Brevet FR2655790A1 — publié le 19910614

La présente invention concerne les tubes à au moins une grille, utilisés comme amplificateurs et qui produisent des signaux dont l'amplitude varie de façon importante Elle vise à améliorer leur rendement. Elle concerne plus particulièrement les tubes pour émetteurs de télévision travaillant en modulation négative La plus grande partie des pays européens et même du monde émet en modulation négative La France, le Luxembourg et quelques autres pays émettent en modulation positive. Les tubes utilisés dans les émetteurs de télévision sont généralement des tétrodes L'invention peut très bien s'appliquer à d'autres tubes à grille tels que les triodes, les pentodes etc Les tubes amplificateurs utilisés comme émetteurs de télévision fonctionnent généralement en classe B L'invention peut aussi s'appliquer à des tubes amplificateurs fonctionnant en classe AB, B ou C. Une triode est un tube comportant une cathode émettant des électrons, une anode ou plaque et une seule grille, dite grille de commande, placée entre la cathode et l'anode. Une tétrode comporte une grille supplémentaire dite grille écran, placée entre la grille de commande et l'anode. Une pentode comporte une grille de plus que la tétrode, cette grille dite grille d'arrêt étant insérée entre la grille écran et l'anode. Un émetteur de télévision émet un signal vidéo comprenant notamment la répétition des deux signaux suivants: un signal de synchronisation et un signal vidéo de ligne La période de répétition de ces deux signaux est d'environ 64 microsecondes dans les systèmes à 625 lignes. Le signal de synchronisation est une impulsion sensiblement rectangulaire dont la durée est d'environ 4, 6 microsecondes Cette durée est très courte par rapport à la période de répétition Le signal vidéo de ligne dure le reste de la période de répétition c'est à dire environ 59,4 microsecondes. Dans le système à modulation négative la puissance maximale de l'émetteur est délivrée pendant le signal de synchronisation. Le niveau maximal du signal vidéo de ligne correspond au noir, le niveau minimal du signal vidéo de ligne correspond au blanc. Au contraire, en modulation positive, le signal de synchronisation correspond à la puissance minimale de l'émetteur Le niveau maximal du signal vidéo de ligne correspond au blanc et le niveau minimal au noir. Dans la suite on ne s'intéressera qu'aux systèmes à modulation négative. Pour obtenir, en sortie de l'émetteur, un signal de synchronisation de puissance suffisante il faut alimenter l'anode du tube par une tension de polarisation élevée qui est bien supérieure à la tension nécessaire pour obtenir la puissance correspondant au noir. Cette tension de polarisation ne sert que pendant la durée du signal de synchronisation et elle est inutilement élevée pendant toute la durée du signal vidéo de ligne. Le rendement du tube est proportionnel au rapport de la tension du signal vidéo émis par le tube sur la tension de polarisation de l'anode La durée d'émission du signal de ligne étant beaucoup plus longue que la durée d'émission du signal de synchronisation, le rendement global du tube est pratiquement celui du signal vidéo de ligne Et ce rendement est très faible à cause de la tension de polarisation inutilement élevée. La présente invention vise à remédier à cet inconvénient en proposant un tube à grille à rendement amélioré Elle s'applique à tous les tubes amplificateurs produisant au moins une combinaison d'un premier signal sur une courte durée et d'un second signal sur une durée plus longue, la tension maximale du premier signal étant supérieure à la tension maximale du second signal. Pour cela on réduit la tension de polarisation d'anode, à un niveau suffisant pour obtenir la tension maximale du second signal. Mais la tension de polarisation d'anode réduite ne permet plus à priori d'obtenir la tension maximale du premier signal. Le gain du tube chute alors pendant la durée du premier signal ce qui n'est pas souhaitable. Pour remédier à cette chute de gain, on fait évoluer la classe du tube vers la classe A pendant la durée du premier signal. La présente invention propose un tube amplificateur à grille comportant une anode et au moins une grille de commande alimentées chacune par une tension de polarisation, produisant avec un gain sensiblement constant, au moins une combinaison d'un premier signal sur une courte durée et d'un second signal sur une durée plus longue, la tension maximale du premier signal étant supérieure à la tension maximale du second signal, caractérisé en ce que: la tension de polarisation d'anode est réglée à un niveau permettant au tube de fonctionner en classe B, AB ou C et de produire la tension maximale du second signal mais pas celle du premier