9. Récepteur de télévision numérique

1.1 Modulation du signal vidéo

Étant donné la largeur de bande occupée par le signal vidéofréquence composite (3 à 10.4 MHZ, suivant le standard), on ne peut songer à utiliser la modulation de fréquence d'une porteuse HF pour le transmettre : en effet, le canal hertzien occupé, pour ce type de modulation, doit être au moins de l'ordre de dix fois la valeur de la plus haute fréquence transmise, si l'on veut conserver les avantages qu'elle apporte (protection contre les parasites et l'évanouissement ou "fading", en particulier). Ainsi, en radiodiffusion du son, en modulation de fréquence, la bande transmise est de 15 kHz et le canal a un encombrement de 200 KHz. Transposé au niveau des bandes de fréquences transmises en TV, ces chiffres nous montrent que la largeur des canaux nécessaire en modulation de fréquence est évidemment prohibitive. C'est donc la modulation d'amplitude (télévision "grand public") qui est utilisée pour la transmission du signal vidéo composite.

Parmi les procédés de modulation qui s'offrent pour la transmission du son d'un programme de télévision, deux seulement, jusqu'à présent, ont été retenus : la modulation d'amplitude et la modulation de fréquence. Précisons que la porteuse son est distincte de la porteuse image.

Le procédé de modulation en impulsions codées pourrait fort bien revenir à l'ordre du jour pour la réception directe (par l'intermédiaire d'un satellite artificiel) de programmes TV d'émetteurs étrangers accompagnés de commentaires bilingues ou trilingues.

Les arguments en faveur de la modulation de fréquence sont connus : protection contre les parasites, bruit de fond moins important qu'en modulation d'amplitude et rejet (élimination des signaux du son dans la voie image du récepteur) facilitée du fait que la modulation concernant l'image est d'un type différent de celle du son. Le standard Américain a retenu la modulation de fréquence pour le son.

1.3 Blocs diagrammes (émission et réception)

2.1. Différence entre un émetteur de télédiffusion et un émetteur de radiodiffusion

 2.1.1.      Largeur de bande en radio

• Radiodiffusion AM :

- Fréquence la plus haute à transmettre :  5 KHz

- Largeur de bande :  2 fois la fréquence la plus haute à transmettre soit 10 KHz   

 

• Radiodiffusion FM :

- Fréquence la plus haute à transmettre :  15 KHz

- Largeur de bande :  au moins 10 fois la fréquence la plus haute à transmettre soit 150 KHz minimum. Largeur adoptée est de 200 KHz 

2.1.2.      Largeur de bande et modulation en télédiffusion 

Pour calculer la bande de fréquence minimale admissible pour une transmission correcte de l'information vidéo, plaçons-nous dans le cas le plus défavorable :  celui où l'image est constituée par une suite de bandes verticales alternativement noires et blanches.

Largeur de l'écran = 4/3 de la hauteur

Nombres de lignes de l'image = 525

Nombres d'images par seconde = 30

Nous supposons que la « définition », la finesse horizontale (c'est-à-dire le nombre de points élémentaires par unité de longueur, sur une même ligne), est égale à la définition verticale (c'est-à-dire le nombre  de lignes par unité de longueur).

 Nombre de points élémentaires par ligne = Nombres de lignes x (4/3) = 525 x (4/3) = 700

 Si ces 700 points élémentaires sont alternativement noirs et blancs, le signal vidéo correspondant aura, théoriquement, l'allure d'un signal carré de fréquence de récurrence : (700/2) x 525 x 30 = 5.5 MHz

 La plupart des standards ont admis une définition horizontale légèrement inférieure à la définition verticale et réduit la bande passante vidéo en conséquence.

Le standard Américain a adopté 4.2 MHz comme largeur de bande du signal vidéo.

2.2.   Le standard américain (525A, norme M)

2.2.1.      Porteuse image. Porteuse son.

Chaque station est un canal de 6 MHz appartenant à l'une des bandes suivantes :

- Bande inférieure VHF allant de 54 MHz à 88 MHz :  canaux 2 à 6 (exclure la bande de 72 MHz à 76 MHz)

- Bande supérieure VHF allant de 174 MHz à 216 MHz :  canaux 7 à 13

- Bande UHF allant de 470 MHz à 806 MHz :  canaux 14 à 69

 2.2.2.    Bande latérale partiellement supprimée

Le processus de modulation d'amplitude produit automatiquement deux bandes latérales supérieure et inférieure ainsi que la fréquence porteuse.

En AM, la largeur de bande qui serait nécessaire pour la transmission du signal vidéo doit être de 8.4 MHz. Or le MDC n'alloue que 6 MHz pour chaque station de télévision. On est donc contraint d'éliminer une partie de la bande latérale inférieure avant l'émission, la partie de la bande latérale conservée s'appelle résidu ou reste (0.75 MHz pour le standard 525A). L'émission se fait donc en bande latérale atténuée ou résiduelle ou restante.

On pourrait croire qu'il serait avantageux d'émettre sur une bande latérale unique complète, mais cette technique n'est pas pratique du fait que la caractéristique de coupure du filtre éliminateur des fréquences latérales inférieures n'est pas idéale. Il s'ensuivrait une distorsion de phase des fréquences basses et donc un certain traînage de l'image.

Rappelons que la plus grande partie de l'information vidéo est contenue dans les vidéofréquences basses.

2.2.3.   Multiplexage du son et de l'image

L'ensemble des bandes de fréquences occupées par la porteuse son, modulée en fréquence, et la porteuse image et ses bandes latérales atténuée et non atténuée, constitue un canal de transmission TV. Pour tous les standards, la porteuse son est séparée de la porteuse image par la bande latérale non atténuée de cette dernière.

Pour la plupart des standards, la fréquence de la porteuse son est supérieure à la fréquence de la porteuse image.

2.2.4.    Principes d'analyse TV

•  Analyse de l'image en télévision :

On transmet 30 images par seconde pour reconstituer le mouvement (nombre supérieur à la valeur de la persistance rétinienne)

• Principe de balayage entrelacé :

Pour éviter ce scintillement, sans pour autant augmenter la fréquence des images, on est amené à explorer l'image par trames (demi-images) entrelacées.

On transmet successivement 2 trames par image

On lit d'abord toutes les lignes impaires, ensuite toutes les lignes paires de l'image. On transmet ainsi 60 trames ou demi-images par seconde (c'est-à-dire 30 images) :  la fréquence de balayage est doublée pour devenir égale à la fréquence du secteur d'alimentation 60 Hz.

• Définition de l'image :

Pour que le nombre d'éléments d'image soit le plus grand possible et qu'on puisse obtenir ainsi plus de détails il faut, pour une image complète, un grand nombre de lignes de balayage. Le choix est un compromis entre la satisfaction visuelle (distance optimale de vision, dimensions de l'image) et la complication des circuits.

Pour le confort maximal d'observation, la distance normale d'observation doit être égale à environ 4 fois la plus grande dimension de l'objet (diagonale).

Le format rectangulaire de l'écran répond mieux aux soucis d'esthétique ; ainsi:

Distance d'observation optimale :

Le nombre minimal de lignes correspond au nombre maximal d'éléments  que l’œil pourra discerner dans la hauteur H.

L'élément le plus petit que l’œil peut discerner est dans un angle de 1', d'où le nombre minimum de lignes :

n = 520/1 = 520 lignes

Le standard américain (norme M) a choisi un nombre de lignes de 525 pour une largeur de bande de canal de télévision de 6 MHz.

• Fréquence d'image et fréquence ligne :

•  Synchronisation horizontale et synchronisation verticale :

Sans la synchronisation verticale de trame, l'image reproduite au récepteur n'est pas stable verticalement, elle roule vers le haut ou vers le bas de l'écran du tube-image.

Si les lignes de l'image ne sont pas synchronisées, l'image n'est pas stable horizontalement, elle glisse vers la droite ou la gauche et se scinde en segments diagonaux.

• Suppression horizontale et verticale :

Le rôle des impulsions de suppression du faisceau est de rendre invisibles les retours de balayage. Les impulsions horizontales suppriment le retour horizontal de droite à gauche de chaque ligne et les impulsions verticales suppriment le retour vertical de bas en haut de chaque trame.

• Qualités de l'image :

La commande de luminosité fait varier la polarisation continue du tube-image.

