Osciloscop de 500MHz homemade cu tub CRT

[gsabac]

Constructia pas cu pas a unui osciloscop CRT de 500 MHz începînd cu 17 martie 2015

Step by step construction of a 500 MHz CRT oscilloscope, starting with March 17, 2015

 

Istoric și metamorfoza pasiunii.

Am avut 3 tuburi de osciloscop performante, toate cu ecran de uMetal original, pe care am dorit să le dau unor persoane dornice să repare sau să construiască un osciloscop. Am pus anunț pe olx și radioamator la prețul de 25 lei bucata, mai mult dăruire decît vînzare. După 7 luni un profesor de fizică din Pitești a cumpărat 2 bucați, total 50 de lei și a mai primit cadou din partea mea un comutator de intrare IEMI cu 12 poziții și un comutator pentru baza de timp ( 3 sectiuni cu 24 poziții cu contacte aurite), împreună cu componentele necesare contactelor la pinii tuburilor CRT. Tuburile perfect funcționale au fost scoase de mine din osciloscoape bune. Profesorul dorea să antreneze elevi pasionați, din clasele de fizică, ca să realizeze un osciloscop didactic.

Am rămas cu un tub D13-450GH (liniar la 250 MHz, 3V/cm-Y și 10V/cm-X) pe care nu l-a dorit nimeni.

L-am am scos de la vînzare și în cîteva zile s-a declanșat mirajul și pasiunea. Să îl fac să lumineze pentru început și să-i măsor performanțele statice de deflexie!

Tubul catodic D13-450GH

Deoarece acest tip de aparat nu se poate construi decît ca monolit, am conceput un plan simplu de proiectare și montaj a modulelor electrice și mecanice, care să ducă la succes.

Schema de comandă a tubului catodic.

Am construit un șasiu cu panou frontal adaptat tubului CRT și am montat circuitele de comadă și de alimentare.

Potentiometrii sunt izolați la 3000V pe circuit, iar butoanele au ax de material plastic izolator

Am construit un șasiu simplu cu panoul frontal, pe care am montat masca tubului, mufele si butoanele

Inscripționarea am făcut-o cu tuș Rotring de apă și șabloane, apoi am lăcuit cu spray auto, lac transparent.

 

Urmează:

Convertor pentru tensiuni joase și -1600V;

Stabilizatori;

Convertor de +15KV;

Rotatia trasei (spotului);

Iluminarea scalei;

etc.

 

@gsabac

[VAX]

Faceti-va stoc mare de tranzistoare cu Ft de minim 5 GHz (2SC3355, BFR90, etc) de care veti avea nevoie pentru amplificatoare. Sa aveti si cel putin 20 de BF479 (pnp. Ft=1,2GHz), 2N709 sau mai bune, etc. Pentru finali poate ar fi bune BFR95, care intr-un timp s-au gasit la pret de pomana. Tranzistoare finale cu Ft mare puteti sa recuperati din placile finale video de la monitoarele CRT de performanta (Sony trinitron, etc), cu rezolutie mare, care multe au ajuns la gunoi. Se mai gasesc pe la firmele care au vandut monitoare CRT la second hand (aduse din Germania).

Ati facut bine ca ati retras tubul respectiv de la vanzare (mai mult donatie). M-a tentat sa-l cumpar eu, dar sunt aproape sigur ca n-as fi apucat sa-l folosesc. Cam sufar de depresie si las lucrurile balta mult timp. Sunt si perfectionist si pana sa strang piese de calitate, trece lupul dealul. Am abandonat multe proiecte incepute, pentru ca m-am apucat de ele fara sa fi avut toate componentele si pana sa se procur mi-au venit alte idei. Am ajuns la concluzia ca mai bine cumperi o scula buna casata pe undeva si o repari (modifici), decat sa o iei cu toate de la zero.

Sa folositi documentatie (scheme) de la Tektronix sau de la alte firme serioase. Ochiul fura !

[gsabac]

Multumesc pentru sfaturi, am prospectat piata, inca se mai gasesc tranzistorii propusi de Dvs. si sunt

foarte buni pentru construit amplificatoare de banda larga.

