Brevet FR2527862A1 — publié le 19831202

I La présente invention se rapporte à un générateur piézo-électrique de tension finale pour un système de visualisation de télévision. Un transformateur piézo-électrique, en général, est un dispositif qui transforme l'énergie d'une tension à une autre tension Il peut comprendre un substrat en un matériau piézo-électrique en céramique cuite, deux électrodes d'attaque qui sont appliquées aux surfaces opposées à une extrémité du substrat et une électrode de sortie qui est appliquée à une surface à l'autre extrémité du substrat Les surfaces du substrat sous les électrodes d'attaque sont polarisées dans la direction de l'épaisseur du substrat tandis que la surface sous l'électrode de sortie est polarisée en direction longitudinale Une tension alternative d'attaque à une fréquence égale à la fréquence naturelle des vibrations mécaniques du trans- formateur piézo-électrique est imprimée entre les électrodes d'attaque pour forcer le substrat à vibrer mécaniquement à sa fréquence naturelle Les vibration mécaniquesse propagent sur la longueur du substrat pour produire une tension alternative à l'électrode de sortie. L'amplification de tension ou gain Av peut être assez élevé, amplifiant l'amplitude d'une tension sinusoïdale d'entrée d'un facteur d'un millier ou plus pour un transformateur ayant un Q mécanique élevé attaqué à sa fréquence naturelle f O Du fait de sa caractéris- tique de gain élevé, un transformateur piézo-électrique peut être utilisé dans un téléviseur pour produire une tension finale pour le tube-image du téléviseur Si la fréquence d'attaque du transformateur piézo-électrique est choisie à la fréquence de déviation horizontale f H ou un certain multiple de celle-ci, le transformateur peut être construit sous forme d'une unité-simple, compacte et relativement peu coûteuse. La tension à la sortie d'un transformateur piézo-électrique est à son maximum quand la fréquence d'attaque est égale à la fréquence naturelle fo des vibrations mécaniques du transformateur Pour un transformateur ayant un Q mécanique élevé, la largeur de bande des fréquences de la caractéristique du gain en tension peut ttre relativement étroite Un léger décalage de la fréquence d'attaque au loin de la fréquence naturelle f O peut produire une diminution relativement importante de l'amplitude de la tension de sortie. La présente invention a pour caractéristique l'utilisation d'un agencement d'un transformateur piézo- électrique qui a une caractéristique de gain en tension sur une largeur de bande relativement importante, de façon à ne pas sacrifier le facteur d'amplification important nécessaire pour produire une tension finale pour un téléviseur La nécessité d'une source de tension d'attaque très stable en fréquence est ainsi évitée. Selon l'invention, un générateur de tension finale pour un système de visualisation de télévision comprend un agencement d'un transformateur piézo-électrique et un certain nombre d'éléments individuels de transforma- teur qui sont connectés en parallèle Pour permettre à la largeur de bande résultante de l'agencement d'être relativement large, les fréquences naturelles des vibratiornmécanique diffèrent sensiblement les unes des autres Ainsi, même si la caractéristique de gain en tension d'un élément individuel est relativement étroite, la caractéristique résultante de gain de tout l'agencement est relativement large Comme la fréquence naturelle d'un élément transformateur piézo-électrique est proportion- nelle à c/L, o c représente la vitesse de propagation de l'onde sonore à travers le substrat de l'élément et L représente la longueur de l'élément, les divers éléments dans l'agencement du transformateur piézo-électrique peuvent être produits pour avoir des fréquences naturelles différentes en fabriquant des éléments ayant des longueurs différentes. L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparattront plus clairement au cours de la description explicative qui va suivre faite en référence aux dessins schématiques annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant un mode de réalisation de l'invention et dans lesquels: la figure Illustre un circuit de déviation et un générateur piézo-électrique de tension finale pour un système de visualisation de télévision selon l'invention; et les figures 2 a-2 c illustrent des caractéris- tiques de gain en tension des éléments individuels et de tout l'agencement transformateur piézo-électrique de la figure 1, le gain en tension étant indiqué sur l'axe des ordonnées et la fréquence sur l'axe des abscisses. Sur la figure 1, une tension d'alimentation du réseau est appliquée aux bornes 21 et 22 d'un pont redresseur double alternance 82 pour développer une tension continue Va entre une borne de sortie 23 et une borne de retour