Les afficheurs VFD (sur les platines MD) et leur usure
Je viens de tomber sur cette vidéo. Une personne se lamente comme quoi l'afficheur VFD éclaire faiblement ('faded' en anglais). C'est ce qui arrive lorsque la platine à quelques centaines d'heures de vol au compteur. Voici un petit article explicatif sur le pourquoi du comment.
Les afficheurs fluorescents dits VFD pour Vacuum Fluorescent Display sont des afficheurs sous vide, comme les tubes à vide. On en trouve dans beaucoup d'appareils électroniques. Leur fonctionnement est multiplexé : il y a des grilles et des segments.
C'est un constat, les afficheurs de type VFD ne sont pas éternels. Voici celui d'une MDS-JE510 sur lequel on n'y voit presque plus rien :
Cette usure est identique pour toutes les marques même si certaines s'en sortent mieux que d'autres. Wikipedia rappelle :
Pour simplifier, deux composants s'usent à l'intérieur du VFD. D'une part le phosphore qui recouvre les électrodes (anodes) qui à force de briller, s'estompe. Les segments les plus souvent allumés, à terme, brillent plus faiblement que ceux qui ne le sont jamais. Certains indicateurs sont plus faibles que d'autres car restés allumés en permanence longtemps. Exemple avec ce PCM7040 croisé sur le forum eevblog :
D'autre part il y a également les filaments qui eux rendent l'afficheur plus pâle globalement. Ceci en raison de l'évaporation (sublimation) de la couche d’oxyde de métal appliquée sur les filaments en tungstène. Plus la tension des filaments est grande, plus l'afficheur est lumineux et plus l'usure sera rapide.
Avant de déclarer un VFD usé, il faut vérifier certaines choses. Premièrement souvent de la condensation amène de la suie sur la fenêtre de l'afficheur. Il se peut tout bonnement que la partie transparente de la façade soit sale de l'intérieur. La première chose à faire est de démonter la façade et de la nettoyer, souvent cela améliore les choses. Maintenant il ne faut pas se faire d'illusion non plus.
Deuxièmement un VFD éclaire bien uniquement si les tensions qui l'alimentent sont correctes. Il faut donc sortir le multimètre et les mesurer. Pour les platines Minidisc (et globalement tous les appareils équipés d'une alimentation linéaire), en fonctionnement, vous devriez trouver une tension AC (alternative) d'environ 4V à travers les filaments. Les broches des filaments sont présentes aux extrémités (c'est ici qu'il faut mettre les pointes de touche).
Dans le cas d'un appareil équipé d'une alimentation à découpage, vous devriez trouver une tension du même ordre mais continue (DC). Ensuite toujours avec un multimètre, mesurer la tension négative continue (DC) entre la masse de l'appareil (GND/châssis) et un coté des filaments. Selon les afficheurs cette tension DC varie de -21V à -36V. Dénichez le manuel de service pour connaître la valeur exacte.
Si une de ces tensions est trop faible cela peut expliquer le fait que l'afficheur éclaire faiblement. Le problème se situe très probablement dans l'alimentation (souvent un condensateur électrolytique 63V sec). Si une de ces tensions est absente, le VFD n'éclaire pas du tout.
Mes recherches sur internet ainsi que mon expérience personnelle m'amènent à répertorier 4 types d'usure que peut subir un VFD pour des raisons différentes. Il est important de les discerner.
Un VFD très très fatigué va cumuler les types/symptômes 2, 3 et 4.
J'en ai déjà parlé dans quelques articles comme celui-ci, sortir le VFD de l'appareil et appliquer une tension à ses filaments plus élevée pendant quelques secondes (10-12V DC avec une alimentation de laboratoire par exemple) permet de les faire rougir et de les "décrasser". C'est une technique assez rependue sur internet, à la base elle permet de raviver des afficheurs qui n'ont pas été allumés depuis longtemps (usure type 1), de les réveiller en quelque sorte et cela fonctionne très bien. Mais cela ne permet pas de corriger durablement un afficheur dont les filaments sont usés (usure type 2). Cette technique sur un afficheur usé ne fonctionne qu'un temps, il brille à nouveau sur le moment mais au bout de quelques heures la luminosité re-baisse. La seule solution étant d'augmenter la tension des filaments dans l'appareil en fonctionnement, mais cela peut provoquer une usure encore plus rapide.
