Production de la THT – Circuits annexes

I – La production de la très haute tension

Le cathoscope trichrome utilise une tension anodique, dite THT, comprise entre 23 et 25 kV et un courant anodique variant entre 0,5 et 1,5 mA selon le contenu de l’image. Le procédé généralisé pour obtenir cette énergie est l’utilisation des retours de balayage ligne, tout comme dans les téléviseurs noir et blanc.

Toutefois, compte tenu de la valeur élevée de la tension nécessaire, les problèmes d’isolement sont critiques, de plus les variations importantes du courant anodique, selon le contenu de l’image, nécessitent une bonne régulation de ce circuit pour ne pas affecter la brillance et la finesse de l’image sur l’écran.

A) Le redressement direct

L’idée la plus simple qui vient à l’esprit pour élaborer cette tension est de réaliser un transformateur THT dont le rapport de transformation est suffisant pour fournir les 25 kV. Cette tension est ensuite redressée par une diode et filtrée par la capacité tube.

Les armatures de cette capacité sont les parois graphiques externe et interne du cathoscope et son diélectrique est le verre du tube. La capacité ainsi formée a une valeur de 1 à 2 nF et est suffisante pour filtrer le courant anodique à la fréquence ligne.

1) Base de temps à tubes

La (figure 1) donne l’exemple d’une base de temps utilisant quatre tubes. La tension d’alimentation HT est comprise entre 300 et 400 volts et les impulsions de retour ligne ont une amplitude de 4 à 5 kV sur l’anode de la pentode de puissance V1. Il suffit donc que le rapport de transformation entre les enroulements L et L soit de 5 ou 6 selon les cas, pour que la tension appliquée sur l’anode de V3 atteigne la valeur requise. Cette tension est redressée par la diode de V3 et filtrée par le condensateur C (capacité du tube image).

La tension de chauffage filament de la diode V3 est formée par un enroulement spécial (L) de quelques spires bobinées sur le transformateur THT T1. En effet, vu la proximité du filament et de la cathode ainsi que la tension présente sur celle-ci, il est impossible de chauffer V3 à partir de l’alimentation générale sous peine d’amorçage entre la THT et la masse. La (figure 2) représente un tel transformateur THT.

2) Base de temps à transistors

La (figure 3) représente le circuit de production de la THT d’une base de temps horizontale à transistors.

La tension d’alimentation est généralement d’environ 100 volts et les impulsions de retour ligne présents sur le collecteur du transistor TR1 n’excèdent pas 1200 V. Pour obtenir 25 kV aux bornes de l’enroulement secondaire L, le rapport de transformation entre L et L doit être supérieur à 20. Le redresseur D1 est constitué par une succession de diodes reliées en série et se présente sous la forme d’un bâtonnet. Le filtrage de la THT est effectué par la capacité du tube cathodique C. Une prise intermédiaire sur l’enroulement L permet de prélever la tension de concentration du cathoscope. Cette tension de 6 kV environ est redressée par la diode D2 et filtrée par le condensateur C2. Ce procédé d’élaboration de la THT, simple dans son principe, pose de délicats problèmes de réalisation du transformateur.

3) Le transformateur

Quelque soit le montage utilisé, tubes ou semi conducteurs, la réalisation d’un transformateur THT est délicate, compte tenu du rapport de transformation élevé et du couplage lâche (questions d’isolement) entre les enroulements primaires et secondaires, des facteurs secondaires indésirables apparaissent au cours du balayage, se traduisant par un échauffement du transformateur ou un tassement de l’image sur la gauche de l’écran correspondant au début de l’aller du balayage. Reportons nous à la (figure 4) qui représente le schéma équivalent d’un circuit THT :

L1 désigne l’inductance de l’enroulement principal L du transformateur et du déviateur.

C1 est la capacité parasite de L.

L2 est l’inductance de fuite entre le primaire et le secondaire.

C2 est sa capacité répartie.

C3 est la capacité comprise entre la sortie THT et la masse.

