Osciloscop de 500MHz homemade cu tub CRT

[gsabac]

Primele probe si masuratori dupa montarea modulelor si efectuarea cablajului.

Planul de punere în functiune.
1- Alimentez sistemul cu un redresor reglabil, stabilizat cu protectie la supracurent
2- Masor pe rind toate modulele functionale
3- Masor tensiunea de filament si o reglez la 6,3V
4- Masor tensiunea de -1600V, apoi cuplez ansamblul de comanda al tubului CRT.
5- Cu ciuperca de inalta tensiune montata la tub, masor tensiunea de +16KV, cu ajutorul unei sonde de inalta tensiune (30KV).
Aceasta, deoarece capacitatea electrica dintre electrozii interiori si metalizarea externa, conectata la masa,
reprezinta o parte din filtrul de iesire, care determina valoarea finala de +16KV. Era cu 1KV mai mare si am micsorat-o
cu o rezistenta de 0,5 Ohmi, in serie cu alimentarea convertorului de IT.
6- Am aplicat pe placile de deflexie X, o tensiune sinusoidala de circa 50Vvv, simetrizata, din secundarul unui transformator de retea.
Cred ca am facut mai multe, dar nu mi le reamintesc. Am pornit cu o tensiune de alimentare de 12 V, consumul era de circa 3A si scadea usor.

Probleme tehnice.
1- spotul nu se focalizeaza mai mic de 0,8mm (0,4 mm in datele tehnice)
2- spotul era modulat de ceva ce arata ca o autooscilatie interna a tubului si se vedea la reglajul focalizarii, înainte si inapoi.
3- Care sunt frecventele optime ale convertorilor, în sarcina?
Cu osciloscopul în functiune, am reglat frecventele pentru convertori, pentru un consum minim.
4- Care este tensiunea optima de alimentare cu conexiuni de circa 1m si mufa de alimentare
Am masurat o cadere de tensiune de circa 0,3V pe conexiuni, de aceea am marit tensiunea de alimentare la 12,3V.
Pe masura ce se adauga noi module functionale, consumul va creste, deci trebuie marita tensiunea de alimentare.
5 Trasa era dezaxata X si Y si rotita
Trasa este desenata pe ecran, nu am facut poze atunci, dar arata asa:

Dezaxarea naturala a trasei este apreciabila. Corectiile se pot realiza din butoanele, Rotatie, Deplasare X si Deplasare Y.
Singura problema este la deplasarea Y, unde trebuie compensat 6mm.

Aceasta presupune dezechilibrarea amplificatorului final Y cu +/- 0,5V.
Excursia utila în regim dinamic la frecvente extreme, este de maximum +/- 5V, deci o pierdere de 10%,
care se reflecta in amplitudinea insuficienta a semnalului, pentru tot ecranul.
Solutia, folosirea bobinelor interne de corectie ale tubului CRT, sau folosirea unui sistem cu magnet permanent,
ca la tuburile CRT de televiziune.

Urmeaza:
Atenuatorii calibrati de intrare ( relee manufacturate, microcontacte pe microstrip, comanda digitala)
Circuitul de intrare cu tranzistor FET dublu si protectia la supratensiune cu diode speciale.
etc.

 

@gsabac

Editat Februarie 27, 2017 de gsabac

[gsabac]

Postarea poate fi de ajutor celor care studiaza, sunt pasionati, construiesc un osciloscop,

imbunatatesc performantele unui osciloscop existent,
pentru schimbarea unui tub CRT cu altul sau pentru reparatia unui osciloscop.

Am sa reiau punctele 1 si 2 din postarea anterioara.
1- spotul nu se focalizeaza mai mic de 0,8mm (0,4 mm in datele tehnice)
2- spotul era modulat de ceva, ce arata ca o autooscilatie interna a tubului si se vedea la reglajul focalizarii, inainte si inapoi.
Am descoperit, dupa cercetari intense asupra acestei probleme spinoase, ca nimic nu influenteaza in bine defocalizarea si modulatia spotului.
Am imbunatatit filtrajele, am remasurat cu un osciloscop radiatiile parazite ale convertorilor, tensiuni de zgomot aleator sau autooscilatii
pe tensiunile de alimentare de joasa tensiune, medie tensiune si inalta tensiune, nimic. Am inceput sa banuiesc autooscilatii ale CRT-ului
prin intermediul electrozilor interni, dar pina la 100 MHz, nimic.
Ideea salvatoare a venit urmarind pe spotul defocalizat, influenta frecventei convertorilor si am vazut o pondere foarte mare a frecventei
convertorului de inalta tensiune, 16KV, in zgomotul de pe spotul defocalizat. Era clar, radiatiile electromagnetice puternice
ale acestui convertor moduleaza spotul si il defocalizeaza. In osciloscoape convertorul de IT este blidat intr-o cutie metalica, la mine era liber.
Precizez folosirea unui ecran original de uMetal gros de 0,8 mm, dar radiatia probabil intra prin gaura dinspre conexiunile CRT-ului.
Am incercat o ecranare cu spira in scurtcircuit pe exterior, cu banda de cupru lata de 2 cm, era mai binisor.
Solutia finala a fost ecranarea cu mai multe spire in scurtcircuit, izolate cu teflon si diametrul de 0,4mm.
In functionare se incalzesc usor. Focalizarea a revenit la valorile din datele tehnice. Am realizat apoi, ca acele modulatii
de defocalizare erau percepute de ochi ca “batai”, intre undele radiate de cei 2 convertori.
Atenuatorii calibrati de intrare, relee manufacturate, microcontacte pe microstrip, comanda digitala.
Sunt posibile 2- 3 solutii pentru realizarea unui atenuator calibrat care sa functioneze la peste 500MHz.
Fosirea unor comutatori cu relee read (Philips, Schlumberger), comutatori mecanici sau relee manufacturate pe microstrip (Agilent, Tektronix).
Impedanta de intrare poate fi de 50 Ohmi sau 1Mohm. In acest ultim caz, capacitatea de intrare se poate situa in domeniul 10pF la 20pF.
Observatie: La masurarea datelor tehnice reale, ale unui osciloscop, se utilizeaza un generator de referinta, cu impedanta de iesire de 50 Ohmi,
cuplat la intrarea osciloscopului, cu o terminatie de trecere de 50Ohmi.
Pentru realizarea comutatorilor am utilizat relee homemade, contacte aurite, alese de la diversi conectori si comutatori,
lipite cu aliaj de cositor, pe microstrip, cu impedantele de conectare intre sectiuni, de 200 Ohmi.
Suportul folosit este din teflon armat cu fibre de sticla, cu grosimea de 1,5mm, material CuClad-250.
In foto sunt aratate componentele care realizeaza contactele si releul manufacturat.

