OSCILOSKOP RIZ OS-157A

Danas je nabavljen cijevni osciloskop OS-157A hrvatskog proizvođača RIZ (Radioindustrija Zagreb) iz 1957. godine.

Tvornica RIZ (Radio industrija Zagreb) nastala je 1948. godine. Proizvodni program tvrtke započet je proizvodnjom audio pojačala i zvučnika, a slijedili su gramofoni, radio i TV prijemnici te srednjevalni radio odašiljači. RIZ je također imao vlastitu proizvodnju elektronskih cijevi i tranzistora. U 1970-tim godinama RIZ je već potpuno prešao na tranzistorsku tehniku te proširuje proizvodnju na primopredajnike za vojne potrebe i potrebe civilnih državnih službi, razvija nove modele komercijalnih RTV prijemnika i kazetofona, također proizvodi svoje modele osciloskopa i kalkulatora. Na vrhuncu proizvodnje RIZ je zapošljavao 4000 radnika, a do 2020. godine proizvodnja tvrtke (RIZ-Odašiljači d.d.) svedena na KV i SV odašiljače, te brojila električne energije, kada je pokrenut stečajni postupak i za ovaj preostali ogranak tvrtke.

Prema serijskom broju naš primjerak osciloskopa vjerojatno je proizveden 1962. godine, no prve serije ovih osciloskopa izašle su na tržište 1957. godine.

Za osciloskop OS-157A nemamo nikakvih podataka. Pogledajmo za početak što možemo saznati iz kontrola na prednjoj ploči.

ULAZNI ATENUATOR (OSLABLJIVAČ) i OTKLONSKA POJAČALA – Ulazni atenuator ima jedan stupanj atenuacije (x30) i izveden je sa zasebnim ulaznim konektorima za napone do 10V odnosno do 300V. Horizontalno i vertikalno pojačalo sadrži nekalibrirane ulazne potenciometre na prednjoj ploči (HOR. POJ. i VER. POJ.) te balansne potenciometre u izlaznim stupnjevima pojačala kojima se namješta veličina i pozicija tih otklona za najbolji prikaz na ekranu. Također sa napajanja katodne cijevi osciloskopa izvedeni su potenciometri za podešavanje intenziteta (INTENZITET) i fokusa (FOKUS) slike na ekranu.

GENERATOR PILASTOG NAPONA – Frekvenciju pilastog napona (vremenska baza, horizontalni otklon) moguće je odabrati grubo u četiri fiksne vrijednosti označene sa A, B, C i D i zatim fino potenciometrom (označen simbolom pilastog napona). Točne vrijednosti frekvencije pilastog napona nisu ispisane jer osciloskop nije namijenjen (kalibriran) za točno mjerenje frekvencije, no one se vjerojatno kreću u rasponu cca 50Hz do 100 kHz što omogućuje prikaz signala do frekvencija od nekoliko stotina kHz (max. 1 MHz).

Ovim kontrolama se frekvencija vremenske baze može uskladiti sa frekvencijom promatranog signala potpuno ručno, prvo grubo sklopkom, a zatim fino potenciometrom, sve dok vizualnim praćenjem prikaza signala na ekranu dok ne dobijemo zadovoljavajuće mirnu sliku prikladne širine vremenske baze. Međutim, ovdje također postoji i mogućnost automatske sinkronizacije vremenske baze sa ulaznim signalom (trigger). Prema simbolima na sklopki SINHRO kao okidni impulsi mogu se uzeti pozitivne (+) ili negativne (–) poluperiode promatranog signala, znak izmjeničnog napona vjerojatno označava internu sinkronizaciju preko frekvencije mrežnog napona 50 Hz, oznaka E moguće se odnosi na izravnu vanjsku (eksternu) sinkronizaciju, a na poziciji H.P. (horizontalno pojačalo) za horitontalni otklon se koristi signal na ulazu u horizontalno pojačalo (X-Y mod). Jednostavni osciloskopi poput ovog našeg imaju i jednostavne sklopove za sinkronizaciju vremenske baze koji često ne rade najbolje pa je dodan i potenciometar SINHRO koji omogućava podešavanje okidanja vremenske baze na određenoj amplitudi promatranog signala (trigger level).

UVJETI STABILNE SLIKE NA OSCILOSKOPU

Perioda pilastog napona mora biti umnožak cijelog broja periode promatranog signala. Ukoliko to nije zadovoljeno slika nije stabilna, odnosno slika promatranog signala nije nepokretna već se neprekidno kreće manjom ili većom brzinom s jedne strane ekrana na drugu čime je vizualno promatranje oblika signala otežano ili nemoguće. Ako su periode pilastog i promatranog napona iste, na ekranu će se prikazati jedna perioda promatranog napona. Nadalje, koliko puta je frekvencija pilastog napona veća od promatranog signala toliko će perioda promatranog signala biti prikazano na ekranu. S druge strane, ako je frekvencija pilastog napona manja od promatranog signala na ekranu će se pojaviti samo dio periode promatranog signala. Osim sinkronizacije perioda, također se ni fazni pomak između pilastog i promatranog signala ne smije mijenjati tijekom mjerenja.