La surtension correspondant au temps de retour du balayage ligne, présente aux bornes du circuit L1 / C1, est transmise au circuit L2 / C2 et élevée selon le rapport de transformation entre l’enroulement primaire et l’enroulement secondaire.

L1 est sa capacité parasite C1 forment un circuit oscillant résonnant sur une fréquence propre que nous appelons f. Une demi période de cette oscillation constitue le retour de balayage.

L2, inductance de fuite du transformateur et sa capacité répartie oscillant sur une autre fréquence appelée f.

Durant l’aller du balayage, l’inductance L1 est traversée par le courant de déviation et donc le circuit L1-C1 n’oscille pas.

Lors du retour, ce circuit oscille à la fréquence de retour f et le circuit L2-C2 à la fréquence f. Si à la fin du retour, ce circuit n’a pas dissipé toute son énergie, il va continuer d’osciller pendant le début de l’aller suivant, et un phénomène désagréable à l’œil apparaît, se traduisant par une succession de bandes verticales sombres et claires sur la gauche de l’écran.

Par contre, on constate que si ces deux fréquences sont dans un rapport harmonique impair, le circuit L2-C2 dissipe toute son énergie durant le retour de balayage. Ce résultat est obtenu à la fabrication par le positionnement optimum des enroulements ou par l’adjonction d’une inductance variable.

En effet, comme le montre la (figure 5) , si la fréquence f est accordée sur l’harmonique 3 de la fréquence f, à l’instant t (fin du retour), les tensions aux bornes des circuits L1-C1 et L2-C2 sont nulles et l’aller de balayage recommence sans

sur oscillations parasites. De plus, ce procédé permet d’améliorer le rendement de l’étage : on constate que du côté primaire, l’impulsion de retour résultante sur le collecteur du transistor ou l’anode de la pentode est sensiblement écrêtée et qu’à l’inverse, sur le secondaire, un gain de tension est apporté. Dans la pratique, le rapport harmonique entre les deux fréquences varie entre 2,5 et 2,9.

Certains transformateurs sont accordés sur l’harmonique 5 (figure 6) . Dans ce cas, l’impulsion sur le secondaire est aplatie et l’impulsion sur le primaire allongée, il est possible d’utiliser également l’harmonique 7, 9 ou plusieurs simultanément.

Comme nous le voyons, les problèmes de fabrication de ces transformateurs sont délicats. Ils ont toutefois été considérablement réduits grâce à l’utilisation du tripleur de tension associé à un autotransformateur.

B) Le redressement par multiplication de tension

Ce procédé utilise un multiplicateur de Greinacher qui élève et redresse la tension recueillie aux bornes du transformateur.

Ce tripleur est composé d’une cascade de cellules comprenant chacune une diode et un condensateur. Ce montage est une extension du doubleur de Schenkel.

Le tripleur s’obtient en associant en série un doubleur de Schenkel à une diode et une capacité, un quadrupleur s’obtient par la mise en série de deux doubleurs et un quintupleur par la mise en série de deux doubleurs et d’une cellule diode / capacité. C’est ce dernier montage que l’on rencontre généralement sur les téléviseurs bien que son appellation usuelle soit tripleur.

Il se présente sous la forme d’un bloc moulé en résine polymère enrobant les différents composants pour les protéger de l’humidité et des risques d’amorçage (figure 7) .

1) Fonctionnement du tripleur

Considérons le schéma de la (figure 8 a) qui représente un circuit de redressement mono alternance, branché aux bornes de l’enroulement secondaire L d’un transformateur.

Pour l’alternance de la tension représentée aux bornes de l’enroulement L, la diode D est conductrice, elle se présente comme un court circuit.

Le condensateur C se charge à une tension qui est égale à la valeur maximale ou valeur crête de la tension aux bornes de l’enroulement. A l’alternance suivante (figure 8 b) , la diode D ne conduit plus, comme tous les éléments sont supposés parfaits et qu’il n’y a pas de charge aux bornes du condensateur C, la tension reste constante et égale à la valeur crête V. Cette tension reste donc constante quel que soit le nombre d’alternance considéré.

