[ Bidouillages avec des écrans CRT ]

09/01/2008

CRT animé CRT animé CRT
Ce "hack" d'un écran à tube cathodique 'CRT' (Cathode Ray Tube) de type informatique a pour but d'en faire un effet visuel.


Il permet de rendre "visible" des formes d'ondes :



Pour faciliter l'expérimentation, il faut sélectionner l'écran avec quelques impératifs : Toutes ces caractéristiques se retrouvent sur la plupart des vieux moniteurs (10 ans ou plus), ceux-là même que l'on retrouve abandonnés au coins des rues les soirs de passage des "encombrants".

Dans tous les cas, il faut qu'il soit opérationnel (!).
Précautions

Etiquette x-ray
Bidouillage DANGEREUX.

Réservé aux 'connaisseurs'.

Ce type de "bricolage" ne s'improvise pas. Si vous ne comprenez rien au fonctionnement d'un écran, PASSEZ VOTRE CHEMIN.


Soyez très prudent avec ce type de modifications. Un écran cathodique fonctionne sur le secteur, et son alimentation (primaire) n'est pas isolée.
Les hautes tensions (HT) générées pour le fonctionnement sont à un potentiel létal. La très haute tension fournie au tube atteint les 20000V.
ventouse HT De plus, le tube agit comme un condensateur. Avant toute intervention, attendre un peu que les charges statiques superficielles s'évacuent, et ensuite ramener à la masse les parties sous haute tension au travers d'une résistance de puissance (1M ohm/10W). Pour ce faire, reliez la résistance à la masse du moniteur, et à un tournevis d'électricien isolé que l'on glissera sous la ventouse HT. Attendre un moment, et mesurer la tension résiduelle.
Faites aussi attention aux condensateurs des alimentations (alim à découpage et drivers HT), et déchargez-les correctement avant toute intervention sur le circuit.

Prendre le maximum de précautions.


Des protections sont nécessaires sur le circuit électrique d'alimentation :
Evitez de bricoler seul. Un "complice" avec des connaissances en secourisme est le bienvenu !

Ne portez pas d'objets métalliques (bijoux, montre, ...)

Débranchez le câble secteur avant chaque intervention sur le moniteur.


Avant de tester des modifications sur l'écran, réduire le contraste et la luminosité au minimum. Etant donné que le faisceau va se trouver condensé en un point ou une ligne, il risque de détériorer le phosphore, et au pire des cas, générer trop de rayonnements (rayons X non stoppés par le verre blindé au plomb).
Il peut aussi être nécessaire de réduire la tension de plaque (point trop lumineux) par l'intermédiaire de la vis située sur le transformateur haute tension.

Principe des écrans CRT


(Dans les "grandes lignes")

  Tout d'abord, un alliage est chauffé par un filament (dans le canon à électrons) pour qu'il émette des électrons. Ils sont propulsés par la haute tension vers l'écran.

Bobines de déflections   Le "pinceau" ainsi créé balaye toute la surface de l'écran grâce à deux blocs d'électro-aimants qui le font dévier de sa trajectoire. Il y en a un pour le déplacement vertical, et un pour le déplacement... horizontal !

  Ces deux électro-aimants font se déplacer le faisceau sur tout l'écran, de ligne en ligne.

  Le phosphore qui recouvre l'écran émet de la lumière visible quand il est "frappé" par le faisceau d'électrons. La persistance rétinienne permet de ne pas voir le balayage qui se fait très rapidement.

  Pour les couleurs, trois canons à électrons génèrent trois faisceaux distincts (un pour le rouge, un autre pour le Vert, et un enfin pour le bleu) qui viennent frapper les phosphores correspondant à leur couleur grâce à une grille de masquage. La combinaison de ces trois couleurs donne toutes les couleurs (synthèse additive), y compris le blanc. Le noir est obtenu par "extinction" du faisceau d'électrons.

Attaque des lignes RVB


La première chose "simple" à envisager, est le pilotage des lignes de couleurs RVB (Rouge Vert Bleu) directement. Le signal à appliquer doit être de l'ordre de 0,7V crête à crête (1V maximum) sur une liaison de 75 ohms.
La chose n'a pas grand intérêt. A part donner des couleurs et des artefacts à certaines fréquences. Cet effet est plus intéressant combiné avec d'autres, que nous verrons plus loin.
3 potars RVB dans boîtier (goulotte électrique)
Si, sans signal RVB, le moniteur affiche du gris, il est même possible de piloter les lignes RVB directement par une série de 3 potentiomètres. Il faut les relier entre la masse et les lignes de couleurs.

Une autre solution est d'utiliser un compteur binaire sur 3 bits avec horloge qui permet de faire défiler des couleurs combinatoires (8 états).

Un signal audio peut aussi asservir la couleur. Un filtrage (en trois bandes : graves/médiums/aigus) permet de faire réagir l'écran en fonction des fréquences du son.

Déflection : H & V


Attention !
Localisation connecteur déflections Il faut intervenir au niveau du circuit. Attention aux raccords et autres "fils baladeurs" qui peuvent entrer en contact avec d'autres parties sous tension.
Attention aussi aux charges statiques !


