Elektorscoop 8
De vertikale versterker, die als moduul is uitgevoerd, heeft een frekwentiebereik dat loopt van DC tot 2 MHz bij een gevoeligheid van 10 mV per schaaldeel.
Met twee van deze modulen is het mogelijk gelijktijdig twee verschillende signalen zichtbaar te maken.
Aan de ingangstrap van de Elektorskoop is tot nu toe geen aandacht besteed. In deze schakeling zijn twee afzonderlijke delen te onderscheiden, te weten de ingangsverzwakker en de ingangsversterker. Om met de ingangsverzwakker te beginnen: het zal duidelijk zijn, dat de versterker niet in staat is om signalen van enkele volts te verwerken, zodat het noodzakelijk is om de ingangsspanning eerst te verzwakken tot een nivo, dat geschikt is voor de ingangsversterker.
Foto 1. De bedrading van de funktieschakelaars. Tevens is duidelijk te zien, hoe de potentiometers op de hoogspanningsprint zijn gesoldeerd. Bij de 13-cm uitvoering komt deze print boven de modulen van de vertikale en de horizontale versterkers. De print kan dan wat groter zijn, waardoor het mogelijk is twee kondensatoren in serie te schakelen om zo 2000 volt-tipen samen te stellen.
De ingangsversterker heeft een hoogohmige ingang (1 MΩ) en kan frekwenties tot 2 MHz verwerken. Dit laatste houdt uiteraard niet in, dat hogere frekwenties ineens niet meer zichtbaar zouden zijn, de gevoeligheid neemt echter af boven 2 MHz (zie figuur 1). De ingangsversterker is voorzien van emittervolgers gevolgd door de elektronische schakelaars, welke zorgen voor de automatische omschakeling tussen de kanalen Y1 en Y2.
Figuur 1. De frekwentiekarakteristiek van de Elektorskoop. Horizontaal is de frekwentie uitgezet in MHz, vertikaal de amplitude. Deze figuur is gemaakt met behulp van een sweep-generator, waarbij de zaagtandspanning waarmee de generator werd gestuurd, via kanaal Y1 op de horizontale as van de skoop werd aangesloten.
Zoals uit de foto's blijkt, past de gehele schakeling op een print ter grootte van een Euro-kaart. Om een maksimale afscherming te verkrijgen, vooral in verband met de ingangsverzwakker die zonder verdere afscherming direkt op de print is ondergebracht, is de hele print aan een zijde verkoperd.
Bij het monteren van de komponenten moet hiermee rekening worden gehouden; alle komponenten moeten iets boven het oppervlak worden gemonteerd, om er zeker van te zijn, dat er niet een ongewenste verbinding met de afscherming ontstaat.
De print wordt met het frontplaatje samengebouwd tot een aantrekkelijk geheel (zie ook foto 2), dat in het frame van de Elektorskoop kan worden geschoven. Het is overigens niet noodzakelijk direkt de beide ingangsversterkers te bouwen, de oscilloskoop werkt ook met maar een moduul even goed. Wel heeft men dan natuurlijk maar een kanaal tot zijn beschikking.
Foto 2. Het moduul van de vertikale versterker. De knoppen zijn in werkelijkheid lichtgrijs met een rood kapje. Natuurlijk staat het iedereen vrij, knoppen naar eigen smaak te kiezen.
De verzwakker
Zoals hierboven al is aangestipt, dient de ingangsverzwakker om te grote signalen aan de ingang van de skoop te verzwakken. Nu is-het begrip 'groot' ook zeer betrekkelijk, in de praktijk komt het er namelijk op neer, dat alle signalen dusdanig worden verzwakt, dat de versterker steeds in zijn gevoeligste bereik van 10 mV per schaaldeel werkt.
