Afficheurs Gottlieb 'bleu/vert' Sys-1/80/A/B : la théorie

[pascal j]

Qui n'a pas déjà vu ces afficheurs bleu/vert utilisés par tous les premiers flippers électroniques Gottlieb depuis la fin des années 70 jusqu'au milieu des années 80 ? tandis que les Bally et Williams utilisaient des afficheurs orangés plus petits et bien moins pêchus (c'est mon avis perso !).

C'est leur principe de fonctionnement que je vous propose de voir ensemble ici.

Certains schémas et dessins utilisés ici comme illustrations sont (C) Futaba et Gottlieb.
Les mots techniques en anglais sont en italique.


AFFICHEURS ET SERIES DE JEUX GOTTLIEB

Apparus pour la première fois sur la série System-1 en 1979 (Cleopatra à Asteroid Annie) puis System-80 (Spiderman, Haunted House..) et enfin System-80A (Devil's Dare, Spirit..), ils sont d'abord seulement capables d'afficher des chiffres (maintenant aussi des lettres avec certaines cartes de remplacement ).



De haut en bas sur l'image :

• - Le petit afficheur à 4 chiffres affiche le nombre de parties restantes, le numéro de la bille en cours, la loterie de fin de jeu et certaines informations spéciales (nombre de buts marqués sur Striker, bonus sur le Time Line etc..).
  
  - Le moyen afficheur à 6 chiffres affiche principalement les scores des joueurs sur les séries System-1 et 80
  
  - Le gros afficheur à 7 chiffres affiche les scores des joueurs sur les séries System-80A
  
  - Les modèles 6 et 7 chiffres sont à 8 segments (7 segments classiques A à G plus H au centre pour former le chiffre 1)

Puis la série System-80B (Hollywood Heat, Gold Wings..) est passée à un affichage plus étroit mais plus riche sur 2 lignes de 20 chiffres permettant d'afficher toutes sortes de lettres et de symboles :



Mais si leur taille diffère, leur principe de fonctionnement reste absolument identique.


COMMENT CA MARCHE ?

Fabriqués en majorité par la firme japonaise Futaba, leur fonctionnement est très simple et est décrit dans l'excellente note d'application "AN1103 Characteristic of the VFD and application of it" disponible depuis leur lien : http://www.futaba.co.jp/english/vfd/kanren/index.htm

Chaque afficheur est formé d'une enceinte en verre sous vide, à l'intérieur de laquelle on trouve 3 éléments principaux :

• - Le FILAMENT de chauffe, principalement composé de tungstène (comme une vulgaire ampoule électrique), émet des électrons
  
  - La GRILLE (grid) bloque ou les laisse passer les électrons émis par le filament
  
  - L'ANODE attire ou pas les électrons qui n'ont pas été bloqués par la grille

Bombardés par les électrons, les phospores des anodes émettent alors la lumière de la couleur choisie lors de la fabrication du tube, complétés éventuellement par des filtres, comme à l'arrière des vitres des frontons (System-1, System-80) ou bien par des caches plastiques colorés (System-80A), pour leur donner une couleur plus bleue ou plus verte pour les flippers Gottlieb.

En étudiant un afficheur à 6 chiffres par exemple, on distingue bien tous les éléments du tube par simple transparence :

• - Le filament de chauffe est en fait composé de 5 filaments, connectés en parallèle, courant d'une extrémité à l'autre du tube, accrochés à des sortes de peignes.
  
  - Chaque chiffre est entièrement recouvert d'une grille : il y a donc 6 grilles (1 par chiffre).
  
  - Chaque segment de chaque chiffre compose l'anode : tous les segments d'un même type (A B C D E F G H) sont reliés entre eux. Il y a donc 7 anodes.

ATTENTION !!! la partie la plus fragile de l'afficheur est sa "tétine" (exhaust tip) au dos ou sur l'un des côtés de l'enceinte en verre. C'est par celle-ci que le vide a été fait à l'intérieur lors de la fabrication. Si la tétine est brisée, le vide l'est également et l'afficheur est bon pour la benne ! C'est pour ça qu'elle est souvent protégée par un embout pour éviter tout choc funeste pendant le transport ou la manipulation. A défaut, un petit morceau de tuyau souple d'aquarium rempli au pistolet à colle fera l'affaire.


APPLICATION ELECTRONIQUE

Le fait que les électrons soient bloqués ou pas par la grille, attirés ou pas par l'anode, dépend de la tension appliquée à chacun des éléments, y compris au filament.

Petit rappel d'électricité : le sens du courant électrique tel qu'il a été défini va du "+" de l'alimentation vers le "-", mais en pratique, les électrons "remontent" le courant et vont donc du "-" au "+".

Pour l'émission des électrons dans le tube, c'est pareil : sachant qu'ils doivent aller du filament vers la grille puis l'anode, le "-" (tension la plus négative) sera appliqué au filament, le "+" (tension la plus positive) sera appliqué à la grille et/ou à l'anode.

L'illustration de Futaba est très parlante :



Elle est aussi décrite dans le manuel de dépannage des flippers Gottlieb System-1 et System-80 :



Sur un afficheur 6 chiffres, le circuit Z2 (UDN6118) pilote les 6 grilles, le circuit Z1 pilote les 8 segments.

