Les tubes cathodiques noir et blanc – Déflexion – Circuits de synchronisation

I – Constitution d’un tube cathodique noir et blanc

Un tube cathodique est constitué d’une enveloppe de verre en forme de cône plus ou moins allongé, dont la face plus ou moins aplatie constitue l’écran (figure 1) . A l’intérieur de cette enveloppe de verre où règne un vide très poussé, ce trouve dans le col, le canon à électrons.

La jonction entre écran constitué d’une dalle de verre assez épaisse et le cône en verre également est la partie la plus critique. La plupart des implosions accidentelles, dues aux énormes pressions (plusieurs tonnes) et aux grandes contraintes que joue la pression atmosphérique sur la cathoscope, se produisent au niveau de cette jonction.

Pour diminuer les dangers de projections lors des implosions, les premiers téléviseurs utilisaient une seconde plaque de verre placée devant le cathoscope.

De nos jours, on utilise des tubes cathodiques auto protégés. Ces tubes ont la particularité d’être ceints au niveau de la soudure cône écran d’un bandage métallique dont la tension neutralise les forces internes pouvant y prendre naissance. Même en cas de chocs violents au niveau de l’écran, celui-ci se fendille lentement au lieu d’éclater violemment.

Ce type de tube est maintenant universellement adopté et sur la ceinture métallique sont fixées des pattes qui permettent la fixation du cathoscope sur l’ébénisterie du téléviseur.

L’écran, rond dans tous les premiers récepteurs est devenu dans les téléviseurs modernes pseudo rectangulaire dans le rapport approximatif largeur / hauteur de 4/3, comme le représente la (figure 1) . Sa dimension s’exprime par la longueur en centimètres de la diagonale du rectangle. Ces dimensions vont de 5 cm à 65cm pour les récepteurs noir et blanc.

Les tubes supérieurs à 67 cm que l’on a tenté de construire devaient supporter une pression supérieure à 10 tonnes du fait du volume et de la surface plus importants. Ils posaient des problèmes de résistance et de sécurité trop importants et ont été abandonnés.

La face interne de l’écran est recouverte d’une couche fluorescente de quelques dizaines de microns.

Cette couche fluorescente à la particularité d’émettre un rayonnement lumineux lorsqu’elle est excitée par un bombardement électronique.

Ne pas confondre la fluorescence que nous venons de voir avec la phosphorescence qui est la propriété de cette couche de continuer à émettre de la lumière même après que l’excitation ait cessé.

La nature de cette couche fluorescente et phosphorescente est variable selon les fabricants qui en conservent jalousement le secret.

Il s’agit de mélanges assez complexes permettant d’obtenir une lumière la plus blanche possible. Ce sont des silicates, des sulfures de cadmium, des tungstates de cadmium. ….

Cette couche fluorescente doit avoir d’autres propriétés : elle doit être assez lumineuse tout en résistant au bombardement électronique assez violent qu’elle subit pendant des milliers d’heures. Rappelons qu’un cathoscope moderne est construit pour fonctionner pendant six ou sept ans pour une durée d’utilisation journalière de quatre heures environ. Au-delà de cette durée, la couche est plus ou moins détériorée et perd petit à petit ses propriétés lumineuses.

Une des propriétés les plus critiques à obtenir est la rémanence qui doit être d’une durée très précise.

En effet, la brillance de la zone de l’écran explorée doit persister jusqu’au moment où elle est balayée à nouveau par un faisceau électronique qui peut avoir une intensité différente.

Si la rémanence est trop courte, on obtient un effet de papillotement désagréable pour le téléspectateur. Si la rémanence est supérieure à 20 millisecondes(durée de balayage d’une image), il se produit un phénomène de traînage car les deux excitations successives se superposent.

Il faut donc un compromis entre ces deux extrêmes et la valeur généralement utilisée est proche de 20 millisecondes.

Afin de réduire l’encombrement des cathoscope, on a essayé de réduire les dimensions de la partie arrière (c'est-à-dire du cône et du culot) ; pour cela, on a augmenté petit à petit l’angle du cône et celui-ci est passé de 50° à l’origine, à 110° dans les téléviseurs modernes. Ceci semble constituer une limite car au-delà, des problèmes de pression et de balayage de l’écran se posent de façon très intense. La (figure 2) montre très bien l’avantage des tubes cathodiques 110° du point de vue de l’encombrement.

Le col du cathoscope est constitué d’un tube de verre soudé d’une part au cône, d’autre part au culot qui supporte les broches de sortie.

Ce col a un diamètre normalisé, selon la grandeur de l’écran qui varie du 20 mm à 28,6 mm.

Il renferme le canon à électrons dont nous verrons la composition et le fonctionnement.

Les tubes cathodiques sont repérés par un système de chiffres et de lettres formant un code.

Il existe deux codes différents, celui employé en Europe et le code américain.

A – Le code Européen

Un exemple en est donné par le tube très employé : A 61 – 120 W

Ce code utilise donc une lettre suivie de deux groupes de chiffres, puis d’une (parfois deux) lettre.

La première lettre désigne :

A – tube cathodique utilisé en télévision

D – tube cathodique pour oscilloscope

E – tube à plusieurs faisceaux pour oscilloscope

M – tube cathodique pour télévision professionnelle

P – tube cathodique pour projection

Le premier groupe de chiffres exprime la dimension de l’écran en centimètres.

Le second groupe de chiffres est le numéro du type. Il varie selon les constructeurs et les fabrications.

La (ou les) dernière lettre indique la dominante de couleur de l’écran ainsi que le degré de rémanence (figure 2b) .