Si nous associons plusieurs de ces cellules composées d’une diode et d’un condensateur, nous obtenons un multiplicateur de tension. La (figure 9 a) montre le schéma d’un multiplicateur par six. Examinons les différentes phases de son fonctionnement avec une tension alternative sinusoïdale.

Lorsqu’une tension est induite dans le secondaire L, et en supposant que la première alternance se présente comme sur la (figure 9 b) , le condensateur Cse charge à la tension V. Si le circuit n’a pas de débit, C reste chargé à la tension crête, car à l’alternance suivante, D n’est pas conductrice. Mais, en parallèle avec cette diode, nous trouvons le circuit D-C, ainsi, lors de l’alternance suivante (figure 9 c) , vu le sens de branchement de la diode D, deux tensions apparaissent, qui s’ajoutent et chargent le condensateur C à la tension 2 V. Nous avons réalisé un doubleur de tension dont le fonctionnement a été longuement détaillé dans d’autres chapitres.

A la troisième alternance, la tension V aux bornes de L se présente avec une polarité négative au sommet du bobinage (figure 9 d) . Nous avons donc trois tensions :

V aux bornes de L, V aux bornes de C (toutes deux sont en opposition et égales, donc elles s’annulent) et 2 V aux bornes de C. Cette dernière permet la charge du condensateur C grâce à la diode D conductrice. Cse charge aussi à 2 V.

A la quatrième alternance, considérons le circuit de la (figure 9 e) . Trois tensions apparaissent :

V aux bornes de L, V aux bornes de C et 2 V aux bornes de C. Ces trois tensions de même sens s’ajoutent et chargent le condensateur C à V + V + 2 V = 4 V via la diode D conductrice.

Nous avons réalisé un quadrupleur de tension. Par le même processus, nous pouvons réaliser un sextupleur en rajoutant une diode D et un condensateur C (figure 9 f) , une diode D et un condensateur C (figure 9 g) .

Dans ce cas, chaque alternance positive apparaissant au sommet de l’enroulement secondaire L, fait apparaître quatre tensions :

V aux bornes de L, V aux bornes de C, 2 V aux bornes de Cet 2 V aux bornes de C. Ces tensions, de même sens, s’ajoutent et permettent la charge de C à la tension 6 V, grâce à la diode D passante.

Dans la pratique, il convient de tenir compte du fait que la charge maximum de chaque condensateur n’est pas réalisée au terme de l’alternance considérée et que l’équilibre n’est atteint qu’après quelques alternances consécutives.

Ce procédé présente un inconvénient majeur. En effet, les condensateurs C et C sont soumis à des tensions très élevées (de 16 000 à 25 000 volts) et les claquages dus à des défauts d’isolement sont très fréquents.

2) Montage pratique

Dans le cas d’un téléviseur couleurs, la tension appliquée au multiplicateur est alternative mais non sinusoïdale.

La composante positive de la tension correspond à une partie de l’impulsion de retour ligne et l’amplitude est de l’ordre de 7 à 8 kV. Par contre, la composante négative, correspondant à l’aller du balayage, est comprise entre – 500 et – 1000 volts. Voyons comment fonctionne le tripleur représenté (figure 10 a) .

Pour simplifier l’explication, nous admettons que chaque condensateur se charge en un cycle de balayage. Nous appellerons a la valeur positive de l’impulsion de retour ligne (7,3 kV, dans notre exemple) et b la valeur de la composante négative de cette même impulsion (1 kV).

