LA TÉLÉVISION-Suite-

• 6. Circuits de syntonisation d'un téléviseur
  
• 7. Circuits vidéo  
  
• 8. Déflexion, synchronisation et haute tension

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).