De verzwakker bestaat uit een eenvoudige weerstandsdeler (R1 tot en met R17 in figuur 2) waarmee de lage frekwenties en gelijkspanningen in 8 stappen kunnen worden gedeeld. Omdat de ingangsversterker ook altijd enige ingangskapaciteit heeft, loopt de verzwakking van zo'n weerstandsdeler altijd op bij hogere frekwenties. Dit is uiteraard niet de bedoeling en daarom is er parallel aan de weerstandsdeler een kapacitieve deler geplaatst die het- zelfde werk doet voor de hoge frekwenties. Op deze wijze wordt bereikt, dat de verzwakking nagenoeg frekwentie onafhankelijk is.
Figuur 2. De verzwakker van de Elektorskoop. De verzwakking is instelbaar in 8 stappen met een 1-3-10 volgorde. De afregeling van de verzwakker zal in een volgende aflevering worden behandeld.
| R1,R3,R5,R7 | 1 M |
| R2 | 330 Ω |
| R4 | 1 k |
| R6 | 3k3 |
| R8 | 10 k |
| R9,R16 | 680 k |
| R10 | 150 k |
| R11 | 33 k |
| R12 | 820 k |
| R13 | 82 k |
| R14 | 100 k |
| R15 | 12 k |
| R17 | 470 k |
| C1,C3,C5,C7,C9 | trimmer 10...40 p |
| C2 | 100 n |
| C4 | 33 n |
| C6 | 10 n |
| C8 | 3n3 |
| C10 | 1 n |
| Cl1,C13 | trimmer 10...60 p |
| C12 | 330 p |
| C14 | 33 p |
| printschakelaar | Seuffer 12 standen, 2 moederkontakten |
Helaas zijn er ook enkele storende invloeden, zoals de zelfinduktie van de printbanen en de weerstanden, die in kombinatie met parasitaire kapaciteiten in het mega-herz-gebied de zaak kunnen verstoren. De invloed die hiervan wordt ondervonden, is bij de Elektorskoop echter zeker niet groter dan de onnauwkeurigheden die door de rest van de schakeling worden geïntroduceerd. Degene die de waarden van de weerstanden uit de verzwakker na rekent, komt al snel tot de konklusie dat de toegepaste waarden van de teoretisch juiste waarden verschillen.
Dit heeft twee oorzaken: Op de eerste plaats is het wenselijk gebruik te maken van waarden uit de E 12 reeks (1,0; 1,2; 1,5; 1,8; 2,2; 2,7; 3,3; 3,9; 4,7; 5,6; 6,8; 8,2). Op de tweede plaats heeft het weinig zin de verzwakker veel nauwkeuriger te berekenen dan de tolerantie die voorkomt in de gebruikte weerstanden. De fout, die gemaakt wordt door in de deler weerstandswaarden toe te passen die afwijken van de teoretisch juiste waarden, is niet groter dan 4%, zowel voor wat betreft de verzwakking als de ingangsimpedantie van de schakeling. Dit laatste is van belang indien er een tweede verzwakker voor de Elektorskoop wordt geschakeld, bijv. een 10:1 meetkop.
Met nadruk willen wij de perfektionisten onder de lezers erop wijzen, dat het echt geen nut heeft de verzwakker met dure 1% weerstanden uit te rusten. Zoals ook al bij de zaagtandgenerator is uiteengezet, ligt de nauwkeurigheid van de hele schakeling in de orde van 5%.
De deelfaktor van de kapacitieve deler kan worden afgeregeld (= gelijkgemaakt aan die van de weerstandsdeler) met behulp van de trimmers. Op deze afregeling zal in een volgende aflevering nader worden ingegaan.
De verzwakker is geheel op de print ondergebracht, ter wille van de eenvoud van de opbouw. De handigheid, om een aantal weerstanden, kondensatoren en trimmers in een koperen bakje te solderen, is per slot van rekening niet iedereen gegeven. Het onderbrengen van de verzwakker op de print is dan ook een redelijk kompromis tussen kwaliteit en nabouwzekerheid.