de courant ou masse 24 Un condensateur de filtrage 25 est couplé entre les bornes 23 et 24 La tension Va est appliquée à un régulateur de tension 26 pour développer, à une borne 27, une tension d'alimentation B+ pçur un circuit de déviation horizontale 62. Le circuit de déviation horizontale 62 comprend un oscillateur horizontal 69 qui fonctionne à la fréquence de déviation horizontale f HO un transistor d'attaque horizontale 70 qui est couplé à l'enroulement primaire d'un transformateur d'attaque 71 et un générateur horizontal ou étage de sortie 77 L'étage de sortie horizontale 77 comprend un commutateur d'aller 65 qui comprend un transis- tor de sortie horizontale 64 et une diode d'amortissement , un condensateur de retour 66 et l'agencement en série d'un condensateur 67 d'aller ou de mise en forme de S et d'un enroulement de déviation horizontale 68 Le courant pour l'étage de sortie horizontale 77 est obtenu de la borne 27 de tension d'alimentation B+ par une bobine d'inductance 61 qui peut comprendre un enroulement d'un transúormateur de sortie horizontale ou de retour. Le fonctionnement de l'oscillateur horizontal 69 produit un signal de commutation à la fréquence de déviation f ' qui est appliqué à la base du transistor d'attaque horizontale 70 La commutation à la fréquence norizonte le du transistor d'attaque 70 produit à son tour la commutation périodique à la fréquence horizontale du transistor de sortie horizontale 64, produisant ainsi un courant de balayage dans l'enroulement de déviation horizontale 68. Un générateur de tension finale 80 pour le téléviseur comprend une source 75 de tension alternative d'entrée et un agencement transformateur piézoélectrique couplé à la source de tension d'entrée 75 et à un agencement redresseur haute tension 85 pour produire une tension continue finale U à une borne finale 90. La source de tension alternative d'entrée 75 comprend un circuit LC formé d'une inductance 31 et d'un condensateur 32 couplés en série entre une borne d'alimen- tation en tension 30 et la masse Une alimentation en tension réglable 29 développe une tension continue Vs à la borne 30 Un commutateur 33, comprenant un transistor 34 et une diode 35 en anti-parallèle est couplé entre la masse et une borne 76, la jonction de l'inductance 31 et du condensateur 32 Le transistor 34 est commuté à une fréquence choisie comme la fréquence de déviation horizontale f H ou un certain multiple de celle-ci, pour produire une demi-impulsion de tension sinusoïdale dans le condensateur 32 entre la borne 76 et la masse. Dans le circuit de la figure 1, la fréquence de commutation du transistor 34 est, à titre d'exemple, à la fréquence de 2 f H Pour obvenir la commutation à 2-H du transistor 34, la sortie à f L de l'oscillateur horizontal est appliquée à un doubleur de fréquence 72, dont la sortie est appliquée à la base d'un transistor 73. Le collecteur du transistor 73 est couplé à un enroulement primaire d'un transformateur 74 dont l'enroulement secondaire est couplé à la base du transistor 34 La fréquence de résonance de l'inductance 31 et du conden- sateur 32 peut être choisie comme la fréquence de commuta- tion à 2 f H du transistor 34 A une durée d'enclenchement fermé/ouvert nominale de 50 % pour le commutateur 33, une impulsion de tension à demisinusoldale d'une durée de 1/( 4 f H) se développe à la borne 76 Cette impulsion est couplée en courant alternatif à travers un condensateur 36 pour développer une demi-impulsion de tension d'entrée en courant alternatif à sinusoïdale entre une borne d'entrée 54 et une borne commune 56 de l'agencement transformateur piézo-électrique 50. L'agencement transformateur piézo-électrique 50 constitue trois éléments transformateurs piézo-électriques individuels 50 a, 50 b, et 504 qui sont connectés en parallèle Le substrat 78 de l'élément transformateur piézoélectrique 50 a, 50 b ou 50 Ce est fait en une matière piézo-électrique céramique cuite comme PZT-8 fabriquée par Vernitron, Bedford, Ohio, Etats Unis d'Amérique ayant un Q mécanique de 1 000 à O bar La valeur de Q mécanique est donnée par: Réactance de raideur mécanique à la résonance Résistance mécanique La section d'attaque 79 d'un élément comprend une électrode d'entrée 51 et une électrode commune 53 formées sur les surfaces opposées du substrat 78 La section 81 de générateur de tension comprend une électrode de sortie 52 sur une face extrême Les surfaces du substrat en contact avec le S électrode 51 et 53 sont polarisées dans la direction de l'épaisseur et la surface du substrat 78 en contact avec l'électrode 52 est polarisée en direction longitudinale. Pour connecter les trois éléments transformateurs piézo-électriques 50 a50 c en parallèle, chaque électrode d'un élément est connectée au même type d'électrode des deux autres