-        Contraste :  contraste veut dire différence d'intensité entre les zones noires et les zones blanches de l'image reproduite. Le contraste dépend de l'amplitude du signal vidéo alternatif. La commande de contraste fait varier l'amplitude crête à crête du signal vidéo alternatif appliqué au circuit grille-cathode du tube-image.

-        Détail :  la qualité de détail aussi appelé définition dépend du nombre d'éléments d'image que l'on peut reproduire soit le nombre de lignes de balayage et la largeur de bande du canal de transmission.

2.2.5.    Le signal vidéo-composite

Nous avons défini les différentes parties du signal composite utilisé pour la transmission d'images achromes. Ce signal est dénommé « signal vidéo composite ».

Rappelons les différents composants de ce signal :

-         Signal de luminance ou d'image : il occupe en amplitude environ 66 % de l'amplitude totale et est transmis pendant environ les 5/6 d'un cycle de ligne, H (53.3 μs).

-         Signaux de suppression :  émis entre chaque cycle de ligne et de trame, ils sont légèrement inférieurs au niveau du noir, c'est-à-dire situés entre 30 et 20 % de l'amplitude totale. Le signal de suppression horizontale dure 1/6 d'un cycle de ligne (10.2 μs) et celui de suppression verticale a une durée de 21H (1333 μs).

-         Signaux de synchronisation :  émis pendant une partie du signal d'effacement et d'une amplitude inférieure à ce dernier, le fond des « tops » se situant au niveau 0. Les signaux de synchronisation comprennent :

-- Les signaux de synchronisation de lignes, qui sont des tops simples, d'une durée de 5 μs, précédés d'un palier avant, court (0.02 H = 1.27 μs), et suivis d'un palier arrière, long (0.06 H = 3.81 μs).

-- Les signaux de synchronisation de trames, d'une durée de 3 H (190.5 μs) précédés et suivis d'impulsions d'égalisation. Chaque top vertical dure 27.35 μs et chaque créneau (espace entre deux tops verticaux) dure 0.07 H soit 4.4 μs.

Les tops d’égalisation et de préégalisation d’une durée de 3 H (190.5 μs) pour chaque groupe sont formés d’impulsions d’une durée de 2.54 μs. 

•  Échelle IRE des amplitudes du signal vidéo : on vérifie habituellement si l’amplitude du signal vidéo est conforme à l’échelle IRE (Institut of Radio Engineers) qui est un organisme Américain appelé maintenant IEEE (Institut of Electrical and Electronic Engineers). La pleine échelle IRE comporte 140 unités, 100 au-dessus du zéro et 40 au-dessous de zéro. Le signal vidéo crête à crête comporte 140 unités.

2.3. Schéma bloc d’un émetteur de télévision monochrome :

Fréquence intermédiaire

Codage couleur

Position des porteuses vision et son

2.5. La mire de réglage EIA :  L'organisme Américain Electronic Industries Association (EIA) a mis au point la mire de réglage standard EIA.

A) Cadrage : tout d'abord, pointer la caméra sur la mire et l'ajuster pour que la mire remplisse exactement la plage active de l'écran du moniteur de contrôle.

Pour obtenir un cadrage parfait, utiliser les huit flèches blanches des côtés de la mire.

B) Centrage : les croix blanches en haut et en bas déterminent un axe vertical passant par le centre. Cet axe sert au centrage horizontal.

Les hachures noires des côtés déterminent un axe horizontal passant par le centre.

C) Linéarité de déviation : la grande plage circulaire blanche constitue un indicateur approximatif mais évident pour la caméra et le moniteur. Une plage elliptique ou ovale dénote une mauvaise linéarité.

On peut également vérifier la linéarité de balayage à l'aide d'un carré ou d'un rectangle.

On n'obtient de bons résultats qu'en réglant séparément la linéarité horizontale et verticale.

• Linéarité horizontale : la mire comporte trois carrés, à savoir un au centre, un à gauche et un à droite. Ces carrés contiennent un même nombre de lignes verticales de même largeur.

• Linéarité verticale : on règle la linéarité verticale à l'aide de six rectangles étroits disposés en deux colonnes de haut en bas. Si la linéarité verticale est correcte, les rectangles auront la même hauteur de haut en bas de la mire.

E) Dynamique des contrastes : elle est évaluée par les quatre barres des tons des gris. Si le traitement du signal vidéo est linéaire, on peut distinguer 10 tons différents allant du blanc au noir en passant par le gris.

F) Entrelacement : les barres diagonales à 45⁰ dans le disque blanc servent à régler l'entrelacement des lignes de balayage de la plage.

Si les lignes paires et les lignes impaires sont également espacées, les diagonales apparaissent continues. Dans le cas de mauvais entrelacements, les diagonales sont dentelées et ont l'apparence d'un escalier.

G) Définition : les lignes d’épaisseurs et d’espacements différents servent à régler la qualité des détails d’image appelée définition. Les lignes verticales servent à régler la définition horizontale et les lignes horizontales servent à régler la définition verticale.

Les quatre petites mires disposées dans les coins servent également pour régler la définition. L’inscription 200 portée sur les rectangles concerne la définition et non la linéarité. Si les lignes des rectangles sont visibles à l’écran, la définition verticale est égale à 200.

3. Analyse et structure d’un tube image monochrome :

3.1. Principaux composants d’un tube image monochrome

Le tube image est un tube à rayons cathodiques (TRC ou CRT) c’est à dire un tube possédant une cathode qui excitée par l’effet d’un courant électrique émet des électrons. Il comporte donc un canon à électrons et un écran luminescent disposés à l’intérieur d’une enveloppe de verre vide d’air.

·       Le canon à électrons se trouve dans le col du tube image et émet des électrons qui sont accélérés vers l’écran par une tension anodique positive.

·       L’écran est constitué par la paroi interne du fond du tube qui est recouverte d’une substance luminescente qui va émettre de la lumière blanche lorsqu’elle est bombardée par un faisceau d’électrons.

En effet, la restitution de l'image optique originelle, après son analyse, sa transformation en signaux électriques et son transport à plus ou moins grande distance, est généralement assurée grâce à un phénomène appelé cathodo-luminescence. Il s'agit de la propriété qu'ont certains corps de s'illuminer sous l'effet d'un bombardement d'électrons (corps luminescents ou phosphorescents).

La couche de poudre déposée sur la paroi interne au fond du tube est appelée «Luminophores». Les poudres phosphorescentes utilisées ne sont pas des corps chimiques purs, ce sont des mélanges étudiés pour donner des radiations se rapprochant de la lumière blanche dans le cas de la télévision noir et blanc.

En noir et blanc on utilise du sulfure de cadmium mélangé à du sulfure de zinc. Les luminophores utilisés pour les tubes à rayons cathodiques portent un numéro de référence.

Numéro de référence	Couleur	Utilisation
P1	vert	oscilloscopes
P4 ou B4	blanc	tubes N/B
P22 ou B22	rouge, vert, bleu	tubes trichromes
P31	vert	oscilloscopes

Le format de tous les écrans est donné selon la diagonale du champ d'écran que l'on peut observer. Le nombre initial du numéro de référence d'un tube image donne le format de l'écran selon la norme EIA (Electronic Industries Association).

Exemple : 19VP22 est un écran de 19 pouces

Le nombre initial des tubes images étrangers indique la longueur de la diagonale de l'écran en mm.

Exemple : 210XB4 est un écran de 210 mm de diagonale

Le P ou le B en fin de numéro de référence ainsi que le nombre qui le suit (1, 4, 22 ou 31) précise la substance luminescente de l'écran. 

P4, B4 : tube noir et blanc

P22, B22 : tube couleur

Protection contre les rayons X : on utilise du plomb et du verre au plomb comme blindage contre la pénétration des rayons X. Le bois , le carton, le papier pressé, le verre et les métaux atténuent les rayons X mous.

Le numéro de référence des tubes images à fond blindé contre les rayons X peut comporter la lettre V, la lettre X ou le préfixe XR dans la désignation.

Exemple : 210XRB4 : 210 mm de diagonale, blindé contre les rayons X et N/B.

·       Des bobines extérieures (bloc de déviation ou «yoke») placées autour du col du tube font dévier le faisceau et lui font balayer tout le champ de l’image (horizontalement et verticalement). Elles sont parcourues par des courants électriques, la déviation est donc électromagnétique. Si le bloc de déviation est incliné vers la gauche ou la droite, la plage balayée et l'image le seront de la même façon.

