Rob's web

Elektorscoop 2

De beeldbuis met de bijbehorende schakeling vormt het hart van de oscilloskoop. Het is dan ook niet meer dan logisch dat het beeldbuis-gedeelte direkt na de voeding wordt besproken.

In de elektorskoop is een moderne en betaalbare beeldbuis toegepast die in een uitvoering met een schermdiameter van 7 of 13 cm verkrijgbaar is. Ook het oudere tipe DG 7-32 kan desgewenst worden gebruikt.

Het beeldbuisgedeelte bepaalt voor een groot deel de eigenschappen van de oscilloskoop. Speciaal de helderheid en de lijnscherpte bij hogere frekwenties zijn afhankelijk van de kwaliteit van de beeldbuis. Het hele ontwerp van de oscilloskoop moet zijn aangepast aan de eigenschappen van de gebruikte buis: de voeding moet de juiste spanning leveren en de eindversterkers moeten de benodigde afbuigamplitudes zonder vervorming kunnen afgeven.

Nabouwers van de Elektorskoop worden er nadrukkelijk op gewezen dat in het beeldbuisgedeelte spanningen voorkomen van duizend volt en hoger. Het aanraken van spanningvoerende leidingen kan derhalve levensgevaarlijk zijn! Ook na het uitschakelen van de voeding blijft gedurende enkele minuten nog voldoende lading in de kondensatoren om levensgevaarlijke situaties te laten ontstaan. Ten overvloede zij nog opgemerkt dat een oscilloskoop geen kinderspeelgoed is!

Keuze van de beeldbuis

Aanvankelijk werd als beeldbuis de bekende DG 7-32 gekozen. Deze buis wordt al jaren door verschillende fabrikanten gemaakt, zodat de verkrijgbaarheid gegarandeerd geen problemen zal opleveren. Bovendien is dit een van de goedkopere buizen (voor een dikke honderd gulden is dit type te koop) en zijn de afmetingen gering, zodat het mogelijk is met deze buis een kompakte skoop te bouwen.

Helaas bezit de DG 7-32 niet alleen voordelen. De lichtopbrengst van de buis is tamelijk gering en om een goede lijnscherpte te krijgen is een spanning van 800 volt nodig. Hoewel het opwekken van deze spanning geen bezwaar betekent, is de gevoeligheid erg klein bij 800 volt (ongeveer 75 volt/cm voor de horizontale afbuiging).

In het buizentijdperk waren zulke grote afbuigspanningen geen probleem. maar met transistoren zijn zulke spanningen moeilijk te sturen. In de Elektorskoop is daarom voor een kompromis gekozen: de spanning voor de DG 7-32 is maar 500 volt, terwijl de spanning op de transistoreindtrappen 150 volt bedraagt. Bij deze spanning is in de eindversterkers de BF 458 goed te gebruiken zonder dat de dissipatie te groot wordt. De scherpte en de helderheid van het beeld zijn bij 500 volt nog goed te noemen.

Een waarschuwing is hier nog op zijn plaats: zeker zolang de horizontale afbuiging nog niet is aangesloten, mag de helderheid niet te groot worden, omdat een te grote intensiteit meteen een zwart vlekje veroorzaakt dat niet meer uit te wissen is!

Een modernere en geschiktere buis is de D 7-210 van Telefunken. Deze buis is aanzienlijk gevoeliger ondanks het feit dat de totale anodespanning 1000 volt bedraagt. De prijs die voor de hogere gevoeligheid wordt betaald is de grotere lengte (22 cm tegen 17 cm bij de DG 7-32) en de wat hogere aanschafprijs. De helderheid en de lijnscherpte van dit tipe zijn echter beslist beter!

Genoemde buis is ook verkrijgbaar in een 13 cm uitvoering: (typenummer D 13-620): het elektronenkanon is bij beide buizen hetzelfde. De belangrijkste gegevens van de 3 beeldbuizen zijn in tabel 1 bijeen gebracht.

Tabel 1. De voornaamste gegevens van de gebruikte beeldbuizen. Door vergelijking van gegevens is het mogelijk de geschiktheid van andere buizen te bepalen.
Type beeldbuisTotale spanningFocusseer-spanningWehnelt-spanningLengte buisBruikbaar schermgedeelteGloeidraadHorizontale afbuiggevoeligheidVertikale afbuiggevoeligheid
D7-2101000V100-180 V15- 35V22 cm5 x 6 cm6,3 V 300 mA28 V/cm11,5 V/cm
D13-6202000 V220-370 V25- 65 V30,5 cm8 x 10 cm6,3 V 300 mA28 V/cm14,5 V/cm
DG7-32500 V0-120 V50-100 V17 cm6,5 cm ø6,3 V 300 mA37 V/cm21 V/cm

Door de grote afbuiggevoeligheid van de 13 cm buis is het mogelijk de schakeling van de X- en Y-versterkers ongewijzigd te laten met een voedingsspanning van 150 volt. De enige beperking hierbij is, dat de anodespanning wat verlaagd moet worden indien niet de volle schermdiameter beschreven kan worden. Degenen, die dit bezwaarlijk vinden, kunnen de aansluitingen van de horizontale en vertikale platen verwisselen; het komt immers zelden voor dat het beeld vertikaal over de volle schermgrootte wordt gebruikt.