éléments Les trois électrodes d entrées 51 sont alors couplées à la borne d'entrée 54 de l'agencement transformateur piézo-électrique 50, les électrodes de sortie 52 à la borne d'alimentation 55 et les électrodes communes à la borne Qommune 56. La tension alternative d'entrée appliquée entre les bornes 54 et 56 produit, par effet piézo-électrique, une tension alternative de sortie de forte amplitude entre les bornes 55 et 56 La tension alternative de sortie est redressée;a:r des diodes 57 a et 57 b connectées en doubleur d'un ar-r-ement redresseur 85 et est filtrée par un condensateur 5 L pour développer la tension continue finale U à la borrn finale 90 La capacité inhérente présentée par l'agencement transformateur piézo-électrique à la borne 55 sert de capacité nécessaire pour le doubleur. La tension à la sortie d'un élément piézo- électrique attaqué individuellement est au maximum lorsque la fréquence d'attaque est égale à fo, la fréquence naturelle des vibrations mécaniques de l'élément La fréquence naturelle, f O est inversement proportionnelle à la longueur L de l'élément Le gain en tension, Av, quand il est attaqué à cette fréquence, est Amax = Ao QML/T, o A O est une constante de proportionna- lité qui est fonction des propriétés de la matière de l'élément piézoélectrique, QM est le Q mécanique de l'élément, L est la longueur de l'élément et T est l'épaisseur de l'élément, en supposant une sortie en circuit ouvert et des tensions sinusoldales d'entrée et de sortie. Pour un élément ayant un Q mécanique élevé, le gain en tension Av présente une largeur de bande étroite f autour de sa fréquence naturelle Comme le montre la figure 2 a, le gain en tension Av 1 de l'élément piézoélectrique 50 a, par exemple, a une largeur de bande étroite A f = 110 Hz autour de sa fréquence naturelle f 01 d'environ 2 f H = 31,5 R Hz. Lorsqu'un seul élément piézo-électrique est utilisé dans le générateur de tension finale 80, les tolérances de fabrication dans les fréquences de l'oscil- lateur horizontal 69 et autres éléments de la source de tension alternative d'entrée 75 peuvent se combiner pour produire de façon non souhaitable de larges variations de la tension finale U parmi différentes unités fabriquées d'un téléviseur De même, une instabilité de la fréquence de fonctionnement de l'oscillateur horizontal 69 et de la source de tension alternative d'entrée 75 peut produire des changements importants de la tension finale U, par rapport à sa tension nominale. La présente invention a pour caractéristique un générateur piézoélectrique de tension finale 80 qui produit une tension finale relativement inchangée lorsque la fréquence d'attaque diffère de la fréquence nominale ou lorsque la fréquence naturelle d'un élément piézo- électrique individuel diffère de l'idéal Selon un aspect de l'invention, l'agencement transformateur piézo-électrique 50 comprend un certain nombre d'éléments individuels 50 a- c qui sont construits afin de produire une caractéris- tique de gain en tension Av 50, de l'agencement total c'est-à-dire d'une largeur de bande considérablement plus large que celle de chaque élément individuel le constituant Pour produire une grande largeur de bande Av 50, chacun des éléments connectés en parallèle 50 a-50 c diffère de façon importante d'un autre par sa longueur, avec la longueur L 1 de l'élément 50 a par exemple la plus longue et la longueur L 3 de l'élément 50 c la plus courte Comme la fréquence naturelle d'un élément individuel est inversement proportionnelle à la longueur de l'élément, les caractéristiques de gain en tension Avl, Av 2, Av 3 des éléments 50 a, b, c, respectivement, de la figure 2 b, auront des fréquences centrales ou naturelles f 01 o f 02, f 03 décalées les unes des autres de façon que f 03 f 02 Z f 02 f 01 = f ' La caractéristique de gain résultante Av O de tout CD v 50 l'agencement transformateur 50 est illustrée sur la figure 2 c La largeur de bande a f 50 de la caractéris- tique de gain résultante est sensiblement plus importante que la largeur de bande d'environ f d'un élément individuel Comre le gain maximurà Ama d'un élément C> Max individuel est proporitonnel à L/T, le gain maximum de chacun des trois éléments peut tre maintenu égal, même s'ils diffren en longueur, en r aintenant le même rapport de la longueur à l'épaisseur pour chaque élément. Quand la charge du courant du faisceau à la borne finale 90 de la figure I décharge l'agencement transformateur piézo-électrique 50, la tension finale diminue en amplitude Pour empacher la tension finale U de diminuer sensiblement avec l'augmentation de la charge du courant du faisceau, l'alimentation en tension réglable 29 augmente la tension d'alimentation Vs pour compenser les effets néfastes produits, en réalité, par l'impédance interne du générateur