Opozorilo! V osciloskopu so visoke napetosti, ki so smrtno nevarne. Kondenzatorji ostanejo še precej časa po izklopu napolnjeni in je dotik tudi po izklopu lahko smrtno nevaren!

   Delovanje osciloskopa tukaj ne mislim več opisovati, saj je opisano že pri osciloskopu s tranzistorji. Opisano bo samo tisto kar je drugačnega, s tem mislim vse posamezne dele osciloskopa z elektronkami in njihov izračun. Pričnimo z usmernikom.

   Prvi, zelo pomemben del usmernika, je mrežni transformator, ki nam daje vse napetosti potrebne za osciloskop.
Potrebujemo:

• napetost gretja 6,3V 0,3A za katodno cev

• napetost gretja 6,3V 0,6A za usmerjevalko

• napetost gretja 6,3V 2A za vse ostale elektonke

• anodno napetost 2 X 300V za ojačevalnik in generator žagaste frekvence

• anodno napetost za katodno cev

Tabela približne potrošnje po elektronki

Po približnih izračunih rabimo transformator velikosti cca 40 VA. Jaz sem našel transformatorsko jedro s presekom jedra 7 cm². Za to jedro bom tudi napisal izračune. Jedro lahko prenese 50 VA in je dobro računati debelino žice za to moč; malo rezerve nikoli ne škodi. Paziti moramo tudi da jedro ne zasičimo, ker lahko vsako raszipno magnetno polje povzroči motnje v katodni cevi.  Tudi usmerjevalka EZ80 prenese tok 70 mA, tako da ostane rezerva za še kakšen podsklop. Mogoče je pametno naviti še eno 15V sekundarno navitje za napajanje kakšnega podsklopa s polprevodniki.

Izračunano število ovojev transformatorja:

Navitje	Število ovojev	Debelina (mm)	Napetost (V)
Primar	1314	0,32	230
Sekundar1	1885 + 1885	0,2	300
Sekundar2	40	0,4	6,3
Sekundar3	40	0,6	6,3
Sekundar4	40	1	6,3
Sekundar5	94	0,4	15

Kako sem prišel do teh izračunov ne bom opisoval, saj je tega na internetu dovolj. Pri navijanju je treba paziti na dobro medslojno izolacijo, posebno pri navitju za gretje katodne cevi, ker je tu med katodo in grelcem zelo visoka napetost. Dobro je tudi med primarjem in sekundarji naviti sloj tanke žice, katerega eden konec spojimo na maso osciloskopa, drugi pa pustimo v zraku. To navitje služi kot oklop proti motnjam iz omrežja. Lahko ga naredimo tudi kot ovoj tanke pločevine.

Anodno napetost usmerja usmerjevalka EZ80. Ta napetost po glajenju znaša cca 350V. Kakor je razvidno iz načrta, se dobijo napetosti potrebne za posamezne dele osciloskopa s padcem napetosti na uporih pred porabnikom. Negativno napetost za katodno cev dobimo z diodo 1N4007, ki usmerja padec napetosti na dveh uporih vezanih na eno polovico sekundarnega anodnega navitja. Tukaj so kondenzatorji za glajenje lahko še manjši, saj je potrosnja samo cca 1 mA. Jaz sem takšne kot so na shemi imel in jih zato uporabil.

Katodna cev DG7-32

   Uporabil sem DG7-32 katodno cev, ki se jo da še danes razmeroma poceni dobiti. Ta elektronka je fizično majhna in rabi sorazmerno male napetosti za svoje delovanje, zato mi je tako všeč. Vezava katodne cevi je standardna in podobna kot sem jo uporabil v osciloskopu s tranzistorji. Ker tu ni nekih posebnosti, se na opisovanju delovanja lete tudi ne bomo zadrževali. Razlika je le v uporih in napajanju odklonskih ploščic.

Katodna cev DG7-32 zahteva simetrično napajanje odklonskih ploščic. To moramo upoštevati pri načrtovanju in gradnji horizontalnega in vertikalnega ojačevalnika. Premikanje slike na ekranu je tako zelo enostavno rešeno, kar je razvidno iz zgornje sheme. Sama vezava ni preveč zapletena. Funkcije potenciometrov na shemi bom opisal kasneje.

Namesto DG7-32 lahko uporabimo katerokoli drugo katodno cev, le napetosti in usmernik moramo prilagoditi na njo. Primernih katodnih cevi je mnogo, ena od teh je tudi DG13-32, ki pa je dolga cca 38 cm in potrebuje za anodno napetost 2000V.    To napetost pravzaprav ni težko dobiti s potrojilcem napetosti (na shemi levo), saj so tokovi zelo mali, vendar je tu še večji problem z materialom, ki mora biti prirejen za najmanj 3000V. Na levi je shema takega usmernika. Ob uporabi tako visoke napetosti moramo biti še bolj previdni. Paziti je treba na kvaliteto izolacije žic in tudi kako so speljane.    Prilagoditi je treba tudi delilnik napetosti in potenciometre za vse mrežice katodne cevi. Izračun ni težek saj so v tovarniških podatkih podane vse napetosti. Še enkrat opozorilo: previdno pri tako visoki napetosti!

