[ Bidouillages avec des écrans 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 :

• signal audio (oscilloscope)
• figures de Lissajous
• artefacts lumineux, etc...

Pour faciliter l'expérimentation, il faut sélectionner l'écran avec quelques impératifs :

• écran CRT de type informatique
• pas de mise en veille si pas de signal de synchro (ou modifiable)
• pas d'OSD (On Screen Display) : menu ou mire de test si pas de signal
• idéalement, sans signal, l'écran affiche du noir ou un "gris moyen"

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 (!).


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.
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 :

• Une protection différentielle en 30mA (voire 10mA)
• Une protection magnéto-thermique (ou fusible) 5A ou moins (à adapter en fonction de l'écran)
• Un dispositif de coupure d'urgence (genre relais de coupure piloté par un "gros" bouton d'arrêt d'urgence)
• Idéalement, une alimentation isolée galvaniquement, avec détection de courant de fuite et dispositifs de coupure de sécurité

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.

  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.

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 !
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 :

• V : environ 10 ohms
• H : 1 à 2 ohms

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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)

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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.

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

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.



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.


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

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

Effets RVB :

• Défilement cyclique des couleurs (par un compteur binaire), asservi au son par exemple.
• Modulation des couleurs en fonction des fréquences du signal audio (filtrage par bandes).
• Image RVB issue d'un ordinateur. Par exemple : des nappes de couleurs mouvantes, des fractales, des effets issus d'un "lecteur multimédia" genre WinAmp...
• Etc...

Effets sur les déflections :

• Oscilloscope : balayage H par la carte du moniteur / balayage V asservi au son (issu d'un ampli audio externe)
• Figures de Lissajous : fréquences pures (ou non) glissantes (sweep), alétoires, etc... (H et V sur deux canaux d'ampli audio)
• Corrélateur de phase : attaquer H et V avec des signaux stéréo
• Oscilloscope "réglable" : balayage par signal en dent de scie (ou autres formes !) et visualisation d'un signal audio
• Mélange de fréquences : superposer (ou moduler) une porteuse haute fréquence par un signal audio (pour obtenir des largeurs de trace épaisses et asservies au son)
• Etc...

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.