Des bobines de déviation équilibrées donnent une image rectangulaire symétrique. En cas de dérangement, se rappeler que si la plage balayée n'est pas droite, il faut régler le bloc de déviation et que si les côtés gauche et droit ou du haut et du bas de la plage balayée ne sont pas parallèles, le défaut réside dans le bloc de déviation lui-même.

·       La paire d’aimants permanents placée à l’arrière du bloc de déviation permet le centrage de l’image sur l’écran du tube.

Pour remédier à ça, une paire d'aimants permanents est placée à l'arrière du bloc de déviation sur le col du tube image. Ces aimants qui opèrent une déviation électrostatique permettent alors de centrer l'image.

·        Revêtement conducteur extérieur : le revêtement extérieur est connecté à la masse du châssis par des pinces à ressort ou par un faisceau de fils nus. Le revêtement extérieur mis à la masse minimise les rayonnements du brouillage électrique de mêmes fréquences que les balayages vertical et horizontal.

·   Capacité de l'anode : l'ensemble revêtements intérieur, extérieur et enveloppe de verre se comporte comme un condensateur ayant comme plaques les revêtements et comme isolant l'enveloppe de verre.

Le condensateur équivalent de l'anode constitue le condensateur de filtrage de l'alimentation haute tension. La fuite du condensateur à verre équivalent de l'anode est extrêmement faible. Le temps de conservation de charge est très long. Il faut donc le décharger avant de toucher le tube-image. Pour cela, court-circuiter le revêtement conducteur extérieur à la prise de l'anode extrême. (Capacité de l'ordre de 2000 pF pour un tube de 64 cm soit 25 pouces).

·        Couche aluminisée : actuellement tous les tubes images comportent une très mince couche d'aluminium sur la partie exposée au canon à électrons.

Cette couche présente plusieurs avantages :

.. Elle est transparente au faisceau d'électrons.

.. La lumière émise par la couche phosphorescente est réfléchie vers le téléspectateur, ce qui donne une luminosité bien plus grande que dans le cas d'écrans non aluminisés.

.. Elle se comporte comme un piège pour bloquer les fortes charges ioniques émises par la cathode. Ces ions ne sont pas déviés par les champs magnétiques et ont tendance à se concentrer au centre de l'écran. Cet effet peut créer une tache brune appelée tache ionique au centre d'un écran non aluminisé.

Avant l'avènement des écrans aluminisés, la solution à ce problème consistait à monter un petit aimant appelé piège à ions. Le canon à électrons était pointé hors de l'écran, mais cet aimant déviait les électrons vers l'axe et non les ions.

3.2. Principe de fonctionnement

- Tension et courant de chauffage : généralement, la tension de chauffage est de 6.3 V.

En DC, elle peut être comprise entre 6.3 et 12 V. En AC, elle peut aller jusqu’à 18 V.

Le courant nominal est de l’ordre de 450 mA à 600 mA pour les tubes noir et blanc.

- La cathode est un petit disque d’oxyde métallique placé à l’extrémité du col étroit du

tube-écran. Il entoure complètement le filament chauffant.

- En suivant l’axe du tube, on rencontre ensuite la grille de commande (grille de focalisation, wehnelt ou G1) cylindrique qui entoure presque complètement le cylindre de la cathode. Une petite ouverture pratiquée dans cette grille permet aux électrons de la traverser.

Les lignes de force tendent à ramener les électrons vers la cathode du fait que la grille de commande est négative.

- C’est la tension positive appliquée à G2 ainsi que la tension anodique qui engendre une force d’accélération orientée vers l’avant. Cette force oblige les électrons à passer par l’ouverture de la grille G1. La grille écran cylindrique est la première anode d’accélération du faisceau d’électrons.

- À la suite de G2, on trouve le grille de focalisation G3

L’ensemble G2, G3 forme une lentille électrostatique qui place de force les électrons sur des trajectoires convergeant en un point de l’écran.

Tous ces cylindres sont constitués de nickel ou d’alliage de nickel et sont reliés aux broches du culot à l’exception de G4 qui fait partie de l’anode extrême.

- Haute tension anodique : la tension positive appliquée à l’anode extrême du canon à électrons doit être élevée afin que l’accélération des électrons soit suffisante pour obtenir la luminosité voulue.

Les valeurs types de cette tension sont les suivantes :

3 KV pour un tube image de 2.5 cm (environ 1 pouce)

6 à 7 KV pour des tubes de 5 pouces à 10 pouces

10 KV pour un tube image noir et blanc de 30 cm (12 pouces)

20 KV pour un tube image noir et blanc de 48 cm (19 pouces)

La borne de l’anode extrême est une cavité creusée dans le large cône de l’enveloppe de verre. Cette borne s’appelle prise d’anode. La borne de cette anode établit le contact avec le revêtement intérieur (conducteur) du cône qui s’étend jusqu’au col du tube (G4).

Ce revêtement est en graphite noir (aquadag). La haute tension est appliquée à l’intérieur du tube à l’aide d’une pince à ressort. Le potentiel de toute la surface intérieure du tube est égal à la haute tension appliquée. Une ventouse en caoutchouc recouvre la cavité et évite tout contact avec la haute tension.

3.3 Distorsion en coussin ou en croissant : cette distorsion est due à la planéité de l'écran.

Dans les récepteurs noir et blanc, on corrige la distorsion en coussin au moyen de petits aimants fixés sur la partie avant du bloc de déviation. (En TVC, on modifie les courants de déviation).

4.1 Bloc diagramme

4.2 Principales étapes du traitement du signal à partir de l’antenne jusqu’au haut parleur et au tube image

4.2.1 Le syntonisateur

Le bloc accord, plus souvent désigné par syntonisateur (RF tuner, front end), constitue le premier élément que rencontrent les ondes recueillies par l’antenne et amenées au récepteur par la ligne de transmission. Son rôle est triple : il sélectionne la bande de fréquence correspondant au canal désiré, il accroît l’amplitude de ces ondes et , enfin, il change la fréquence des ondes porteuses, audio et vidéo, en fréquences intermédiaires qui sont ensuite amplifiées par deux ou trois étages d’amplification IF.

Le syntonisateur est divisé en deux parties : l’une VHF et l’autre UHF.

* Le signal à la sortie du mélangeur UHF est très faible; il faut l’amplifier de façon que son amplitude devienne sensiblement égale à celle du signal IF présent à la sortie du mélangeur VHF.

* Oscillateur local (VCO)

Les oscillateurs locaux VHF et UHF opèrent à des fréquences supérieures aux fréquences porteuses.

Exemple : (Radio Canada émet dans le canal 2 qui s’étend de 54 MHZ à 60 MHz)

Porteuse image = 54 MHz + 1.25 MHz = 55.25 MHz

Porteuse son = 54 MHz + 5.75 MHz = 59.75 MHz

La fréquence de l’oscillateur local est égale à somme de la fréquence reçue et de la fréquence IF.

Afin d’utiliser un seul oscillateur local pour les deux porteuses, on a choisit la fréquence IF image supérieure à la fréquence IF son.

Fo = Fr (image ou son) + IF (image ou son)

Fo = 55.25 MHz + 45.75 MHz = 101 MHz

Fo = 59.75 MHz + 41.25 MHz = 101 MHz

4.2.2 Amplificateur IF vidéo

À la sortie du syntonisateur, l’amplitude du signal est de 1 mV environ ; la section IF porte cette amplitude à environ 1.5 V à 5 V selon le téléviseur, soit un gain moyen de 1500 à 5000 pour l’ensemble des amplificateurs IF (3 ou 4 en général).

Le signal IF comprend deux ondes porteuses :

. IF son (SIF) = 41.25 MHZ

. IF image (PIF) = 45.75 MHz

4.2.3 Détecteur ou démodulateur vidéo

Le rôle du détecteur vidéo est d’extraire le signal vidéo ou signal d’image du signal IF modulé en amplitude. Ce circuit rejette la porteuse et ne garde que le signal vidéo qu’il applique à l’entrée de l’amplificateur vidéo. Le signal qui arrive au détecteur vidéo est composé de deux ondes porteuses : celle de l’image à la fréquence de 45.75 MHz (PIF) et celle du son à la fréquence de 41.25 MHz (SIF). Quand les deux porteuses arrivent au détecteur vidéo, elles entrent en battement l’une avec l’autre et produisent une nouvelle onde porteuse de 4.5 MHZ, soit la différence entre 45.75 MHZ et 41.25 MHZ. Cette nouvelle porteuse de 4.5 Mhz retient la modulation de fréquence du signal audio et la modulation d’amplitude du signal vidéo. Mais, comme nous le verrons dans une leçon suivante, le détecteur FM élimine les informations vidéo et ne garde que l’audio.