Sinkronizacija se najjednostavnije postiže tako da promatrani signal automatski regulira rad generatora pilastog napona i to preko okidnog sklopa koji pokreće (okida) jednu periodu pilastog napona čim se pojavi promatrani signal. Za svako novo okidanje potrebna je nova pojava promatranog signala. Ako na ulazu nema promatranog signala slika elektronskog mlaza na ekranu je ugašena, odnosno, uspostavljanje mlaza i njegovo skretanje počinje tek sa pojavom signala, dakle kada okidni sklop generira kratkotrajni impuls potreban za pokretanje generatora pilastog napona.

U opisanom procesu vidljivo je da promatrani signal djeluje trenutno na okidni sklop, međutim poradi obrade signala kroz sklopove vremenske baze često je potrebno određeno vrijeme da se dobije izlazni signal na horizontalnim otklonskim pločama, pa se onda mora predvidjeti i odgovarajuće kašnjenje dovođenja promatranog signala na vertikalne otklonske ploče ekrana kako bi se zadržala sinkronizacija (linija za kašnjenje).

Što se tiče osciloskopa OS-157A može se zamijetiti da su potenciometri označeni općenitim podjelama 0-10 (nisu kalibrirani vrijednostima), a na ekranu nema nikakve mjerne skale (mreže). Stoga ovo nije mjerni osciloskop već se radi o osciloskopu namijenjenom samo za kontrolno praćenje osnovnog valnog oblika, odnosno detekciju prisutnosti ili eventualnog izobličenja očekivanog promatranog signala. Amplitudno i frekvencijski kalibrirani mjerni osciloskopi bili su sve do 1980-tih godina vrlo skupi za nabavu i održavanje te su ovakvi jednostavni osciloskopi predstavljali dobru alternativu za mnoge manje zahtjevne primjene u proizvodnji i servisima elektroničkih uređaja. Elektroničari amateri, ukoliko bi došli u posjed ovakvih osciloskopa, često bi iscrtati grube skale i podjele na ekranu i kontrolama kako bi osciloskop dobio barem neku osnovnu mjernu funkciju.

Osciloskop OS-157A ima ukupno sedam elektronskih cijevi: četiri dvostruke triode ECC81, jednu pentodu EF85, te dvije ispravljačice od kojih je jedna EZ80 za anodne napone, a druga nema na sebi nikakvih oznaka ali radi se o minijaturnoj izvedbi ispravljačke diode za visoke napone potrebne za rad CRT ekrana (moguće 5642 ili slična dioda).

U mrežnom dijelu uočava se masivni mrežni transformator, dvije ispravljačice za dobivanje pozitivnog anodnog i negativnog CRT napona, te prigušnica i elektrolitski kondenzatori za filtriranje ispravljenih napona.

Osciloskop se na prvi pogled čini natrpan velikim brojem elektroničkih komponenti. Pa ipak, riječ je o relativno jednostavnoj shemi, a dojam natrpanosti najviše ostavlja sama veličina visokonaponskih kondenzatora i otpornika većih snaga koji su montirani unutar malog prostora šasije. Izbrojali smo oko 30 kondenzatora i oko 60 otpornika, no kod elektroničke restauracije trebalo bi zamijeniti gotovo sve kondenzatore i vjerojatno oko desetak otpornika.

Već iz općeg vizualnog pregleda unutrašnjosti osciloskopa uočavamo dotrajale kondenzatore, nagorjele otpornike kojima su vrijednosti već vjerojatno izašle van tolerancija, dijelove propale izolacije i slična očekivana oštećenja koje zub vremena neminovno ostavlja na ovakvim starim elektroničkim uređajima. Priključivanje ovog 60 godina starog uređaja na napajanje bez ikakvih prethodnih provjera nikako nije preporučljivo jer mnoge komponente rade na relativno visokim naponima i mogućnost uzrokovanja još veće štete je vrlo izgledna. Čak i ako osciloskop u ovom stanju pokaže i neke znakove života, sasvim sigurno nećemo dobiti prikaz signala ni blizu onom kakav bi trebao biti po specifikacijama. Na žalost, mjerenje performansi ovog osciloskopa nećemo moći napraviti prije kompletne elektroničke restauracije istog. U restauraciju pak se nije dobro upuštati bez elektroničke sheme jer postoji velika mogućnost da oznake vrijednosti na nekim komponentama nisu više čitljive.