 

@gsabac

[VAX]

Tranzistoarele indicate nu suporta mai mult de 20V intre colector si emitor (maxim 30V Ucb0) si pentru etajul final puteti sa folositi structura cascoda, cu BFR95 la "parter" si un tranzistor care suporta tensiune de cel putin 40V la "etaj", dar care sa aiba Ft peste 600MHz. De exemplu tranzistoarele finale de la E-0103 (2N3137) Poate ca ar merge si un etaj final inspirat din schema de la osciloscoapele romanesti (copiate dupa altii). Schimbarea tranzistoarelor cu altele cu Ft de zece ori mai mare, ar putea creste mult banda de frecventa.

http://www.4shared.com/file/tDbU7woK/Documentatie_osciloscop_E0103.html

[gsabac]

Sunt sigur ca 30V este o tensiune foarte acoperitoare pentru amplificatorul Y, dar schema ar trebui sa mearga linear la 500MHz,

asa cum este titlul topicului.

Schemele de oscilloscope de 25MHz-100MHz sunt total inutilizabile in acest caz, ca si componentele utilizate la ele.

 

@gsabac

[gsabac]

Multumesc Franz M. pentru materialul indicat pe PM in legatura cu amplificatoarele verticale Tektronix.

De fapt este un vademecum complet, despre amplificatoarele verticale si despre etajele finale care ataca tubul CRT.

http://www.davmar.or...AmpCircuits.pdf

Printre altele sunt si citeva exemple despre conectarea amplificatoarelor de banda larga la tuburile CRT cu deflexie distribuita,

asa cum este si tubul prezentat in postarea #1, D13-450GH. Am studiat acum doi ani acest material, am facut experimentari

si simulari ale etajului final cu componente LC distribuite drept linie de intirziere. Fiecare pereche de electrozi realizeaza deflexia

sincron, atunci cind unda se afla in dreptul lor. Se obtine deflexie maxima la frecvente inalte. S-a inceput cu 150MHz deflexie

nesimetrica, apoi 250MHz deflexie simetrica si s-a ajuns la 1500MHz-2000MHz cu sensibilitatea de deflexie de circa 1V/cm.

De fapt am realizat si variante cu adaptarea liniei la unul din capete sau la ambele capete si am ajuns la concluzii finale

interesante. Am putut sa fac aceste masuratori deoarece am aparatura de masura acasa pina la 1024MHz.

 

@gsabac

Editat Februarie 23, 2017 de gsabac

[gsabac]

Tips and Tricks:

După ce ai realizat un osciloscop homemade, constați cu luciditate ca nu prea ai ce face cu el, alții au osciloscoape cumpărate mult mai bune și altii folosesc simularea circuitelor complexe cu nenumarate canale de vizualizare, analogice sau numerice. Trebuie neaparat să faci unul mult mai performant.

 

Convertor pentru tensiuni joase și -1600V;

Totul se alimentează dintr-o sursă de 12V. Se generează tensiuni prestabilizate, care sunt folosite prin intermediul unor stabilizatori de tensiune la alimentarea modulelor osciloscopului.

Din +/-17V se obțin +/-12V iar din +/-10V se stabilizează +/-5V. Din +/-160V se stabilizează +/- 110V necesari baleajului H.

 

Circuitul a fost realizat pe 2 secțiuni, de joasă si înaltă tensiune în așa fel incît lungimea conexiunilor spre tubul CRT să fie minime.

Tips and Tricks:

Atenție la neatenție! Totul pișcă al naibii de tare. 1600V se descarca în mîna ta sau aparate de masura și de la 3mm.

Conexiunile de la soclul tubului se acoperă cu varnish de Teflon. Am folosit pini de conectori nu soclu.

Pe poza se vede convertorul si bobinele circuitului de intirziere LC utilizat la deflexia verticala.

Dupa cum se observa, pinii placilor de deflexie sunt scosi lateral in linie si conectati prin pini de conector auriti.

Separat am construit un convertor de inalta tensiune 16KV pentru post accelerare.

 

Urmează:

Stabilizatori de joasa tensiune;

Convertor de +15KV;

Rotatia trasei (spotului);

Iluminarea scalei;

Primele probe și măsuratori;

 

@gsabac

Editat Februarie 24, 2017 de gsabac

[VAX]

Stiti denumirile (modelul) la cateva osciloscoape analogice care sa mearga la 500 MHz sau mai sus ? Aveti scheme pentru orientare ? La ce va trebuie un astfel de osciloscop, nu era mai simplu ca cumparati unul digital ? De la osciloscoape cu esantionare aveti scheme ?