Componentele din fata, apar mai mari, datorita apropierii de obiectivul aparatului de fotografiat.
Ansamblul mecanic al atenuatorilor de intrare, l-am realizat din tabla zincata. Pe panoul frontal sunt montate componentele de comanda
si conectorii BNC priza, de intrare.
In foto se observa releele, contactele, dublul FET 2N5911 si dioda de protectie. Placuta verticala de circuit, este montata direct pe comutatorul
care comanda releele. Schema de principiu, pentru comanda releelor, este desenata pe schema de principiu a atenuatorului de intrare.
Am construit pentru inceput un singur canal.

Fata cu piesele pare obisnuita, dar ea ascunde 2 stiluri de proiectare. Unul pentru circuite de joasa frecventa iar celalalt pentru
comutatorii de inalta frecventa si amplificatorul cu FET. Circuitele de IF, sunt realizate gen microstrip, in 200 Ohmi,
combinate cu circuite proiectate pentru capacitati parazite minime. Probabil, la probele reale voi fi nevoit sa pun ecrane intre
sectiunile de atenuare, sau sa reproiectez unele zone.
Foto, fata cu piesele atenuatorului de intrare.

Circuitul de intrare cu tranzistor FET dublu si protectia la supratensiune cu diode speciale.
Schema de principiu reala este in foto de mai jos. Nimic deosebit, in afara de iesirea directa din FET si calibrarea impedantei de iesire
la 200 de Ohmi, la fel ca a sectiunilor atenuatorilor de iesire. Sistemul atenueaza semnalul de 2 ori (-6dB), face din 10mV/cm, 5mV/cm.
Am acceptat aceasta, deoarece FET-ul dublu este profesional. Pentru compensare voi creste amplificarea generala de circa 2 ori
iar la nevoie, daca sunt probleme cu temperatura sau cu frecventa, am sa introduc 2 etaje separatoare, cu 2 repetori, PNP si NPN,
in serie cu circa 200 Ohmi la iesire.
Dioda de protectie de picoamperi, este FSA1480(Tektronix, Fairchild) si poate fi aproximata, ca parametri, cu 2 diode BAV45(Philips) sau BAV199,
conectate in serie. Am descoperit asta, datorita unui site care vinde componente Tektronix, dupa codul intern si le spune si numele adevarat
si firma producatoare.

Simularea si aprecierea performantelor.
Pentru estimarea potentialului real de frecventa, la inceputul proiectarii, am simulat intreg circuitul de intrare, cu GElectronic Simulator,
intercalind si componente parazite. Acestea au fost calculate cu Gelectronic Synthesis.
Schema pentru simulare este mai jos. Am introdus componente echivalente, care au modele Spice, adaptarea in 200 de ohmi,
o sectiune de atenuare de -6dB, un amplificator adaptor cu 2 si un etaj cu iesirea in 50 Ohmi, care atenueaza cu 2.

Modul de lucru pentru simulare.
In Schematics am realizat schema de principiu, am ales componentele care au librarii Spice, apoi am comandat constructia fisierului Spice,
S-au marcat nodurile si s-a transferat circuitul cu schema cu tot in Simulator, ca in poza de mai jos.

Tips and Tricks:
Cind ceva creste, cu siguranta altceva scade si mai mult.
Nu te baza prea mult pe simulare si rezultatele altora, deoarece nu sunt spuse toate secretele.

Rezultatul simularii a confirmat potentialul schemei si componentelor utilizate, ca in foto.
Frecventa maxima depaseste 1Ghz, caracteristica este lineara pina la 800 MHz, iar amplificarea este in jur de -6dB.
Bineinteles ca totul este teoretic, sa vedem realitatea mai tirziu, la masuratori.
O caracteristica de frecventa suitoare spre 800 MHz, ar fi benefica pentru ridicarea performantelor de frecventa generale
si o curba de frecventa finala, coboritoare lin.


Urmeaza.
Doua amplificatoare finale pentru deviatie Y, 250 MHz si 500 MHz, constructie SMD, tensiuni de +/- 6V la 500MHz.
Etajul de amplificare minune de la DC la 1GHz, cu intrare si iesire diferentiala.

 

@gsabac

[Vizitator Tudy]

Buna ziua, detin un tub crt de la un osciloscop didactica diametru aprox 75 mm, nu are gradaj pe ecran dar totusi as vrea sa construesc pentru inceput un ociloscop ca sa-mi lucreze pana la 1mhz si ma gandeam sa utilizez aceasta schema. http://www.electronixandmore.com/projects/simplescope/index.html

inca nu am testat-o, vreau niste pareri despre aceasta schema.