Behalve de genoemde buizen zal het in veel gevallen mogelijk zijn soortgelijke tipen te gebruiken. De berekening van de afbuigspanningen is eenvoudig, zoals onderstaand voorbeeld voor de D 13-620 aantoont.

Uitgangspunt voor de berekening is de maksimale spanning (top-top) die de X-eindversterker kan afgeven. Bij een voedingsspanning van 150 volt is dit ongeveer 120 volt per plaat, dus 240volt totaal.

Wanneer de 13 cm beeldbuis van een rechthoekig kader wordt voorzien, is de horizontale lengte waarover het beeld wordt geschreven bij benadering 11 cm. De beschikbare afbuigspanning is 240 volt gedeeld door 11 cm. Afgerond komt dit neer op 22 V/cm. Volgens tabel 1 heeft de D 13-620 bij 2000 volt een horizontale gevoeligheid van 28 V/ cm. Met behulp van een vuistregel kan dan de anodespanning worden bepaald waarbij de gevoeligheid 22 V/cm is: 22/28 × 2000 V = 1571 volt.

Weliswaar gaat de beeldkwaliteit iets achteruit door het verlagen van de hoogspanning, maar in de meeste gevallen zal dit akseptabel zijn.

Bij een hoogspanning van 2000 volt moeten C1 ... C3 eveneens bestand zijn tegen deze spanning. Het is daarom verstandig om bij de aankoop van de buis zich er van te vergewissen dat men inderdaad kondensatoren met een werkspanning van 2kV kan krijgen.

De hoogspanning kan op eenvoudige wijze worden verlaagd door R6 groter te kiezen. Zie voor enkele waarden tabel 2. De berekening geschiedt volgens de wet van Ohm.

De beeldbuis moet worden voorzien van een mu-metalen afscherming om te voorkomen dat magnetische strooivelden (bije. afkomstig van de nettransformator) de elektronenbundel in de buis afbuigen. Het is aan te raden de afscherming tegelijk met de buis aan te schaffen, omdat zonder afscherming het beeld ongenietbaar is.

De print voor de X- en Y-versterkers, die in een volgend nummer gepubliceerd zal worden, is zo ontworpen dat ze om de hals van de beeldbuis past. De verbindingen naar de buisvoet kunnen op deze wijze zeer k rt zijn. Jammer genoeg zijn bij de twe verschillende tipen beeldbuizen de aptsluitingen voor de vertikale en horizontale afbuigplaten omgewisseld. Wanneer de DG 7-32 wordt gebruikt, moeten deze verbindingen gekruist worden gelegd. In figuur 1 zijn de aansluitingen getekend. De voet van de D 7-210 en D 13-620 zijn uiteraard hetzelfde omdat zij hetzelfde elektronenkanon bezitten.

Fig 1
Figuur 1. Onderaanzicht (dus op de pennen gezien) van de voet van de beeldbuizen. Bij de twee buizen is de volgorde van de aansluitingen van de X- en Y-platen verwisseld. Bij de montage moet hierop worden gelet!

De gebruikte beeldbuizen hebben achter het tipenummer nog de toevoeging GH. Deze aanduiding heeft betrekking op de kleur en de nalichttijd van het scherm; GH buizen hebben een korte nalichttijd en een groen scherm.

Het beeldbuisgedeelte

De schakeling van het beeldbuisgedeelte wordt gevoed met een gestabiliseerde spanning van +150 volt en een negatieve hoogspanning van 1000 of 2000 volt. De hoogspanning wordt door enkelfazige gelijkrichting van 700 volt wisselspanning opgewekt. De gelijkspanning die zo wordt verkregen bedraagt bij benadering (1,4 X 700 volt) 1000 volt. Bij gebruik van de D 13-620 wordt ook de tweede helft van de gelijkrichtschakeling gebouwd, waardoor de spanning verdubbelt tot 2000 volt.

Wordt de DG 7-32 gebruikt, dan is de spanning van 1000 volt nog te hoog; er wordt dan eenvoudig 500 volt weggewerkt met R6. Op deze wijze kan de hoogspanning ook van 2000 naar 1600 volt worden teruggebracht wanneer men de D 13-620 toepast.