Il est facile de trouver des afficheurs génériques comme celui-ci :
Mais dans les appareils grand public ils sont souvent faits sur mesure et personnalisés pour des marques et des modèles précis. Il faut donc trouver un appareil en panne pour le prélever, en espérant que le VFD donneur ne soit pas fatigué lui aussi. De temps en temps on en voit passer sur eBay.
Peut-être une re-fabrication un jour par les chinois ?
Dans tous les appareils grand public ils sont soudés directement au circuit imprimé. Ils ne sont pas juste clipsés et remplaçables facilement en 30 secondes chrono. Cela réclame de devoir dessouder (et ressouder) toutes leurs pattes une à une. Plus il y a de grilles et de segments, plus il y a de broches et plus c'est fastidieux.
Si des segments manquent à l'appel il est fort probable que les soudures du VFD soient craquelées. Il suffit de les refaire. Si après réfection des soudures certains segments manquent toujours refaire celle du driver. Les VFD anciens sont toujours accompagnés d'un circuit-imprimé (appelé VFD driver) juste à proximité.
Si refaire les soudures ne résout toujours rien on rentre dans des cas très particuliers de VFD HS ou de driver HS. Je n'ai jamais rencontré cela pour le moment.
Venons-en maintenant au cœur du sujet. Les fabricants cherchent souvent un bon compromis entre la durée de vie de leur produit et le coût de fabrication. Il y a plusieurs moyens de driver (piloter) un afficheur VFD. Le plus courant dans les platines MD Sony est d'alimenter les filaments (cathodes) en courant alternatif (AC) directement depuis un bobinage secondaire du transformateur. Dans les manuels de service on trouve alors souvent les couples F1/F2, VF/VG ou encore AC1/AC2.
Une tension de l'ordre de -32V est générée souvent par un M5293L à coté pour les cut-off grille et segments ainsi que le bias sur les filaments. Si vous avez des problèmes d'afficheur VFD il faut regarder de ce coté. Les condensateurs électrolytiques dans ce coin là sont souvent fautifs.
Le problème de ce montage c'est que les filaments sont toujours sous tension même si la platine est en veille. Ce sont uniquement les tensions des grilles et des anodes qui sont coupées par le microprocesseur de l'afficheur. Mais des électrons sont toujours émis par les filaments. Par conséquent ils s'usent (un peu) même si vous ne vous servez pas de la platine, du moment qu'elle est branchée sur le secteur.
Beaucoup de platines CD Sony n'ont pas de mode veille, l'interrupteur en façade coupe généralement l'arrivée du secteur directement. Mais pour certaines ce n'était pas le cas, l'interrupteur en façade était double et permettait de couper la tension aux filaments du VFD en veille. Voici un exemple avec la CDP-M77. L'interrupteur POWER S640 est bien sur le trajet du signal F (F1 et F2).
Dans le monde Minidisc Sony, comme on peut allumer la platine à distance avec la télécommande cela posait problème, la chose est a été vite expédiée : la tension des filaments est constamment présente que la platine soit en veille ou pas. Par conséquent il est normal de voir souvent ces platines avec un VFD faiblard même si elles n'ont pas été utilisées tant que cela.
Mais voilà toutes les platines MD Sony ne fonctionnent pas comme cela. Il suffit d'éplucher les manuels de service pour savoir quel montage électronique est présent. Voici la liste NON EXHAUSTIVE des platines dont la tension des filaments est coupée en veille :
Ce n'est bien sûr pas une science exacte mais si vous recherchez une platine MD, vous avez plus de chance de tomber sur des afficheurs en meilleur état parmi cette liste de modèles.
Débranchez donc votre platine lorsque vous ne vous en servez pas si vous voulez préserver le VFD à long terme.