Voor de verzwakker kan met behulp van S7 worden gekozen tussen AC, DC en GND. In de stand AC (wisselspanning) wordt de gelijkspanningskomponent geblokkeerd, zodat het mogelijk is kleine wisselspanningen te meten, ook als die op een gelijkspanning zijn gesuperponeerd.
In de stand DC (gelijkspanning) is de ingangsbus rechtstreeks aangesloten. In de stand GND (ground = massa) is de ingang van de versterker aan massa gelegd.
De ingang mag echter niet aan massa liggen, om kortsluiting van de ingangsspanning te voorkomen!
De ingangsversterker
De ingangsversterker is eigenlijk alleen maar een buffertrap tussen de ingangsverzwakker en de elektronische schakelaars, vanwaar het signaal verder gaat naar de eindversterkers.
Om de hoge ingangsimpedantie te realiseren, wordt de ingang gevormd door een FET die als source-volger is geschakeld. Hierachter volgt een verschilversterker met de komplementaire paren T1/T2 en T3/T4. Deze verschiltrap levert een versterking, die instelbaar is met P2 en P3.
De versterkingsfaktor hoeft niet groot te zijn; afhankelijk van de afregeling tussen de 10 en 50 maal.
Om de verschilversterker niet te zeer te belasten, zijn er emittervolgers achter geschakeld die de spanningen voor de elektronische schakelaars leveren. Voor de FET aan de ingang is de E 420 gekozen. Dit zijn twee stuks E 300 op een chip, waardoor de thermische drift van beide FET's gelijk is. Omdat de FET's gevolgd worden door een verschil-versterker, heeft een verloop van de gemeenschappelijke uitgangsspanning weinig invloed. Bovendien zijn de FET's ingesteld in dat deel van de karakteristiek, waar het verloop van de drain-stroom met de temperatuur minimaal is. Met Pl kan de positie van de lijn op het beeldscherm worden ingesteld. Hiermee worden de gelijkstroomnivo's aan de ingangen van de differentiaaltrap in tegengestelde zin verschoven.
Het is ook mogelijk om in plaats van de E 420 de E 430 te gebruiken. Ook het toepassen van twee losse' E 300 is mogelijk. In deze twee laatste gevallen bestaat echter de kans op te grote verschillen in de Vgs-ld karakteristieken. In dat geval moet de waarde van R21 en R22 worden aangepast. Bij een juiste instelling van de FET-trap moet de lijn op het beeldscherm ongeveer in het midden staan met P1 in de middenstand.
Figuur 3. De ingangsversterker. In het kadertje A is op de print de verzwakker geplaatst. Met de schakelaar S7 kan worden gekozen tussen AC, DC en GND. De 12 dioden die in groepen van 3 zijn geschakeld vormen de elektronische omschakelaars voor de kanalen. Hierdoor is het mogelijk gelijktijdig twee kanalen zichtbaar te maken.
| R18 | 1 M |
| R19 | 100 k |
| R20,R23,R24 | 100 Ω |
| R21,R22,R32,R33,R34 | 4k7 |
| R25,R27 | 270 Ω |
| R26 | 22 Ω |
| R28,R31 | 1k5 |
| R29,R30 | 2k2 |
| R35,R36 | 220 Ω |
| R37 t/m R40 | 1k8 |
| P1 | 220 Ω potmeter lin |
| P2 | 100 Ω potmeter lin |
| P3 | 220 Ω instel |
| C15 | 100 n/250V |
| C16 | 10 n |
| C17,C18,C24,C28 | 100 n |
| C19,C23,C25,C26 | 10 µ/16 V evt. tantaal |
| C20,C22 | 47 p alleen indien noodzakelijk, zie tekst |
| C21 | eksperimenteel te bepalen, zie tekst |
| T1,T3,T8,T9 | BC547B |
| T2,T4,T5,T6,T7 | BC557B |
| T10 | E420, evt. E430 of 2 x E300 |
| D1 t/m D14 | 1N4148 |
| printkonnektor | 31-polige |
De verschiltrap
De verschilt rap bestaat uit de transistoren T1 t/m T4. De paren T1/T2 en T3/T4 vormen een versterker waarvan de versterking wordt bepaald door de verhouding van de weerstanden R28 en R29. De versterking kan echter worden vergroot door R29 te ontkoppelen, of - zoals hier is gebeurd - op dit punt de signaalspanning in tegenfaze aan te bieden.
