Historique de la radio et de la télévision
Le tube EQ40 ou EQ80 utilisé comme détecteur FM
Télévision

Quand les normes de la télévision ont été établies, on a choisi la modulation de fréquence pour la transmission du son, permettant une qualité sonore de haute fidélité. Pour la détection du signal FM Philips a créé un tube spécifique, le EQ40 et EQ80.
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Les schémas publiés sur cette page proviennet d'un livre édité par Philips en 1953 "Caractéristiques et schémas de tubes de récepteurs de télévision" (ce livre a été édité en anglais et en néerlandais). Ce livre propose des schémas standards pour la fabrication de téléviseurs. Le but était évidemment que les fabricants se basent sur les schémas qui utilisent tous des composants Philips. Avant la seconde guerre mondiale, il y avait de nombreux fabricants de postes de radio. Dès les années 1950, ces petits fabricants se sont lancés dans la production de téléviseurs (la télévision belge sera lancée en 1953).
L'écran des premières télévisions était rond (il n'était pas possible de fabriquer des tubes rectangulaires) et il y avait un cache pour produire une fenètre plus ou moins rectangulaire. Le diamètre du tube n'était pas plus de 25cm. La déflection était électrostatique (plus facile à réaliser, mais nécessitant un tube-image très long car l'angle de déflection était limité). En fait, le tube de télévision était un tube d'oscilloscope avec du phosphore blanc au lieu de vert.

Image: modulation en amplitude, négative

Pour l'image, on a déternimé rapidement que la meilleure modulation est la modulation en amplitude négative: l'amplitude du signal est inversément proportionelle à l'éclairage d'un point. Les tops de synchronisation (d'amplitude fixe et situés dans le super-noir) produisent une modulation maximale, ce qui est l'idéal car cela permet régler aisément l'amplification, indépendamment du contenu de l'image.

 


Schéma de principe télévision de 1948
Le système français avec son en modulation d'amplitude est décrit ici.

Son: modulation en fréquence

En radio, la modulation de fréquence commencait à être utilisée en Allemagne. Le pays n'avait plus d'émetteurs après la guerre et devait tout reconstruire. Pourquoi ne pas recommencer avec un meilleur système que la modulation d'amplitude? Les Pays Bas faisaient également des essais avec la fréquence modulée.

Il était donc tout naturel d'également penser à la modulation de fréquence pour la nouvelle norme de télévision européenne. Un tube a même été développé pour la détection du signal FM: le EQ40 (socquet rimlock) et EQ80 (socquet noval). Le tube était le même, mais avec un socquet différent.

Principe de l'interporteuse

La FM a encore un avantage supplémentaire, mais on s'en est rendu compte que par après: le principe de l'interporteuse.

Lors de l'émission, nous avons deux émetteurs: un pour l'image, et un pour le son. Les deux porteuses sont espacées de 5.5MHz (6MHz en Angleterre) et il est possible d'utiliser le même mât pour l'émission. La puissance de l'émetteur son est de 1/10 de celui de l'image.

Lors de la réception, il faut donc un étage haute fréquence (à bande relativement large) puis deux étages moyenne fréquence qui filtrent du coté où ne se trouve pas la porteuse son. le signal est maintenant envoyé de deux cotés: Le signal image continue vers deux étages moyenne fréquence pour parfaire le filtrage (et éliminer la porteuse son) tandis que le signal son va à deux étages moyenne fréquence avec une bande passante adaptée.

Ce système fonctionne bien, mais a quelques inconvénients: il nécessite plus de tubes que le circuit suivant et de plus une instabilité dans la moyenne fréquence (oscillateur qui se dérègle) produit rapidement un son de mauvaise qualité. La bande passante attribuée au son est plus étroite que pour la radio et un petit dérèglement produit rapidement des déformations sonores alors que l'image est encore bonne (bande passante video plus large).

Cet effet ne joue pas un rôle important pour la bande VHF-I qui ne monte que jusqu'à 68MHz, mais devient gênant pour la bande VHF-III (et ne fonctionne plus en UHF si on ne prend pas des mesures correctives).

Mais on s'est rendu compte qu'on pouvait utiliser le principe de l'interporteuse pour produire une moyenne fréquence fixe de 5.5MHz. La diode de détection vidéo agit en effet comme mélangeuse (comme avec un radar, quoi). Le mélange de la porteuse son et de la porteuse image produit un signal de différence de 5.5MHz. Le rendement à la conversion n'étant pas fameux, il faut ajouter un étage moyenne fréquence audio.