B – Le code américain

Le tube cathodique 23 DG P4 en est un exemple.

Ce code utilise dans l’ordre, un groupe de deux chiffres, une ou deux lettres puis la lettre P suivie d’un chiffre.

Les deux premiers chiffres indiquent la diagonale de l’écran en pouces (un pouce = 2,54 cm). Exemple 23 = 59 cm environ.

Les lettres indiquent le numéro du type.

La lettre P suivie du chiffre donne la nature de la couche fluorescente (figure 3).

II – Fonctionnement d’un cathoscope

Il est basé sur l’émission électronique d’une cathode chaude. Les électrons sont concentrés en un faisceau étroit et accélérés par diverses électrodes, en même temps que guidés par des champs électrostatiques ou magnétiques, ils viennent bombarder un écran fluorescent pour le rendre luminescent au point d’impact du faisceau.

Voyons la constitution du canon à électrons qui est donné (figure 4) .

Ce canon est constitué des électrodes suivantes :

A) Le filament en tungstène qui chauffe la cathode et qui est en général alimenté en 6,3 volts pour les tubes cathodiques supérieure à 44 cm, et en 11 volts pour les petits cathoscopes.

B) La cathode sur laquelle est envoyé, dans la plupart des cas, le signal vidéo qui commande ainsi le flux d’électrons émis par cette cathode faisant varier l’intensité lumineuse du spot qui apparaît sur l’écran.

C) La grille de contrôle G ou wehnelt dont la polarisation négative par rapport à la cathode contrôle le flux électronique et donne la lumière moyenne de l’image.

Si la tension par rapport à la cathode est très négative, il repousse la majorité des électrons vers la cathode, n’en laissant passer qu’un petit nombre vers l’anode. Par contre, si cette tension est peu négative, la plupart des électrons émis par la cathode le franchissent, pour s’élancer vers l’anode.

Jusqu’ici, le comportement du tube cathodique rappelle fort bien celui d’une triode, mais une triode dont l’amplification serait très faible. Le courant du au faisceau est de l’ordre d’une centaine de microampères, avec une pente d’une dizaine de microampères par volt, et une résistance interne d’une centaine de mégohms.

Le wehnelt produit également un second effet sur le faisceau électronique, effet qui est étroitement lié à la forme même de la grille qui entoure complètement la cathode.

La direction des lignes équipotentielles qui se forment autour de la grille, par suite même de l’existence d’une électrode accélératrice à potentiel positif placée à son voisinage est telle, que les électrons se concentrent, à peine sortis du trou, en un point appelé cathode virtuelle (figure 5) .

Cette zone minuscule de concentration est l’image du point qui apparaîtra sur l’écran. Il faut donc que ses dimensions soient les plus petites possible.

L’ensemble des électrodes ainsi décrites forme la première partie du canon électronique ou projecteur d’électrons.

A partir de ce point, entrent en jeu les lentilles électroniques qui ont pour rôle de concentrer le faisceau sur l’écran, de manière à obtenir l’image de la cathode virtuelle.

D) La première anode d’ accélération G portée à un potentiel positif de 250 à 500 volts accélère le flux électronique.

E) L’anode de concentration G portée à un potentiel réglable de 0 à 400 volts forme en liaison avec l’anode G portée à un potentiel positif très élevé une véritable lentille électronique.

La concentration est ici électrostatique. Il se crée entre l’anode G portée à environ 250 volts et l’anode G portée à plusieurs milliers de volts, un champ électrique important (figure 6) .

Les lignes de force de ce champ (en pointillé) créent des lignes équipotentielles, dont la forme rappelle beaucoup une lentille optique : c’est pourquoi, on parle de lentille électronique.

Le faisceau électronique, divergent à la sortie de la cathode virtuelle, est soumis à l’action de ce champ, qui tend à le faire converger à nouveau, exactement comme le ferait une lentille optique sur un faisceau lumineux.

En faisant varier la tension de l’anode G , on modifie la répartition des champs électriques, ce qui a pour effet de modifier la courbure de la lentille électronique.

On ajuste ainsi la concentration du faisceau qui doit fournir sur l’écran un spot de 1/10 de millimètre de diamètre.

Comme ce fut le cas dans quelques anciens téléviseurs expérimentaux, la concentration peut être obtenue par un système électromagnétique placé à l’extérieur de l’enveloppe de verre.

Il suffit pour cela d’enfiler sur le col du tube une bobine (figure 7) à un point où le faisceau d’électrons n’est pas soumis à l’action des électrodes internes.

Dans ce cas, le champ magnétique produit par la bobine, sera dirigé suivant l’axe du tube. Les électrons, qui en pénétrant dans ce champ sont parallèles à cet axe, continueront dans la même direction. Par contre, ceux dont la direction fait un certain angle avec cet axe, seront soumis à une force perpendiculaire à la fois au champ et à la direction de leur mouvement. Il s’ensuivra une trajectoire dans l’axe du tube.

F) Les anodes d’accélération G et G , reliées entre elles et portées à un potentiel très élevé (THT) variant entre 11 000 volts pour les tubes de faibles dimensions (28 cm) à 20 000 volts pour les plus grands (65 cm), permettant d’accélérer le faisceau électronique qui peut ainsi atteindre l’écran sans subir de déviation parasite.

Le cône du cathoscope est recouvert à l’extérieur d’une couche de graphique reliée à la masse qui forme avec l’anode G une capacité servant de condensateur de filtrage pour la THT.

Ce condensateur a une capacité assez faible (environ 100 pF) mais possède par contre le très bon isolement nécessaire pour filtrer cette très haute tension.