De minimum waarde voor R6 is 470 k, bij een lagere waarde wordt de rimpel op de hoogspanning zo groot dat helderheidsmodulatie optreedt. In dit geval is de lijn die op het beeldscherm wordt geschreven niet steeds even helder, hetgeen zeer hinderlijk is. De keten R6, C3 en C vormt een afvlakfilter dat de rimpel reduceert van 35 naar 2 volt topspanning. Kondensator C is de afvlakkondensator in de voeding.

De diverse spanningen voor de beeldbuis worden met behulp van een weerstandsdeler gemaakt. Omdat de maksimale spanning over een weerstand bij voorkeur niet hoger moet zijn dan 250 volt, zijn R3 t/m R5 in serie geschakeld. De hoge spanning tussen de aansluitingen van de potentiometers en de massa (chassis) verdient ook enige aandacht. Hoewel de meeste potentiometers niet gespecificeerd zijn voor deze hoge spanningen, zullen er over het algemeen geen problemen optreden. Het is echter aan te raden hierop te letten bij het in gebruik nemen van de schakeling. Een eventuele doorslag is meestal snel gelokaliseerd en kan vaak al verholpen worden door een aansluiting iets te verbuigen.

Over beeldbuizen is in voorafgaande nummers van Elektuur (zie o.a. nov. 73) al geschreven. De hulpspanningen zijn nodig om een scherpe lichtvlek op het beeldscherm te krijgen. De spanning op de loper van de astigmatisme-korrektie moet gelijk zijn aan de gemiddelde spanning op de afbuigplaten; dit is ongeveer 90 volt.

In figuur 2 zijn enkele spanningen aangegeven die gemeten zijn in kombinatie met de D 7-210. Het meten van deze spanningen moet hoogohmig gebeuren, een meetinstrument van 20 k/volt veroorzaakt al een vrij grote meetfout! Dit is duidelijk te zien wanneer zo'n meter wordt aangesloten op de loper van P2; de focussering wordt dan direkt slechter.

Fig 2
Figuur 2. Het schema van het beeldbuisgedeelte. De aangegeven komponentenwaarden zijn voor de D 7-210. Bij gebruik van een andere beeldbuis kunnen in tabel 2 de gewijzigde waarden worden opgezocht.

Tabel 2. In de tabel zijn de komponentenwaarden opgegeven voor gebruik met de 3 verschillende beeldbuizen. Het bijbehorende schema is figuur 2.
Type buisopgewekte hoogspanningspanning achter R6waarde van R6waarde R3waarde R7waarde P3waarde P4werkspanning C1 t/m C3
D7-2101000V910 V470 k1M51M5220 k220 k1000 V
D13-6201000 V910 V470 k1M51M5220 k220 k1000 V
D13-6202000 V1600 V1M51M51M5220 k220 k2000 V
DG7-321000 V450 V3M30470 k470 k470 k1000 V

Toch kan de spanning op dit punt wel gemeten worden. Het volstaat namelijk P2 te verdraaien totdat de lichtvlek op het scherm weer scherp is en vervolgens de meter af te lezen. Bij het proefmodel was de spanning -756 volt.

De spanningen in het beeldbuisgedeelte mogen vrij sterk afwijken, zolang de onderlinge verhoudingen maar hetzelfde blijven. Het is daarom dan ook niet bezwaarlijk om b.v. een transformator te gebruiken met een hoogspanningswikkeling die honderd volt meer of minder spanning afgeeft. De trafo die in de Elektorskoop wordt gebruikt zal te zijner tijd door enkele firma's speciaal worden gemaakt.

De instelling van de helderheid gebeurt met P4; P3 is toegevoegd om de maksimale intensiteit te beperken. Naarmate de spanningsval over P3 en P4 toeneemt, wordt de spanning op de wehneltcylinder negatiever ten opzichte van de katode en wordt de straalstroom steeds meer afgeknepen.

Via kondensator C2 kan de helderheid van de buis beinvloed worden. Omdat de helderheid wel kleiner maar niet groter mag worden (donkersturing van de buis) is diode D1 toegevoegd. Hierdoor kan de spanning op de wehneltcylinder wel lager. maar niet hoger worden dan de spanning op de loper van P4.

R7 vergroot de RC-tijd van de donker-sturing. Bij de D 7-210 en D 13-620 mag deze weerstand 1M5 zijn, bij de DG 7-32 mag deze weerstand volgens de fabrieksspecifikaties niet groter zijn dan 470 k. De drie kondensatoren C1, C2 en C3 zo zorgen voor voldoende onderdrukking van de rimpelspanning die op de hoogspanning aanwezig is (ook C2 ligt via de schakeling voor de donkersturing aan aarde).

Omdat de RC-tijden van de focussering en de andere roosters verschillend zijn, treedt er bij het uitschakelen van de voedingsspanning een defocussering op waardoor wordt voorkomen dat het scherm inbrandt.