Il y a moyen dans n'importe quel appareil de faire une modification avec quelques composants pour couper l'alimentation des filaments lorsque l'on ne s'en sert pas. Il suffit juste d'ouvrir le bobinage au secondaire (couper le circuit). Par exemple avec un relais mécanique activé depuis une tension de 5V commutée. On peut utiliser par exemple un petit module chinois pas cher. Il y a tout ce qu'il faut dessus : un transistor driver, une diode de roue libre et un relais 10A overkill pour notre usage. Tout ça pour environ 2€ port compris.
Un VFD, késako ?
Les afficheurs fluorescents dits VFD pour Vacuum Fluorescent Display sont des afficheurs sous vide, comme les tubes à vide. On en trouve dans beaucoup d'appareils électroniques. Leur fonctionnement est multiplexé : il y a des grilles et des segments.
Quelques remarques en passant
- La ou les tâches noires ou marron que l'on peut observer de l'extérieur sont normales, ce sont des Getters (absorbeurs). Si cette tâche vire au blanc c'est que l'afficheur n'est plus hermétique et que de l'air a pénétré dedans.
- Si elle est présente, faire attention à ne jamais casser la petite ampoule lors de vos manipulations.
- Un afficheur cassé (et qui a pris l'air) n'affichera plus jamais rien, à remiser en déchetterie.
L'afficheur éclaire moins avec le temps
C'est un constat, les afficheurs de type VFD ne sont pas éternels. Voici celui d'une MDS-JE510 sur lequel on n'y voit presque plus rien :
Cette usure est identique pour toutes les marques même si certaines s'en sortent mieux que d'autres. Wikipedia rappelle :
Citation :
Fading is sometimes a problem with VFD displays. Light output drops over time due to falling emission and reduction of phosphor efficiency. How quickly and how far this falls depends on the construction and operation of the VFD.
Mais pourquoi donc ?
Pour simplifier, deux composants s'usent à l'intérieur du VFD. D'une part le phosphore qui recouvre les électrodes (anodes) qui à force de briller, s'estompe. Les segments les plus souvent allumés, à terme, brillent plus faiblement que ceux qui ne le sont jamais. Certains indicateurs sont plus faibles que d'autres car restés allumés en permanence longtemps. Exemple avec ce PCM7040 croisé sur le forum eevblog :
D'autre part il y a également les filaments qui eux rendent l'afficheur plus pâle globalement. Ceci en raison de l'évaporation (sublimation) de la couche d’oxyde de métal appliquée sur les filaments en tungstène. Plus la tension des filaments est grande, plus l'afficheur est lumineux et plus l'usure sera rapide.
Causes externes & contrôle des tensions
Avant de déclarer un VFD usé, il faut vérifier certaines choses. Premièrement souvent de la condensation amène de la suie sur la fenêtre de l'afficheur. Il se peut tout bonnement que la partie transparente de la façade soit sale de l'intérieur. La première chose à faire est de démonter la façade et de la nettoyer, souvent cela améliore les choses. Maintenant il ne faut pas se faire d'illusion non plus.
Deuxièmement un VFD éclaire bien uniquement si les tensions qui l'alimentent sont correctes. Il faut donc sortir le multimètre et les mesurer. Pour les platines Minidisc (et globalement tous les appareils équipés d'une alimentation linéaire), en fonctionnement, vous devriez trouver une tension AC (alternative) d'environ 4V à travers les filaments. Les broches des filaments sont présentes aux extrémités (c'est ici qu'il faut mettre les pointes de touche).
Dans le cas d'un appareil équipé d'une alimentation à découpage, vous devriez trouver une tension du même ordre mais continue (DC). Ensuite toujours avec un multimètre, mesurer la tension négative continue (DC) entre la masse de l'appareil (GND/châssis) et un coté des filaments. Selon les afficheurs cette tension DC varie de -21V à -36V. Dénichez le manuel de service pour connaître la valeur exacte.
Si une de ces tensions est trop faible cela peut expliquer le fait que l'afficheur éclaire faiblement. Le problème se situe très probablement dans l'alimentation (souvent un condensateur électrolytique 63V sec). Si une de ces tensions est absente, le VFD n'éclaire pas du tout.
Les différentes sortes d'usure d'un VFD
Mes recherches sur internet ainsi que mon expérience personnelle m'amènent à répertorier 4 types d'usure que peut subir un VFD pour des raisons différentes. Il est important de les discerner.