Generator žagaste frekvence in horizontalni ojačevalnik

V tem osciloskopu sem uporabil že dobro preizkušen Miller-Transitron generator, ki sem ga opisal v povezavi.

   Še nekaj razlage zgornjega vezja. Način delovanja Miller-Transitron generatorja torej poznamo. Iz potenciometra P2 preko zaprtega stikala S1 vodimo žagast signal na odklonsko ploščo Hor1. 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 Hor2. 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 vertikalnga ojačevalnika (Sinh) 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

Pred uporabo moramo nastaviti signale na horizontalnih odklonskih ploščicah na enake vrednosti. To storimo tako, da vežemo preko kondenzatorja med maso in enim in drugim priključkom izmenični voltmeter z veliko vhodno upornostjo (vsak današnji digitalni instrument) in nastavimo na enaki vrednosti s trimer potenciometrom P4. Pri tem mora biti stikalo S1 zaprto tako da je na odklonsikih ploščicah žagasta frekvenca.    Če ni kakšnih napak smo s tem končali nastavitev horizontalnega ojačevalnika. Oba signala bosta tudi pri odprtem stikalu S1 in uporabi zunanjega proženja enaka. Po sestavi vseh zgoraj opisanih sklopov dobimo na ekranu vodoravno črto. S potenciometrom P2 lahko spreminjamo širino te črte.

Vertikalni ojačevalnik

   Po uspešnem sestavljanju do tukaj opisanih delov osciloskopa dobimo na ekranu katodne cevi vodoravno črto. Sedaj je trenutek da se posvetimo vertikalnemu ojačevalniku.

   Pri izračunu merilnega ojačevalnika moramo najti kompromis. Pri danem številu elektronk lahko izbiramo med visokim ojačanjem z malo pasovno širino ali pa večjo pasovno širino in manjšim ojačanjem. Seveda bi lahko dodali za večjo pasovno širino in večje ojačanje še kakšno elektronko, vendar to zakomplicira gradnjo in je potrebna velika pozornost na motnje. Pod pasovno širino razumemo frekvenčni obseg pri katerem ojačevalnikovo ojačanje na obeh koncih pade pod 0,7 kratno vrednost. Dobra in ne z prevelikimi sredstvi dosežena pasovna širina je približno 2,5 do 3 MHz. Ta pasovna širina nam omogoča še dobro vhodno občutljivost.
   Za ugotavljanje potrebnega ojačanja vertikalnega ojačevalnika moramo vzeti za orientacijo potrebne napetosti na odklonskih ploščicah katodne cevi. Pri katodni cevi DG7-32 je to približno 15V / cm. Če zahtevamo da bo efektivna napetost 0,1V prikazana na ekranu v višini 1 cm, lahko izračunamo potrebno ojačanje z enostavnim deljenjem obeh napetosti. Efektivna napetost 100 mV ima vrh-na-vrh  (peak-to-peak) vrednost 0,28V. Iz tega sledi da potrebujemo približno 90 kratno ojačanje.
   Da lahko določimo koliko stopenj ojačevalnika rabimo bomo približno izračunali ojačanje pentode, v našem primeru EF80. Seveda bodo ti izračuni približni in za amatersko uporabo zadovoljivi.
   Maksimalno ojačanje pentode EF80 (vrednosti za S, Ce in Ca so v tovarniških podatkih elektronke):

Za ojačanje in pasovno širino odločujoč delovni upor (z upoštevanjem kapacitivnosti elektronke in vezja) se računa:

Jaz sem uporabil upor 6,2 kOhm, kar pa nima velikega vpliva.

   V vezju je negativna prednapetost za prvo mrežico dobljena na katodnem uporu, ki povzroča negativno povratno vezo in ga zato premostimo s kondenzatorjem ustrezne velikosti. Vemo da se da zelo dobro linearnost ojačanja doseči le brez tega kondenzatorja. Tu  uporabljen je dosti manjše vrednosti kot je v navadi pri NF ojačevalnikih, zato ima vpliv samo pri višjih frekvencah ojačanega signala. Zaradi katodnega upora se ojačanje zmanjša po spodni formuli:

Potrebno velikost katodnega upora najdemo v tovarniških podatkih elektronke ali pa ga izračunamo s pomočjo Ohmovega zakona.

   Katodna cev DG7-32 rabi za odklonske plošče dve simetrični protifazni napetosti. To bi lahko dosegli na isti način kot pri horizontalnem ojačevalniku. Vendar kakor smo prej izračunali imamo premajhno ojačanje vertikalnega ojačevalnika s samo eno EF80. Zato bomo dodali še eno elekronko in to dvojno triodo E88CC. Tukaj ne moremo vzeti ECC82 kakor v horizontalnem ojačevalniku, ker ima premalo strmino. ECC82 ima strmino samo 2,2 mA/V, kar je vsekakor premalo, medtem ko ima E88CC (ECC88) strmino 12,5 mA/V. Eno polovico dvojne triode bomo porabili za ojačevalnik, drugo pa kot obračalnik faze. Torej izračunajmo ojačanje ene triode:

Tudi tukaj moramo upoštevati zmanjšanje ojačanja zaradi negativne povratne vezave.