De verbinding tussen de katode en de gloeidraad is een kleinigheid die beslist niet vergeten mag worden. De door-slagspanning tussen de katode en de gloeidraad is namelijk veel lager dan de negatieve hoogspanning.

Door deze verbinding komt wel de hele gloeidraadwikkeling op het hoogspanningsnivo te liggen. De gloeidraadwikkeling op de trafo moet daarom een door-slagspanning hebben die hoger is dan de hoogspanning!

Pic

Het in gebruik nemen van de beeldbuisschakeling

De beeldbuis moet met de nodige zorg worden behandeld. In de afschermbus moeten gewoonlijk enkele strookjes kurk of schuimrubber worden geplakt, zodatde buis soepel in de afscherming kanglijden zonder dat hiervoor grote krat t nodig is. Ook de mu-metalen afsc erming moet met de nodige zorg w den behandeld; indeuken, boren, zagen of knippen kan de goede werking van het scherm verminderen. De afscherming heeft meestal twee bevestigingsgaten waarmee de zaak kan worden vastgezet.

Om te voorkomen dat de beeldbuis naar voren glijdt, wordt er tussen de voorkant van de buis en de kast van de oscilloskoop een strook schuimplastik geplakt. Ook hierbij geldt dat er vooral geen grote mechanische krachten op de buis mogen worden uitgeoefend.

De voet van de beeldbuis kan het best via soepele draden met de print worden verbonden. In geen geval mag de buisvoet vast worden opgesteld en de beeldbuis er vrijdragend in worden gestoken! Wanneer de schakeling voor de eerste maal wordt geprobeerd moet er op worden gelet dat de wehnelt zo negatief mogelijk is (P3 op maksimale weerstand en de loper van P4 naar beneden gedraaid - zie figuur 2). Wacht rustig gedurende een minuut totdat de gloeidraad opgewarmd is en verdraai pas hierna P4, totdat er een lichtvlek op het beeldscherm verschijnt. Gewoonlijk zal de lichtvlek nog geen mooie scherpe stip zijn; met P1 en P2 kan dit in orde worden gebracht. Naarmate de vlek op het scherm kleiner wordt, de helderheid terugdraaien om inbranden te voorkomen!

Een stip op het scherm is meestal al zichtbaar bij een wehneltspanning van -30 volt. Wanneer er een lijn wordt geschreven mag de helderheid van de stip groter zijn, de wehneltspanning bedraagt dan ongeveer -15 volt (dit zijn slechts richtwaarden).

Wanneer bij deze eerste ingebruikname de X- en Y-eindversterkers nog niet zijn aangesloten, moeten de 4 afbuigplaten worden doorverbonden met de loper van Pl. Potmeter P1 zal in dit geval niet veel invloed hebben omdat de potentialen nu altijd gelijk zijn.

Met P3 kan de maksimale intensiteit van het beeld worden begrensd, zodat P4 zonder gevaar helemaal opengedraaid kan worden. Voor de afregeling wordt eerst P3 op maksimale weerstand gezet en wordt vervolgens de loper van P4 helemaal naar boven gedraaid; als P3 nu wordt verdraaid, wordt de helderheid van het beeld groter.

Als de helderheid wordt gevarieerd, moet ook de focussering worden bijgeregeld. In figuur 3 is het verband bij de D 13-620 weergegeven tussen de focusseerspanning, de katodestroom en de straalstroom die het beeldscherm bereikt. De katodestroom is groter omdat een deel van de elektronen onderweg via de focusseerroosters afvloeit.

Fig 3
Figuur 3. In deze grafiek is het verband uitgezet tussen de straalstroom en de focusseer-spanning bij de D 13-620. Duidelijk komt tot uiting dat de katodestroom groter is dan de straalstroom.

Meting van de katodestroom geeft daarom slechts een vage indikatie over de grootte van de straalstroom. Wil men de straalstroom meten, dan kan het best gebeuren door op een paar afbuigplaten zo'n grote afbuigspanning te zetten dat de straalstroom een van de twee afbuig-platen raakt en via de plaat afvloeit. Een SLA-meter in de leiding naar de afbuig-plaat wijst dan de grootte van de straalstroom aan.

De behuizing

Bij de aanschaf van de kast voor de Elektorskoop moet uiteraard rekening worden gehouden met de afmetingen van de beeldbuis (zie tabel 1). De beide 7 cm buizen kunnen in dezelfde kast; voor de 13 cm buis is een aanzienlijk grotere behuizing vereist. Ook de frontplaat die te zijner tijd in de printservice zal worden opgenomen moet daarom in twee verschillende grootten worden ontworpen. De afbeelding van het uiterlijk van de Elektorskoop die in het februarinummer is gepubliceerd, betreft de uitvoering met 7 cm buis.