Le connecteur est facile à localiser : il est débrochable, et a 4 fils : Rouge / Bleu / Jaune / Marron.
Sur la plupart des moniteurs, la déflection verticale (V) correspond aux fils Jaune et Marron. L'horizontale (H) : fils Bleu et Rouge.
Les impédances sont relativement faibles :
Ecran inversé (H et V inversés)
+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +

Astuce (au passage) : il n'y a pas besoin de "grosse" électronique pour inverser l'image d'un tube cathodique : il suffit d'inverser la 'polarité' des bobines de déflections pour avoir une image en miroir (horizontal et/ou vertical)

+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +

leurre déflection Il est fort probable de devoir charger les alimentations de la partie déviation (au moins horizontale) par un 'leurre' : résistance et/ou self.
Si, lors de l'alimentation (avec le connecteur à 4 broches débranché de la carte), le moniteur "siffle" de manière inhabituelle ou change de tonalité, coupez l'alimentation immédiatement. Il faut adapter une charge (résistances de puissance).
Dans le cas de cet écran (vieux Dell 15') le circuit de déviation horizontale se met à osciller, mais aucune charge 'fictive' ne convient. La solution a été de 'dépiauter' un autre vieil écran, et de prendre les bobines de déflection pour les mettre comme charge sans les placer pour autant sur le tube.

Audio en H et balayage d'origine de l'écran en V Sinus en H et dent de scie en V Sinus en H et balayage d'origine de l'écran en V Le fait d'intervenir sur les bobines de déviation donne la possibilité d'agir sur le faisceau aussi bien en vertical qu'à l'horizontal. Le moniteur devient alors un "bête" oscilloscope.

En gardant la déviation verticale émise par la carte du moniteur (balayage de 50 à 70 hertz par les fils Marron et Jaune) et en attaquant la déviation horizontale par un signal audio, l'écran affichera le signal modulé.
L'opération inverse est moins vraie, à savoir garder le balayage horizontal, car la fréquence est trop haute pour donner visuellement quelque chose de correct (surtout sur un signal audio).

Modifications du moniteur


Pour rendre pratiques (et plus sûres) les manipulations, le mieux est d'équiper le moniteur de deux switches (inverseurs bipolaires) pour sélectionner le balayage H et V : interne ou externe. Deux fois deux bornes donneront accés aux bobines de déviation.

Veiller à relier une borne de chaque bobine à la masse au travers d'une résistance de 1M ohms qui permettra d'évacuer les charges statiques.

Etages de pilotage


Pour piloter les bobines de déflection, il faut un ampli de puissance (audio) capable de fournir plus d'une cinquantaine de (vrais) watts sur 4 ohms, et qui tolère bien les très basses impédances (la bobine H fait 1 ohm !) Ceci dit, mieux vaut éviter d'utiliser un 'bon' ampli qui donne satisfaction dans sa fonction première (et auquel on tient en tant que tel...)
Les transistors sont malmenés à basse impédance, et un accident arrive vite (surmodulation, saturation, court-circuit). Ne pas hésiter à sur-ventiler le radiateur de l'amplificateur.


Il est aussi possible de driver l'écran par les étages de puissance du moniteur lui-même. Là, du "reverse engineering" est obligatoire pour comprendre le fonctionnement de l'étage driver (faire attention au signal spécifique à délivrer pour éviter la destruction du chip driver).

Figures de lissajous


Lissajous fréquence multiple 4 Lissajous - déphasage léger Lissajous - déphasage 90° Si l'on attaque les deux déviations avec deux canaux d'amplis audio distincts, on peut reproduire les courbes caractéristiques de Lissajous. Deux GBF (générateur basse fréquence) calés sur des fréquences sinusoïdales proches donneront une figure mouvante typique.

Cependant, les figures peuvent ne pas être parfaites sur l'écran des moniteurs, ou être reproduites avec un déphasage. Ceci est dû en partie à la différence entre les déflections, et aux différences entre les bobines H / V pilotées par un amplificateur audio trop sensible à l'impédance de charge.


Lissajous tronqué
A des fréquences précises (multiples du rafraîchissement, par exemple 55Hz ici), les figures ont un tronçon "effacé". Ceci est dû tout simplement à la synchronisation du faisceau d'électron : l'affichage "normal" d'une image se fait ligne par ligne. Et donc, pour passer d'une ligne à l'autre, le moniteur "éteint" un court instant le faisceau pour revenir au début de la ligne suivante. Idem arrivé au bas de l'image, à la dernière ligne.

Lissajous - stéréo - synthé Lissajous - stéréo large
Si les deux canaux sont attaqués par un signal audio stéréophonique, la figure donne l'ampleur de l'image stéréo (corrélateur ou analyseur de phase). L'axe vertical correspond à un canal, l'axe horizontal à l'autre. L'axe médian (à 45°) entre les deux symbolise les signaux monophoniques. Sa perpendiculaire les signaux hors-phase.

Combinaison d'effets


Oscillo RVB rouge A partir de ces quelques modifications, tout peut être envisagé : combinaisons d'effets, superpositions de signaux, etc...

Effets RVB :

Oscillo bicolore RVB Signal envoyé par RVB à partir d'un ordi
Effets sur les déflections :
Oscillo bicolore RVB Signal envoyé par RVB à partir d'un ordi
On peut aussi imaginer d'avoir un mur d'écrans avec les mêmes effets, ou au contraire, des effets judicieusement décalés. Un peu d'électronique de pilotage derrière tout ça, et l'effet devient maîtrisé.
L'impact visuel peut être fort, et qui plus est, à moindre frais !



Attention : s'il n'y a plus de signal pour balayer l'écran (H/V), le faisceau risque d'endommager la couche de phosphore, et générer trop de rayons X !
D'où l'intérêt d'asservir le faisceau par action sur les lignes RVB.

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