Le problème de l'instabilité de la moyenne fréquence est éliminé d'un coup, puisque la distance entre la porteuse son et image est toujours fixe. Il faut que l'accord soit assez mauvais pour que le son soit atteint: cela se produit par exemple quand il y a des sous-titres (modulation video faible). Quand la modulation vidéo est trop faible, il n'y a pas de fréquence interporteuse et donc pas de son: le son est haché chaque fois que la modulation vidéo devient trop faible.

Mais c'est un problème mineur en comparaison des avantages. C'est d'ailleurs le seul système qui puisse être utilisé en UHF qui utilise des fréquences encore plus hautes.

 


Réalisation pratique de la partie audio


Un prototype de "tuner"


Discriminateur FM avec une heptode EH90

Jusqu'àlors, le son de la télévision était modulé en amplitude. Il s'agissait d'émissions d'essai; l'Angleterre et la France émettaient déjà des programmes de test. Les anglais avaient la norme en 405 lignes et les français avaient un émetteur en 441 lignes dans la tour Eiffel laissé sur place lors de la débacle des allemands pendant la seconde guerre mondiale.

Philips ne pouvait naturellement pas laisser passer cette occasion, mais après la seconde guerre mondiale, les Pays Bas n'étaient pas interessés par la télévision, ils avaient à reconstruire le pays. Le gouvernement ne favorisait pas l'avancement de la télévision, car ils avaient déjà la radio qui suffisait amplement (selon le gouvernement de l'époque). Philips a malgré tout été autorisé a produire des programmes de test.

Pour permettre à la machine de s'amorcer, il fallait en plus des programmes des téléviseurs pour les recevoir. Philips a fourni de la documentation très précise pour construire soi-même un poste de télé (qui était quand même plus complexe qu'un poste de radio) et l'engouement du public ne s'est pas fait attendre. Philips était à ce moment principalement un fabricant de composants et la fabrication d'appareils n'était qu'accessoire.

Le premier schéma est un schéma de principe pour la réalisation d'un téléviseur. Plusieurs tubes sont disponibles pour certaines fonctions: la haute fréquence pouvait soit être réalisée avec un tube ECC81 (préampli et oscillatrice-mélangeuse) ou un tube EF80 (si le poste ne devait recevoir que la bande VHF-I). On pouvait soit prélever la moyenne fréquence audio au second étage moyenne fréquence video, soit utiliser le principe de l'interporteuse et prélever la moyenne fréquence de 5.5MHz après le détecteur image (et gagner un tube EF80).

Pour la partie audio, on pouvait soit utiliser un descriminateur avec une double diode EB91 soit utiliser une ennéode EQ80. Si on utilisait une double diode, il fallait utiliser un double étage audio ECL80 une triode-penthode de 1.5W, mais si on utilisait une ennéode un seul étage suffisait avec une penthode EL82 pouvant fournir 4W.

Le second schéma montre une réalisation pratique de la partie audio. Le signal est prélevé après la détection vidéo, passe par l'inévitable EF80 et puis notre EQ80.

EQ40 - EQ80

Le tube est une ennéode (ou nonode), un tube avec pas moins de 7 grilles, spécialement conçu par Philips pour la détection FM. La détection FM était possible avec une double diode, mais les pertes d'un tel circuit étaient telles qu'il fallait ajouter un tube amplificateur supplémentaire, tandis que le EQ40 amplifiait le signal, tout en assurant la détection.

La première grille ne sert pas de grille de controle, mais à stabiliser le courant (quand il est en conduction, le tube fonctionne en source de courant constant). La résistance interne du tube est donc très élevée et la résistance de charge est de 0.47MΩ.

La première grille est souvent reliée à la cathode, mais un circuit anti-bruit peut être réalisé avec une diode supplémentaire OA51 qui va polariser la première grille du tube EQ80 plus positivement quand l'amplitude du signal MF est suffisante. La cathode est portée à un potentiel de +4V et le tube n'est que faiblement conducteur en l'absence de signal moyenne fréquence. La même diode permet également un réglage du gain de la penthode, pour permettre au tube EQ80 de fonctionner au mieux de ses possibilités.

Les grilles 2, 4 et 6 servent de grilles écran, pour isoler électrostatiquement les grilles de commande les unes des autres. Elles sont branchées à un potentiel légèrement positif de 20V.

Les grilles 3 et 5 sont les vraies grilles de commande. Le tube est en conduction quand à la fois la grille 3 et la grille 5 est positive. Les grilles agissent comme fonction AND. On pourrait comparer son fonctionnement à deux penthodes placées en série.