4.2.4 Amplificateur vidéo

Le rôle de l’amplificateur vidéo est de procurer un signal d’amplitude suffisante contenant toute l’information nécessaire à la reproduction de l’image. Par information nécessaire, il faut comprendre : signal de luminance, impulsions d’effacement et impulsion de synchronisation. Ce signal complexe, qui n’est en fait que le signal vidéo combiné (vidéo composite) est déjà présent à la sortie du démodulateur vidéo mais son amplitude est faible : quelques volts au maximum. Or, la modulation convenable du tube image exige quelques dizaines de volts crête à crête, d’où la nécessité de prévoir un amplificateur vidéo situé entre le détecteur vidéo et le tube image. Pour fixer les idées, notons qu’un petit tube de 5 pouces demande, pour être modulé à fond, une tension pouvant varier entre 25 et 50 volts, et qu’un tube plus grand (21 pouces par exemple) exige des tensions d’attaque de 35 volts à 95 volts.

4.2.5 IF Audio 

L’IF audio est un amplificateur de la porteuse de 4.5 MHZ qui transporte aussi bien le signal audio que le signal vidéo obtenu dans le détecteur vidéo. Il porte l’amplitude du signal à un niveau suffisant pour l’étage suivant.

4.2.6 Détecteur ou démodulateur audio

Le rôle du détecteur audio est d’extraire le signal audio ou signal son du signal IF modulé en fréquence. Ce circuit rejette la porteuse de 4.5 MHZ ainsi que le signal vidéo et ne garde que le signal audio qu’il applique à l’entrée de l’amplificateur audio.

4.2.7 Amplificateur audio

Le rôle de l’amplificateur audio est de procurer un signal d’amplitude suffisante pour la puissance désirée au haut parleur. Exemple : pour un haut parleur de 16 W et une puissance de 1 watt, la valeur efficace de la tension doit être de :

4.2.8 Extraction et séparation de synchronisation

Son rôle est double : il élimine le signal de l’image du signal vidéo composite pour ne conserver que les tops de synchronisation horizontaux et verticaux et il trie les tops pour diriger les tops verticaux vers la base de temps verticale et les tops horizontaux vers la base de temps horizontale.

4.2.9 Déflexion verticale

Le rôle du bloc "déflexion verticale" est de fournir à la bobine de déviation verticale assez de puissance (amplitude crête à crête de quelques volts) pour que le faisceau d’électrons balaie tout le champ de l’écran de haut en bas d’une part. D’autre part il doit permettre la synchronisation de l’image verticalement. Il comprend un oscillateur de relaxation et un amplificateur de puissance.

4.2.10 Contrôle automatique de fréquence (CAF), déflexion horizontale et THT

La base de temps horizontale a pour mission d’assurer le déplacement par l’intermédiaire des bobines de déviation lignes, du faisceau d’électrons ligne par ligne de gauche à droite pendant le temps d’aller où le faisceau est modulé par le signal vidéo.

Pour obtenir des constantes de temps très faibles (63.5 µs), les bobines lignes ont une résistance très petite (inférieure à 1 W en général). Elles consomment donc plus de courant que les bobines trames et elles se comportent donc comme des inductances.

La base de temps horizontale comprend :

. Un contrôle automatique de fréquence CAF car une petite erreur de synchronisation peut se traduire par des déchirures de l’image dans le sens horizontal.

. Un amplificateur de puissance

. Un oscillateur de relaxation de 15750 Hz

. Un bloc THT : on profitera des surtensions produites lors des retours lignes pour réaliser l’alimentation THT (très haute tension) nécessaire au tube image (anode extrême).

5.1 Rôle d’une caméra : le rôle d’une caméra monochrome est de capter une image N/B et de la convertir en signaux électriques représentatifs de l’image observée. En effet au départ de la chaîne de transmission des images se trouve un organe essentiel, le tube analyseur ou tube de prise de vue dont le rôle est de transformer l’image optique, placée dans son champ en un signal électrique que nous saurons manipuler, amplifier, utiliser pour moduler une porteuse suivant des méthodes analogues à celles employées en radiodiffusion.

5.2 Termes propres à l’image : comme sur un tube image, l’analyse sur un tube de prise de vue se fait en trames entrelacées. Il y a donc deux demi-images, une paire et une impaire. Un tube analyseur possède aussi une synchronisation horizontale et une

synchronisation verticale. À la fin de chaque ligne, il y a un effacement de l’écran pour que les traces de retour du faisceau d’électrons vers la ligne suivante n’apparaissent pas à l’écran. Il y a également un effacement trame.

5.3 Tube analyseur monochrome typique

C’est un tube qui utilise la photo conductivité de certains matériaux et non leur photo- émission. La cible ainsi formée par une couche métallique, assez fine, recouvrant l’intérieur de la face avant du tube est constituant la plaque de signal.

Le matériau photoconducteur utilisé est le sélénium ou le sulfure d’antimoine (dont la conductivité varie avec l’éclairement). La plaque du signal est portée à un potentiel positif par rapport à la cathode du canon. C’est le cas du tube analyseur du schéma précédent appelé VIDICON.

Le courant qui donne le signal vidéo de sortie circule dans un circuit série constitué de la cible, de la résistance de charge RL, de l’alimentation de la cible, de la cathode mise à la masse et du faisceau électronique lui même.

Dans ce circuit, la cible se comporte comme une résistance R variant de 20 MW lorsqu'il n'y a aucune lumière à 2 MW lorsque la lumière est forte.

5.4 Différentes sortes de tubes analyseurs d’image :

. Vidicon : cible photosensible en sulfure d’antimoine

. Plumbicon : marque de commerce de Philips. Identique au Vidicon mis à part la cible qui est en oxyde de plomb (PbO). Le tube est plus sensible à la lumière bleue qu’à la lumière rouge.

. Saticon : marque de commerce de Hitachi. La plaque est en sélenium, arsenic et tellure.

. Vidicon au silicium : une jonction semi-conductrice au silicium sert de cible. Très haute sensibilité aux lumières faibles.

. Chalnicon : marque de commerce de Toshiba. La cible est un mélange de couches constituées d’oxyde d’étain, de séléniure de cadmium et de sulfure d’arsenic. Très haute sensibilité.

. Newvicon : marque de commerce de Matsushita. Zinc-sélénium-antimoine.

5.5 Rôle du viseur électronique : le viseur permet de vérifier la qualité de l’image :

. Centrage

. Mise au foyer

. Grandeur de vue

. Contraste

. Brillance

5.6 Bloc diagramme

6. Circuit de syntonisation d'un téléviseur :

6.1. Principe de réception : le principe utilisé est le superhétérodyne (battement des fréquences supersoniques). Au niveau du récepteur, un seul circuit accordé sur une fréquence fixe (FI) est nécessaire. On accorde le récepteur à n’importe quelle station (canal) d’émission par simple variation(syntonisation) de la fréquence d’un oscillateur local.

6.2. Sélecteur (Tuner)

6.2.1. Rôle du sélecteur :

* Procurer une première amplification des signaux émanant de l’antenne ; la puissance fournie par l’antenne est de quelques nanowatts (signal de l’ordre de 200 µV, quelques µA) ; un gain en puissance d’environ 26 dB minimum (amplificateur RF) est nécessaire pour ramener le signal à une valeur (4 à 10 mV) suffisante pour attaquer l’amplificateur FI.

* Fixer le facteur de bruit du récepteur donc sa sensibilité. En télévision, le bruit se traduit par de petites taches noires qui brouillent l’image. Le son lui est affecté d’un "souffle" persistant désagréable.

La solution à ce problème consiste à concevoir un amplificateur produisant le minimum de bruit pour le maximum d’amplification.

