Jean-François FOURCADIER
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Un générateur deux tons pour contrôler
la linéarité des constituants d'une chaîne de transmission vidéo

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Au même titre que la réponse amplitude-fréquence et que la distorsion de temps de propagation de groupe, la linéarité est un paramètre important des constituants d'une chaîne de transmission vidéo. Une mauvaise linéarité des amplificateurs, modulateurs AM ou FM, discriminateurs,... nuit à la qualité des images (couleurs désaturées, ) et provoque des défauts gênants lorsque l'on cherche à transmettre deux sous-porteuses audio. La méthode d'évaluation de la linéarité qui est proposée ici nécessite l'emploi d'un petit générateur deux tons facile à construire et d'un analyseur de spectre ou d'un voltmètre sélectif.

La méthode proposée

La méthode proposée ici est connue depuis longtemps des transmetteurs. Elle est utilisée pour qualifier les émetteurs BLU et était employée naguère pour mesurer les performances des faisceaux hertziens analogiques. Elle consiste à injecter, dans la chaîne ou dans le dispositif à tester, deux signaux sinusoïdaux avec un niveau relativement important, et à observer le spectre du signal de sortie. Si tout se passait bien, on retrouverait en sortie les deux signaux sinusoïdaux d'origine, et rien d'autre.....Or un tel signal est particulièrement agressif et une mauvaise linéarité, même minime, créera des produits d'intermodulation décelables. En effet, lorsqu'un dispositif n'est pas parfaitement linéaire, il se comporte aussi comme un mélangeur, et des signaux à des signaux à des fréquences différentes sont créés.

Illustrons le propos par un exemple:
Pour tester la linéarité d'un amplificateur vidéo, injectons simultanément sur son entrée deux signaux sinusoïdaux aux fréquences suivantes: F1 = 4000 kHz et F2 = 3686 kHz.

Si l'amplificateur était parfait, nous ne devrions retrouver sur sa sortie que ces deux signaux amplifiés et rien d'autre. L'amplificateurs parfaitement linéaire n'existant pas, nous retrouverons en sortie, en plus des signaux utiles, des produits d'intermodulation ou de mélange. On distingue habituellement:

- les produits d'intermodulation d'ordre 2, aux fréquences:

F1 - F2, soit 4000 - 3686 = 314 kHz, dans cet exemple
F1 + F2, soit 4000 + 3686 = 7686 kHz

- les produits d'intermodulation d'ordre 3, aux fréquences:

2*F1 - F2, soit 4314 kHz
2*F1 + F2, soit 11686 kHz
2*F2 - F1, soit 3372 kHz
2*F2 + F1, soit: 11372 kHz

Les produits les plus gênants seront ceux qui tomberont dans la bande vidéo, aux fréquences:
F1 - F2, 2*F1 - F2 et 2*F2 - F1.

La linéarité de l'amplificateur sera évaluée très simplement en mesurant les niveaux relatifs des produits d'intermodulation d'ordre 2 et d'ordre 3, par rapport aux signaux utiles, pour un niveau d'injection donné.

Réalisation du générateur deux tons

Le schéma:

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Le générateur deux tons proposé est constitué de deux voies: une voie à 4000 kHz et une voie à 3686 kHz.

Un quartz à 4000 kHz est inséré dans un montage oscillateur équipé d'un transistor BC546B. Le signal produit est amplifié par un deuxième transistor BC546B. Un filtre de bande, composé de deux circuits couplés avec un couplage légèrement sous-critique, améliore la qualité spectrale du signal. Enfin un transistor 2N2219 monté en collecteur commun assure une très faible impédance de sortie qui contribue à une bonne isolation des deux voies. Les deux voies sont couplées par des résistances de 150 ohms qui sont vues en parallèle par la sortie. L'impédance de sortie du montage est ainsi de 75 ohms résistifs. Deux résistances ajustables de 4,7 kohms permettent d'ajuster les niveaux et d'équilibrer les deux voies.