 

Acele amplificatoare x, y va avea distorsiuni mari la frecventa de un mhz?

Baza de timp v-a functiona corect la frecventa aceea ?

[gsabac]

Postarea poate fi de ajutor celor care studiaza, sunt pasionati, construiesc un osciloscop,
îmbunatatesc performantele unui osciloscop existent, pentru schimbarea unui tub CRT cu altul sau pentru reparatia unui osciloscop.

Amplificator final Y, schema, circuit, 2 modele construite, performante, comparatii.
Prezentarea o fac în ordinea constructiei modulelor functionale.
Pentru început am proiectat si construit un amplificator final Y, cu componentele disponibile si asemanatoare cu cele folosite
de Philips intr-un osciloscop de 250 MHz. Din documentatii nu am reusit sa aflu decit tipul tranzistorului final, BLX67,
tensiunea de alimentare 20V si surpriza, tranzistorii finali sunt raciti cu un radiator ceramic din oxid de beriliu izolator (60x40x4mm),

pentru micsorarea capacitatilor parazite.
Schema de principiu a amplificatorului final Y de 250MHz cu BLX67

Schema este originala, cu ceva influente de la marile firme producatoare de osciloscoape.
Schema contine 3 etaje functionale, fiecare cu un rol bine definit. Amplificator adaptor de intrare diferential,
tip cascod, NPN cu PNP, adaptor de mica impedanta de iesire, pentru atacul etajului final si etaj diferential de putere cascod la iesire,
NPN cu NPN, care ataca placile de deflexie verticale.
Circuitul de proba, este realizat cu componente conventionale si componente SMD. Spatele este complet metalizat
si reprezinta circuitul de masa. În functionare am constatat ca axa centrala a circuitului se încalzeste mai mult decît marginile,
dar supra temperatura este acceptabila.
Problemele descoperite în functionare au fost multiple si în special autooscilatii dincolo de domeniul UHF, depistate su o sonda puctiforma

de RF, cu dioda detectoare.
Circuitul a fost modificat, s-au scos si s-au adaugat componente, s-au modificat trasee de circuit, etc.

Primele masuratori au dat rezultate foarte bune. O banda de frecvente liniara peste 250 MHz, desfasurarea semnalului Y pe tot ecranul
si la 250 MHz, unde este o rezerva Y de 60mm.
Urmeaza:
Schema de principiu a amplificatorului final Y de 500MHz cu BFG591
Bibliografie:
- NXP_rf_manual_15th_edition.pdf
- NXP_rf_manual_5th_edition.pdf
- Catalog Tranzistoare si diode IPRS si ICCE.pdf
- Tektronix, documentatie pdf. Oscilloscope vertical amplifiers by Bob Orwiler;
- Philips, Service Manual pentru osciloscoapele PM3262-100MHz, PM3262A-200MHz, PM 3295-400MHz, -PM3370-250MHz, PM3240-50MHz, PM3226-15MHz, PM3232-10MHz, etc;
- Tektronix, Service Manual pentru 7904-600MHz, 7104-1000MHz, 465-100MHz, 454-150MHz,etc;
- IEMI, Scheme si manuale pentru E-102-10MHz, E-104-10MHz, E108-10MHz, E-109-25MHz cu tub 100*80mm rectangular;
- Articole si scheme homemade de pe internet;
- Documentatii si date tehnice despre componente si tuburi CRT;
- Simularea circuitelor electronice cu programe tip Spice si librarii Spice pentru componentele utilizate;
- Application Note No. 077, Thermal Resistance Calculation, Rev. 2.0, Jan. 2007, publicata de Infineon (Siemens).

 

@gsabac

[gsabac]

@Tudy, v-am trimis un mesaj personal, ca sa nu perturbam topicul prezent, cu constructia altui osciloscop.

 

Postarea poate fi de ajutor celor care studiaza, sunt pasionati, construiesc un osciloscop,
imbunatatesc performantele unui osciloscop existent, pentru schimbarea unui tub CRT cu altul sau pentru reparatia unui osciloscop.

 

Schema de principiu a amplificatorului final Y de peste 500MHz cu BFG591

Tips and Tricks:
Mai binele este îmbunatatirea binelui si munca pe masura, de la 250MHz la 500MHz este o Aventura.
Schema de 500MHz, este aproape identica cu schema de 250 MHz. Am modificat circuitul pentru componente SMD de putere,
am introdus doua circuite rezonante serie, care reglate cu vobuloscopul, liniarizeaza caracteristica finala de frecventa.
Am tinut cont de corectiile de schema si circuit de la finalul V de 250 MHz dar si de experienta dobindita.
Tensiunea de alimentare am micsorat-o la 18,8V, deoarece tranzistorii BFG591 au tensiunea maxima colector baza de 20V.

Circuitul a fost optimizat pentru tranzistori SMD si componentele care se incalzesc au fost scoase spre exterior.
Pe axa orizontala densitarea de componente este mai mica si astfel se incalzesc mai putin, iar radiatorii au capacitati parazite mai mici.
Tranzistorii finali nu pot beneficia de racire prin intermediul unor folii de mica sau plastic conductiv,
deoarece capacitatile introduse scad dramatic frecventa maxima de lucru. Am construit radiatori speciali din cupru,
adaptati pentru fiecare putere disipata.
Tranzistorii finali se încalzesc in aer liber cam la 70 de grade. Spatele circuitului, complet metalizat se incalzeste în functionare la circa 50 de grade.
In circuit sunt date 12 gauri cu diametrul de 3 mm, care corespund cu pozitia miezurilor de reglaj a inductantelor liniilor de întirziere,
realizate cu componente discrete.