Enfin, l’écran est recouvert sur sa face interne, non seulement de la couche phosphorescente dont nous avons parlé précédemment, mais aussi d’une très fine pellicule d’aluminium conducteur (environ 5/ 100 de microns) déposée par vaporisation sous vide.

Cette couche conductrice a pour rôle d’écouler les électrons excédentaires apportés par le faisceau électronique à l’anode G à laquelle elle est reliée.

Un autre avantage de l’aluminisation est l’amélioration du contraste. En effet, la moitié des rayons lumineux, au lieu de se perdre à l’intérieur du tube, sont réfléchis vers le spectateur, d’où augmentation de la lumière et du contraste apparent de l’image (figure 8) .

G) Les piéges à ions

Avec les électrons, la cathode émet également des ions, ou bien des atomes électriquement chargés. Alors que les électrons sont très légers, les ions sont lourds parce qu’ils ont une masse matérielle et en outre, ils sont peu sensibles à l’action du champ magnétique de déflexion, tandis qu’ils sont sensibles aux champs électrostatiques comme les électrons.

Puisque la nécessité d’avoir des images très brillantes et lumineuses demande l’utilisation de tensions anodiques très élevées, de 10 à 20 kV, selon les dimensions du cathoscope, les ions, comme les électrons, sont fortement accélérés. Tandis que ces derniers sont déviés par le champ magnétique se répartissant sur toute la surface de l’écran, les ions ne sont pas déviés et c’est pourquoi ils parviennent tous sur un même point de la matière luminescente.

Vu la masse élevée des ions, le bombardement est tellement fort et concentré qu’il détruit en ce point la fine couche active de la surface de l’écran, ce qui fait qu’après un certain temps de fonctionnement, apparaît une tache noire au centre de l’image appelée tache ionique.

Pour éviter ce phénomène, on a recours au piége à ions jusqu’à ce que l’aluminisation de l’écran ne se généralise.

Le fonctionnement du piége à ions est basé sur le principe que les ions ne sont pas sensibles au champ magnétique, en réalisant le canon électronique replié, et en disposant un champ magnétique de façon opportune, les électrons sont déviés et poursuivent leur chemin vers l’écran tandis que les ions, non déviés, vont toucher le métal du canon électronique (figure9) et sont absorbés par celui-ci.

Le champ nécessaire pour redresser le faisceau d’électrons est généralement créé par un petit aimant fixé entre deux expansions en fer doux (figure 10) .

Le flux magnétique parcourt les deux expansions et l’entrefer interposé entre eux, de sorte que les lignes de force traversent le col du cathoscope et rencontrent le faisceau électronique propre dans la zone de pliage du canon. Le réglage de la trappe se fait en le déplaçant légèrement sur le col du cathoscope, jusqu’à atteindre la luminosité maximum de l’écran, en ne se préoccupant pas si l’image n’est plus concentrée : on agira dans ce cas sur le réglage de la concentration.

Ce système est maintenant abandonné au profit du procédé d’aluminisation de l’écran que nous avons examiné précédemment et qui a comme autre avantage d’être une barrière pour ces ions. On peut considérer en effet cette couche métallique comme une espèce de grillage à mailles fines au point de laisser passer les électrons mais de stopper les ions plus gros et plus lourds.

La distinction entre les cathoscopes qui requièrent la trappe ionique et ceux qui fonctionnent sans, se fait en observant le canon électronique : s’il est plié, c'est-à-dire, si la cathode (facilement remarquable parce que de couleur rose quand le cathoscope est allumé) est inclinée par rapport à l’axe du col du cathoscope, il faut utiliser le piéges à ions, si au contraire, il est droit et axial au col, il s’agit d’un tube aluminisé fonctionnant sans trappe ionique (modèle actuel).

III – Déflexion du faisceau

Après avoir subit l’action des lentilles électroniques, le rayon électronique tombe sur l’écran fluorescent et en provoque la luminosité. Nous avons vu qu’on obtient ainsi au centre de l’écran, une tache lumineuse (spot) dont les dimensions sont réduites au minimum en agissant sur le potentiel des électrodes de concentration (anode G) ou en réglant le courant dans la bobine de concentration.

Nous avons vu également que pour faire la synthèse de l’image, le faisceau électronique du tube cathodique devait balayer l’écran à la fois dans le sens de la largeur et dans le sens de la hauteur.

Comme pour la concentration, on pourra utiliser pour dévier le faisceau, soit de la déflexion électrostatique, soit de la déflexion électromagnétique.

Bien que la déflexion électromagnétique soit universellement répandue, on trouve encore quelques cas, notamment pour les écrans de très petite taille, dans lesquels on utilise la déflexion électrostatique.

A) Déflexion électrostatique

La déflexion électrostatique est obtenue en faisant passer le faisceau entre deux plaques identiques, opposées face à face et enfermés à l’intérieur du tube cathodique (figure 11) .

Dans les conditions de repos, elles sont toutes les deux au potentiel de la dernière électrode. Le faisceau est alors également attiré de part et d’autre et n’est pas dévié. Nous pouvons supposer, sans changer les conditions de fonctionnement, que ce potentiel est celui de la masse.

Appliquons à la plaque supérieure un potentiel positif, les électrons sont attirés et le faisceau se déplace de sa direction normale de repos pour s’approcher de la plaque rendue positive. Le spot va se déplacer sur l’écran, du centre vers le bord supérieur (figure 11 a) . Il se déplace en sens inverse si l’on applique une tension négative à la plaque (figure 11 b) . Le déplacement sera ici vertical. Pour superposer un déplacement horizontal, il suffit de disposer deux autres plaques semblables mais perpendiculaires aux précédentes.