piézo-électrique de tension finale 80. L'alimentation en tension réglable 29 peut comprendre un circuit régulateur passant en série conventionnel 28 couplé entre la borne 27 de tension B+ et la borne de tension d'alimentation 30 L'impédance de l'élément passant en série dans le circuit 28 change en fonction du changement d'un signal développé sur une ligne de signaux FE appliqué au circuit régulateur 28. Le signal est représentatif d'une variable choisie dans le téléviseur, en fonction de laquelle on souhaite faire varier l'amplitude de la tension Vs. Sur la figure 1, la variable choisie est la tension finale U En couplant la ligne de signaux FB à la jonction des résistances 59 et 60 de division de tension, on obtient une régulation par contre-réaction négative de la tension finale U Tandis que la tension finale U a tendance à diminuer, par exemple, avec une charge croissante du courant du faisceau de l'agencement transformateur piézo-électrique 50, la contre-réaction négative produite sur la ligne FB augmente suffisamment la tension d'alimentation Vs pour maintenir la tension finale relativement inchangée. On donnera ci-après un exemple d'un agencement transformateur piézoélectrique faisant partie d'un générateur de tension finale 80 utilisé dans un ch Assis de téléviseur couleur modifié CTC-115 fabriqué par RCA Corporation. La composition de chaque élément 50 a, 50 b ou 5 Cc est un zirconate titanate de plomb Les dimensions nominales de l'élément 50 a sont L 1 = 56,57 mm, T 1 = 5,08 mm, W 1 = 19,99 mm Les dimensions nominales de l'élément 50 b sont L 2 = 56,39 mm, T 2 = 5,08 mm, W 2 = 19,99 mm. Les dimensions nominales de l'élément 50 c sont L 3 = 56,21 mm, T 3 = 5, 08 mm, W 3 = 19,99 mm Les fréquences naturelles des trois éléments sont normalement fo 01 = 31 368 Hz, f 02 = 31 468 Hz, f O o = 31 565 Hz. La largeur de bande de chaque élément individuel est approximativement A f = 110 Hz La largeur de bande de tout l'agencement transformateur est de l'ordre de à f 50 = 310 Hz. _, V * '} D v C Dû T I O N S I. Générateur piézo-électrique de tension finale pour un système de visualisation de télévision, du type comprenant: -5 une source de tension d'entrée; un agencement transform=teur Pi 6 zo-électrique constituant au moins des premier t - ccind élements transformateurs piézo-électriques, chacun ayant une électrode d'entrée et une électrode de sortie, la caractéristique de gain en tension de chaque élément ayant une largeur de bande rel Ht ivement étroite autour éléments ( 50 a, 50 b) diffèrent l'une de l'autre sensible- ment afin de produire une caractéristique de gain en tension résultante dudit agencement transformateur ( 50) d'une largeur de bande considérablement plus importante que celle de chacun des éléments le constituant ( 50 a, 50 b). 2. Générateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la longueur d'un élément ( 50 a) diffère de la longueur de l'autre élément ( 50 b) afin de produire la différence requise entre les fréquences naturelles des deux éléments. 3. Générateur selon l'une quelconque des revendications I ou 2 > caractérisé en ce que chacun des deux éléments piézo-électriques ( 50 a, 50 b) comprend une électrode commune ( 53), chaque électrode d'un élément ( 50 a) étant couplée à l'électrode du même type de l'autre élément ( 50 b). 4. Générateur selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, du type comprenant un enroulement de déviation et un générateur de déviation qui lui est couplé pour produire un courant de balayage dans ledit enroulement de déviation, caractérisé en ce que la fréquence de la tension d'entrée est choisie sensiblement comme la fréquence de déviation ou un multiple de celle-ci. 5. Générateur selon la revendication 4, caractérisé en ce que la source de tension d'entrée (en 54) précitée comprend une source de tension continue, un circuit LC ( 31, 32) couplé à ladite source de tension continue, et un moyen de commutation ( 33) couplé audit circuit LC ( 31, 32) et fonctionnant à ladite fréquence choisie pour exciter ledit circuit LC pour développer ladite tension d'entrée. 6. Générateur selon la revendication 5, caractérisé par un moyen ( 28) couplé à la source de tension continue précitée et répondant à un signal (FB) représentatif d'une variable dans ledit système de visualisation de télévision pour faire varier l'amplitude de ladite tension continue tandis que ledit signal varie afin de faire concurremment varier l'amplitude de ladite tension de sortie. 7. Générateur selon la revendication 6, caractérisé en ce que la variable précitée comprend la tension finale précitée et en ce que le signal précit 6 applique une contre-réaction négative au moyen précité faisant varier l'amplitude de la tension continue ( 28) pour s'opposer aux variations de la tension finale.