- Type 1 (global) : afficheur globalement peu lumineux en raison d'une période prolongée de non-utilisation. C'est ce qu'on lit souvent dans les forums de flippers ou de calculatrices, vous avez de la chance il faut juste le "réveiller". Il suffit (comme expliqué ce dessous) de suralimenter les filaments pendant quelques secondes avec une alimentation de laboratoire. Le résultat de cette opération dans ce cas est durable.
- Type 2 (global) : afficheur globalement peu lumineux car les filaments sont fatigués. Les filaments s'usent par sublimation. Idem on peut tenter de le raviver en suralimentant les filaments pendant quelques secondes avec une alimentation de laboratoire. Cela va fonctionner sur le coup mais l'afficheur va redevenir terne au bout de quelques heures. Le résultat de cette opération est temporaire.
- Type 3 (usure inégale) : afficheur assez lumineux mais certains segments/points le sont plus que d'autres. Là aussi il y a deux symptômes, les segments/pixels les plus souvent allumés vont s'estomper et briller moins que ceux jamais allumés.
Toutefois un autre phénomène existe : le phosphore comme les filaments a besoin d'être réveillé un peu. Un segment trop peu souvent allumé peut ne pas bien briller non plus. Sur les platines Minidisc, certains modèles Sony ont un mode spécial qui permet de aux techniciens SAV de tester l'écran et les touches dont on peut détourner l'usage originel. il suffit de laisser l'écran allumé ainsi tel quel une bonne demi-heure. Normalement la luminosité des points va redevenir uniforme. Sur certains modèles Sony : appuyer sur les boutions REC et AMS en façade tout en branchant le secteur.
- Type 4 (usure inégale) : afficheur assez lumineux mais marqué horizontalement. C'est le pire. Il faut comprendre que les filaments traversent l'afficheur de part en part au dessus (devant) les zones de phosphore (anodes). Les parties du phosphore qui sont situées pile dessous les filaments sont plus excitées car elles reçoivent plus d'électrons que les zones situées entre simplement pour une raison de proximité. C'est inhérent à la conception même du bazar. Et à la longue ces zones se marquent plus, d'où cette usure "horizontale". C'est particulièrement flagrant sur les lignes verticales des calendriers musicaux. Le phosphore est "brûlé" et contre cela on ne peut rien faire. Même si on augmente la tension, il y aura toujours cette luminosité inégale. Afficheur à remplacer.
Un VFD très très fatigué va cumuler les types/symptômes 2, 3 et 4.
Régénérer les filaments comme pour un tube cathodique ?
J'en ai déjà parlé dans quelques articles comme celui-ci, sortir le VFD de l'appareil et appliquer une tension à ses filaments plus élevée pendant quelques secondes (10-12V DC avec une alimentation de laboratoire par exemple) permet de les faire rougir et de les "décrasser". C'est une technique assez rependue sur internet, à la base elle permet de raviver des afficheurs qui n'ont pas été allumés depuis longtemps (usure type 1), de les réveiller en quelque sorte et cela fonctionne très bien. Mais cela ne permet pas de corriger durablement un afficheur dont les filaments sont usés (usure type 2). Cette technique sur un afficheur usé ne fonctionne qu'un temps, il brille à nouveau sur le moment mais au bout de quelques heures la luminosité re-baisse. La seule solution étant d'augmenter la tension des filaments dans l'appareil en fonctionnement, mais cela peut provoquer une usure encore plus rapide.
Des pièces détachées ?
Il est facile de trouver des afficheurs génériques comme celui-ci :
Mais dans les appareils grand public ils sont souvent faits sur mesure et personnalisés pour des marques et des modèles précis. Il faut donc trouver un appareil en panne pour le prélever, en espérant que le VFD donneur ne soit pas fatigué lui aussi. De temps en temps on en voit passer sur eBay.
Peut-être une re-fabrication un jour par les chinois ?
Remplacer un VFD
Dans tous les appareils grand public ils sont soudés directement au circuit imprimé. Ils ne sont pas juste clipsés et remplaçables facilement en 30 secondes chrono. Cela réclame de devoir dessouder (et ressouder) toutes leurs pattes une à une. Plus il y a de grilles et de segments, plus il y a de broches et plus c'est fastidieux.
