Izdelava osciloskopa z elektronkami

Prvo samo nekaj slik izdelave šasije. Šasijo sem izdelal iz vitroplasta za izdelavo tiskanega vezja. Transformatorja sta dva iz preprostega razloga. Na večji tranformator z anodno napetostjo nisem fizično spravil navitje za gretje katodne cevi, ki mora biti dobro izolirano od anodnega navitja. Zato sem vgradil mali transformator 6V / 2VA in tako ubil dve muhi na mah. Za izdelavo osciloskopa brez tiskanega vezja sem se odločil iz preprostega razloga, ker takšno vezje omogoča eksperimentiranje z različnimi shemami posameznih delov osciloskopa.

Del okoli katodne cevi je gotov in dela, tako da imam že svetlobno točko na ekranu. Točko lahko premikam po vodoravni in navpični črti s potenciometri.

Gotov je tudi generator žagaste frekvence, tako da je že vidna tudi prva krivulja, ki je slika 6,3V napetosti za gretje elektonk priključene na prvo mrežico vertikalnega dela ECC88.

Na desni je slika prve krivulje še brez horizontalnega ojačevalnika in delilnika, zato je krivulja pri vrhu odrezana. Narejen je generator žagaste frekvence. Signal je še premajhen in zato ni krivulja od roba do roba ekrana. Narejena še ni tudi sinhronizacija in zatemnitev na povratku žarka.

	Sinusoida na ekranu osciloskopa je na levi strani gostejša kot na desni zaradi nelinearnosti žagaste frekvence. Na spodnji sliki je shema preprostega generatorja žage s tlivko. Iz diagrama je vidno da se kondenzator v prvi petini krivulje polni skoraj linearno (cca. 5% odstopanja). Na zgornjem delu se kondenzator vse počasneje polni, kar je vzrok za zgoščeno sliko na levi strani katodne cevi. Ta problem se da rešiti z generatorjem konstantnega toka ali z zvišanjem napetosti baterije. Upor mora biti dovolj velik (10 MOhm ali več), tako da je tok skozi njega manjši kot tok ki je potreben za prevajanje tlivke. V nasprotnem primeru bo tlivka prevajala čim se enkrat prižge.
Generator žagaste frekvence s tiratronom deluje podobno kot zgornji s tlivko. V tem vezju je uporabljen potenciometer v napajanju mrežice, s katerim lahko nastavljamo negativno napetost in s tem delovno točko in posledično linearnost oblike žagaste frekvence. Tu je tudi točka na kateri lahko izvedemo sinhronizacijo generatorja žagaste frekvence z vhodnim signalom osciloskopa. Za grobo spreminjanje frekvence menjamo vrednost kondenzatorja, za fino regulacijo pa služi potenciometer v anodnem krogu, ki pa tu ni vrisan. Takšen generator deluje do frekvence nekaj deset kHz. Pri višjih frekvencah tiratron enostavno naenkrat preneha zapirati ker rabi predolgo za deionizacijo. Tudi v tem generatorju je dobro popraviti linearnost oblike žagaste frekvence še z generatorjem konstantnega toka. Mrežica tiratrona zbira vse ione, ki niso prispeli do anode, kar pomeni da vezje ne more biti uporabljeno kot visokoimpedančno. Zato so dodali še dodatno mrežico in tako dobili tetrodni tiratron. V tem primeri zaščitna mrežica ščiti krmilno mrežico proti katodi in obenem poveča njeno impedanco. Drugo mrežico vežemo na katodo ali priključimo na napetost okoli 0V, tako lahko z njo tudi vplivamo na trenutek proženja tiristorja.
	Tipičen tetrodni tiratron je 2D21 (PL21). Njegova vršna napetost je 650V, reverzna 1300V in napetost prekinitve je 8V. Maksimalni povprečni tok je 100mA, trenutni vršni pa 500mA. V diagramu na levi vidimo karakteristiko krmilne mrežice tiratrona 2D21 (PL21). Tu vidimo, da če priključimo na spodnji shemi anodno napetost 250V in napetost mrežice -3V, se bo polnil kondenzator do približno 190V. V tem trenutku bo tiratrom prevoden in se bo kodenzator izpraznil do točke deionizacije. Nato se bo proces ponavljal. Torej je potrebno samo nastaviti pravo delovno točko tega tiratrona in dobimo skoraj linearno obliko žagaste frekvence.
Na desni je praktična izvedba generatorja žagaste frekvence s tiratronom 2D21(PL21). Zaščitna mrežica je priključena na katodo. Napetost krmilne mrežice je določena z delilnikom 100k in 820e. Tok polnjenja kondenzatorja teče tudi skozi upor 820e, tako da napetost na njem ni izračunanih 2V ampak približno 2,5V. 100nF kondezator je predviden zato da drži katodno napetost konstantno. 330kOhm upor in 10nF kondenzator sta elementa ki določata čas in s tem frekvenco oscilacij. Tudi tu mora biti upor dovolj velik, tako da skozi njega teče manjši tok kot je tok prekinitve tiratrona, saj bo drugače tiratron stalno prevajal in tako bodo prenehale oscilacije. Z uporom 820Ohmov se bo tiratron prožil pri napetosti približno 160V. Z zmanjšanjem tega upora se bo tiratron prožil pri nižji napetosti in s tem dobimo bolj linearno žagasto frekvenco nižje napetosti. Generator s temi vrednostmi oscilira približno na frekvenci 320 Hz. Če na priključek "sinh." priključimo signal iz nekega signalgeneratorja in spremijamo njegovo frekvenco, vidimo da bo ta generator sledil do 350 Hz in več. Zadostuje že signal pod 1V. Isto se bo zgodilo tudi pri dvojni frekvenci signalgeneratorja (700 Hz). Torej dobili smo generator žagaste frekvence, ki ga lahko zelo lepo sinhroniziramo s signalom ki ga opazujemo in tako je slika signala mirna na katodni cevi.
	Oscilacije generatorja s tiratronom niso preveč stabilne frekvence, vendar se da zelo lahko sinhronizirati z merjeno frekvenco. Kako se oscilacije sinhronizirajo je prikazano na diagramu na levi. Normalne oscilacije so malo nižje ferkvence kot frekvenca merjenega signala (modra linija na sliki). Brez sinhronizacije bo tiratron prevedel v točki "A". Točka prevajanja tiratrona je odvisna od prednapetosti mrežice. Zato bo v trenutku nizke sinhronizacijske napetosti premaknila točka vžiga tiratrona na "B". V naslednjem ciklu bo tiratron prevedel v točki "D" in tako sledil frekvenci merjenega signala (vijolična linija). Perioda oziroma čas za cikel se bo premaknil iz točk "AC" na točke "BD" in je sinhroniziran (rdeča krivulja). Enako se bo zgodilo z večkratnikom merjene frekvence.