Le tube se présente comme sur la (figure 12) .

Le déplacement du spot est la résultante des actions des deux groupes de plaques (figure 13) . La grandeur de ce déplacement d (sur l’écran) est proportionnelle à la différence de potentiel V appliquée entre les deux plaques, à la distance D séparant les plaques de l’écran, à la longueur L des plaques et inversement proportionnelle à la distance h, séparant les deux plaques et à la tension d’accélération E appliquée à l’électrode finale qui précède les plaques (figure 14) .

d =

On peut ,à partir de là, définir pour chaque tube et pour une condition de fonctionnement déterminée, la sensibilité du tube, en l’exprimant comme le rapport entre le déplacement du spot sur l’écran et la tension qui a provoqué ce déplacement :

S =

Si par exemple, en appliquant 100 volts à une plaque, on obtient un déplacement de 50 mm, la sensibilité est de 50/100 = 0,5 mm/V. Il est parfois plus utile d’exprimer la sensibilité comme l’inverse du rapport ci-dessus.

Nous aurons dans dernier cas, un nombre qui indiquera la quantité de volts nécessaires pour produire un déplacement de 1 mm. Dans l’exemple cité, ce sera 100/50 = 2V/mm. Nous appellerons ce nouveau rapport : Facteur ou pouvoir de déflexion.

F =

On cherchera, pour augmenter la sensibilité d’un tube, à augmenter la longueur de ce tube, afin d’allonger la distance qui sépare les plaques de l’écran, mais on sera limité dans ce sens par l’encombrement qui peut devenir excessif.

La réduction de la tension d’accélération E sur l’anode G/G réduit la vitesse des électrons, qui en passant entre les plaques, subissent plus longtemps l’effet du champ et sont déviés davantage, d’où augmentation de la sensibilité.

Malheureusement, la luminosité diminue et là aussi, il faudra adopter un compromis.

Enfin, pour une tension de déviation U donnée, allonger les plaques ou rétrécir l’espace qui les sépare, finit par réduire l’angle de sortie (figure 15 a) .

On tournera la difficulté en employant des plaques divergentes qui épousent en quelque sorte, la déviation du faisceau (figure 15 b) .

On reste malgré tout limité quand à la taille du tube cathodique, c’est pourquoi, ce type de déflexion n’est plus employé que pour les très petits cathoscopes alors que la déflexion électromagnétique est employée dans tous les autres cas.

B) Déflexion électromagnétique

Substituons aux plaques de déflexion électrostatique un système de bobines extérieures au tube cathodique qui effectuent une déflexion électromagnétique (figure 16) .

Rappelons qu’un électron, animé d’une vitesse V est soumis, en pénétrant dans un champ H, à une force F, perpendiculaire à la fois à la direction du champ et à celle du déplacement de l’électron.

Le déplacement de l’électron, à la sortie du canon, est horizontal. Si on le soumet à un champ magnétique vertical, l’électron sera dévié horizontalement, suivant la règle des trois doigts de la main droite (figure 17) .

Le pouce étant placé dans le sens conventionnel du courant et l’index indiquant la direction et le sens du vecteur induction, le majeur tendu perpendiculairement aux deux autres doigts, indique la direction et le sens de la force électromagnétique F.

Cette règle s’applique dans le cas de déflexion magnétique et la (figure 18) en donne deux exemples.

La règle des trois doigts tient compte du sens conventionnel du courant, c'est-à-dire du sens inverse au courant électronique, il faut donc inverser le sens.

En déviation électromagnétique, les bobines disposées horizontalement provoquent un déplacement vertical du faisceau, et celles bobinées verticalement provoquent un déplacement horizontal du faisceau.

On démontre que la grandeur du déplacement est ici proportionnelle au champ H, à la longueur L sur laquelle il s’exerce, à la distance D séparant les bobines de l’écran et inversement proportionnelle à la racine carrée de la tension d’accélération E (k est une constante de l’électron).

tgd =

Comme le valeur du champ dépend de l’intensité du courant qui passe dans les bobines, il suffit de faire varier ce courant pour dévier plus ou moins le faisceau électronique. Pour balayer correctement l’écran, nous aurons donc des courants en dent de scie, l’un à la fréquence ligne sur les bobines de déviation horizontale, l’autre à la fréquence trame sur les bobines de déviation verticale.

Les quatre bobines de déviation sont regroupées dans un seul bloc de déflection appelé aussi déviateur qui s’enfile sur le col du tube cathodique et dont la (figure 19) donne un exemple.

Dans ces déviateurs, les bobines sont le plus possible collées au tube cathodique de façon à obtenir le maximum de rendement, ainsi les bobines de déviation horizontale épousent elles la forme du col (figure 20) . Elles sont en forme de selle car ce type de bobinage permet d’obtenir une plus grande longueur donc une action plus efficace nécessaire à la déviation horizontale qui est plus importante que la déviation verticale (rapport 4/3 environ). La (figure 20) montre la forme d’un tel bobinage.

Le mécanisme de fonctionnement des bobines de déflexion est très simple, nous considérons une seule paire de bobines, L et L dont la (figure 21) donne une vue en coupe transversale. Les lignes du champ magnétique parcourent le col du tube dans la direction perpendiculaire à son axe : le mouvement de déflexion, dans le cas de la (figure 21) , est donc horizontal et les bobines considérées sont dites horizontales.