De versterking wordt dan ook bepaald door de waarde van P2, die in de stand 'cal' (calibrated = geijkt) op zijn minimale weerstand staat en daarbij de grootste versterking veroorzaakt. Het netwerk P4/C21 is niet op de print gemonteerd. De open ruimte op de print is voor liefhebbers die frekwentiekompensatie willen toepassen om het frekwentiebereik te vergroten. Omdat dit allerhande problemen (speciaal wat de afregeling betreft) met zich meebrengt, is hiervan bewust afgezien bij de bouwbeschrijving van de Elektorskoop. Hetzelfde geldt overigens ook voor de eindversterkers, welke evenmin gekompenseerd zijn.
De verschiltrap wordt gevolgd door emittervolgers. Een direkte uitgang is bedoeld voor de triggering; het signaal gaat van hieruit naar de keuzeschakelaar voor de triggerbron. De werking van de elektronische schakelaar is al eerder beschreven en hoeft dus niet meer herhaald te worden.
De bouw
Figuur 4. De print lay-out en de komponentenopstelling van de ingangsverzwakker en de vertikale ingangsversterker. Deze print is ook aan de bovenzijde voorzien van een laag koper, waardoor ekstra nauwkeurig werken vereist is om sluitingen te voorkomen.
Uit de foto's blijkt hoe de printen met de voorplaatjes worden samengebouwd. Het voorplaatje wordt in principe alleen bevestigd met de moer van de draaischakelaar. De potentiometers zijn direkt op de print gemonteerd en steken met de assen door het frontplaatje. De montage van de tumblers is in foto 3 duidelijk te zien. Ook hier geldt, dat het wel zo verstandig is van te voren te proberen of alle onderdelen passen en daarna pas te solderen. Dit geldt speciaal voor de plaats van de draaischakelaar, de BNC-ingangsbus en de beide tumblers. Omdat de print van de ingangsversterkers aan een zijde is voorzien van koper, moeten alle onderdelen een halve millimeter boven het koper worden gemonteerd. Dit gaat het gemakkelijkst indien tijdens de montage een stukje karton o.i.d. onder het onderdeel wordt gelegd. De koperlaag wordt op een plaats met de massa doorverbonden. Op foto 3 is dit bij de ingangsbus gedaan, het huis van de BNC-bus is hier aan het koper gesoldeerd, waarna de draadbrug via de schakelaar verder naar het massapunt onder de draaischakelaar loopt.
Foto 3. Onderaanzicht van de vertikale ingangsversterker. De bedrading van de beide tumblers is zo kort en direkt mogelijk gehouden.
De massaverbinding is direkt op het huis van de BNC-plug gesoldeerd en loopt via de koperen afscherming van de print naar de tumbler. Van de tumbler loopt deze massaverbinding dan naar de massabaan op de print onder de ingangsschakelaar.
Wat de komponentenkeuze betreft, moet er bij de dioden op worden gelet dat er schakeltipen worden gebruikt zoals de 1N914 of 1N4148 of betrouwbare ekwivalenten; de transistoren zijn gewone laagfrekwent-tipen waarvoor ook ekwivalenten kunnen worden gebruikt.
Op de print van de ingangsversterkers is rekening gehouden met de mogelijkheid om door toevoeging van 2 kondensatoren een ekstra kantelpunt in te brengen, indien dit noodzakelijk mocht zijn in verband met de stabiliteit van de versterker. Of deze kondensatoren noodzakelijk zijn, hangt af van de gebruikte komponenten en de ingestelde versterking. In de meeste gevallen kunnen deze kondensatoren C20 en C22 gewoon worden weggelaten.