Miller-Transitron Zelo dober in v osciloskopih z elektronkami pogosto uporabljen generator žagaste frekvence je Miller-Transitron. S pravim dimenzioniranjem elementov dosežemo zelo linearno vzpenjanje žagaste frekvence. Delovanje generatorja vidimo iz sheme na desni. Za začetek recimo da je krmilna mrežica g1 negativnejša od katode. Anoda je neposredno vezana preko kondenzatorja C na mrežico g1. Preko upora Rg je g1 pozitivnejša in anodni tok narašča. Zato pada napetost na anodi. Sprememba je v negativni smeri in se prenaša preko kondenzatorja C na mrežico g1. S tem preprečuje prehitro naraščanje krmilne napetosti mrežice. Anodna napetost tako pada, preprečena s kondenzatorjem C, počasi v neskončnih korakih. To padanje anodne napetosti, ki je popolnoma linearno, izkoristimo za horizontalni odklon žarka katodne cevi. Upadanje anodne napetosti jev glavnem določeno z ojačanjem pentode (V). To pomeni da tudi kondenzator C izgleda V-krat večji kot je. Torej zadostuje razmeroma majhen kondenzator, ki ima boljšo izolacijo in manjšo kapaciteto proti masi. Pade anodna napetost pod določeno vrednost prevzame, pogojeno z višjo napetostjo zaščitne mrežice, tok zaščitna mrežica. To je Transitron efekt. Zato pade napetost na zaščitni mrežici. Ta negativno usmerjena napetost prispe preko C1 na zaviralno mrežico. Anodna napetost zato hopoma poskoči, saj ne teče več nikakršen anodni tok. Takoj nato se C1 preko upora Rb izprazni, anodni tok zopet naraste in se vse zgoraj napisano ponovi.

Vezje tako ustvarja oscilacije velike linearnosti. Za spreminjanje frekvence naredimo Rg spremenljiv (P1 na spodnji shemi) in preklapljamo kondenzatorje (Cx in Cx'). S spodnim vezjem dosežemo razpon frekvence od približno 5 Hz pa do 100 KHz, torej povsem uporabno za merjenje v audio območju.

   Še nekaj razlage zgornjega vezja. Način delovanja je bil opisan že zgoraj. Iz potenciometra P2 preko zaprtega stikala S1 vodimo žagast signal na odklonsko ploščo H. Trimer potenciometer P4 vodi del žagaste napetosi preko kondenzatorja C5 na drugi del triode ECC82. Ta služi kot obračalnik faze in obrne signal za 180^o. Za linearizacijo služi 10 kOhm upor R13 v katodi elektronke. Na anodi dobimo za 180^o obrnjen signal, ki ga vodimo na drugo odklonsko ploščo H'. Za nastavitev velikosti signala služi trimer P2.
   Poskrbeti moramo za sinhronizacijo med frekvenco generatorja in merjeno frekvenco, torej se mora elektronski žarek vedno začeti premikati v trenutku ko je merjen signal na določeni točki (n.pr. v prehodu skozi ničlo). Zato pripeljemo preko kondenzatorja C4 in potenciometra P3 del merjene napetosti iz vertikalne odklonske plošče V in ga s pomočjo diode D3 in prvega dela triode ECC82 preoblikujemo v strme impulze. Te preoblikovane impulze nato preko R8 in C2 vodimo na zaščitno mrežico (g2) EF80, ki generator prisilijo da začne z oscilacijo v istem trenutku kot merjen signal. S P3 nastavljamo velikost sinhronizacijskih impuzov, ki morajo biti črm manjši, vendar toliko veliki da slika na katodni cevi stoji.
   Pri povratku elektronskega žarka na začetek je zaželeno da se žarek zatemni, tako da povratek ni viden. Zato moramo dati na g1 katodne cevi v tem trenutku večjo negativno napetost. Na mrežici g3 pentode EF80 imamo točno v tem trenutku skok napetosti. Z kondenzatorjem C1 in uporom R6 dovedemo te napetostne skoke na diodi D1 in D2, ki porežeta pozitivne konice napetosti. Ostane nam negativen impuls ki je ravno prave velikosti za zaprtje mrežice g1 katodne cevi.
Oblike vseh signalov sem opisal že v osciloskopu s trazistorji.