Naturellement, les deux bobines doivent être connectées en série de telle façon que les champs créés par elles aient la même direction, ce qui fait que le champ global est la somme des deux.

Les bobines verticales, se comportent de façon analogue, en créant un champ dont les lignes de force traversent le col du cathoscope en sens horizontal.

Les bobines de déviation verticales sont enroulées sur un tore (anneau) de ferrite comme le montre la (figure 22) et sont placées immédiatement derrière les bobines de déviation horizontale mais isolées de celles-ci par un film de plastique.

Le tore en ferrite améliore les performances des bobinages en canalisant le champ magnétique et en le faisant passer à l’intérieur du col du tube comme le montre la (figure 23) .

La caractéristique des bobines de déflexion est la sensibilité qui se mesure en mm/mA pour une tension anodique donnée sur le cathoscope.

Elle exprime de combien de mm se déplace le point lumineux de sa position centrale quand la bobine est parcourue par un courant continu de 1 mA.

La sensibilité varie avec le type de bloc utilisé et est aussi différente pour les bobines verticales et horizontales d’un même bloc.

C) Distorsions et corrections

Comme les bobines de déviation sont parcourues par des courants relativement importants, elles finissent par s’échauffer ce qui provoque une augmentation de leur résistance ohmique. Ceci a pour conséquence de faire diminuer le courant qui les traverse et par là même, de diminuer l’amplitude du balayage. Ceci se traduit sur l’écran par une diminution des dimensions de l’image. Pour éviter ce phénomène, on introduit en série avec les bobines, une CTN dont la valeur ohmique diminue avec la température. L’ensemble bobine et CTN conserve, de ce fait, une résistance à peu prés constante en fonction de la température.

Pour améliorer cette compensation, cette CTN est collée au bobinage.

De part la courbure de l’écran qui n’est pas sphérique, il se produit une distorsion de la géométrie de l’image due au fait que la déviation sur l’écran est de plus en plus importante lorsque l’on s’éloigne du centre de l’écran, ceci pour le même angle de déviation (figure 24).

Pour corriger ce défaut, on fait passer dans les bobines de déflexion, un courant en dent de scie ayant une forme de S (figure 25) .

La variation du courant de déviation est alors plus rapide dans la partie qui correspond au balayage du centre de l’écran alors qu’elle est plus lente ailleurs.

La surface pratiquement plane de l’écran introduit un autre type de distorsion due au fait que tous les points de cet écran ne sont pas situés à la même distance du canon électronique. Il en découle une distorsion en coussin comme le montre la (figure 26) .

Ce défaut est corrigé par l’adjonction sur le déviateur de petits aimants (deux ou quatre selon les cas) dont le champ magnétique se superpose à celui des bobines. Le réglage de positionnement de ces aimants se fait en regardant l’écran de façon à obtenir la meilleure géométrie possible.

Une mauvaise conception du bloc de déviation ou une mauvaise adaptation entre celui-ci et le tube cathodique peut conduire à une déviation en tonneau (figure 27) .

Ce défaut vient de ce que les champs verticaux et horizontaux ne sont pas perpendiculaires en tous points de l’écran.

On remédie à ce défaut par une technique de bobinage spéciale qui adapte le déviateur au type de tube cathodique qu’il doit équiper. Les petits aimants placés sur le déviateur peuvent comme dans le cas de la distorsion en coussin, rectifier de légères déformations en tonneau.

Si les quadrillages sont inclinés (figure 28) , il s’agit bien entendu, d’un bloc de déviation qui a tourné autour du col du tube. Il suffit de le faire tourner de l’angle nécessaire pour que les lignes de la grille soient horizontales et verticales et de le bloquer dans cette position à l’aide du collier de fixation.

Une déformation en trapèze (figure 29) peut également se produire lorsqu’une des bobines de déflexion comporte des spires en court circuit ce qui provoque un déséquilibre du champ magnétique.

IV – Les circuits de synchronisation

La (figure 30) rappelle le schéma synoptique de cette partie du téléviseur.

Ces circuits de synchronisation ont donc deux rôles essentielles, en premier lieu d’extraire les tops de synchronisation du signal vidéo, c’est ce qui est réalisé par le séparateur de synchronisation, et d’autre part, de séparer les tops lignes des tops trames de façon à les envoyer sur les bases de temps correspondants, c’est le rôle du trieur de tops.

A) Séparation des signaux de synchronisation

Après avoir amplifié le signal vidéo, il est nécessaire, pour synchroniser les bases de temps, de séparer les signaux de synchronisation du signal du signal modulation images. Nous avons vu, dans les précédents chapitres que ces deux genres de signaux occupaient des niveaux de modulation différents.

La séparation consistera donc à écrêter le signal vidéo, en ne laissant passer que les tops qui seront ensuite amplifiés, triés (tops lignes et tops trames), et dirigés vers les bases de temps correspondantes.

La séparation doit être suffisamment efficace, pour que les tops ne soient pas influencés par la modulation du signal images. De plus, il faut absolument éviter toute rotation de phase dans le séparateur, pour conserver aux tops, leur durée et leur espacement constants. Par contre, une légère déformation des signaux n’est plus nuisible.

La séparation étant fondée sur une différence d’amplitude, il suffit pour l’obtenir d’une simple diode à seuil. On a employé également des pentodes dont l’avantage était d’amplifier en même temps les tops. On emploie également des transistors ou même des circuits intégrés.

Parmi les multiples circuits connus, on peut faire une première distinction entre ceux qui opèrent une simple séparation, et ceux qui servent en même temps d’amplificateurs.