1^er temps (figure 10 b) ; partie positive de la première impulsion

D conduit

C se charge à la valeur a

2^ème temps (figure 10 c) : partie négative de la première impulsion

D bloqué

D conduit

C chargé à la valeur + a

C se charge à la valeur a + b

3^ème temps (figure 10 d) : partie positive de la seconde impulsion

D, D bloquées

C chargé à la valeur + a

C chargé à la valeur a + b

D conduit

C se charge à la valeur a + b

4^ème temps (figure 10 e) : partie négative de la seconde impulsion

D, D, D bloquées

C chargé à la valeur + a

C, C chargés à la valeur a + b

D conduit

C se charge à la valeur a + b

5^ème temps (figure 10 f) : partie positive de la troisième impulsion

D, D, D, D bloquées

C chargé à la valeur + a

C, C, C chargés à la valeur a + b

D conduit

C se charge à la valeur a + b

La tension obtenue aux bornes de la capacité C est égale à la somme des tensions présentes aux bornes des condensateurs C, C et C :

V = V + V + V

V = (a + b) (a + b) + a

V = 3 a + 2 b

En remplaçant a et b par leurs valeurs, nous obtenons :

V = 3 x 7,3 + 2 x 1 = 23,9 kV

Si la tension appliquée au circuit multiplicateur était sinusoïdale, nous aurions a = b et V serait égale à : 5 a ou 5 b et la sortie serait quintuplée. Du fait de la forme particulière du signal appliqué, le circuit quintupleur n’effectue qu’une multiplication par trois d’où son nom de tripleur.

Pour obtenir une THT comprise entre 23 et 25 kV, il suffit donc de disposer d’impulsions de retour ligne ayant une amplitude de 8 kV environ, à l’entrée du tripleur.

Dans le cas d’une base de temps à transistors ou à thyristors, l’amplitude des retours ligne n’excédant jamais 1500 V dans le circuit primaire, il est nécessaire de disposer d’un enroulement secondaire élévateur (figure 11) , ou d’utiliser un auto transformateur.

Dans le cas des premières bases de temps à tubes, l’amplitude des impulsions de retour ligne présentes sur l’anode de la pentode de puissance n’excède pas 4 kV. Or, le tripleur doit recevoir un signal de 8 à 8,5 kV selon les châssis, pour fournir une THT de 25 kV.

Les constructeurs, pour y parvenir, bobinent un enroulement élévateur L en série avec l’enroulement principal (figure 12) .

Avec la fabrication de tubes plus performants du type EL 509, EL 519, EY 500 …., les impulsions de retour ligne atteignent 8 kV sur l’anode de la pentode, sans risque de détérioration des tubes. Elles sont appliquées au tripleur directement sans qu’il soit nécessaire d’utiliser l’enroulement élévateur L.

C) Le redressement fractionné (diode Split)

1) Présentation

La très haute tension est obtenue grâce à un transformateur spécial dont le circuit secondaire comporte quatre cellules en série comprenant chacun une diode, un enroulement et une capacité (figure 13) . Les condensateurs C, C et C sont en fait, constitués par les capacités inter couches des différents enroulements.

Dans ce transformateur, chaque cellule A, B, C et D délivre une tension de 25 : 4 = 6,25 kV lors du retour ligne. Les tensions U, U, Uet Us’additionnent pour former U = 25 kV aux bornes de la capacité C du tube image. Vu la faible valeur de C (1 à 2 nF), ce condensateur reste chargé durant tout l’aller du balayage.

Ce transformateur est moulé dans un bloc en polyester. Deux potentiomètres (P et P) montés en parallèle sur la première cellule, permettent d’ajuster la polarisation des grilles G et G du tube cathodique.

2) Fonctionnement

Lors du retour de balayage ligne, la force électro motrice induite dans le secondaire L fait circuler un courant, une tension de 6,25 kV apparaît aux bornes de chaque enroulement.

Après redressement par une diode, cette tension charge une capacité. Ainsi, dans l’exemple donné, C se charge à 6,25 kV, C également mais son armature supérieure est à 18,75 kV et C, relié à la masse, se charge à 18,75 kV + 6,25 kV fournis par la cellule D, soit V = 25 kV.