La réalisation:

 

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Les bobinages sont tous identiques. Ils présentent une inductance de 7,8 µH ajustable de +/- 30% grâce à un noyau réglable. Ils sont réalisés sur des pots de récupération (marque inconnue). NB: Des pots de FI à 10,7 MHz devraient pouvoir convenir.
Le mandrin comporte 4 petites gorges. Au total 4 x 8 = 32 tours de fil émaillé sont bobinés pour obtenir une fréquence de résonance de 3,8 MHz avec une capacité de 220 pF.

Réglages

Le fonctionnement est immédiat. On observe le signal de sortie à l'analyseur de spectre ou au voltmètre sélectif, on règle les noyaux au maximum de signal sur les deux fréquences 4000 kHz et 3686 kHz.

On règle ensuite les résistances ajustables pour avoir à l'oscilloscope un signal de 1200 mV crête à crête, et on revérifie que les niveaux des deux voies sont identiques.

Le signal de sortie:

vu à l'oscilloscope:

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et à l'analyseur de spectre:

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réglage vertical: 10 dB / division, horizontal: 500 kHz / division
la raie à l'extrême gauche marque la fréquence zéro
On observe parfaitement à droite les deux raies à 3686 kHz et 4000 kHz

En réglant le niveau de sortie à 1200 mV crête à crête, nous obtenons:

IM2 < - 60 dBc
IM3 < - 60 dBc
harmoniques < - 30 dBc

Nous verrons que ce niveau de performance est plus que suffisant pour qualifier nos petits montages d'amateurs.

Utilisation

- test d'un amplificateur vidéo (mal conçu !)

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En réglant son gain au minimum, nous obtenons en sortie un signal à peu près acceptable:

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On observe une raie d''intermodulation d'ordre 2 à 314 kHz, à - 45 dB par rapport aux porteuses et les raies d'ordre 3 à 3372 kHz et 4314 kHz à - 47 dB.

Mais lorsqu'on régle son gain au maximum, pour obtenir 1,7 V crête à crête sur 75 ohms en sortie, le résultat devient franchement inacceptable:

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Les seuils acceptables en télévision d'amateur

Le sujet est difficile et sujet à controverse !

Au niveau amateur, la recherche d'une bonne linéarité doit sans doute être plus vu comme un axe d'amélioration des installations que comme une fin en soi.

Pour donner un ordre de grandeur, l'oscillateur twist utilisé quotidiennement à la station et qui transmet des images de qualité moyenne, produit en local le spectre suivant lorsqu'il est attaqué par le générateur deux tons:

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L'intermodulation d'ordre 2 est à - 15 dBc et celle d'ordre 3 à - 25 dBc. La prédominance de l'ordre 2 est vraisemblablement due à l'allure parabolique de la caractéristique tension-fréquence de ce VCO sommaire.

Lorsqu'on souhaite transmettre deux sous-porteuses audio, le niveau d'exigence augmente. Des essais devront être effectués pour déterminer les seuils acceptables.

Conclusion

Avec ce petit générateur deux tons facile à construire, nous détenons un outil qui permet de mieux connaître la linéarité de nos équipements vidéo. Il permettra d'améliorer la qualité des amplificateurs, mais surtout des ensembles modulateurs-VCO dont la caractéristique est souvent loin d'être satisfaisante.

Pour l'étude de la linéarité, la méthode proposée est plus générale que celle qui consiste à utiliser un générateur et un analyseur de lignes test (appareil bien rare chez les amateurs). Elle est simple et efficace. Il conviendra simplement d'être prudent dans l'analyse lorsque les signaux traversent des dispositifs de clamp.

Enfin, la méthode ouvre la voie à la mise au point de dispositifs de correction adaptés (réseaux de prédistorsion). Mais là c'est une autre affaire !
A suivre .....

 

 

 

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