrada na figura 10.

 

Efeito do sincronismo no circuito oscilador de bloqueio.
Efeito do sincronismo no circuito oscilador de bloqueio.

 

Nesta configuração são usados dois transistores de mesmas características que formam etapas amplificadoras de emissor comum. No entanto, estas etapas são interacopladas por meio de capacitores (acoplamentos RC) de tal forma a se realimentarem.

Esta realimentação ocorre de tal maneira que, em cada instante quando um transistor está cortado o outro está obrigatoriamente no corte.

Mais que isso, este estado é instável, pois quando o transistor Q2 está cortado e Q1 conduzindo, o capacitor C2 se descarrega. Com a decarga de C2 chega o momento em que é atingida a tensão de corte do transistor em condução (Q1) e ele muda de estado. Com isso, o transistor Q2 que estava cortado passa a conduzir e o capacitor C1 que estava carregado passa a se descarregar.

A frequência de oscilação deste circuito entre os dois estados depende das constantes de tempos dos dois circuitos RC (R1C1 e R2C2). Podemos alterar sensivelmente esta frequência com a utilização de resistores variáveis.

Da mesma forma, com a utilização de circuitos RC de constantes de tempo diferentes, o ciclo ativo do multivibrador pode ser modificado de modo a diferir dos 50%. Assim, podemos ter tempos de condução maiores ou menores para cada transistor, e com isso uma rampa dente de serra num transistor bastante longa em relação à carga.

Na figura 11 temos as formas de onda obtidas neste circuito observando-se dois fatos importantes:

 

O multivibrador astável.
O multivibrador astável.

 

O primeiro é que nos coletores dos transistores obtemos sinais bem próximos de uma forma de onda retangular o que torna este circuito bastante apropriado para aplicações digitais.

O segundo é que nas bases dos transistores, no intervalo de tempo em que ocorre a descarga dos capacitores obtemos rampas que caracterizam a forma de onda dente-de-serra que precisamos para utilização em circuitos de varredura.

Da mesma forma que no caso do oscilador de bloqueio, os multivibradores também podem ser "gatilhados" pelos pulsos de sincronismo.

Na figura 12 mostramos como isso pode ser feito de uma maneira simples.

 

Formas de onda do multivibrador astável.
Formas de onda do multivibrador astável.

 

Os pulsos de sincronismo são usados para acelerar a descarga dos capacitores de modo a antecipar a comutação do transistor desejado.

 

circuitos integrados

Nos televisores modernos as funções de se separar o sinal de sincronismo vertical e horizontal do detector de vídeo e usar estes sinais para gatilhar os osciladores de varredura podem estar "embutidas" num único circuito integrado dedicado, como por exemplo no circuito mostrado na figura 13.

 

Multivibrador gatilhado (monoestável)
Multivibrador gatilhado (monoestável)

 

Evidentemente, os princípios de funcionamento dos circuitos empregados admitem variações, mas em síntese é o que analisamos.

A possibilidade de se obter configurações dedicadas com muitos transistores num circuito integrado, não só aumenta a segurança no sentido de se obter um chaveamento perfeito como também o máximo de linearidade na rampa dente-de-serra que é fundamental para se ter uma imagem perfeita.

De qualquer forma, o que o técnico deve ter em mente é a importância da forma de onda gerada por estes circuitos na linearidade da imagem obtida.

 

OBSERVANDO OS SINAIS COM O OSCILOSCÓPIO

Nos circuitos de varredura e deflexão tanto vertical como horizontal fica claro que a melhor forma de se avaliar o funcionamento é a observação da forma de onda, o que implica na utilização de um osciloscópio.

A conexão do osciloscópio a estes circuitos é simples, normalmente havendo pontos de prova com formas de onda indicadas nos próprios manuais dos fabricantes.

Como mostra o diagrama da figura 14, além das formas de onda, o fabricante tem o cuidado de indicar a amplitude dos sinais o que permite ao técnico avaliar o estado do circuito.

CI dedicado de vídeo da Philips que reúne as funções de sincronismo.
CI dedicado de vídeo da Philips que reúne as funções de sincronismo.

 

A utilização dos pulsos de sincronismo para sincronizar a imagem do osciloscópio deve ser usada nestas observações, pois facilita bastante o trabalho do técnico. Assim, mais uma vez, na análise deste tipo de circuito, fica patente a importância do osciloscópio como ferramenta de diagnóstico na oficina de reparação de televisores, monitores de vídeo e de computadores.

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