signal et en ce que des moyens permettent de faire évoluer la classe du tube vers la classe A pendant la durée du premier signal afin que le tube produise la tension maximale du premier signal. Pour faire évoluer la classe du tube vers la classe A, on fait varier au moins une des tensions de polarisation Par exemple, si le tube comporte une grille écran on peut alimenter sa grille écran par une tension de polarisation modulée Cette tension comporte alors une impulsion d'amplitude positive dont la durée est celle du premier signal. On peut aussi alimenter la grille de commande du tube par une tension de polarisation modulée Cette tension comprend alors une impulsion d'amplitude positive dont la durée est celle. du premier signal On peut aussi alimenter l'anode du tube par une tension de polarisation modulée Cette tension comprend alors, une impulsion d'amplitude positive dont la durée est celle du premier signal On peut également combiner deux par deux ou toutes ensembles les tensions de polarisation modulées. L'invention s'applique notamment aux émetteurs de télévision fonctionnant en modulation négative et le tube amplificateur produit un signal vidéo qui est au moins une combinaison d'un signal de synchronisation de courte durée et d'un signal vidéo de ligne de durée plus longue Dans cette application, la tension maximale du signal vidéo de ligne correspond à la couleur noire. L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit et qui est faite en référence aux dessins annexés dans lesquels: la figure 1 représente un schéma électrique d'une tétrode montée en amplificateur; la figure 2 représente, en fonction du temps, la tension VP d'un signal vidéo et la tension de polarisation d'anode VPO appliquée à une tétrode classique utilisée comme émetteur de télévision; la figure 3 représente, en fonction du temps, les tensions de polarisation VG 1, VG 2 appliquées respectivement sur la grille de commande et sur la grille écran de la tétrode de la figure 2, la figure 4 représente, en fonction du temps la tension VP' d'un signal vidéo et la tension de polarisation d'anode V Pl appliquée à une tétrode selon l'invention, utilisée comme émetteur de télévision; la figure 5 représente, en fonction du temps, les tensions de polarisation VG 1 ', VG 2 ' pouvant être appliquées respectivement sur la grille de commande et sur la grille écran de la tétrode de la figure 4. Le schéma d'un tube tétrode classique monté en amplificateur est représenté sur la figure 1 Ce tube comporte une cathode R destinée à émettre des électrons, une grille de commande Gi alimentée par une tension de polarisation VG 1, une grille écran G 2 alimentée par une tension de polarisation VG 2 et une anode A ou plaque alimentée par une tension de polarisation VPO Par la suite on désignera par la même référence une source de tension et la tension qu'elle produit On applique à la grille Gi une tension V qui correspond au signal à amplifier. Une résistance R est montée entre l'anode A et la source de tension VPO Aux bornes de cette résistance apparaît une tension VP qui correspond à la tension V après amplification. Les tensions de polarisation sont des tensions continues. La tension VG 1 est négative par rapport au potentiel de la cathode K. Lorsque la tétrode est utilisée comme amplificateur dans un émetteur de télévision, elle produit un signal vidéo VP comprenant notamment la répétition des deux signaux suivants: un signal de synchronisation et un signal vidéo de ligne La période de répétition de ces deux signaux est d'environ 64 microsecondes Le signal de synchronisation dure 4, 6 microsecondes et le signal vidéo de ligne environ 59,4 microsecondes Le tube produit au moins une combinaison d'un premier signal qui est le signal de synchronisation et d'un second signal qui est le signal vidéo de ligne. Le signal de synchronisation est constitué par une impulsion sensiblement rectangulaire. La tension maximale VP max du signal de synchronisation est supérieure à la tension maximale VPN du signal vidéo de ligne La tension VPN correspond à la couleur noire. La figure 2 représente en fonction du temps les tensions VPO et VP Le niveau de la tension VPN du signal vidéo au noir est indiqué Sur la figure 3, on a représenté les tensions VG 1, VG 2 Les deux figures ne sont pas à la même échelle. La tension VP est telle que le rapport VP 2/2 R soit égal à la puissance que l'on doit avoir en sortie de l'émetteur. Pour obtenir cette tension VP, il faut que la tension VPO soit supérieure à VP En général le rapport VP/VPO est de l'ordre de 0,8. Dans les systèmes de télévision à modulation négative, le rapport de la tension maximale du signal vidéo de ligne VPN sur la tension du signal de synchronisation est de l'ordre de 0,73. On obtient: VPN = 0,58 VPO Cela signifie que le rapport de la puissance du signal vidéo de ligne au noir sur la puissance du signal de synchronisation est de ( 0,73)2 c'est à dire de 0,53. Un tube tétrode utilisé dans un émetteur de télévision fournissant en sortie une puissance maximum de 10 k W fonctionne de façon classique avec des tensions suivantes VPO = 5 500 V VP max = 4 400 V VPN = 3 200 V VG 1 = 100 V VG 2 = 600 V Il faut que le tube fonctionne de façon linéaire même à puissance de sortie élevée Sinon, les non-linéarités introduisent des distorsions de l'amplitude du signal de sortie et ces non linéarités sont très gênantes surtout pour des signaux vidéo en couleurs. La courbe de gain en puissance du tube doit être la plus rectiligne possible Cette courbe représente la puissance du signal de sortie du tube en fonction de la puissance du signal d'entrée du tube On peut admettre toutefois que cette courbe s'infléchisse de quelques pour cents pour des puissances de sortie supérieures à la puissance correspondant au niveau de noir. Pour des raisons de meilleure linéarité les tubes utilisés comme émetteurs de télévision fonctionnent en classe B. Dans cette classe, le rendement du tube est donné par n = (Â 1/4) (VP/VPO) Pendant la durée du signal de synchronisation on obtient un rendement N = 63 %. Pendant la durée du signal vidéo de ligne, au noir, le rendement chute, on a alors N = 45 %. Comme la durée du signal vidéo de ligne est bien plus longue que la durée du signal de synchronisation, le rendement du tube est pratiquement le rendement pendant la durée du signal vidéo de ligne et ce rendement est très faible. C'est la tension VPO, inutilement élevée pendant la durée signal vidéo de ligne qui est la cause de la chute du rendement. La présente invention vise à remédier à cet inconvénient. Pour cela on a proposé de réduire, la tension VPO, à un niveau permettant d'obtenir la tension maximale du signal vidéo de ligne mais pas la tension maximale du signal de synchronisation La tension VPO est choisie pour que le signal vidéo de ligne soit de bonne qualité, c'est à dire que l'on conserve un gain en puissance correct pendant le signal vidéo de ligne Soit V Pl cette nouvelle tension de polarisation de l'anode Elle est représentée sur la figure 4. La tension V Pl est naturellement inférieure à la tension VPO choisie précédemment. En conséquence, pendant la durée du signal de synchronisation, la puissance obtenue en sortie de l'émetteur est alors insuffisante et l'on observe une chute de gain et un défaut de linéarité du tube La chute gain peu aller jusqu'à 10 à 12 %, par exemple. Pour compenser à cette chute de gain, on est amené à faire évoluer la classe du tube vers la classe A, pendant la durée du signal de synchronisation La figure 4 comporte aussi la tension VP' du signal vidéo que l'on obtient, lorsque l'on utilise une tension V Pl inférieure à VPO et que l'on a fait évoluer la classe du tube vers la classe A, pendant la durée du signal de synchronisation Le fait d'utiliser une tension V Pl et de faire évoluer la classe du tube pendant la durée du signal de synchronisation permet d'obtenir à la fois la tension maximale VP' max du signal de synchronisation et la tension maximale VPN' du signal vidéo de ligne. Pour changer la classe d'un tube, il suffit de modifier la tension de polarisation d'au moins une des électrodes du tube. On peut, par exemple, si l'on travaille avec une tétrode, élever la tension de polarisation VG 2 de la grille écran G 2, pendant la durée du signal de synchronisation Cela revient à moduler en impulsion la tension VG 2 La tension modulée VG 2 ' est représentée sur la figure 5 Les impulsions ont pour durée la durée du signal de synchronisation, elles seront sensiblement rectangulaires avec des fronts de montée et de descente aussi raides que possible Leur amplitude sera positive La tension de polarisation VG 1 de la grille de commande Gi n'est pas modifiée. On peut aussi agir sur la tension de polarisation VG 1 de la grille de commande Gi pendant toute la durée du signal de synchronisation Cela revient à moduler en impulsions la tension VG 1 On obtient une tension VG 1 ' représentée sur la figure 5. Les impulsions seront sensiblement rectangulaires avec des fronts de montée et de descente aussi raides que possible Leur amplitude sera positive La tension de polarisation de la grille G 2 d'écran n'est pas modifiée. On pourrait aussi élever la tension de polarisation d'anode V Pl pendant la durée du signal de synchronisation Mais cette solution n'est pas très intéressante car cette variante nécessiterait l'emploi d'un modulateur de puissance. On peut aussi moduler simultanément deux ou plus des tensions de polarisation. Pour moduler une tension de polarisation, on