1) Séparateur à diode

Si l’on dispose d’un signal comme celui qui est indiqué dans la (figure 31) , ayant une polarité négative ou positive, mais avec toutes les impulsions de synchronisation au même niveau, il est possible d’avoir la forme de séparation la plus simple.

La diode est placée de manière à n’être conductrice que durant les crêtes du signal de synchronisation, donc, seulement lors de ces périodes, l’anode de la diode doit être positive par rapport à la cathode, ou vice versa, la cathode négative par rapport à l’anode.

Une source de tension continue V de quelques volts, inférieure ou égale à l’amplitude des crêtes formant le signal de synchronisation, est nécessaire pour polariser la diode (figure 31) .

De cette manière, si le signal vidéo est négatif (figure 31 a) , la diode D n’est conductrice que lorsque son anode sera moins négative que sa cathode donc que  - V , c'est-à-dire pendant les impulsions de synchronisation.

Dans le cas d’un signal positif (figure 31 b) , il suffit de retourner la diode D et d’inverser la tension de polarisation V .

Ces circuits exigent, pour fonctionner, que les crêtes des impulsions de synchronisation soient toutes au même niveau et précisément à une tension nulle : le signal doit donc être complet avec sa composante continue, c’est pourquoi, le circuit de la (figure 31) est presque toujours précédé d’une diode restituant la composante continue : le circuit complet est donné dans la (figure 32) .

Les montages que nous venons de voir utilisent une diode en série dans le circuit, la (figure 33) donne le schéma d’un séparateur par diode en parallèle.

L’anode de la diode D est polarisée négativement à  - V, tension qui est au maximum égale à l’amplitude des tops de synchronisation contenu dans le signal vidéo.

La diode D est donc bloquée pendant tout le temps que durent ces tops de synchronisation et conductrice pour le signal vidéo proprement dit, la cathode de la diode étant alors plus négative que son anode. Ce signal vidéo est donc éliminé à la masse et on obtient en sortie les signaux de synchronisation clampés sur la tension  - V .

Dans tous ces séparateurs à diode, nous avons vu que la valeur de la tension de polarisation V de la diode est très critique et doit être inférieure ou égale à l’amplitude des tops de synchronisation.

Le gros problème est que l’amplitude du signal et donc des tops appliqués au séparateur varie largement en fonction du champ reçu à l’antenne, du réglage de contraste…. Ceci entraîne que de tels montages laissent parfois passer non seulement les tops de synchronisation désirés mais aussi une partie de la modulation (figure 34) .

Cet inconvénient ainsi que la nécessité de fournir à la diode, une tension de polarisation peut facile à réaliser, font que ces séparateurs à diodes sont en fait très peu employés.

On leur préfère des circuits qui effectuent en même temps une amplification des tops de synchronisation extraits. Ce fut le cas des séparateurs à triodes ou pentodes très employés à l’origine.

2) Séparateurs à triode ou pentode

On emploie de préférence des tubes amplificateurs pour faire la séparation, car en plus du fait que cette opération s’effectue plus aisément qu’avec une diode, on recueille sur la plaque des tops amplifiés.

Le fonctionnement est simple avec une triode ou une pentode, dans le cas d’une polarité négative (figure 35) . La cathode étant au potentiel masse, l’espace grille cathode va jouer le rôle d’une diode, et restituer la composante continue.

On règle la tension plaque de façon à ce que la partie modulation image tombe au-delà du cut- off. Ainsi, seuls les tops seront amplifiés. On recueille sur la plaque des tops négatifs.

Dans le cas d’une polarité positive (figure 36) , le fonctionnement est moins satisfaisant. La séparation est faite ici, en utilisant la saturation du courant plaque.

C’est pourquoi on préfère la pentode, dont la saturation est beaucoup plus nette que dans la triode.

Le tube est polarisé au voisinage du cut-off et la modulation image est écrêtée par zéro de grille.

Les tops recueillis sur la plaque sont positifs.

Mais il va falloir mettre à l’entrée une diode de restitution de la composante continue et de plus intercaler en série, dans la grille, une forte résistance (0,5 à 1 M) . La grille, en effet est fortement positive pendant la modulation vidéo.

Le courant de grille crée une chute de tension dans la résistance R en série dans la grille, ce qui à pour effet de maintenir celle-ci au potentiel zéro. On a intérêt à donner à cette résistance la plus grande valeur possible, malheureusement, elle constitue avec la capacité d’entrée un circuit intégrateur (filtre passe bas) qui peut réduire la bande passante de la séparatrice. Il va s’ensuivre une déformation des tops, pouvant amener une mauvaise synchronisation. Il faut donc faire un compromis et la valeur de cette résistance est généralement de l’ordre de 500 k ou 1 M .

3) Séparateurs à transistors

Ces montages utilisent un transistor qui passe du blocage à la saturation selon le niveau du signal qu’il reçoit.

Un transistor ne nécessitant pas un signal de commande de forte amplitude, le signal vidéo est en général prélevé au niveau de l’étage adaptateur d’impédance de l’amplificateur vidéo.

La (figure 37 a) donne un schéma type de séparateur à transistor utilisant un NPN.

La polarisation de base du transistor est assurée par la résistance R qui a une valeur telle qu’en absence de signal, le transistor se trouve pratiquement à la saturation donc avec un courant I important. Dans ces conditions, la tension de collecteur V est minimale (inférieure à 1 volt) tandis que la tension de base est à sa valeur maximum (environ 0,6 volt).

Voyons ce qui se passe lorsque l’on applique à la base du transistor le signal vidéo qui, bien entendu, devra avoir les impulsions de synchronisation tournées vers le haut, c'est-à-dire le signal Ve représenté (figure 37 b).