[gsabac]

Am documentatii de la seria 7000 Tektronix, Tektronix 7104 1000MHz Osciloscop cu sertare si Tektronix 7904 600MHz Osciloscop cu sertare.

Mai exista osciloscoape OCT la care nu am schema si bineinteles LeCroy la care deasemenea nu am scheme si un

osciloscop Philips-PM3295 de 400MHz la care am documentatii.

Un osciloscop de 500MHz vede si semnale de 600-750MHz dar mai mici ca amplitudine.

Am bani sa cumpar orice fel de osciloscop doresc si chiar mult mai mult, problema mea este pasiunea si perseverenta de a ma depasi continuu.

Imi trebuie ca palmares si ca utilizare sporadica la inalta frecventa, VHF, UHF, gasire autooscilatii pe RF, etc.

 

Osciloscoapele cu esantionare, construite de amatori sunt de mai multe tipuri. Cele mai vechi si comune sunt de tip "sampling"

iar cele de actualitate sunt cu esantionare, convertori analog-numerici de mare viteza, memorii la fel de rapide si procesoare.

Am scheme de sampling pina la 1Ghz. Osciloscoape digitale facute de amatori cu materiale ce se gasesc in comert deabia

merg la 20-30MHz.

Au incercat multi ca idee, pe forumuri, chiar si pe Elforum, dar nu cunosc nici o reusita la peste 50MHz.

De fapt pentru 500MHz si o imagine clara, trebuiesc minimum 8 biti si o frecventa de esantionare de minimum 2500MHz.

Merge si cu 1500MHz cu un soft de reconstructie.

Exista si o categorie aparte de osciloscoape facute de amatori, cu linii de intirziere CCD.Merg chiar peste 25MHz.

Se foloseste inmagazinarea rapida in CCD si datele se scot lent spre un ADC si prelucrate numeric.

 

@gsabac

Editat Februarie 24, 2017 de gsabac

[franzm]

Câte ceva de la tatuca Schlotzhauer, unul din parintii osciloscoapelor Tektronix.

http://www.freepatentsonline.com/4536666.html

http://www.freepatentsonline.com/4528517.html

http://www.freepatentsonline.com/4499386.html

http://www.freepatentsonline.com/4491803.html

http://www.freepatentsonline.com/4322688.html

http://www.freepatentsonline.com/4146844.html

http://www.freepatentsonline.com/4084187.html

[gsabac]

Multumesc @franzm, sunt interesante si chiar explicata functionarea amplificatoarelor si montajelor din prospecte.

Asa topologie gen cascoda diferentiala vreau sa folosesc si eu la constructia osciloscopului.

Ce cred ca nu am sa reusesc este reactia negativa de temperatura, pentru micsorarea derivei termice la deplasarea

statica a spotului pe verticala, cu tensiune continua.

 

@gsabac

Editat Februarie 24, 2017 de gsabac

[VAX]

"Ce cred ca nu am sa reusesc este reactia negativa de temperatura, pentru micsorarea derivei termice la deplasarea

statica a spotului pe verticala, cu tensiune continua."

Probabil acest aspect este putin important la un osciloscop destinat utilizarii in UIF. Ceva scheme de amplificatoare s-ar putea sa gasiti in Review of Scientific Instrument, in numere mai vechi (inainte de anul 1980), care in principiu ar trebui sa fie la biblioteca de la Politehnica.

Un osciloscop analogic care sa mearga la peste 500 MHz este extrem de scump (nou costa 10000 dolari, asa am vazut pe net). Este scula complicata. Va urez succes !

[gsabac]

Succesul va fi dupa multa perseverenta si datorita componentelor SMD de 5-18GHz care se gasesc din abundenta in comert

la preturi de la 0,5lei la 5lei pentru tranzistorii de 5GHz si 2W SOT223.

Acesti tranzistori sunt: BFR92, BFR93, BFT92, BFT93, BFR105, BFG198, BFG591, BF545A,B,C(fet 1Ghz), BAV199(dioda de picoamperi).