Modulul amplificator Y este montat deasupra liniilor de intîrziere, asa cum se vede in poza de mai jos.
Intrarea este in dreapta, pentru a facilita conectarea directa cu preamplificatorul Y. Conexiunile spre linia de intîrziere au o lungime de circa 30mm.
Circuitele imprimate s-au realizat prin desenare pe circuit (Teflon), dupa proiect, cu marker Edding sau Dalo, corodate cu clorura ferica
si cositorite manual. Nu prezint circuite imprimate pentru reproducere, deoarece fiecare constructor are componentele lui.
Pentru reusita, trebuie pastrata ordinea de plasare a pieselor, conexiunilor si traseelor de masa.
Nu folositi o autorutare obisnuita, deoarece programele nu au implementate detalii de radiofrecventa si astfel iese ceva nefolositor.
Circuitele sunt aparent urite, dar functioneaza foarte bine, chiar zeci de ani, pentru ca sunt proiectate si realizate corect.

Marketing.
In prezent, componentele active si pasive care se gasesc la majoritatea ofertantilor, au preturi mici, de la 0,05 lei la citiva lei.
Componentele SMD sunt mai ieftine si mai comod de utilizat. Ofertanti sunt din belsug, ADElectrocom, ConexElectronic, Adelaida,
TME, Mivarom, Vitacom, Ecas, Tor-online, Farnell, etc.
Exemple de preturi aproximative pentru tranzistorii de inalta frecventa, 5-7GHz,
BFR92-1leu, BFT92-1leu, BFG591-4lei, 2N5551-1leu, 2N5401-1leu, BF459-1,5lei, 2N3866-8lei, BFW16A-6lei.
Ultimele 2 pozitii sunt esentiale pentru osciloscoape pina în 100MHz si se gasesc mai greu, uneori pe ofertele de vinzare de la radioamator.ro.

 

 

@gsabac

[gsabac]

Postarea poate fi de ajutor celor care studiaza, sunt pasionati, construiesc un osciloscop,
îmbunatatesc performantele unui osciloscop existent, pentru schimbarea unui tub CRT cu altul sau pentru reparatia unui osciloscop.

 

Circuitul minune, diferential in montaj cascod NPN cu PNP, este clasic pentru amplificatorii de la DC la GHz.
Tranzistorii se aleg pereche si sunt cuplati termic. Amplificarea este de ordinul 5-10 la frecvente joase, 50MHz si se limiteaza la 1,5-2 pentru 2GHz,
unde adaptarea se face in 50 Ohmi. Circuitul este pretabil la conectarea directa in serie cu alte circuite similare, deoarece tensiunile
si impedantele de intrare si de iesire sunt compatibile. Compensarea in frecventa este facila iar reglajul la modul comun sau diferential
se face usor si stabil. Se simuleaza usor cu programe gen Spice unde se pot anticipa performantele si realiza optimizarile.
Pentru proiectare, folosind datele tehnice ale etajului, se aleg tranzistorii si tensiunile de alimentare. Din prospecte se aleg curentii
optimi prin tranzistori, pentru frecventa de lucru. La frecvente mai mari si nivele de semnal mai mari, trebuiesc curenti mai mari.
Pentru tranzistorii din schema am ales curenti de 10mA, unde frecventa de taiere este de circa 4,5 GHz si rezulta intr-o prima aproximatie:
R16 se calculeaza pentru amplificarea dorita, A = 5 la A = 7 care se va finisa ulterior.
R16 = A x R3 = 7 x 33 / 2 = 7 x 15 = 105 Ohmi. Aleg valoarea standardizata de 100 Ohmi.
U1 = 0 – Ube(Q1) = - 0,8V
R5 = (12 – 0,8) / 0.01 = 1120 Ohmi = 1,12K Ohmi. Aleg 1,2 KOhmi
U2 = 5 + Ube(Q3) = 5 +0,8 = 5,8V
U3 = R3 x I3 = 100 x 0.01 = 1V
I2 este suma curentilor din cei doi tranzistori = 20 mA
R13 = (12 -5,8) / 0,02 = 310 Ohmi. Aleg 300 Ohmi
U(Q1-Colector) = U2 – (R9 + R11) x 0.01 = 5,8 – (300 + 33) x 0.01 =5,8 – 3,3 = 2,5V
Schema de principiu a unui amplificator cascod, NPN cu PNP, linear pina la 1000MHz..
Analiza spice de curent continuu
In continuare se poate recalcula totul cu valorile standardizate sau simula cu noile valori, in programe de simulare gen Spice.

Se obtin dupa simulare urmatoarele date:
Ui = -4,71mV, U1 = -0,8499V, U2 = 5,931V, U3 = 1,085V, I(Q1e)=9,22mA, I(Q3c)=11,46mA
Curentii prin Q1, Q2, Q3 si Q4 sunt apropiati de calculul aproximativ si valorile standardizate sunt acceptate.
Raspunsul teoretic in frecventa este foarte bun.
Simulatorul calculeaza o amplificare de 4,55, frecventa limita la 3dB de 1300 MHz si amplificarea lineara pina la 700 MHz.