Exemple : si le premier étage procure un gain en tension de 20 sans introduire de bruit et que l’antenne fournisse un signal de 215 µV avec 4.3 µV de bruit, on aura à la sortie un signal de :

215 µV x 20 = 4.3 mV et un bruit de 4.3 µV x 20 = 86 µV

Le rapport signal / bruit est toujours de :

215 µV / 4.3 µV = 4.3 mV / 86 µV = 50

* Améliorer le tri effectué par l’antenne entre toutes les ondes électromagnétiques reçues.

* Assurer la conversion des fréquences RF reçues en fréquences intermédiaires fixes (FI) de façon que quelque soit le canal sur lequel on accorde le téléviseur, les fréquences à la sortie soient les mêmes.

Le tuner a, à travailler sur des fréquences qui s’échelonnent de 54 MHZ à 890 MHz, dans le standard adopté par le Canada (525A norme M).

Le tuner VHF est conçu pour la réception de 2 bandes (I et III) ou VHF Low et VHF High.

- VHF Low, bande I : gamme de fréquences couvertes : 54 MHz à 88 MHz. La bande I est divisée en 5 canaux A2, A3, A4, A5 et A6

- VHF High, bande III : gamme de fréquences couvertes : 174 MHz à 216 MHz. La bande III est divisée en 7 canaux A7, A8, ........A12 et A13

- UHF bandes IV et V : gamme de fréquences couvertes : 470 MHz à 890 MHZ.

La bande UHF est divisée en 70 canaux A14 à A83.

La largeur du canal est de 6 MHZ (525A norme M)

La position des porteuses (vision et son) dans le canal par rapport à la fréquence inférieure du canal est :

                   F image : + 1.25 MHZ              F son : + 5.75 MHZ

Ce qui donne les fréquences porteuses suivantes :

Bande	Porteuse image (MHZ)	Porteuse son (MHZ)
VHF Low	55.25 à 83.25	59.75 à 87.75
VHF High	175.25 à 211.25	179.75 à 215.75
UHF	471.25 à 885.25	475.75 à 889.75

6.2.2. Schéma synoptique d’un tuner à varicaps

6.2.2.1. Circuit d’entrée :

. Adaptation d’impédance entre le câble de descente d’antenne (d’impédance caractéristique 75 W) et l’entrée de l’ampli RF. Une bonne adaptation

d’impédance (transfert optimal de puissance) permet une protection contre "l’effet écho" (images doubles ou triples).

L’adaptation parfaite est difficilement réalisable, car si le circuit d’entrée peut se comporter comme une résistance pure, de valeur égale à celle de l’antenne, pour une certaine fréquence, son impédance varie de part et d’autre de cette fréquence.

. Sélectionne le canal à recevoir. Le circuit d’entrée, accordé sur la fréquence centrale du canal à recevoir, est forcément à large bande (LB1), à cause de l’amortissement nécessaire pour l’adaptation. Le filtre couplant l’amplificateur RF au mélangeur "rétrécit" la bande de sorte que la réponse globale de l’amplificateur se rapproche de la forme rectangulaire (LB2).

. Élimine les signaux vidéo et radio en provenance d’autres émetteurs, les signaux téléphoniques et télégraphiques.

6.2.2.2. Amplificateur RF (VHF ou UHF) :

. Assure une première amplification des signaux émanant de l’antenne

. L’amplificateur RF détermine le facteur de bruit global de la chaîne d’amplification du sélecteur. L’amplificateur RF doit avoir un gain important et un rapport (signal / bruit) élevé.

Tableau définissant la qualité de l’image pour quelques rapports (signal / bruit)

Rapport (signal / bruit)		Qualité de l’image
Rapport en tension	Rapport en décibels
100 75 50 30 20 10 3	40 37 34 30 26 20 10	Excellente Très bonne Bonne Assez bonne Juste suffisante Insuffisante Inexploitable

6.2.2.3. Filtre de bande ou filtre de présélection : c’est un filtre composé de circuits accordés, sur la fréquence centrale du signal reçu donnée par : Fréquence centrale du filtre = (PI + PS) / 2 (réglable grâce aux varicaps), et couplés magnétiquement et capacitivement. Le filtre de bande conserve sur toute la bande de fréquences couvertes une bande passante constante supérieure à la largeur du canal (6 MHZ).

Par sa sélectivité, il permet d’éliminer les fréquences indésirables (fréquences images, brouilleurs). Il sert à parfaire la courbe de réponse, c’est en fait lui le vrai responsable de la "sélectivité" du récepteur.

6.2.2.4. Oscillateur local

* Principe

Pour AB = 1, l’oscillateur produit une tension sinusoïdale, en l’absence d’une tension d’entrée.

B qui est le circuit de réaction est à base de composants LC

* Rôle de l’oscillateur : il est indispensable pour l’obtention des fréquences intermédiaires. Une fréquence d’oscillation, commune aux voies vision et son suffit pour le changement de fréquence de RF à FI.

* Instabilité de l’oscillateur : une dérive en fréquence de ± 150 kHz se traduit par l’évanouissement du son (fading) et une distorsion de l’image.

Une variation de la tension d’alimentation provoquerait les dérives en fréquences suivantes :

Bande VHF Low : DF max = 400 KHz

Bande VHF High : DF max = 300 KHz

Bande UHF : DF max = 500 KHz

D’où la nécessité d’une alimentation stabilisée.

* Rayonnement : l’oscillateur local propage de l’énergie. On limite le rayonnement en blindant l’oscillateur. En général, le tuner est placé dans une boîte en aluminium qui joue le rôle d’une cage de Faraday.

6.2.2.5. Le mélangeur

* Principe du mélange

6.2.2.6. circuit de sortie : c’est un filtre de bande accordé au centre des deux fréquences FI son et vision (fréquence centrale = 43.5 MHZ). L’étage de sortie élimine les harmoniques indésirables.

6.3. Étude du sélecteur RadioShack : l’absence de toute commutation mécanique confère au tuner à syntonisation électronique une excellente fiabilité. Une commande unique sur la polarisation des varicaps permet d’accorder simultanément les circuits d’entrée, les filtres de bande et l’oscillateur.

Identification des différents blocs sur le diagramme schématique du tuner : 

-        UHF

•  Q4 : amplificateur RF

• D8, D9 : condensateurs variables qui permettent au circuit de liaison d’avoir une bande passante de 6 MHZ centrée sur la fréquence centrale du canal à syntoniser soit 

(PI + PS) / 2 

•  D10 : mélangeur

•  Q5 : oscillateur local

• Q3 : amplificateur FI. Le niveau du signal à UHF à la sortie du mélangeur est plus faible que le niveau du signal IF à la sortie du mélangeur VHF. Pour avoir un niveau de signal suffisant pour attaquer les amplificateurs IF, une première amplification IF du signal UHF est produite par le transistor Q3. 

-        VHF

• Q1 : amplificateur RF

• Q3 : mélangeur

• Q2 : oscillateur local

• D3, D4 : condensateurs variables du circuit de liaison

6.4. Amplificateur FI :

- Les signaux RF reçus sont convertis en une bande de fréquences plus basses appelées fréquences intermédiaires (FI), facilitant la réalisation des filtres de bande, des amplificateurs et des circuits de détection. Les fréquences intermédiaires FI sont plus facilement amplifiables.

L’ampli FI procure la majeure parie du gain d’un téléviseur (plus de la moitié).

. Répartition des gains dans un récepteur TV

- Les risques d’instabilité étant d’autant plus importants que le gain est élevé, l’ampli FI est confié à plusieurs étages chacun amplifiant une portion de l’amplification totale.

- L’amplificateur FI amplifie tous les signaux compris dans le canal de réception et les voies son et vision ne sont séparées qu’à sa sortie ; c’est le procédé interporteuse (intercarrier).

À la sortie du détecteur image, on recueille le signal vidéo ainsi qu’un battement des deux signaux FI. La fréquence obtenu est : 45.75 MHz - 41.25 MHz = 4.5 MHz qui devient la nouvelle fréquence intermédiaire son modulée en fréquence par le signal audio.

7.Circuits vidéo

L’amplificateur vidéo constitue le dernier étage de la chaîne d’amplification vision. C’est lui qui alimente le tube-images en signaux de modulation. Les tensions de sortie seront appliquées au canon électronique et modifieront le nombre d’électrons du faisceau issus de ce canon, de sorte que, sur l’écran, la luminosité variera. Les amplificateurs vidéo sont classés dans la catégorie des amplificateurs de tension à large bande qui doivent traiter des signaux allant du continu à plusieurs mégahertz (4.2 Mhz pour le 525A).