Slika lijevo – pogled na podnožja elektronskih cijevi vertikalnog otkonskog pojačala. Koaksijalnim kabelom ulazni signal se dovodi na mrežicu prve triode elektronke ECC81, a izlazni vodovi na vertikalne otklonske ploče izlaze iz anoda druge elektronke ECC81. Slika desno – pogled na podnožja elektronskih cijevi horizontalnog otkonskog pojačala. Ovdje se desnim koaksijalnim kabelom dovodi ulazni signal na mrežicu jedne triode elektronke ECC81, a lijevim koaksijanim kabelom odvodi se pilasti napon na priključnicu na zadnjoj strani osciloskopa (kad je generator pilastog napona sa elektronkom EF85 uključen). Jednako tako, izlazni vodovi na horizontalne otklonske ploče izlaze iz anoda druge elektronke ECC81. Iz ovoga smo zaključili da su vertikalno i horizontalno pojačalo identični i u spoju kakav smo prikazali na shemi.

Na osnovu upotrijebljenih elektronskih cijevi mogli bi zaključiti da se ovaj osciloskop sastoji od dva jednaka pojačala za horizontalni i vertikalni otklon, svako sa dvije dvostruke triode ECC81, a preostala pentoda EF85 je u krugu generatora pilastog napona i sinkronizacije vremenske baze. Pojačala za horizontalni i vertikalni otklon kod cijevnih osciloskopa koja se baziraju na četiri triode (ili dvije dvostruke triode) principijelno izgledaju ovako:

Principijelni spoj vertikalnog i horizontalnog pojačala osciloskopa RIZ OS-157A.

Vidimo da riječ o relativnom jednostavnom sklopu. Prva trioda je u spoju pojačala za odvajanje, odnosno buffer pojačala ili katodnog slijedila. Vidimo da se koristi povratna veza od katode prema mrežici kako bi se povećala ulazna impedancija i time osjetljivost pojačala. Druga trioda je jednostavno naponsko pojačalo (driver) koje pogoni izlazni par trioda.

Horizontalno i vertikalno pojačalo obično su najjednostavniji sklopovi kod svih osciloskopa. Puno složeniji su sklopovi za generiranje i kontrolu (okidanje) pilastog napona vremenske baze. Općenito gledano, što su sklopovi vremenske baze složeniji to je osciloskop sposoban bolje prikazati složene valne oblike ulaznih signala.

Trimer kondenzatori montirani s obje strane šasije vjerojatno služe za namještanje frekvencijske karakteristike odziva otklonskih pojačala.

Kod našeg osciloskopa generator pilastog napona za vremensku bazu bazira se na jednoj pentodi EF 85. Tijekom 1950-tih godina široko su se koristili tzv. Miller-Transitron oscilatori pilastog napona bazirani na pentodi (naravno isti oscilator moguće je konstruirati i sa tranzistorima i sa operacijskim pojačalima). Pentodni Miller-Transitron oscilator je vrlo specifično osmišljen sklop koji možemo promatrati kao spregnutu kombinaciju dva oscilatora: generator rampe (uzlazno rastućeg napona) na prvoj mrežici i oscilator pravokutnog napona (flip-flop) na drugoj mrežici pentode. Kombinacijom rada ova dva oscilatora dobiva se isprekidani ramp napon, odnosno pilasti napon. Oscilatori su tako podešeni da se dobiva (propušta) samo središnji najlinearniji dio ramp oscilatora, pri čemu je povratni snop dovoljno prigušen tako da nije potreban poseban sklop za zatamnjenje elektronske zrake na povratnom putu.

Principijelni spoj generatora pilastog napona osciloskopa RIZ OS-157A.

No, ako malo bolje pogledamo sklopku za odabir frekvencije vremenske baze u našem osciloskopu vidjet ćemo da ona preklapa samo jednu seriju od četiri kondenzatora. Nadalje, kondenzatori kojima se određuje frekvencija oscilacija vezani su između anode i prve rešetke (g1) pentode, dakle u krug ramp generatora koji je na našoj shemi prikazan lijevo. Ovo upućuje na nešto jednostavniju izvedbu Miller-Transitron oscilatora pilastog napona, odnosno kruga za prekidanje ramp generatora (flip-flop) pomoću druge i treće mrežice pentode. Čini se da su u našem slučaju kondenzatori na desnoj strani zamijenjeni jednim fiksnim kondenzatorom što svakako utječe na linearnost i konstantnost amplitude izlaznog pilastog signala, no naš osciloskop ionako nije mjerni pa to i nije toliko bitno.

Pogled na sklopku za odabir frekvencije generatora pilastog napona (vremenske baze). Uočavaju se četiri različata kondenzatora koji se preklapaju ovisno o položajima sklopke A, B, C ili D.