Din analiza curbelor se observa ca impedanta mare a generatorului si capacitiva a intrarii, micsoreaza banda de frecvente.
Pentru marirea benzii de frecvente tot in 50 de Ohmi, se mareste rezistenta R5 la 56 Ohmi si se micsoreaza R14 si R15 la 75 Ohmi.
Am marit astfel reactia negativa prin marirea valorii R5, care a micsorat astfel capacitatea echivalenta la intrare.
Prin micsorarea rezistentelor R14 si R15 am marit suplimentar frecventa de lucru, micsorind constanta de timp la iesire.
Rezultatul este spectaculos, cu ajustarea lui C4, se ajunge liniar la peste 1,5GHz si la 3 dB peste 2 GHz.
Tips and Tricks:
Cind ceva creste, cu siguranta altceva scade si mai mult si mai ales scade stabilitatea sistemului.
Scaderea este in amplificare, care se reduce de la 4,5 la 2. Amplificarea de 1,5 la 3 pe etaj este realizata si de circuitele integrate specializate,
in osciloscoapele de firma.
Considerente functionale:
-Rezistenta R6 micsoreaza puterea disipata pe Q1 si totodata reduce stresul variatiilor de temperatura la curenti variabili lent in timp.
-Rezistenta R9 previne oscilatiile de microunde datorate unei conexiuni prea lungi intre emitorul lui Q3 si colectorul lui Q1, care lucreaza reactiv.
-Bazele tranzistorilor Q3 si Q4 sunt la distanta mica pe circuit si astfel se elimina posibilitatea de autooscilatie la modul comun,
prin curentii in antifaza ai bazelor (tranzistorii sunt perechi).
Faza semnalului in colectorul Q3 scade de la 180 de grade la circa 90 de grade, la 1 GHz, iar pentru Q4, semnal in faza cu intrarea,
la frecvente joase, se obtine o scadere pina la -90 de grade. Prin simetria geometrica a montajului si imperecherea dinamica la frecvente mari a tranzistorilor, diferenta de faza se poate pastra pina la citeva grade pe intreg amplificatorul final vertical. La frecvente extreme, diferenta de faza se manifesta pe ecran prin aparitia unei elipse verticale putin oblica ( se vede cu baleajul X oprit) sau prin inclinarea spre stinga sau spre dreapta a semnalelor de pe ecran.
Etajul final este similar cu cel studiat. Foloseste tranzistori de puteri si tensiuni mai mari, are la intrare un generator de impedanta scazuta
si la iesire, ca sarcina, placile de deflexie ale tubului de osciloscop, prin intermediul unei linii de intirziere adaptoare, pentru ridicarea
frecventelor inalte. Acesta are si rolul de a opri autooscilatiile si micsora radiatia parazita din afara benzii de lucru.
Pentru proiectare se porneste cu valoarea sensibilitatii de deflexie a tubului CRT. Osciloscoapele CRT au o rezerva de nivel intre 1,5 si 2,
deci atentie la tensiunea de alimentare minima.. La aceasta se adauga un supliment datorat faptului ca la tensiuni mici, cresc capacitatile
interne si la tensiuni mari, scade curentul si deci frecventa de taiere. Acestea depind de tranzistor si uneori nu exista alta optiune decit
selectarea tranzistorilor pentru frecventa, tensiune maxima cu rezerva, fara caracteristici negative de iesire,
imperechere dinamica si o amplificare de curent de la 50 la 90.
Este necesara o ajustare a valorii rezistentei de emitor a tranzistorilor prefinali, datorita curentilor prin bazele prefinalilor si finalilor,
pentru o tensiune precisa pe placile de deflexie.

 

@gsabac

[gsabac]

Postarea poate fi de ajutor celor care studiaza, sunt pasionati, construiesc un osciloscop,
imbunatatesc performantele unui osciloscop existent, pentru schimbarea unui tub CRT cu altul sau pentru reparatia unui osciloscop.

 

Primele rezultate reale, din masuratori, care includ doar atenuatorul de intrare si etajul final
Am improvizat un montaj de masura cu neadaptari de impedante sa vad ce a iesit in prima aproximatie.

Rezultatul preliminar este bun si s-a obtinut prin reglarea celor 2 filtre liniarizatoare precum si a liniilor de intirziere.
Acesta va fi mult imbunatatit de introducerea unui preamplificator adaptat la intrare si la iesire.

Observatii pentru configuratia preliminara.
Frecventa este mai mica de 500 MHz.
Caderea este cam abrupta dupa 450 MHz.
Nelinearitatea amplificarii globale acceptabila, de circa +/-3%.
Nivelul de deflexie la 400 Mhz este bun si se obtine o deviatie mai mare de 60mm de ecran

 

Urmeaza.
Baza de timp completa, 0,5 sec/cm la 10nS/cm, cu extensie x5 adica 2nS/cm, circuite liniare si digitale de sub nS.

 

@gsabac

[gsabac]

Postarea poate fi de ajutor celor care studiaza, sunt pasionati, construiesc un osciloscop,
imbunatatesc performantele unui osciloscop existent,
pentru schimbarea unui tub CRT cu altul sau pentru reparatia unui osciloscop.

Baza de timp de la 0,5 sec/cm la 10nS/cm cu expandare la 2nS/cm
Cea mai complexa parte a unui osciloscop este Baza de Timp (MTB) si schema pentru declansarea sa, de catre semnalul de vizualizat.

Baza de Timp completa a osciloscopului prezentat, are 4 module functionale.
1- MTB, baza de timp propriuzisa,
2- Amplificator formator de semnal, pentru declansarea bazei de timp,
3- Detector de semnal la intrare,
4- Amplificator adaptor pentru sincronizare externa