Avant d’étudier les amplificateurs vidéo proprement dits, il est nécessaire de connaître les besoins d’un tube-images.

Rappels :  Un tube à rayons cathodiques est essentiellement constitué par une cathode (K), un élément chauffant, et d’une anode (A) que l’on peut imaginer sous la forme d’un disque vertical percé en son centre d’un trou de petit diamètre. Cathode et anode sont enfermées dans un tube de verre de forme évasée caractéristique. Le tube est vidé de l’air comme dans les lampes.

Le fond du tube (E) est enduit intérieurement d’une substance qui devient luminescente lorsqu’elle est soumise à un bombardement électronique. C’est elle qui constitue l’écran du tube cathodique

Lorsqu’on chauffe la cathode (K) et que l’on porte l’anode (A) à une forte tension positive, les électrons émanant de la cathode sont attirés par l’anode. Ils la traversent et vont frapper l’écran (E) qui s’illumine sous le choc.

Le point lumineux apparaissant sur l’écran s’appelle le « spot ». Dans la description qui précède, le rayon cathodique serait légèrement divergent à partir de l’anode (A) et se traduirait, sur l’écran, par un spot quelque peu diffus.

En plaçant une troisième électrode (C) dite « électrode de concentration » à proximité de l’anode (A), on fait converger le faisceau. Si la tension appliquée à l’électrode (C) est judicieusement choisie, la concentration maximum du rayon aura lieu à la hauteur de la couche fluorescente et se traduira, sur l’écran, par un spot très fin.  

En fait, la concentration est obtenue au moyen d’un ensemble d’électrodes que l’on désigne sous le non de «canon à électrons». C’est sur cet ensemble qu’on agit lorsqu’on règle le bouton «concentration» (ou «focus») d’un tube cathodique.  

Ce réglage préliminaire est important et ne doit pas être négligé. On ne pourra, en effet, obtenir une image parfaitement nette si, au départ, la concentration du spot est défectueuse.  

Entre la cathode (K) et les autres électrodes est placée une dernière électrode, nommée Wehnelt, grille G1 ou grille de commande. Soumise à une tension plus ou moins négative, elle permet de régler le débit des électrons, agissant ainsi sur la luminosité du spot. En portant le Wehnelt à une valeur de tension très négative, il est possible d’interrompre complètement le faisceau d’électrons et, par conséquent, d’éteindre le spot sur l’écran. C’est sur la tension négative du Wehnelt que l’on agit lorsqu’on règle le bouton «brillance» ou «luminosité».  

 Déflexion : lorsqu’on soumet un faisceau d’électrons à un champ électrique ou magnétique, on assiste à une déviation de ce faisceau par rapport à sa trajectoire normale. Ces deux possibilités ont donné naissance à deux types de tubes cathodiques : le tube à déflexion électrostatique et le tube à déflexion électromagnétique.

Déflexion électrostatique : disposons deux plaques verticales A et B à la sortie du canon à électrons, de part et d’autre de la trajectoire normale du faisceau électronique. Si nous établissons, entre les plaques A et B, une différence de potentiel telle que la plaque A soit positive par rapport à la plaque B, le faisceau sera dévié vers la plaque A. Si nous inversons la polarité, la déviation aura lieu dans l’autre sens.

L’amplitude de la déviation est proportionnelle à la valeur de la tension appliquée entre les plaques A et B. On appelle «sensibilité de déflexion» le déplacement (d) du spot sur l’écran pour une tension de 1 volt appliquée entre les plaques. On dira par exemple, qu’un tube cathodique possède une sensibilité de déflexion de 0.5 mm par volt. Cette sensibilité varie d’un tube à l’autre. La connaissant, on peut aisément déterminer quelle est la tension à appliquer aux plaques pour obtenir un déplacement de spot d’une valeur donnée.

Le tube cathodique à déflexion électrostatique possède deux paires de plaques, perpendiculaires entre elles. L’une correspond à la déflexion horizontale et l’autre à la déflexion verticale.

Dès lors, en jouant sur les valeurs et les polarités des tensions appliquées à chaque paire de plaques, il est possible de déplacer le spot sur toute la surface de l’écran.

Soit un tube doté de caractéristiques suivantes :

            - Écran rectangulaire ; surface utile 22.5 x 30 cm. (Environ 15 pouces)

            - Sensibilité de déflexion : 1 mm par volt.

Nous obtiendrons, pour différentes valeurs de tension :

Balayage

Nous venons de réaliser un balayage horizontal. Nous avons soumis les plaques de déflexion horizontale à une tension en dents de scie de la forme ci-après :

Il est aisé de comprendre que la vitesse de déplacement du spot sera uniforme si la variation de tension qui lui donne naissance est linéaire. La tension en dent de scie satisfait cette condition.

Il est évident que la durée du déplacement sera rigoureusement identique à la durée de la dent de scie.

Si nous soumettons les plaques de déflexion à une succession de dents de scie, nous assisterons à une série de balayages horizontaux successifs, ayant chacun la même durée t. La brusque chute de tension qui a lieu à la fin de chaque dent de scie est suffisamment rapide pour que le retour du spot à sa position de départ soit négligeable. Si la durée de la dent de scie est suffisamment longue (de l’ordre de 1 seconde), nous pourrons observer le déplacement du spot sur l’écran. Si nous diminuons t (autrement dit : si nous augmentons la fréquence de balayage), la vitesse du spot augmente. Au-delà d’une certaine limite (dépendant de l’inertie rétinienne) elle devient trop élevée pour que notre oeil puisse décomposer le mouvement. Nous ne percevons plus alors qu’une ligne lumineuse horizontale.

Déflexion électromagnétique :

Au lieu de soumettre le rayon cathodique à un champ électrotatique produit par deux paires de plaques, on peut aussi faire agir un champ électomagnétique.

Les plaques de déflexion sont alors remplacées par deux paires de bobines verticale et horizontale (extérieures au tube écran) dont les axes sont disposés respectivement horizontalement et verticalement. La déviation du faisceau électronique est ici perpendiculaire au champ magnétique considéré.

Les tensions de déflexion sont appliquées aux bornes des deux bobines. Le principe de déplacement du spot est exactement le même que pour le système électrostatique (on a simplement remplacé les plaques par des bobines dont l'effet est similaire).

La partie "réception" que nous avons analysé jusqu'à présent est, en ce qui concerne son schéma bloc, analogue à celle d'un récepteur de radiodiffusion. Celle que nous allons étudier maintenant n'existe évidemment pas dans une radio.

En télévision il est nécessaire de synchroniser les balayages à la réception avec ceux de l'émission. À cette fin, on transmet des signaux de synchronisation à chaque fin de ligne et à chaque fin de trame. Pour faire dévier le faisceau électronique tant lors de l'analyse de l'image que lors de la synthèse, il faut fournir aux organes de déflexion des courants croissants linéairement pendant la durée d'une ligne ou d'une trame et reprenant très rapidement leur valeur initiale à la fin d'un cycle.

La forme de ces signaux est dite en "dents de scie"

T_L + T_RL = 1/ 15750 = 63.5 µs

T_RL = 16 % de 63.5 µs = 10.2 µs

T_I + T_RI = 1/ 60 = 16.67 ms

T_RI = 8 % de 16.67 ms = 1333 µs

8.1.1. Formes des tensions provoquant un courant en dents de scie dans les circuits :

La tension qui alimente la bobine est une onde alternative rectangulaire de forme asymétrique. En t₀, la polarité de la tension source vient de s’inverser ; le courant est maximal et négatif. À cause de l’inductance, l’intensité du courant diminue linéairement, passe par zéro, puis croît dans le sens positif. En t₁, le générateur inverse ses polarités et applique une forte tension négative à l’inductance. Le courant se met alors à diminuer, passe par zéro puis croît dans le sens négatif. Entre t₁ et t₂, la pente est plus forte qu’entre t₀ et t₁ car la tension négative est plus forte que la tension positive. Le courant qui traverse l’inductance a donc la forme d’une dent de scie ; c’est précisément ce genre de courant qui doit alimenter les bobines verticale et horizontale du déflecteur d’un téléviseur.