3) Le transformateur

Chaque enroulement du secondaire L est bobiné sur une seule couche, ce qui présente quelques avantages sur les montages précédents :

La tension présente sur chaque enroulement n’est que de 6,25 kV, ce qui simplifie les problèmes d’isolement.

De ce fait, le couplage entre le primaire et le secondaire est plus serré, ce qui diminue les oscillations parasites dues à l’inductance de fuite.

Chaque condensateur est constitué de deux couches de fils successives (armature) et d’une couche isolante (diélectrique).

Chaque spire d’un enroulement secondaire est soumise à la même tension induite que la spire correspondante de l’enroulement voisin (inférieur ou supérieur (figure 14) ). Ainsi, la tension alternative entre ces deux spires étant nulle, il ne circule aucun courant parasite dans les capacités.

Ce procédé par la simplification qu’il apporte tant dans la fabrication du transformateur que dans la réalisation des circuits périphériques est de plus en plus utilisé. Sur ce principe, certains constructeurs font produire la THT par le transformateur de l’alimentation à découpage, le balayage ligne étant un étage distinct.

La (figure 15) représente un transformateur THT à redressement fractionné.

D) Circuits de protection de la THT

1) Les circuits de régulation

Ce sont ceux que nous avons rencontrés en examinant les bases de temps à tubes, ils sont de deux sortes :

a) Une triode ballast montée entre la THT et la haute tension (figure 16) . Ce circuit maintient constant la THT quand le courant anodique varie.

b) Un circuit régulateur inséré dans la commande de grille de l’étage de puissance qui fait varier le temps de conduction de la pentode en fonction de la tension aux bornes de l’auto transformateur (figure 17) . Son fonctionnement a été détaillé dans le chapitre consacré aux bases de temps des téléviseurs noir et blanc à propos du contrôle automatique d’amplitude ligne.

2) Le frein de faisceau

Les deux circuits que nous venons de présenter sont applicables aux bases de temps à tubes. Dans le cas des téléviseurs à semi conducteurs, le procédé utilisé pour limiter le débit anodique du cathoscope est le frein de faisceau.

Ceci est obtenu en insérant un condensateur de filtrage et une résistance entre le pied de l’enroulement THT et la masse. Aux bornes de cette résistance, la tension est proportionnelle au courant anodique du tube. Des que celui-ci dépasse la valeur maximum fixée par le constructeur, un circuit de sécurité module la tension appliquée aux cathodes ou aux grilles G et réduit la conduction du tube image (figure 18) . La tension négative prélevée aux bornes de la résistance RFF est utilisée pour modifier le point de fonctionnement des amplificateurs vidéo.

3) Circuits de sécurité sur l’alimentation

Certains téléviseurs ont une alimentation dont le fonctionnement peut être arrêté si la THT devient trop importante. Les impulsions de retour ligne sont appliquées à un circuit de mise en forme qui commande un circuit de sécurité. Des qu’une anomalie est détectée au niveau de l’amplitude de ces impulsions, l’alimentation ne débite plus.

a) Mise en veille du téléviseur

Dans l’exemple de la (figure 19) , en fonctionnement normal, le transistor Tr1 est saturé, le relais RL est excité et les contacts C, C, C, en série avec les sorties secondaires de l’alimentation, sont fermés. Les impulsions de retour ligne, en provenance du tripleur, traversent la chaîne R, Z, R. Le choix judicieux de la valeur de ces composants fait que l’information THT n’influe pas sur le comportement du monostable. Par contre, des que l’amplitude de ces impulsions dépasse ce seuil, le monostable change d’état, le transistor Tr1 se bloque, la bobine du relais n’est plus excitée et les contacts s’ouvrent mettant hors série les secondaires de l’alimentation.

b) Protection par thyristor

Ce circuit se rencontre sur les alimentations à thyristors. La (figure 20) en donne un exemple. Le thyristor Th1 est un disjoncteur électronique dont nous avons déjà examiné le fonctionnement.

Rappelons qu’il est mis en conduction automatiquement par les ondulations résiduelles de la tension secteur redressée via R-C