Pina in prezent, am realizat numai baza de timp MTB, pe care o si prezint. Functioneaza ireprosabil pina la 10nS/cm.
Am facut la proiectare doar 2 greseli. Am efectuat citeva reglaje de curenti de comanda si am construit un circuit
suplimentar ce elimina blocarea automatismului bazei de timp, la frecvente mari.
Iesirea bazei de timp este asimetrica si este cuplata la amplificatorul final orizontal, pe care deasemenea l-am finalizat.
O alta iesire este destinata comenzii unui Sweeper. O alta iesire a MTB, notata Blanking, se foloseste pentru comanda
stingerii cursei de intoarcere a baleajului si totodata pentru comutarea automata pe modul de lucru alternativ (ALT).
Baza de timp este realizata ca un modul detasabil si chiar functioneaza asa. Aceasta, ajuta la constructie, modificari si reglaje.
Schema de principiu a MTB.
Am fotografiat schema originala dupa care s-a facut proiectarea circuitului imprimat.
Componentele sunt montate pe suprafata si cele mai multe sunt SMD. Este un amestec de circuite integrate liniare,
digitale ECL, tranzistori conventionali si SMD, piese conventionale si SMD.
Schema este un conglomerat de module functionale unele inspirate din osciloscopul Philips-PM3295-400MHz,
altele bazate pe experienta proprie de la constructia unor osciloscoape de 100 MHz.
Bineinteles ca modulele esentiale au fost reproiectatate pentru frecvente de pina la 1000 MHz.
Secventele de functionare sunt desenate pe schema de principiu.

Sunt vizibile 3 trasee colorate diferit, care reprezinta caile de generare a dintelui de baleaj, a blocarii sale
si a generarii timpilor de Hold.
- Cu verde este marcat traseul declansarii MTB, generatorul dintelui de baleaj, adaptorul de inalta impedanta
si comanda circuitului bistabil, format din 2 circuite OR-NOR, ECL 10.000 tip SP1661.
Cind dintele ajunge la o amplitudine de circa 6V, se comuta bistabilul LATCH, realizat cu circuitul CI1.
- Calea de culoare neagra opreste dintele.
- Pe calea albastra se declanseaza generatorul de timp HOLD, care la rindul sau se autoinchide si redeschide dintele de baleaj.

Sunt 3 posibilitati.de pornire a dintelui de baleaj.
1 - pe AUTO, automat prin saltul de tensiune generat de autostart, exact atunci cind se temina timpul de HOLD,
comutatorul Auto-Normal este pe Auto. Autostartul este deschis de lipsa semnalului de intrare
2 - pe AUTO, in prezenta semnalului de intrare, se comuta de catre acesta, modul Normal.
Cind dispare semnalul de intrare se trece imediat pe AUTO.
3 - pe Normal, se asteapta venirea semnalului de intrare, pe pozitia comutatorului pe Normal, dupa expirarea timpului de hold.
Sunt posibile aceste comenzi, datorita circuitului Triger-Smith, T7,T8, T9, T10, T11, T12, cu intrari diferentiale,
care are 3 stari la intrare. Starea Low, High si de asteptare cu intrarea intre pragurile de Low si High.
Detaliu cu circuitele de comanda a sincronizarii.
Semnalul de intrare este format dreptunghiular cu fronturi de 350pS de un circuit TS, asemanator cu cel folosit in MTB.
Circuitul este creditat de un patent Google ca merge peste 1000MHz. Acesta ataca 2 emitori de tranzistori PNP si NPN,
pentru separarea comenzilor si pentru auto balans. Calea A comanda declansarea bazei de timp, cu primul impuls ce vine
dupa terminarea timpului de HOLD, ca in diagrama.
Calea de sus detecteaza prezenta semnalului de intrare, prin activarea tiristorului tetroda cu componente discrete,
Q1, Q2. Acesta incarca condensatorii C2, C5 rapid, care apoi se descarca lent pe rezistenta de 1Meg.
Cit timp este semnal, led-ul verde este aprins si calea de sincronizare normala deschisa.
Ansamblul montajului bazei de timp si cablajul.

Modulul bazei de timp se poate detasa spre exterior cu cablaj cu tot, aceasta pentru modificari, reparatii, etc

Urmeaza.
Amplificator final orizontal. Cum se face x1 si x10
Probe cu MTB si amplificatorul final pe CRT.

@gsabac

 

[gsabac]

Postarea poate fi de ajutor celor care studiază, sunt pasionaţi, construiesc un osciloscop, îmbunataţesc performanţele

unui osciloscop existent, pentru schimbarea unui tub CRT cu altul sau pentru reparaţia unui osciloscop.

 

Amplificator final orizontal. Cum se face x1 şi x10

Schema de principiu este prezentata în foto de mai jos. Nivelul de ieşire este de +/-25V pe canalul X1 şi în antifază, -/+25V pe canalul X2.

Componenta de curent continuu este de circa 10V, apropiata de componenta continuă a plăcilor de deflexie Y,

pentru realizarea unei geometrii corecte a imaginii. Tranzistorii finali, au radiatoare manufacturate şi lucreaza in clasa B,

cu o polarizare (bias) scazut. La frecvenţe ridicate, excitaţia se mareşte prin Q6 şi C9 şi astfel se menţine o funcţionare

corecta pîna la 10nS/cm.

Pentru extinderea semnalului pe orizontală de 10 ori, se măreşte amplificarea etajului Q3, Q4 de 10 ori.

Ca rezultat al acestei măriri, dintele de baleaj este supra amplificat şi se obţine un semnal ca în diagrama de mai jos.

În mod real se iuţeşte dintele de 10 ori.

Pentru o funcţionare făra saturarea etajului final, la intrarea sa este prevazut un sistem de limitare cu diode, D4, D5, D6, D7.

Această metodă este folosită în toate osciloscoapele CRT. În osciloscoapele digitale se face o extindere virtuala

pe axa X, prin folosirea eşantioanelor memorate.

 

Circuitul finalizat al amplificatorului final orizontal.

Se remarca radiatorul de echilibrare termica a tranzistorilor Q1 şi Q2, radiatorii pentru tranzistorii prefinali şi finali,

sunt manufacturaţi din tabla de cupru şi releul reed pentru x10..

Metoda de realizare este proiectarea circuitului pe calc, transferul prin folosirea unui punctator fin, apoi desenarea cu markeri Edding sau Dalo.