utilise un dispositif électronique approprié déclenché par les impulsions du signal de synchronisation. Dans le cas d'une tétrode, par exemple, on pourrait envisager de faire varier à la fois la tension VG 1, et la tension VG 2 pendant toute la durée du signal de synchronisation. Lorsque l'on fait varier les tensions VG 1 et/ou VG 2, la tension V Pl est réduite en permanence. Si l'on admet que la tension de polarisation d'anode V Pl a été réduite de 15 % par rapport à la tension VPO, le niveau de la tension du signal vidéo de ligne, au noir, sera: VPN' = 0,8 x 0,73 VPO Le rendement du tube, pendant la durée du signal vidéo de ligne, au noir sera alors: n' = ( 1 Â/4) (VPN'/VP 1) = 54 % L'amélioration du gain obtenu par rapport au fonctionnement classique est d'environ 20 %. La solution préférée, lorsque l'on travaille avec une tétrode ou un tube à plus de deux grilles est de moduler la tension de polarisation VG 2 de la grille écran G 2 En effet, la variation de la tension VG 2 agit comme un vernier. Une variation de la tension de polarisation VG 1 de la grille de commande a un effet immédiat et brutal Le réglage est alors délicat. En effet, une variation d VG 1 de la tension VG 1 correspond à une variation du courant d'anode et la même variation du courant d'anode correspond à une variation d VG 2 de la tension VG 2 telle que: d VG 2 = k d VG 1 k est le coefficient d'amplification du tube mesuré en triode et ce coefficient est supérieur à quelques unités. Une tétrode dont la puissance maximale est de 10 k W, fonctionnant avec un rendement amélioré selon l'invention, sera alimentée avec les tensions de polarisation suivantes V Pl = 4 500 V en permanence. Lorsque l'on module la tension de polarisation de la grille écran G 2: VG 2 ' = 700 V pendant la durée du signal de synchronisation VG 2 ' = 600 V pendant la durée du signal vidéo de ligne VG 1 = -100 V en permanence. Lorsque l'on module la tension de polarisation de la grille de commande Gi: VG 1 ' = -90 V pendant la durée du signal de synchronisation VG 1 ' = -100 V pendant la durée du signal vidéo de ligne VG 2 = 600 V en permanence. L'invention n'est pas limitée aux tubes amplificateurs utilisés dans les émetteurs de télévision. Elle peut s'appliquer à tout tube amplificateur fonctionnant en classe AB, B ou C, produisant au moins une combinaison d'un premier signal sur une courte durée et d'un second signal sur une durée plus longue, la tension maximale du premier signal étant supérieure à la tension maximale du second signal. il REVENDICATIONS 1 Tube amplificateur à grille comportant une anode (A) et au moins une grille (Gl) de commande alimentées chacune par une tension de polarisation (V Pl,VG 1 '), produisant avec un gain sensiblement constant, au moins une combinaison d'un premier signal sur une courte durée et d'un second signal sur une durée plus longue, la tension maximale du premier signal étant supérieure à la tension maximale (VPN') du second signal, caractérisé en ce que la tension de polarisation d'anode (VP 1) est réglée à un niveau permettant au tube de fonctionner en classe B, AB ou C et de produire la tension maximale (VPN') du second signal mais pas celle du premier signal et en ce que des moyens permettent de faire évoluer la classe du tube vers la classe A pendant la durée du premier signal afin qu'il produise la tension maximale du premier signal. 2 Tube amplificateur selon la revendication 1 caractérisé en ce que les moyens pour faire évoluer la classe du tube vers la classe A consistent à faire varier au moins une des tensions de polarisation (VP 1, V Gl'). 3 Tube amplificateur selon la revendication 2, caractérisé en ce que la tension de polarisation (VG 1 ') de la grille de commande (Gi) est modulée et comporte une impulsion d'amplitude positive pendant toute la durée du premier signal. 4 Tube amplificateur selon l'une des revendications 2 ou 3 caractérisé en ce qu'il comporte une grille écran (G 2) alimentée par une tension de polarisation (VG 2 '), cette tension de polarisation (VG 2 ') étant modulée et comportant une impulsion d'amplitude positive pendant toute la durée du premier signal. Tube amplificateur selon l'une des revendications 2 à 4 caractérisé en ce que la tension de polarisation (VP 1) d'anode (A) est modulée et comporte une impulsion d'amplitude positive pendant toute la durée du premier signal. 6 Tube amplificateur selon l'une des revendications 1 à 5 caractérisé en ce qu'il est utilisé comme émetteur de télévision fonctionnant en modulation négative, le premier signal étant un signal de synchronisation et le second signal un signal vidéo de ligne. 7 Tube amplificateur selon la revendication 6 caractérisé en ce que la tension maximale du signal vidéo de ligne correspond à la couleur noire.