Prenons les différents cas en revue :

Tension Filament	Tension Grille	Tension Anode	Résultat : allumé ou pas ?
+	-	-	Les électrons émis par le filament ne sont attirés ni par la grille ni par l'anode = aucune lumière
-	-	-	Même cas que ci-dessus = aucune lumière
-	-	+	Les électrons émis par le filament sont attirés par l'anode mais bloqués par la grille = aucune lumière
-	+	-	Les électrons ne sont pas bloqués par la grille mais ne sont pas attirés par l'anode = aucune lumière
-	+	+	Les électrons émis par le filament ne sont pas bloqués par la grille et sont attirés par l'anode = émission de lumière

TENSIONS EN PRATIQUE

Les tensions à appliquer aux différents éléments dépendent du tube lui-même, et non pas de leur utilisation. Par construction, le tube aura besoin de tensions spécifiques pour fonctionner à son optimum :

Type d'afficheur	Tension Filament	Tension Grille et Anode
4 chiffres (Futaba 4-LT-11)	+5V pulsé à 3V sinus	+42V (on) 0V (off)
6 chiffres (Futaba 6-JS-01) et 7 chiffres (Futaba 7-JS-03)	+8V pulsé à 5V sinus	+60V (on) 0V (off)
alphanumérique 20 caractères (Itron FG209)	-37V pulsé à 6.3V sinus	0V (on) -45V (off)

Note : dans le dernier cas de l'afficheur alphanumérique, les tensions sont toutes négatives ! mais la tension de grille et et d'anode reste plus "positive" que celle du filament donc ça marche.

Que veut dire "pulsé" dans le cas du filament ?
La commande du filament doit être un signal alternatif pour les afficheurs à gaz de grande taille, pour éviter les variations de tension d'un bout à l'autre du filament. Sinon, la luminosité ne serait pas uniforme sur toute la longueur de l'afficheur : si on utilisait une tension continue, avec le "-" à gauche et le "+" à droite par exemple, la tension la plus négative serait à gauche du filament, donc l'afficheur serait plus brillant à gauche qu'à droite.

L'illustration de Futaba est encore une fois très parlante :



Pour réaliser cette tension pulsée (sinusoïdale), on utilise un enroulement spécial des transformateurs au point milieu duquel on injecte une tension continue de décalage (bias voltage) pour être surs que la tension la plus basse du filament (creux de la sinusoïde) soit toujours plus élevée que la tension "off" des grille et anode, comme ça aucun électron ne pourra se faufiler (cut-off).

Cela évite aussi les effets de bord (cross-talk) entre grilles voisines, quand l'une est polarisée et pas sa voisine, sinon les segments adjacents pourraient se retrouver faiblement éclairés au lieu d'être complètement noirs.

Ca devient un peu compliqué, mais en s'aidant des dessins, ça devait s'éclaircir


ET POURQUOI CERTAINS AFFICHEURS DEVIENNENT TRES FAIBLES ??..

.. sur des flips qui n'ont pas tourné depuis longtemps, mais "reviennent" peu à peu quand on les fait fonctionner ?

La théorie la plus communément admise est que le filament de tungstène qui émet les électrons s'oxyde avec le temps, car il est revêtu d'oxydes de Baryum et de Selenium qui doivent être sensibles à la température. Non utilisé (mis en chauffe) depuis longtemps, le filament a besoin de se "refaire une santé" progressivement pour récupérer son plein potentiel d'émission d'électrons. Le truc fameux de JR Karr de les suralimenter brièvement avec du 12V pendant une dizaine de secondes prendrait tout son sens. Affaire en cours et à suivre !

Si vous avez des questions n'hésitez pas.

Bon flip,

-- Pascal. (Mai 2006)

[yann]

C'est clair, c'est propre, c'est du pascal Janin !

[kiss69]

Pour un débutant comme moi c'est très clair bravo ! Très détailler et comme dit Yann très clair chapeau bas Daniel

[milan]

Je ne comprends pas tout mais ça ne vient pas de ta façon de présenter qui est évidente....

Joli cours !

[manu95]

Excellent

Pour un débutant comme moi c'est très clair bravo ! Très détailler et comme dit Yann très clair chapeau bas Daniel

c'est pas Daniel mais Pascal

[pascal j]

cher Milan, si ce n'est pas aussi clair que je l'aurais souhaité, c'est que je dois revoir ma façon de présenter !

dommage, à quelques jours près je t'expliquais tout ça de vive voix

quelle est la partie la plus nébuleuse qui demande des éclaircissements ?
(ou LES parties..)

Pascal.

[ot95]

Question, les afficheurs d'origine sont-ils tous de la même couleur (un bleu pale) et c'est le filtre de la glace qui fait la différence ?
Ou bien a-t-on du bleu et du vert par construction selon les modèles ?

[milan]

...quelle est la partie la plus nébuleuse qui demande des éclaircissements ? (ou LES parties..)...

Non, non tu n'es pas en cause Pascal : c'est moi qui ne me suis pas suffisament intéressé au sujet !
Mais tu sais que je reste toujours plus scotché aux "merveilles" mécaniques même si je me laisse tenter à jouer sur des flippers modernes équipés éventuellement de ce type d'afficheurs...

[pascal j]

si tu enlèves les filtres et/ou la vitre, les afficheurs donnent tous (enfin tous ceux que j'ai essayés jusqu'ici) une lumière bleu/vert par construction. le filtre (peint sur la glace ou en plastique et clipsé sur l'afficheur) les fait tirer plus vers le bleu ou le vert. ce sont les phosphores des anodes qui fixent la couleur. sur les autoradios (anciens modèles), les lecteurs DVD, les magnétoscopes... on trouve plein d'autres couleurs : vert, rouge, blanc, bleu..

Pascal.

[pascal j]

je te comprends, les mécas c'est quand même chouette ! et impressionnant ce qu'ils faisaient à l'époque sans aucune électronique.

au fait, Bernard n'avait pas dit qu'on devait faire un concours sur le countdown pur électronique ?.. :D

Pascal.