8.1.2. Cas d’un circuit comprenant R et L :

Les bobines de déflexion d’un téléviseur ne sont pas des inductances pures ; les enroulements qui les composent offrent de la résistance. Une bobine de déflexion équivaut donc à un circuit série formé d’une inductance et d’une résistance.

Comme le montre la figure suivante, il faut appliquer une onde en forme de dents de scie à la résistance (A) et une onde de forme rectangulaire à l’inductance pure (B) pour obtenir un courant en forme de dents de scie. La somme des deux formes de tension est une onde trapézoïdale (C) ; c’est le type d’onde qu’il faut appliquer aux bobines du déflecteur pour y obtenir des courants en forme de dents de scie.

Les valeurs relatives des tensions de la dent de scie et de l’onde rectangulaire dépendent des valeurs relatives de la réactance inductive et de la résistance ohmique du bobinage. Les bobines de déflexion horizontale et verticale étant différentes, de même que les fréquences auxquelles elles sont soumises, les formes et les amplitudes des tensions qu’on obtient à leurs bornes sont différentes.

8.1.3. La production de balayage comprend trois grandes parties :

• Une, chargée de la séparation des signaux de synchronisation
• Une, qui assure le balayage vertical
• Une, qui assure le balayage horizontal

8.2. Séparation et triage :

Le signal vidéo complet contient trois informations (signal vidéo ou image, impulsions de noircissement et impulsions de synchronisation), une nous suffit maintenant : celle qui est destinée au déclenchement des bases de temps "trame" et "ligne".

La première opération est effectuée par un étage appelé "séparateur" qui élimine du signal vidéo complet tout ce qui concerne l'image mais conserve les signaux de synchronisation. Il agit à la façon d'un rabot qui couperait tout ce qui dépasse le niveau des signaux de synchronisation.

La deuxième opération consistera à trier les signaux en fonction de leur destination : balayage vertical ou balayage horizontal.

L'élimination des signaux de modulation image est fondée sur la différence d'amplitude qui existe entre les impulsions de synchronisation et les signaux de modulation.

Le fonctionnement de l'étage séparateur repose sur le blocage et la saturation d'un transistor.

Le signal vidéo est appliqué via un condensateur sur la base d'un transistor NPN. La modulation vidéo négative bloque le transistor; seules les impulsions positives de synchronisation provoquent l'apparition du courant d'émetteur. On obtient aux bornes de la résistance de charge des signaux de phase inverse correspondants uniquement à la synchronisation.

Si on considère le schéma bloc précédent, la forme d'onde au point (A) est :

La forme d'onde au point (B) est :

8.2.2.1. Principe:

Pour trier les impulsions de synchronisation, on transforme par intégration (filtre passe bas) la différence de durée des impulsions verticale et horizontale en une différence d'amplitude.

8.2.2.2. Circuit intégrateur ou filtre passe bas

Effet des impulsions horizontales sur l’intégrateur : voyons comment se comporte le circuit intégrateur lorsque des impulsions de synchronisation horizontale se présentent à son entrée.

En t₀, la tension est appliquée au circuit et le condensateur commence à se charger à travers la résistance. Cette charge dure 5 µs, soit le temps de l’impulsion horizontale entre t₀ et t₁.

La constante de temps du circuit est t = RC = 30 KW x 1 nF = 30 µs ===> 5t = 150 µs

Durant la première constante de temps, le condensateur se charge à 63.2 % de sa valeur finale. Il se charge pendant 5 µs soit 15.35 % (V = E(1-e^-(t/RC)) avec E=tension finale.

Le condensateur accumule donc seulement 15.35 % du voltage total de l’impulsion appliquée à l’entrée de l’intégrateur. Entre t₁ et t₂, il s’écoule 58.5 µs (63.5 µs - 5 µs) et le condensateur perd une bonne partie des charges qu’il avait accumulées entre t₀ et t₁.Ainsi, sous l’effet des impulsions de synchronisation horizontale, la tension aux bornes du condensateur ne devient jamais assez élevée pour influencer le fonctionnement de l’oscillateur vertical. À noter que les impulsions d’égalisation (durée = 2.54 µs, 2 par ligne soit 6 impulsions au total) produisent sur l’intégrateur, un effet identique à celui des impulsions de synchronisation horizontale (voir figure suivante). 

Effet des impulsions verticales sur l’intégrateur :  voyons maintenant ce qui se passe lorsqu’une impulsion verticale dentelée apparaît à l’entrée de l’intégrateur. Disons d’abord que l’impulsion est dentelée afin de maintenir l’oscillateur horizontal en synchronisme avec celui de l’émetteur pendant le retour vertical.

Au temps t₀, la tension est appliquée à l’entrée de l’intégrateur et le condensateur commence à se charger à travers la résistance. Cette charge dure pendant 27.35 µs. La constante de temps du réseau RC est 30 µs et durant la première constante de temps, le condensateur se charge à 63.2 % de sa valeur finale.

Le condensateur se charge pendant 27.35 µs, soit 59.8 % (V=E(1-e^-(27.35/30)). Le condensateur accumule donc 59.8 % du voltage total de l’impulsion d’entrée.

Entre t₁ et t₂, il s’écoule seulement 4.4 µs et le condensateur perd moins de 13.6 % des charges qu’il avait accumulées entre t₀ et t₁. En t₂, une nouvelle impulsion provoque la charge du condensateur ; sa tension s’accroît jusqu’en t₃ où, à nouveau, il se décharge pendant 4.4 µs.

La tension du condensateur augmente progressivement car le temps de charge est beaucoup plus long que le temps de décharge. Cette tension aux bornes du condensateur est appliquée à l’entrée de l’oscillateur vertical ; lorsqu’elle atteint une certaine valeur, cette tension force l’oscillateur à terminer son cycle d’oscillation et à amorcer un autre.

Dès la fin de l’impulsion verticale dentelée, le condensateur intégrateur se décharge car les impulsions d’égalisation et de synchronisation horizontale sont de courte durée.

8.2.2.3. Circuit différentiateur ou filtre passe haut

Les impulsions différentiées sont rabotées, on ne garde que les lancées positives ou négatives selon le cas.

Cette partie du téléviseur est appelée de diverses façons : balayage trame ou image, base de temps verticale, trame ou image.

La base de temps verticale commence au relaxateur ou oscillateur vertical. Cet oscillateur génère une sortie qu'il soit synchronisé ou non. La synchronisation verrouille l'oscillateur pour stabiliser la fréquence à 60 Hz.

Le fonctionnement de l'oscillateur est basé sur la charge et la décharge d'un condensateur à courant constant afin de produire la tension en dents de scie nécessaire aux bobines de déviation verticales.

La charge lente du condensateur dans une branche donne la montée linéaire et la décharge rapide dans une autre branche donne le retour rapide.

Ce circuit est un générateur qui assure une bonne linéarité des dents de scie au moyen d'une source à courant constant. Il se compose de trois ensembles. Q3 est la source de courant constant qui débite un courant de charge constant à la capacité C1; Q1 et Q2 constituent une porte rapide pour la décharge de C1, Q4 est un émetteur suiveur jouant le rôle d'amplificateur présentant une faible impédance de sortie.

Exemple :

Soit Vcc = 12 Volts, R1 = 4K7, R2 = 15K, R3 = 2K2, R4 = 10K, R5 = 1K, R6 = 2K2,

R7 = 15K, R8 = 2K2, R9 = 1K5, RV1 = 1K et C1 = 2.2 µF et examinant tout d'abord la source à courant constant.

La base de Q3 a son potentiel aux alentours de 9 Volts (diviseur R1-R2). Le potentiel d'émetteur est de 9.7 Volts; on a donc une chute de tension de 2.3 Volts aux bornes de la résistance R3+RV1; si cette dernière résistance est ajustée à 2.68 K , le courant s'écoulant dans le transistor sera alors de 858 µA et restera à cette valeur pour une variation importante de la tension collecteur-émetteur du transistor. La tension sur l'émetteur de Q2 augmente au fur et à mesure que C1 se charge, la tension sur sa base étant fixée à 5.8 Volts par le diviseur R5-R6-R7. Lorsque cette tension atteint 5.8+0.7 Volts, Q2 se sature de même que Q1 et le condensateur C1 se décharge.

