LA TÉLÉVISION-Suite-

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. Diagramme synoptique d’un téléviseur monochrome

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. Diagramme synoptique simplifié d’une caméra monochrome

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