Pentru deflexia orizontala am vazut ca sunt folositi tranzistori 2N5551 si 2N5401 cu radiatoare speciale pentru capsula TO92.

 

@gsabac

[gsabac]

Stabilizatorii de tensiune realizati cu circuite integrate sunt protejati la scurtcircuit prin constructie
iar cei proiectati de mine au la iesire un limitator de curent care asigura protectia.
Modulele stabilizatoare sunt fixate pe radiatoare sau profile de aluminiu care sunt si pe post de radiatoare. Postarea #1.
Supracresterea de temperatura nu depaseste 30 de grade.

Stabilizatorii de joasa tensiune pentru modulele analogice.

Stabilizatori pentru modulele analog-numerice si baleaj

Schemele stabilizatoare de tensiuni ridicate, + 110V si +56V sunt interesante si pe baza lor se pot construi stabilzatori pina la 1000V.
Tehnologia homemade, adoptata pentru realizarea stabilizatorilor de tensiune. Desenare cu Edding si corodat cu clorura ferica.


Modul cu stabilizatori gata asamblat.

Cu acesti stabilizatori montati si cablajul initial realizat, se pot face primele vizualizari si masuratori.

 

Urmeaza:
Rotatia trasei (spotului);
Iluminarea scalei;
Primele probe si masuratori;
Atenuatorii calibrati de intrare ( relee manufacturate, microcontacte pe microstrip, comanda digitala)
etc.

 

@gsabac

[gsabac]

Convertorul pe care l-am realizat genereaza o tensiune continua de 16KV, necesara tubului D13-450GH/01.
Filtrajul tensiunii inalte este realizat prin condensatorul dintre metalizarile interne ale tubului si suprafata externa grafitata, conectata la masa.
Tensiunea de alimentare este 12V si consumul de curent in sarcina de 200mA.
Am pornit de la numarul de spire necesare pentru functionarea la tensiunea de alimentare din televizor, circa 140V si am dedus un numar

de 5 la 6 spire necesare pentu un nou primar alimentat la 12V si am utilizat un transformator de linii din televizorul NEI-72.
Cu ajutorul schemei, prezentate in descriere, am verificat ca miezul nu se incalzeste in gol la frecventa optima si consum minim.

Am masurat tensiunea inalta 16kv, curentul consumat 200mA si frecventa optima este 75KHz. Temperatura miezului nu depasea

40 de grade la 1 ora de functionare in spatiul liber.
Atentie la inalta tensiune! Poate produce arsuri ale pielii sau socuri electrice.

Rotația trasei se face cu ajutorul unui cîmp magnetic concentric cu axul CRT-ului și generat de o bobina montată pe tub,
după plăcile de deflexie.
O rotație de +/- 5 grade este realizată cu un current de comandă de +/- 25mA

Iluminarea rastrului originală, foloseste becuri cu filament. Am să le inlocuiesc mai tîrziu, cu diode LED superluminoase.
Tranzistorul darlington BDW23B este montat pe un mic radiator.
Ansamblul este construit pe o plăcuță de steclotextolit ca in foto2 iar butoanele de comandă sunt scoase pe panoul frontal.
Am realizat cablajul, conexiunile de joasă, medie și înalta tensiune la tubul CRT și incep primele probe.
Am făcut o lista de precautii si cu modul corect de punere in funcțiune, cu conectare treptată.

Tips and Tricks:
Ca să nu strici ceva, întîi scoate totul din priză, verifică compatibilitațile semnalului cu aparatura,
cupleză masele apoi dă drumul la măsuratoare. Nu apropia sondele de masură de înalta tensiune,
la televizor sau auto, nu măsura direct tensiunea retelei de 220V, nu face măsuratori imposibile.
Nu face măsuratori de semnal mic la iesirea unui amplificator de putere care oricind poate genera supratensiuni

sau autooscila. Foloseste sonde cu protectie și atenuare 10:1 sau 100:1.

Dupa ce ai luat toate precauțiile posibile nu uita de hazard!

Urmează:
Primele probe și măsuratori;
Atenuatorii calibrați de intrare ( relee manufacturate, microcontacte pe microstrip, comandă digitală)
Circuitul de intrare cu tranzistor FET dublu și protecția la supratensiune cu diode speciale.
etc.

 

@gsabac

Editat Februarie 26, 2017 de gsabac