Des segments ne s'affichent pas
Si des segments manquent à l'appel il est fort probable que les soudures du VFD soient craquelées. Il suffit de les refaire. Si après réfection des soudures certains segments manquent toujours refaire celle du driver. Les VFD anciens sont toujours accompagnés d'un circuit-imprimé (appelé VFD driver) juste à proximité.
Si refaire les soudures ne résout toujours rien on rentre dans des cas très particuliers de VFD HS ou de driver HS. Je n'ai jamais rencontré cela pour le moment.
La conception des circuits
Venons-en maintenant au cœur du sujet. Les fabricants cherchent souvent un bon compromis entre la durée de vie de leur produit et le coût de fabrication. Il y a plusieurs moyens de driver (piloter) un afficheur VFD. Le plus courant dans les platines MD Sony est d'alimenter les filaments (cathodes) en courant alternatif (AC) directement depuis un bobinage secondaire du transformateur. Dans les manuels de service on trouve alors souvent les couples F1/F2, VF/VG ou encore AC1/AC2.
Une tension de l'ordre de -32V est générée souvent par un M5293L à coté pour les cut-off grille et segments ainsi que le bias sur les filaments. Si vous avez des problèmes d'afficheur VFD il faut regarder de ce coté. Les condensateurs électrolytiques dans ce coin là sont souvent fautifs.
So what ?
Le problème de ce montage c'est que les filaments sont toujours sous tension même si la platine est en veille. Ce sont uniquement les tensions des grilles et des anodes qui sont coupées par le microprocesseur de l'afficheur. Mais des électrons sont toujours émis par les filaments. Par conséquent ils s'usent (un peu) même si vous ne vous servez pas de la platine, du moment qu'elle est branchée sur le secteur.
La solution low-cost
Beaucoup de platines CD Sony n'ont pas de mode veille, l'interrupteur en façade coupe généralement l'arrivée du secteur directement. Mais pour certaines ce n'était pas le cas, l'interrupteur en façade était double et permettait de couper la tension aux filaments du VFD en veille. Voici un exemple avec la CDP-M77. L'interrupteur POWER S640 est bien sur le trajet du signal F (F1 et F2).
Dans le monde Minidisc Sony, comme on peut allumer la platine à distance avec la télécommande cela posait problème, la chose est a été vite expédiée : la tension des filaments est constamment présente que la platine soit en veille ou pas. Par conséquent il est normal de voir souvent ces platines avec un VFD faiblard même si elles n'ont pas été utilisées tant que cela.
Toutes les platines Minidisc ne sont pas égales
Mais voilà toutes les platines MD Sony ne fonctionnent pas comme cela. Il suffit d'éplucher les manuels de service pour savoir quel montage électronique est présent. Voici la liste NON EXHAUSTIVE des platines dont la tension des filaments est coupée en veille :
- MDS-JE440
- MDS-JE470
- MDS-JE480
- MDS-JE530
- MDS-JE640
- MDS-JB730
- MDS-JE770
- MDS-JE780
- MDS-JB930
- MDS-JB940
- MDS-JB980
- MDS-JA333ES
- MDS-JA555ES
Ce n'est bien sûr pas une science exacte mais si vous recherchez une platine MD, vous avez plus de chance de tomber sur des afficheurs en meilleur état parmi cette liste de modèles.
Conclusion
Débranchez donc votre platine lorsque vous ne vous en servez pas si vous voulez préserver le VFD à long terme.
Un espoir pour les modèles non-listés ? Des modifications sont possibles ?
Il y a moyen dans n'importe quel appareil de faire une modification avec quelques composants pour couper l'alimentation des filaments lorsque l'on ne s'en sert pas. Il suffit juste d'ouvrir le bobinage au secondaire (couper le circuit). Par exemple avec un relais mécanique activé depuis une tension de 5V commutée. On peut utiliser par exemple un petit module chinois pas cher. Il y a tout ce qu'il faut dessus : un transistor driver, une diode de roue libre et un relais 10A overkill pour notre usage. Tout ça pour environ 2€ port compris.
Exemple d'une MDS-302 passée en relais