Figuur 5. De print en de komponentenopstelling van de hoogspanningsprint voor de 13-cm Elektorskoop. Er kunnen 0,1 µ of 0,22 µ - 1000 volt kondensatoren worden gebruikt, waarvan steeds twee in serie worden geschakeld. De weerstanden R17 t/m R20 zijn 10 M of 22 M, 1/2 watt. Kondensator C1, die in de 1000 volt uitvoering wel noodzakelijk is, kan vervallen. Om overslag van de hoogspanning naar het chassis te voorkomen, verdient het aanbeveling een strook isolatieband over het verbindingsprofiel (waarop de print wordt bevestigd) te plakken.
Foto 4
Tips voor bouwers
Bij het nalopen van de schema's zal opvallen, dat een aantal schakelaars dezelfde nummers hebben, nl. S6, S7 en S9. Deze drie schakelaars komen op iedere vertikale versterker eenmaal voor. De funktie van S7 en S9 is op beide printen identiek, maar hoewel S6 op beide printen op dezelfde wijze wordt aangesloten, heeft deze schakelaar een funktie die afhankelijk is van de plaats waar het moduul in het frame van de Elektorskoop is geplaatst. Dit wordt geheel duidelijk bij een nadere beschouwing van de frontplaat die in een volgend nummer wordt behandeld. Verder heeft de fabrikant van de beeldbuis (Telefunken) medegedeeld dat dezelfde buis nu ook in een uitvoering met een schermdiameter van 10 cm wordt vervaardigd. Er zijn nu dus drie tipen: 7 cm, 10 cm en 13 cm.
Om de verkrijgbaarheid van de onderdelen (kast, trafo, schakelaars etc.) te garanderen wordt er naar gestreefd enkele handelaren bereid te vinden deze onderdelen als pakket aan te bieden.
Het is op dit moment nog niet mogelijk hierover iets definitief te zeggen. In ieder geval zal er een lijst worden gepubliceerd, bij welke firma's de onderdelen te koop zijn.
Gebleken is, dat het bij sommige IC's van het tipe 555 wenselijk is om de ontkoppelkondensator C11 op de X-print te vergroten.
Het grootste effekt wordt bereikt, indien deze kondensator direkt op de pennen 1 en 8 van het IC wordt gesoldeerd. Een geschikte waarde is 1 µ. In de meeste gevallen zal deze maatregel niet nodig zijn. Komt het echter voor, dat bij de hoogste tijdbasissnelheden er dubbele beelden ontstaan, dan kan dit verschijnsel op deze wijze worden opgeheven. In de voorafgaande afleveringen over de Elektorskoop zijn twee foutjes geslopen. Op de eerste plaats komt in de onderdelenlijst bij figuur 1 in het decembernummer de weerstand R36 twee maal voor. De waarde bedraagt 3k9 resp. 4k7.
Verder zijn in het novembernummer de schakelaars S1 en S2 uit figuur 5 niet juist genummerd. De schakelaar, die in deze figuur S1 wordt genoemd, is in de schema's S2 en S2 uit de figuur moet S3 zijn. Om verwarring te voorkomen wordt de funktie van de schakelaars hieronder nog eens herhaald:
| S1a | Snelheid van de tijdbasis. |
| S1b | Chop. of Alt. |
| S2 | Keuze van het triggersignaal Y1, Y2 of ekstern. |
| S3 | Y1 horizontaal weergeven. |
| S4 | Werkwijze van de triggering, normal, auto of run free. |
| S5 | Triggering op de positieve of de negatieve flank. |
| S6 bij Y1 | Keuze van het kanaal dat wordt weergegeven. |
| S6 bij Y2 | Mogelijkheid om het Y2 kanaal te inverteren. |
| S7 | Koppeling van het ingangssignaal, AC, DC of GND. |
| S8 | Horizontale amplitude maal 5. |
| S9 | Ingangsverzwakker. |