Un générateur
deux tons pour contrôler
la linéarité des constituants d'une chaîne de transmission
vidéo
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:
(cliquer
pour agrandir)
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:
Téléchargez
le circuit imprimé au format Ares (zippé)
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:
et à
l'analyseur de spectre:
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 !)
En
réglant son gain au minimum, nous obtenons en sortie un signal
à peu près acceptable:
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:
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:
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 .....
