Cette étude est en fait le prétexte pour analyser les différentes fonctions d'un moniteur vidéo, les comprendre, les tester.
A partir de composants courants, on pourra créer les différents circuits pour chacune des fonctions afin de les comparer et de choisir le meilleur.
Par exemple, pour ce qui est des balayages, on sait qu'on a une quantité de dispositifs oscillateurs différents; suivant donc les composants qu'on trouvera dans nos fonds de tiroirs, on adoptera tel ou tel circuit.

Dans ce qui suit, on remarquera le côté "bricolo" inhérent à la phase de conception; c'est voulu : il n'est pas question dans un premier temps de construire la version définitive, ce sera pour plus tard, une fois chaque circuit choisi. Chacun pourra étudier cette version définitive suivant son idée, par exemple, on pourrait envisager de construire des modules enfichables, pour chacune des fonctions, ce qui pourra permettre de passer d'un circuit à un autre très facilement...

présentation
Le tube image utilisé est un tube d'oscilloscope, faisant 5 cm de diamètre. Bien sûr, il est rond, ce qui fait que la grandeur d'image TV utile qu'on pourra obtenir sera de l'ordre de 5x4 cm grand maximum :


Sa longueur est de l'ordre de 18 cm :


Les avantages de ce genre de tube, de petites dimensions sont au nombre de deux :
- déviations électrostatiques (donc déviateur inutile et attaques en tension, pas en courant)
- THT inutile, en effet ces tubes se contentent de 1000 à 2000V pas plus.

On en trouve sur ebay parfois, à pas trop cher. Celui que je vais utiliser est un tube de fabrication russe, le 5LO38I. Je l'ai acheté quelques dollars !
Première chose à faire : trouver sa datasheet, coup de chance le vendeur la fournissait :


celle-ci est en russe, mais sur demande, le vendeur me l'a renvoyée en allemand :


Ce tube a un canon classique :
- un filament qui chauffe une cathode
- une grille de commande d'intensité, le Wehnelt
- une loupe électrostatique de concentration formée de 4 électrodes cylindriques percées d'un trou axial calibré, reliées 2 à 2, ressemblant à des grosses rondelles(1 avec 4, 2 avec 3). Les électrodes 1-4 sont portées à un potentiel fixe élevé et son appelées "anode", les électrodes 2-3 sont portées à un potentiel variable et servent à régler la finesse du spot (focus)
- 2 paires de plaques de déviation, les plus proches du canon pour l'axe vertical, les plus proches de l'écran pour l'axe horizontal

Dans cette datasheet, une donnée est importante, c'est la sensibilité de chaque paire de plaques; en effet, de cette sensibilité dépend les tensions d'attaque.
Sans trop aller dans le détail, notons tout de même l'ordre de grandeur :
- 0,09 à 0,14 mm/V en X, ça fait tout de même 350 à 550 V pour une largeur d'image de 50 mm
- 0,11 à 0,16 mm/V en Y, ça fait 240 à 340 V pour une hauteur d'image de 37,5 mm (rapport image 4/3)

La paire de plaques de déviation verticale est plus sensible car elle est située plus près du canon, l'angle de déviation étant le même pour chaque paire de plaques, la déviation sur l'écran sera plus grande pour le chemin parcouru plus long entre les plaques et l'écran.
A noter également : c'est la broche 1 qui détermine l'orientation angulaire à donner au tube, elle doit être positionnée vers le bas.
schéma d'alimentation
Seconde chose à faire : tester le tube. L'alimentation des tubes d'oscillo de petites dimensions est toujours la même : un pont diviseur de résistances, une sorte d'échelle potentiométrique, qui permet de créer pour chacune des électrodes la tension qui va bien:


Les tensions sont repérées par rapport à la cathode et doivent être conformes à la datasheet, mais on peut les repérer par rapport à l'alimentation générale qui devra fournir une tension de l'ordre de 300-400V pour le reste des circuits; par exemple, on peut faire ainsi :


ce qui veut dire qu'il suffit d'une tension positive de 350V et d'une négative de 710V, autrement dit, celle-ci pourra être générée par un doubleur de tension à partir du même enroulement du transfo d'alim que celle-là.
Cette remarque peut paraitre prématurée, mais en fait, il s'agit d'ores et déjà de se simplifier la vie ...
Pour la luminosité et pour la focalisation, il faut absolument un réglage. Pour le reste des électrodes, du moins pour le test, il suffit de 2 réglages supplémentaires, un pour une plaque de chaque paire, juste pour voir, si le spot dévie bien.
Ce schéma de départ pourra être modifié par la suite, il ne sert qu'à tester le bon fonctionnement du tube !