Il faut d’abord remarquer qu’en raison de la présence du condensateur C et de la jonction base émetteur semblable à une diode, le circuit fonctionne en restaurateur de la composante continue.

En conséquence, les crêtes positives des impulsions de synchronisation sont toutes portées à la valeur de tension que la base prend dans les conditions de repos, c'est-à-dire V = 0,6 volt.

De plus, en raison de la résistance R, le signal V arrivant sur la base du transistor sera atténué par rapport au signal Ve injecté, il se présente donc comme sur la (figure 37 c) .

Ainsi, on peut affirmer que pendant les impulsions de synchronisation, c'est-à-dire pendant les intervalles T1, le transistor continue à demeurer pratiquement dans les conditions de repos, c'est-à-dire à la saturation avec le courant de collecteur I maximum et la tension de collecteur V minimale.

Dés que cesse l’impulsion de synchronisation, la tension Ve prend des valeurs moins positives. En conséquence, la tension de base (figure 37 c) descend à zéro et devient négative portant le transistor au blocage.

Dans ces conditions, le courant de collecteur s’annule et la tension de collecteur devient égale à la tension d’alimentation V.

Le blocage du transistor se maintient jusqu’à l’arrivée de l’impulsion de synchronisation suivante, c'est-à-dire pendant tout le temps de T.

On obtient en sortie des créneaux synchronisés avec les tops de synchronisation d’amplitude plus que suffisante (environ + V) pour commander les circuits suivants (figure 37 e) .

Les impulsions de sortie obtenues sont négatives (dirigées vers le bas). Pour les obtenir positives, il suffit d’ajouter un étage inverseur (figure 38) .

A noter enfin que le circuit peut être réalisé avec des transistors de type PNP. Dans ce cas, ils devront être alimentés avec une tension négative et le signal vidéo appliqué à l’entrée devra avoir les impulsions de synchronisation dirigées vers le bas.

Le circuit sera ensuite suivi du réseau habituel pour trier les impulsions de ligne de celle de trame.

Actuellement, la séparation est de plus en plus assurée par des circuits intégrés qui effectuent en outre d’autres fonctions telles que le triage des tops trames par intégration, l’oscillation lignes avec comparateur de phase.

4) Séparateur à circuits intégrés

La (figure 39) donne le schéma synoptique des fonctions réalisées par un circuit intégré très employé : le TBA 950 F.

Nous examinerons que la partie qui nous intéresse. Le signal vidéo composite prélevé au niveau de la platine vidéo arrive vers la cosse 5 du circuit intégré TBA 950 F qui constitue l’entrée du séparateur de synchronisation. Celui-ci, outre son rôle de séparation comporte également un circuit ne nécessitant aucun composant externe qui filtre les signaux de synchronisation en éliminant toute distorsion et tout parasite.

Ces signaux sont envoyés d’une part, sur un montage intégrateur qui extrait les tops trames disponibles sur la cosse 7 et d’autre part, sur le comparateur de phase.

Celui-ci compare la fréquence du signal en dent de scie engendré par l’oscillateur lignes local avec celle des tops de synchronisation lignes venant de l’émetteur et crée une tension qui corrige éventuellement la fréquence de l’oscillateur. Un limiteur détermine la plage de rattrapage en fréquence.

Ce circuit intégré comporte également un étage de commutation dont la fonction est la suivante :

Quand les deux signaux fournis par le séparateur de synchronisation et l’oscillateur sont en synchronisme, un transistor saturé est mis en parallèle avec la résistance intégrée de 2 k entre les cosses 1 et 9. La constante de temps du réseau de filtrage à la cosse 4 diminue et par conséquent réduit le temps d’action du comparateur de phase à une plage très étroite autour de la fréquence lignes (environ 25 Hz). Ce dispositif assure une opération de protection contre toute perturbation parasite.

B) Tri des tops de synchronisation

Les impulsions de synchronisation ayant été séparées de la modulation images, il faut maintenant faire un tri entre les tops de lignes et les tops images, de façon à n’envoyer sur chaque base de temps que les tops la concernant.

Or, ces tops ont tous la même amplitude. Ils diffèrent seulement par leur durée beaucoup plus grande pour les tops images que pour les tops lignes. Le système le plus employé pour séparer des impulsions courtes et des impulsions longues, consiste à associer un circuit différentiateur (ou dérivateur), et un circuit intégrateur.

1) Circuits différentiateurs et intégrateurs

Examinons le circuit RC de la (figure 40) utilisé très souvent pour effectuer la liaison(ou couplage) entre étages.

On dit très souvent, pour simplifier, qu’un tel montage bloque la composante continue du signal injecté à l’entrée, alors qu’il laisse passer les tensions alternatives.

Voyons quel sera son comportement en présence d’un créneau que l’on peut considérer comme étant la somme d’un front de montée et d’un front de descente raides (figure 41 a) .

Ces formes d’onde sont très simples à réaliser : un circuit formé d’une source de tension, d’un interrupteur et d’une résistance permet de les générer en manoeuvrant l’interrupteur.

Le circuit de couplage à résistance capacité doit transmettre un front raide de tension, ce qui revient à dire, une tension continue qui varie instantanément de zéro à x volts (figure 41 b) .

A l’instant T, la tension V passant brusquement a une valeur maximum, le condensateur C laisse passer ce brusque flanc de tension. On retrouve en sortie cette variation, mais après un temps plus ou moins long, la tension V redevient nulle car le condensateur s’est chargé et ne laisse plus passer aucun courant.