Pendant la décharge de C1, le collecteur de Q1 est à 0 Volt, la diode D1 conduit et coupe la source à courant constant. C1 déchargé, les transistors Q1 et Q2 sont à nouveau bloqués et le cycle recommence.

Comme Q = CV

et Q = it

on en déduit que le temps de charge pour atteindre le potentiel V (ici de 6.5 Volts) est :

t = CV / i = 2.2µF x 6.5 V / 858 µA = 16.67 ms

L'étage de sortie est un amplificateur de puissance à signaux forts qui va fournir un courant suffisant aux bobines verticales.

Un certain nombre de dispositifs auxiliaires sont nécessaires pour assurer un bon fonctionnement des circuits de balayage.

• Commande de stabilité verticale : elle fait varier la fréquence libre de l'oscillateur vertical. La régler juste au dessous de 60 Hz pour que les tops de synchronisation verticale verrouillent l'oscillateur et stabilisent l'image.

• Commande de linéarité : elle fait varier la linéarité des dents de scie. La régler pour éliminer la compression ou l'expansion des lignes de balayage au sommet ou au bas de l'image. Le perfectionnement du circuit de déviation a permis d'éliminer la commande de linéarité verticale

• Commande de hauteur d'image : elle fait varier la sortie de l'amplificateur vertical. La régler pour remplir l'écran de haut en bas de lignes de balayage.

Cette partie du téléviseur est encore appelée base de temps lignes. La base de temps horizontale a pour mission d'assurer le déplacement, par l'intermédiaire des bobines de déviation lignes, du faisceau d'électrons ligne par ligne, et de gauche à droite pendant le temps d'aller où le faisceau est modulé par les signaux vidéo. Pendant le retour, le faisceau est "coupé".

On profitera des surtensions produites lors du retour de lignes pour réaliser l'alimentation T.H.T. (très haute tension) nécessaire au tube-images.

Le principe de fonctionnement est fondamentalement analogue à celui du balayage vertical mais en raison de la fréquence plus élevée dans le balayage horizontal, il comporte quelques différences importantes :

• La base de temps horizontale comporte un comparateur de phase qui va fournir une tension de correction continue qui va commander la fréquence de l'oscillateur. Le comparateur est nécessaire car une variation de phase dans les signaux de synchronisation ou dans ceux de l'oscillateur lignes perturbe le balayage de sorte qu'il risque de manquer des lignes dans l'image, l'effet étant analogue à celui des "déchirures".

Exemple : soit un écran de dimensions L = 66 cm (26'') et H = 49.5 cm (19.5'').

Le balayage lignes permet d'explorer une ligne (66 cm) en (durée totale d'une ligne - durée de retour ligne) 53.3 µs soit 1.24 cm en 1µs.

Le balayage trames explore la hauteur soit 49.5 cm en (durée d'une trame - durée de retour trame) en 15.34 ms soit 0.003 cm en 1 µs

Ce simple calcul permet de faire la conclusion suivante : une erreur de 1 µs due à des parasites de courte durée dans la base de temps horizontale correspond à un déplacement horizontal de 1.24 cm provoquant des déchirures de l'image dans le sens horizontal. La même erreur dans la base de temps verticale se traduit par un déplacement vertical de 0.003 cm qui n'a pratiquement aucun effet. Pour cette raison, la base de temps horizontale nécessite un comparateur de phase.

• La sortie horizontale est appliquée au transformateur haute tension (flyback) qui produit la tension anodique du tube-images. Sans le balayage horizontal, l'écran n'est pas lumineux.

• La sortie du comparateur est une tension de correction continue. Elle indique si la fréquence de l'oscillateur est correcte. Si la fréquence est trop grande ou trop petite, une tension de correction continue sera produite pour amener l'oscillateur à la fréquence des tops. On a donc affaire à un système à boucle à verrouillage de phase appelée commande automatique de fréquence horizontale (CAFH) dans ce cas précis.

• Étage final : c'est un amplificateur de puissance qui va appliquer le courant de balayage horizontal directement aux bobines. Il est précédé d'un autre amplificateur qui est un étage d'attaque (driver).

Le circuit de sortie horizontale comporte six éléments importants :

• Le transistor de sortie horizontale (Q1) "Horizontal Output Transistor" HOT

• Le transformateur THT "flyback transformer" (flyback)

• Le condensateur de sécurité ou de correction en "S" "retrace timing capacitor or safety capacitor" Ct

• La diode d'amortissement "damper diode" D1

• Le déflecteur horizontal "horizontal yoke"

• Le condensateur de retour en série avec le déflecteur "yoke series capacitor" Cs

La figure 1 montre un schéma simplifié d'un étage de sortie horizontale avec ses six éléments clés. Le transistor Q1 est polarisé avec une tension B+ qui passe à travers du primaire du transformateur T.H.T. (flyback). Dès qu'il est polarisé, l'étage de sortie horizontale commute entre deux circuits résonants LC. Ces circuits résonants sont formés par le transformateur T.H.T., le déflecteur et les condensateurs de l'étage horizontal.

Les courants alternatifs dans l'étage produisent des signaux en dents de scie (sawtooth) dans le déflecteur et dans le primaire du transformateur.

Les dents de scie vont créer un champ magnétique qui va permettre de dévier le faisceau d'électrons du tube image pour faire l'analyse de l'image.

Le transistor sert de commutateur. Il ouvre à la fréquence horizontale soit 15750 Hz (T=63.5 µs). Quand il est fermé (ON), il présente une faible résistance (inférieure à 5 ohms) pour les courants du transformateur et du déflecteur. Quand il est ouvert (OFF), aucun courant ne le traverse (il présente une résistance émetteur-collecteur supérieure à 10 M ).

Il faut remarquer qu'il n'y a aucune tension DC sur la base du transistor. Il devient passant lorsqu'un signal est appliqué entre sa base et son émetteur.

* Principe de la production de la haute tension :

Selon les dimensions et le type du tube-images, la T.H.T. nécessaire varie grosso modo entre

3 KV et 25 KV. Pour obtenir cette T.H.T., on met à profit les surtensions apparaissant aux bornes du bobinage primaire d'un transformateur (flyback) lorsqu'on coupe le courant qui le parcourt. Des oscillations prennent alors naissance aux bornes du bobinage secondaire; elles sont ensuite redressées et filtrées.

* Courant dans le flyback -1e temps- (transistor "ON")

* Courant dans le flyback -2e temps- (transistor “OFF”)

* Courant dans le flyback -3e temps- (transistor “OFF”)

* Courant dans le flyback -4e temps- (diode “ON”)

* Les formes du courant dans le primaire du transformateur T.H.T. et de la tension aux bornes du condensateur Ct sont les suivantes :

* Tensions auxiliaires : Diverses tensions sont fournies par les enroulements supplémentaires du transformateur "lignes" ou flyback. Ces tensions vont servir à :

. la polarisation grille-cathode du tube-images

. la polarisation de la grille d'accélération G2

. l'alimentation de l'étage vidéo de puissance

. la tension de syntonisation (tuning)

. l'alimentation du filament de chauffage du tube-images

8.4.4. Courant dans le déflecteur : Cs s’est chargé par le B+ durant le blocage du transistor.

On conçoit intuitivement que le rendement sera d'autant meilleur que le nombre de tours des bobines sera plus grand, puisque le champ est directement proportionnel au nombre d'ampère-tours (F = NI).

En d'autre termes, pour une même déviation, l'intensité à fournir est d'autant plus élevée que le nombre de tours est plus faible. Malheureusement, un grand nombre de tours signifie une inductance plus élevée et, par suite, une constante de temps importante, qui peut être incompatible avec les valeurs adoptées dans les bases de temps (T_H = 63.5 µs et T_V = 16.67 ms).

Rappelons que pour les bobines, la constante de temps est donnée par 𝛕 = L / R.

Dans le cas du balayage horizontal, le temps de retour est de quelques microsecondes seulement, et les bobines devraient donc avoir une inductance de quelques microhenrys c'est à dire un faible nombre de tours. Par conséquent, il faut fournir une intensité très importante aux bobines pour créer le champ nécessaire.

Bobines horizontales : elles ont moins de tours de fil. Elles ont une résistance plus faible et nécessitent plus d'intensité (Résistance inférieure à 1 ohm).

Bobines verticales : elles ont un plus grand nombre de tours de fil, elles nécessitent moins de courant et présentent une résistance plus grande (Supérieure à 5 ohms).

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