Essai N°1

Comme je n'ai pas de support 11 broches, j'ai fait des boudinettes de raccordement :

(10 suffisent, la broche 5 est non utilisée)


(un tour de scotch maintient les fils sur le culot)
Puis j'ai soudé les composants sur une barrette à cosses :


L'alimentation totale nécessaire étant de 1000V pour cet essai, j'ai du mettre 3 alim HT en série ! Et voici le spot :



Bien, le tube est ok. Les réglages de cadrage permettent de bouger un peu le spot, preuve que tout va bien. Le réglage de focalisation est opérant aussi.
Par contre, pour la lumière, la moitié de la course du réglage est inutile, donc on peut se contenter d'un maximum de 60V pour la polarisation du Wehnelt.

évolution du schéma
Suite à la remarque ci-dessus, mais aussi à l'obligation plus tard d'avoir des régalages de cadrage des 2 axes dans les 2 sens, il faut modifier légèrement le schéma, et augmenter la tension d'alimentation totale.
En effet, si le potentiel moyen des plaques est de 1000V par rapport à la cathode, il faut pouvoir disposer d'une tension de l'ordre de 1200V pour avoir une "réserve" de déviation de l'ordre de 20 mm.
Voici donc ce nouveau schéma :


on peut voir que les cadrages permettent de faire varier le potentiel d'une plaque par paire de + ou - 190V, ce qui devrait être suffisant.
De même, il n'est prévu pour l'instant qu'une attaque dissymétrique, une plaque de chaque paire étant reliée à un potentiel fixe de +1000V (comme l'anode).
Si plus tard, une attaque symétrique s'impose, il faudra revoir ce schéma.

Essai N°2

Pour cet essai, j'ai fait un peu de mécanique.


Le tube a été fixé:



et les réglages sont maintenant des potentiomètres standard:


Cette fonction est donc maintenant un module.
Les composants sont soudés sur des barrettes à cosses et j'ai fabriqué des douilles avec du tube laiton de 3/8" pour les embrocher sur le tube :


Résultats :

- cadrage X : semble dysymétrique, le spot disparait dans une zone de 5 mm à gauche
- cadrage Y : ok, mais nettement trop fort, le spot sortant facilement de l'écran
- focus : ok


- lumière : en l'augmentant, le spot se déplace !

La dernière remarque prouve que lors d'une augmentation du courant cathodique, les tensions du pont varient, ce qui est normal, mais le fait d'avoir des réglages de cadrage sur une seule plaque d'une paire, fait que les modifications de tension ne sont pas les mêmes dans la branche R5-R6 et dans les branches P3 et P4.
D'autre part, les 2 premières remarques incitent à inverser les rôles des paires car on cherche à avoir une image TV, donc avec une hauteur plus petite que la largeur. Il serait donc intéressant d'utiliser les paires X, moins sensibles, en vertical, et les paires Y, plus sensibles, en horizontal, ce qui fait que les attaques en tension devraient être très semblables.

Voici donc un nouveau schéma, intégrant ces remarques :


Pour éviter une trop grande variation de tension en fonction de la lumière, j'ai augmenté le courant dans le pont qui est maintenant de l'ordre de 900µA.
Les cadrages sont maintenant symétriques, et j'ai prévu des attaques symétriques au travers de 4 condos C1 à C4. Si on veut attaquer en dissymétrique, il suffira de mettre le condo de la plaque fixe à la masse.
Sur ce schéma, j'ai noté pour la position centrale d'un cadrage et pour une position en butée de l'autre, les différentes tensions présentes, en particulier les tensions différentielles sur les plaques :


Bien sûr, toutes les valeurs de résistances ont diminué puisque le courant a augmenté.
J'ai donc tourné le tube de 90° et pour éviter des confusions de notation, les attaques s'appellent maintenant "V" et "H" (V attaque les plaques X et H attaque les plaques Y)

Essai N°3:

et bien ça marche mieux ainsi. Sauf qu'il y a tout de même un défaut que j'avais constaté dès le premier essai (mais que je pensais lié au circuit externe) : au point "zéro", c'est-à-dire à tension différentielle nulle entre chaque plaque, le spot n'est pas du tout au centre : il est décalé d'un bon cm en X, donc en vertical maintenant.
Cela veut dire que le tube présente un défaut de géométrie, ou bien une partie est magnétisée. Ce n'est pas la table d'essai, ni une quelconque masse métallique dans l'atelier car si je tourne le module, le spot reste à la même position ! Non, c'est bien le tube.
Ce défaut ne serait pas grave si la lumière n'agissait pas sur les tensions du pont, mais ce point est toujours sensible : si je règle le cadrage pour amener le spot au centre, sa position varie un peu avec le réglage de lumière : c'est logique car dans ce cas, la tension différentielle entre les plaques X varie de 50 à 35V selon le réglage.
Il faut donc remédier à ce défaut avec un aimant ...

Essai N°4:

Voici l'aimant positionné (j'ai noté le centre de l'écran par une croix en feutre) :



En tordant le fil de laiton qui le retient, on peut trouver une position pour laquelle le spot est au centre de l'écran avec des tensions différentielles nulles sur les plaques :


Voici quelques photos du module opérationnel :

(j'ai repéré les cosses d'alimentation et d'attaque des plaques)


(entourée : broche 1 qui sert de repère de positionnement angulaire)