Iese un circuit cu aspect acceptabil, care este realizat în cîteva ore dupa proiectare şi care nu are piste mîncate sau întrerupte.

Markerul Dalo este cel mai bun, special pentru desenarea de circuite, rezistent la acizi şi clorura ferica,

dar este cel mai scump si se gaseşte foarte greu.

În foto aste arătat un trimer homemade de la 0,25pF la 1,5pF, folosit la reglajul dintelui de baleaj.

Probe cu baza de timp (Main Time Base) MTB şi amplificatorul final X pe CRT.

Amplificatorul final orizontal, este montat cu ieşirea foarte aproape de pinii de ieşire X1 şi X2

ai tubului CRT, 2-3 cm şi cu intrarea aproape de ieşirea MTB a dintelui de baleaj, ca în foto de mai jos.

Ansamblul MTB şi amplificatorul final X functioneaz[ bine. Au fost 5 greşeli de proiectare.

Am schimbat tranzistorii iniţiali 2N918 deoarece autooscilau pe UHF. Reglajele sunt OK iar deplasarea X din butonul de pe panoul frontal, simetrică.

Trasa pe ecran este simetrică de la 0,5 sec/cm la 20nS/cm. La 10nS/cm trasa se deplaseaza spre dreapta cam 5-8 mm în funcţie de reglaje.

Marirea X10 funcţioneaza bine pîna la 50ns/cm, apoi nu mai merge. Am masurat şi simulat frecvenţa maximă de lucru şi este în jur de 15 MHz.

Observatie: Prea puţin, trebuie mai mult de 45 MHz.

Fotografia ecranului, cu MTB şi amplificatorul final X în funcţiune la 100nS/cm

Fotografia ecranului, cu MTB şi amplificatorul final X în funcţiune la 10nS/cm

Observaţii pentru viitor:

Trebuie construit un nou etaj final orizontal, care sa extindă imaginea cu 5 sau 10 la 10nS/cm, adica 1-2nS/cm.

Este necesar un buton de reglaj fin a deplasării pe orizontala.

 

Sunt mai multe posibilitaţi pentru mărirea benzii de frecvenţe. Am simulat două dintre ele şi cred că este posibilă

realizarea benzii de 45 MHz, dacă tranzistorii 2N5551 şi 2N5401 nu sunt contrafacuţi.

Metoda creşterii reacţiei negative şi atacul cu generator de curent.

Metoda supra accelerarii semnalului de comanda la frecvenţe înalte

 

Urmează.

Ansamblul şi modulele construite pînă la 10 noiembrie 2015.

 

Succes la finalizat orice lucrare !

 

@gsabac

Editat Martie 5, 2017 de gsabac

[gsabac]

Ansamblul şi modulele construite pînă în noiembrie 2015

Faţa aparatului. Panoul frontal, masca, butoanele, comutatorii şi claviatura.

Amplificatorul vertical. Atenuatorii calibraţi CH1 şi CH2, amplificatorii intermediari, chopper-ul, amplificator final vertical.

Comenzile tubului CRT, redresorii stabilizaţi,baza de timp, atenuatorii calibraţi.

Final orizontal, convertori, baza de timp, atenuatorii calibraţi, circuit de stingere.

Convertor de tensiuni joase, convertorul de +15 KV, final orizontal.

Baza de timp, stabilizatori, convertor de +15KV

Modulele construite.

- Comenzile tubului CRT

- Convertor de tensiuni joase şi -1600V

- Convertor de +15 KV

- Stabilizatori de +12V, +5V, -5V, -12V

- Stabilizatori de +110V, +56V, +18,8V, +18V, +15V, +5,2V

- Atenuator calibrat CH1

- Final vertical

- Baza de timp completă

- Amplificator final orizontal

Module care mai trebuiesc construite.

- Atenuator calibrat CH2

- Amplificatorii intermediari Y şi chopper-ul

- Circuit formator pentru comanda sincronizarii

- Circuit de intrare pentru sincronizare externa

- Circuit detector de semnal

- Circuit de stingere

- Circuit de comenzi logice, CH1, CH2, ALT, Chopper, Sweeeper

- Un nou circuit amplificator final X

Deasemenea trebuie manufacturat un înveliş din tablă de aluminiu cu zone perforate pentru ventilaţie

forţată, mîner de supraînalţare, puferi, înalţatoare pentru lucrul vertical, ventilator comanda de temperatura interna, etc.

Am postat construcţia unui osciloscop de 500 MHz, pentru a fi de ajutor tuturor acelora care prin

pasiune, doresc sa construiasca acasa, ceea ce îşi doresc.

Urmează:

Module noi construite şi funcţionale, probe şi carcasa din aluminiu.

@gsabac

[gsabac]

Postarea poate fi de ajutor celor care studiază, sunt pasionaţi, construiesc un osciloscop,
îmbunătăţesc performanţele unui osciloscop existent, pentru schimbarea unui tub CRT cu altul,
pentru reparaţia unui osciloscop şi nu numai.

Preamplificator vertical, pentru osciloscopul de 500 MHz cu tubul D13-450GH
Acesta este plasat imediat după atenuatorul calibrat de intrare şi are adaptorul terminal de 200 Ohmi.
Schema de principiu cuprinde module amplificatoare, comutatori analogici, filtre şi circuite de alimentare.

Schema cuprinde doua module identice, pentru canalele CH1 şi CH2, terminate singular sau alternat pe un modul de iesire.
Comutarea se face cu diode duble de comutaţie cu capacitatea de lucru sub 1pF.

Circuitul imprimat este de tipul FR4 de 1,5mm şi prezentat mai jos cu cîteva componente pe el.