Miller-Transitron oscilator je nastao iz tzv. Miller integratora ili Phantastron tipa generatora pilastog napona sa pentodom. Konstrukcije ovakvih oscilatora potječu još iz 1920-tih godina, a praktično su se koristili negdje do kraja 1960-tih godina. Zanimljivo je da su to jedni od rijetkih sklopova sa pentodama gdje se sve tri njezine rešetke koriste za zasebna upravljanja. Oscilatori bazirani na Miller integratoru mogu raditi samo na niskim frekvencijama (nekoliko stotina kHz, ovisno o upotrijebljenoj pentodi) te je danas teško pronaći neku izvornu shemu osciloskopa koji ima ovakav generator pilastog napona. Sama pentoda EF 85 izvorno je dizajnirana za MF pojačala u VHF radio prijemnicima i slične RF sklopove.

Pogled na RC elemenete ulaznih frekvencijski kompenziranih atenuatora za vertikalno i horizontalno pojačalo (10V / 300V). 

Šteta što nemamo nikakvu shemu osciloskopa RIZ OS-157A kako bi mogli proučiti konkretna rješenja sklopova. Koliko možemo vizualno pratiti električne veze čini se da su sklopovi pojačala i vremenske baze upravo takvi kako smo ih i opisali. No svejedno ne možemo biti sigurni da li funkciju generatora pilastog napona, kontrole tog napona pomoću okidnih impulsa, kao i eventualno generiranje impulsa za zatamnjenje slike ekrana u trenutku povrata elektronskog mlaza s kraja na početak ekrana obavlja isključivo jedna pentoda (moguće je ali i ne mora biti). Naime, minimalnom modifikacijom sheme može se sa treće rešetke (g3) uzeti i filtrirati negativni naponski impuls koji će u pravom trenutku biti doveden na g1 CRT cijevi i dodatno zatamniti povratni elektronski mlaz. No bez obzira što se čini idealnim kako jedna pentoda sa svega nekoliko pasivnih elemenata obavlja sve ove funkcije, treba biti svjestan da će ovo relativno dobro raditi samo kod jednostavnih, simetričnih i ponavljajućih ulaznih valnih oblika. Za poboljšanje prikaza često se Miller-Transitron oscilatoru dodaje jedna ili dvije triode za bolje oblikovanje sinkronizacijskih impulsa, pojačanje impulsa za zatamnjenje i druga poboljšanja. Da je osciloskop ispravan, mnoge dileme bi mogli riješiti mjerenjem osjetljivosti horizontalnog i vertikalnog pojačala u XY modu. Ukoliko su pojačanja ista onda su i oba pojačala ista, no ukoliko je pojačanje horizontalnog pojačala manje onda se neke triode koriste za drugu namjenu. U krajnjem slučaju i samim vađenjem trioda mogli bi vidjeti koje funkcije tom prilikom prestaju raditi.

Ispravljačka dioda za osiguranje ngativnog katodnog napona osciloskopske CRT cijevi DG7-32. 

U osciloskop RIZ OS-157A ugrađena je CRT cijev oznake Philips DG7-32. Za rad ove cijevi dovoljna je razlika napona od 500 V (min. 400 V, max. 800 V) pa će uz anodni napon od +350V biti dovoljan negativan napon od -150V za pogon ove CRT cijevi. Pri anodnom naponu od 500 V vertikalne otklonske ploče imaju osjetljivost oko 0,4 mm/V, a horizontalne oko 0,25 mm/V. Ekran je širine 7 cm pa bi otklonska pojačala morala generirati simetrični napon od barem 100/150 V za puni otklon elektronske zrake na ekranu. Naravno uvijek se uzima neka rezerva, tako da bi otklonska pojačala trebala biti u stanju isporučiti oko 200 V simetričnog napona, a maksimalni dozvoljeni napon na pločama je 450 V, odnosno 750 V.

Do ove faze smo otkrili ono što smo mogli otkriti o našem osciloskopu RIZ OS-157A. Treba reći da čak i kad se ima i shema i servisna dokumentacija nekog osciloskopa potrebno je puno truda da se shvati način funkcioniranja svakog sklopa. Kada pak imamo neispravni osciloskop bez ikakve dokumentacije, samim vizualnim pregledom obično nećemo moći otkriti puno detalja vezanih uz sklopovlje i rad samog uređaja. Praćenje veza na cijevnim uređajima gdje se ne koriste tiskane pločice nego je sve lemljeno “u zraku” ili na lemne ušice vrlo je nespretno jer su povezne žice često upletene u snopove, istih su boja i na više mjesta prolaze kroz šasiju. No to svejedno nije razlog da odmah dignemo ruke od jednog takvog uređaja 🙂