Tako smo dobili približno ojačanje obeh elektronk v vertikalnem ojačevalniku. Stalno govorim o približnih vrednostih, ker se karakteristike elektronk od primerka pa do primerka (tudi istega tipa in istega šroizvajalca) razlikujejo.

   Še en zelo velik problem je pred nami pri vertikalnem ojačevalniku. Merili ne bomo samo signale z nizkim nivojem. Vsak nivo signala nad 0,3V bo prekrmilil naš vertikalni ojačevalnik.

Najenostavnejši način za zmanjšanje napetost je delilnik v obliki potenciometra ali pa s preklopnikom. To je v redu pri enosmerni napetosti ali pa pri zelo niskih frekvencah. Višja je frekvenca, težje se je izogniti parazitnim kapacitivnostim, ki povzročajo dodatno deljenje in s tem izobličenja. Poleg tega bi naj bil delilnik čimbolj visokoohmski, zato da ne obremenjuje merjenega izvora. In tu se še bolj poznajo nezaželjene parazitne kapacitivnosti.

Visokoohmski vhod najlažje rešimo s triodo v vezju z ozemljeno anodo. To vezje je transformator impedance z visokim vhodnim in nizkim izhodnim uporom. Idealno za naše potrebe. Pri visoki vhodni upornosti in mali vhodni kapacitivnosti ima zelo nizko impedanco, kar pomeni za naslednjo stopnjo (z EF80) generator neodvisen od nihanja obremenitve. Takšna stopnja se lahko krmili tako visoko da že steče mrežni tok kar nam omogoči zelo veliko strmino in s tem ojačačanje.    Anodna napetost v taki vezavi triode je vezana direktno na anodo brez anodnega upora. Izhodna napetost se odvzema  na katodnem uporu. Taka vezava ima ojačanje manjše kot 1 (cca 0,94). To nas ne moti, saj imamo v ojačanju ostalih dveh stopenj še precej rezerve.

Tudi stopnja z ozemljeno anodo rabi pri višjih vhodnih napetostih delilec napetosti, ki prepreči prekrmiljenje stopnje. Enostaven delilec, opisan zgoraj, ni primeren zaradi neizogibnih in komaj določljivih paralelnih kapacitivnosti. Za izenačenje (kompenzacijo) tega vežemo paralelno uporom dodatne kondezatorje. Za velikost teh kondenzatorjev velja da morajo biti zmnožki R*C vsi enaki.            C1 * R1 = C2 * R2 = C3 * R3 = C4 * R4 Če vzamemo za R1 = 1,5M, R2 = 150k, R3 = 15k in R4 = 1,5k Ohma, delimo vhodno napetost dekadno. Torej vsaka sopnja kaže vedno desetkratno vrednost prejšnje.    Ocenimo vhodno kapaciteto na približno 5 pF in dodamo trimer da je skupaj 15 pF je zmnožek: C1 * R1 = 15 * 1500 = 22500 C2 = 22500 / 150 = 150 pF C3 = 22500 /  15 = 1500pF C4 = 22500 / 1,5 = 15000 pF

Katodna cev DG7-32 rabi za odklon žarka simetrične napetosti. Pri horizontalnem ojačevalniku je bilo to doseženo s polovico triode ECC82, ki invertira signal. Za prikaz druge možnosti je tu uporabljen obračalnik faze, kot je v navadi pri PP audio ojačevalnikih. Krmilna napetost je kakor ponavadi pripeljana na krmilno mrežico. Izgodne signale dobimo na anodnem in katodnem uporu obrnjene za 180o. Zato marata biti obadva upora enaka.  Simetrija obeh signalov je izvrstna, dokler ni tokovne obremenitve, kar pa v našem pimeru ko krmilimo odklonske ploščice katodne cevi ne obstaja. Upor R služi za dobivanje potrebne negativne mrežne prednapetosti, ki pa je v primerjavi s katodnim uporom zanemarljivo majhen. Ojačanje takšne stopnje je tudi pod 1 (cca 0,95).    Seveda lahko takšno stopnjo brez predelav uporabimo tudi v horizontalnem ojačevalniku. Obe opisani metodi sta zelo preprosti in ne potrebujeta nekih posebnih umerjanj.

Gradnja

   Jaz sem naredil vse sklope osciloskopa na perforirani pertinaks ploščici. Narisal sem sicer tudi predloge za tiskanine, vendar te nisem preizkusil, tako da so napake možne in se vnaprej opravičujem. Bil pa bi hvaležen za opozorilo na eventualne napake da jih odpravim.
   Na tiskaninah niso vsi elementi s shem. Nekateri elementi (potenciometri, preklopniki...) so montirani na prednjo ploščo osciloskopa na njih pa priključeni nekateri upori in kondenzatorji.