Circuitul finalizat , gata de depananare, masură şi reglaje. Circuitul a fost curăţat de decapant cu alcool tehnic.

 

Mai jos este arătat în detaliu montajul de masură şi sculele utilizate, atenuatori, detector şi cabluri coaxiale

 

Bancul de lucru şi ansamblul de masură, în totalitate construit homemade.

 

Aici preamplificatorul vertical este pus în funcţiune. Frecvenţa limită de sus este de circa 700MHz.
Pe osciloscop am aratat unde sunt markerii de frecvenţă. Am măsurat cu o sondă de microunde că nu sunt autooscilaţii.

 

Pentru început sunt foarte mulţumit de amplificare, circa 26 dB (20 ori) de la modul comun de intrare la modul diferential de iesire.

Urmează:
Amplificator de sincronizare şi formator de impulsuri scurte 0,5nS, pentru declanşarea bazei de timp.

@gsabac

Editat Martie 8, 2017 de gsabac

[gsabac]

Inainte de formatorul de impulsuri scurte pentru activarea bazei de timp (MTB), a aparut o problema la amplificatoarele verticale.

Am pus un comutator pentru comanda de comutare a canalelor.
La reglajul amplificarii spre valori mari, din trimerul R85, au aparut autooscilatii pe GHz,
Ele apar pe ambele canale, atunci cind sunt inactive. Conexiunea dintre Q9 si Q21 este
foarte lunga, lucreaza reactiv ca o linie de transmisiune microstrip,(spatele este complet metalizat) si determina autooscilatiile.
Pentru rezolvare, am segmentat circuitul, adauging circuitul L5, R77 si L6, R78, asa cum este aratat pe schema din foto.


Perfectiunea este mai greul si mai binele normalului !

@gsabac

[gsabac]

Amplificarorul si formatorul de sincronizare are urmatoarea schema:

Intrarea este comandata de un preamplificator de sincronizare care primeste semnal de la CH1, CH2 sau

exterior, prin intermediul unui comutator cu trei pozitii pe care il voi posta ulterior.

Dupa amplificarea diferentiala x2 urmeaza un comutator de polaritate activ, comandat in curent continuu.

Am adoptat aceasta solutie, deoarece acest semnal este greu de trecut printr-un comutator comandat mecanic.

Urmeaza o amplificare de x2,5 un limitator de semnal cu diode schotky de sub nS si trigerul-schmitt (TS) simetric

de mare viteza (creditat cu 1,2GHz). Iesirea TS este adaptata pentru comanda unui sistem simetric formator

de impulsuri pozitive si negative, cu durata de sub nS.

Combinatia amplificator, TS, formator poate decela un monopuls provenit de la intrarea osciloscopului cu o durata de 1,4nS.

Click pentru marire.

Realizarea practica se vede in poza, este realizat pe circuit FR4 de 1,5mm si desenat cu creion Edding de 0,5mm.

Proiectarea circuitului este facuta dupa criterii de radiofrecventa si microunde.

Pe circuit sunt montate componente THT si SMD pe o singura fata iar spatele este complet metalizat

si conectat in multe puncte la masa schemei. Placa contine si preamplificatorul de sincronizare.

 

@gsabac

Editat Martie 10, 2017 de gsabac

[gsabac]

Preamplificatorul de sincronizare

 

Schema de principiu este urmatoarea:

Click pentru marire.

 

Semnalul de sincronizare vine din trei surse, canalul CH1, canalul CH2 sau extern, fata de masa, prin cablu coaxial

de 50 ohmi adaptat. Sunt trei preselectari pentru acest semnal, de joasa frecventa (cu filtrul LF), de curent

continuu (DC) sau de curent alternativ (AC). Din semnal fata de masa, se transforma in semnal diferential cu grupul

de tranzistori Q3, Q4, Q5 si Q6 si in continuare comanda amplificatorul formator de sincronizare. Amplificarea este

in jur de trei si tot ansamblul este gindit pentru o sincronizare a unui semnal cu amplitudinea de 5mm pe ecran.

Realizarea practica completa a bazei de timp :

Click pentru marire.

 

La proiectare am tinut cont de legaturi directe, scurte intre cele 2 module si partile metalizate de pe spate sunt conectate

intre ele, acolo unde este nevoie.

Modulul bazei de timp este detasabil de aparat si se poate testa independent.

 

@gsabac

[gsabac]

Construtie, cablare, verificare si depanare module:
- amplificator formator de sincronizare şi detector de semnal;
- modulul care conţine preamplificatoarele verticale CH1 şi CH2;
- conectarea semnalului de inalta frecventa prin comutatoare si cabluri de 50 Ohmi miniatura.

Fotografia amplificatorului vertical montat şi cablat în osciloscop.

Fotografia MTB, completată cu amplificatorul formator de sincronizare şi detectorul de semnal.

După probele preliminare, am realizat şi vizualizari în premieră cu semnale sincronizate. A ieşit destul de bine pentru început.
Fotografia cu semnal de 410MHz, 30mVvv, 20nS/cm, necalibrat.

Fotografia cu semnal de 410MHz, 30mVvv, 10nS/cm, necalibrat.

În poză se remarcă cursa inversă, care apare deoarece nu am realizat încă, modulul de stingere a cursei inverse.
Semnalul arată bine, se extinde şi vertical pe tot ecranul pînă la 500MHz.
Sunt multe probleme de rezolvat la linearitatea globală si la sincronizare, ca şi la partea mecanica.

Pentru semnal am folosit un sweeper calibrat care merge pina la 1024MHz.

 

Urmează cum spune neamţul, "waiter"

@gsabac

Editat Martie 15, 2017 de gsabac