La grille 7 est la grille d'arrêt classique utilisée avec tous les tubes multigrilles.

Le signal de commande provient de deux circuits accordés qui produisent une signal déphasé de 90° dont le déphasage varie avec la déviation de la fréquence. Le signal en modulation de fréquence est ainsi transformé en une série de pics plus ou moins larges selon la fréquence. Contrairement aux détecteurs classiques, la fonction de transfert est linéaire, ce qui permet d'appliquer un signal de forte amplitude au détecteur.

Le système d'interporteuse a comme inconvénient que l'amplitude du signal FM varie selon le contenu de l'image, surtout quand l'accord n'est pas correct. Pour éviter cette influence, il y a un réglage de l'amplification du premier tube. La constance de temps est très courte pour permettre de réagir aux variations du contenu de l'image.

Les tops de conduction sont automatiquement intégrés et transformés en tension variable par les capacités parasites du circuit suivant. Le tube EQ80 ayant une très haute impédance, il est alimenté par la tension de 450V en provenance du balayage ligne.

Ce tube était donc destiné principalement au détecteur audio des premières télévisions. La norme européenne utilisant des fréquences plus élevées que la norme américaine et anglaise, la télévision devait donc avoir plus de tubes pour compenser le gain plus faible aux fréquences élevées. L'utilisation d'un EQ40 permettait d'éliminer un ou deux tube. Les télévisions de l'époque avaient un transfo pour fournir la tension de chauffage des tubes, et plus la télévision avait de tubes, et plus le transfo devait être lourd. La haute tension était prélevée directement du secteur.

Philips qui a développé ce tube a également tenté de l'utiliser dans des postes de radio. Mais la plupart des émissions se faisaient en AM et un poste devait nécessairement pouvoir détecter les émissions en AM. Mais ce tube ne pouvait pas servir comme détecteur AM. On a donc utilisé la diode d'un tube moyenne fréquence pour la détection AM, avec le tube EQ40 utilisé comme penthode préamplificatrice basse fréquence.

Mais ce système nécessitait de nombreuses commutations et ne fonctionnait pas bien en pratique. Par contre, on pouvait réaliser un récepteur pour la FM uniquement, mais ces appareils n'ont pas eu beaucoup de succès, car la plupart des émissions se faisaient encore en AM.

Ce récepteur FM utilisait les tubes suivants:

  • EF43 pour l'amplification HF (qui sera effectuée plus tard par une double triode ECC81 en montage cascode). La penthode EF43 a été très peu utilisée: une penthode produit un bruit de fond plus important et ne peut servir que pour recevoir les émetteurs locaux.
  • ECH42 mélangeuse + oscillatrice (on utilisera plus tard également une double triode ECC85 pour cette fonction)
  • EF42 et EAF42 penthodes moyenne fréquence, la diode étant utilisée pour la détection AM en cas de récepteur AM/FM.
  • EQ40 pour la détection FM et la préamplification
  • EL41 pour l'étage de puissance sonore.

Pour les postes de radio, on est finalement passé au tube EABC80 combinant toutes les fonctions nécessaires dans un seul tube: une diode AM, deux diodes FM et un préamplificateur basse fréquence. Le nombre de commutations entre AM et FM était limité. La télévision utiisait les premières diodes au germanium. La déformation plus importante provoquée par ces diodes ne jouait pas un rôle important dans ces premiers téléviseurs.

EH90

Un système de détection équivalent peut être réalisé avec une heptode EH90, c'est le genre de tube qui normalement est utilisé pour le changement de fréquence, mais ici le couplage de la seconde grille de commande (g3) est plus serré. Un tube changeur de fréquence ne peut pas être utilisé.

Le signal moyenne fréquence 5.5 ou 6MHz arrive sur la première grille (ce type de circuit était surtout utilisé en Angleterre qui utilise une porteuse son située à 6MHz de la porteuse image). Un second circuit accordé est branché sur la troisième grille. La modulation du courant d'électrons par la première grille agit sur la troisième grille, dont le circuit accordé se met également à osciller sur la même fréquence. Le déphasage est de 90° et varie selon le changement de la fréquence.

Les deux grilles de commande agissent ici aussi comme fonction AND et nous avons sur la plaque une série d'impulsions plus ou moins larges selon la fréquence. Ces impulsions sont lissées par le petit condensateur de sortie et nous obtenons un signal audio basse fréquence en sortie.

Ce circuit plus simple nécessite une tension alternative assez élevée pour saturer le tube et permettre l'écrètage (élimination de la variation d'amplitude du signal MF).

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