La rapidité avec laquelle la tension à la sortie du circuit de couplage retombe à zéro, dépend du produit de la résistance R et de la capacité C. le facteur = RC, ou constante de temps du circuit, exprime en un certain sens l’aptitude d’un couplage à transférer les tensions alternatives. La constante de temps se mesure en secondes, millisecondes ou microsecondes, par exemple, si R est en M et C en pF, RC est en s.

A titre d’exemple, supposons que l’on injecte une tension rectangulaire V de 50 Hz à l’entrée du montage et observons quelle est la forme des tensions V obtenues en sortie suivant les valeurs des composants RC, donc de la constante de temps du montage comparée à la période T du signal injecté (figure 42) .

L’onde rectangulaire de sortie devient trapézoïdale, puis triangulaire pour finir en impulsions à chaque front d’onde. On obtient alors un dispositif qui fournit une indication de la variation du signal d’entrée, ou encore, un circuit différentiateur.

Naturellement, les propriétés différenciatrices d’un circuit dépendent de la fréquence du signal

examiné, la constante de temps devant être environ le 1/10^e de la période, si l’on veut une différenciation efficace.

Pour différentier les impulsions de synchronisation en TV, il faut une constante de temps RC d’une dizaine de microsecondes (par exemple, avec une capacité de 25 pF, une résistance de 0,4 M serait nécessaire).

Le comportement d’un circuit composé d’une résistance comme organe de liaison (ou couplage) suivie d’une capacité à la masse est totalement différent.

Dans ce cas, les tensions continues peuvent passer sans être affectées, alors que toute variation trouve un obstacle dans la présence du condensateur qui, pour les composantes alternatives, se comporte comme un court circuit.

Une forme d’onde rectangulaire applique à un circuit du modèle de la (figure 43) fournit une sortie rectangulaire, seulement si C = 0 , plus C est grand, et plus la tension de sortie met du temps à atteindre la nouvelle valeur.

On obtient en sortie une onde assez curieuse constituée de courbes dites exponentielles tout à fait semblables aux formes arrières des ondes différentiées.

Plus la constante de temps = RC du circuit est grande par rapport à la période du signal injecté, plus l’amplitude de la forme d’onde en sortie est petite et déformée par rapport à la forme d’onde originale (figure 44) .

Ce montage constitue un véritable filtre passe bas qui permet le passage des composants continues du signal, faisant par contre obstacle aux courants alternatifs, et cela d’autant plus que leur fréquence est plus élevée.

Si l’on applique à ce montage des créneaux assez espacés, on obtient en sortie des impulsions déformées (figure 45 a) .

Mais si les créneaux sont rapprochés l’un de l’autre, la capacité n’a pas le temps de se décharger et la tension à ses extrémités est toujours croissante : on a intégration de la forme d’onde (figure 45 b) .

Ces considérations autorisent à concevoir un circuit qui permettent le triage et la séparation des impulsions de synchronisation de trame, de celles de lignes, du fait que celles-ci n’ont pas la même fréquence.

2) Trieurs de tops de synchronisation

Le signal sortant de l’étage de séparation est appliqué simultanément à un circuit intégrateur et à un circuit différentiateur (figure 46) . A la sortie du premier circuit( intégrateur), on obtient des impulsions triangulaires à la fréquence trame (V ), alors qu’à la sortie du second circuit (différentiateur) ressortent les tops lignes différentiées (V) .

La (figure 46) est purement indicatrice , car les signaux de synchronisation image sont plus complexes , mais l’idée de base est bien là. La seconde cellule du circuit intégrateur sert à aplanir la dent de scie comme on le voit (figure 46 - V) .

La différentiation des signaux de synchronisation de lignes est moins essentielle, parfois même, on a intérêt à maintenir telle quelle l’impulsion de synchronisation. Dans ce cas, il suffit d’augmenter la capacité de couplage en la portant à 500 pF.

Dans le cas du standard français 819 lignes où le top trame ne s’étend pas sur plusieurs lignes (figure 47 a) , mais dont la durée est tout de même plus grande qu’un top ligne, l’intégration crée pour ce top trame une dent de scie d’amplitude nettement supérieure à celle correspondant à un top lignes (figure 47 b) . Il suffit alors que la base de temps trame soit conçue de manière à être sensible à cette amplitude de tension et insensible aux tops lignes intégrés, d’amplitude plus faible.

Dans bien des cas, les deux cellules d’intégration et de différentiation sont complétées par des étages de mise en forme des signaux de synchronisation. Ces étages complémentaires servent à nettoyer les tops des éventuelles déformations qu’ils pourraient avoir. Le schéma de la (figure 48) en donne un exemple.

Le transistor T est bloqué pendant tout le signal vidéo et ne conduit que pour les tops de synchronisation. Ceux-ci apparaissent inversés sur le collecteur du collecteur du transistor. Les tops trames sont extraits grâce à la cellule d’intégration présente dans le circuit de base de T. Cette cellule est suivie de l’étage formé par le transistor T qui effectue leur mise en forme. Les impulsions trames sont obtenues en lancées négatives sur le collecteur de T débarrassées de toute impureté.

Les tops de synchronisation lignes obtenus sur le collecteur de T sont envoyés tels quels vers la base de temps lignes afin de la synchroniser.

Il n’est pas utile en règle générale d’éliminer les signaux de synchronisation trames arrivant sur la base de temps lignes car cette base de temps est conçue pour fonctionner aux alentours de la fréquence lignes. Les tops trames, de fréquence beaucoup plus basse, n’influent pas sur son comportement.