Cijevni voltmetar Iskra MA 3034

Danas je nabavljen cijevni elektronski voltmetar/ommetar MA 3034 proizvođača Iskra iz 1970-tih godina. Instrumentom je moguće mjerenje istosmjernih i izmjeničnih napona do 1500 V te električnog otpora do cca 200 MΩ, sve podijeljeno u sedam mjernih opsega. Napajanje instrumenta je preko mreže 220 V, a za mjerenje električnog otpora potrebno je u predviđeno ležište sa zadnje strane uređaja ugraditi bateriju od 1,5 V. Osim kućišta za bateriju sa zadnje strane nalazimo priključnicu uzemljenja i ležište mrežnog osigurača.

Na prednjoj ploči smještene su klasične kontrole koje se i očekuju kod svakog cijevnog voltmetra. Sklopka za odabir vrste mjerenja (otpor te izmjenični ili istosmjerni napon) omogućuje brzu promjenu polariteta priključenog istosmjernog napona (+ ili -) u slučaju pogrešnog spajanja pri čemu bi se kazaljka instrumenta otklanjala na pogrešnu stranu. Ovom sklopkom se zapravo mijenja polaritet na priključnicama ugrađenog mjernog instrumenta sa zakretnim svitkom. Mjerenje istosmjernog i izmjeničnog VF napona vrši se preko BNC priključnice na koju se spajaju odgovarajuće sonde. Istosmjerna sonda ima serijski spojeni otpornik od 1 MΩ, a izmjenična VF sonda, osim filtarskih komponenti, ima ugrađenu ispravljačku VF diodu. Izmjenični naponi i električni otpori mjere se izravno preko utičnica označenih znakom uzemljenja i simbolima ≈Ω.

Sklopka za odabir mjernih područja jasno je označena, naponske podjele imaju bazu 1,5 ili 5 te su zajedničke za istosmjerna i izmjenična mjerenja. Također su i pripadajuće linearne skale sa bazama 1,5 ili 5 zajedničke za istosmjerna i izmjenična mjerenja što očitanja izmjerenih vrijednosti čini vrlo jednostavnima. Mjerenje otpora podijeljeno je također u sedam područja čime je omogućeno precizno očitavanje otpora u rasponu 0,1 Ω do 100 MΩ. Na prednjoj ploči nalazimo još dva potenciometra, jedan sa oznakom (0) kojim se podešava električna nula diferencijalnog pojačala i jedan sa oznakom (∞) kojim se podešava puni otklon kazaljke kod mjerenja električnog otpora.

Elektronski voltmetar MA 3034 bazira se na dvije elektronske cijevi:

• EAA91 (ili EB91) – dvostruka dioda koja služi za poluvalno ispravljanje izmjeničnog napona u istosmjerni te udvostručivanje toga napona za izmjenično naponsko područje
• ECC82 – dvostruka trioda u spoju diferencijalnog pojačala sa katodnom spregom (ispravljanje anodnog napona za ECC82 vrši se pomoću poluvodičke diode BY 237)

Cijevne elektronske voltmetre sa dvostrukom triodama u spoju diferencijalnog pojačala već smo opisivali u nekoliko naših objava. Instrument kod takvih spojeva može biti vezan u katodni ili anodni krug, a na električnoj shemi našeg voltmetra MA 3034 lijepo se vidi da je instrument spojen u katodni krug. Rešetka desne sekcije triode spojena je na masu preko R42 i C6, a na rešetku lijeve sekcije triode dovodi se nepoznati istosmjerni napon. Najveća osjetljivost ovakvih voltmetara (bez dodatnih pojačala) kreće se oko 1 V za puni otklon skale, a u našem slučaju najniže mjerno područje obuhvaća raspon od 1,5 V na punom otklonu skale.

Diferencijalno pojačalo cijevnog voltmetra zamišljeno je kao potpuno simetrično što znači da kada su na rešetkama trioda isti naponi (ili kada su iste bez napona) tada bi izlazni napon trebao biti jednak nuli. U praksi je nemoguće napraviti potpuno idealne triode apsolutno jednakih karakteristika pojačanja u čitavom mjernom opsegu kao ni postići da svi otpori u njihovim granama budu potpuno isti. Također, sekcije elektronske cijevi tijekom vremena nejednako stare pa i to dovodi do pojave razlike izlaznih struja. Isto tako prijelazom sa jednog mjernog opsega na drugi mijenja se i otpor u krugu rešetke što uzrokuje malu promjenu anodne struje na toj triodi čime se opet narušava simetrija između dvije triode. Zbog svega ovoga neophodno je dakle osigurati mogućnost podešavanja električne i mehaničke nule instrumenta koje je dostupno u bilo kojem trenutku na vanjskoj kontroli voltmetra. Ovo je kod MA 3034 postignuto tako da je dio katodnog otpora izveden kao promjenjivi otpornik (R38). Podešavanje se vrši tako da se kratko spoje priključnice voltmetra i zatim se potenciometrom R38 kazaljka instrumenta dovede na nulu skale voltmetra. U cilju baždarenja instrumenta dodani su trimer potenciometri R33 – R37 kojima se kazaljka instrumenta podešava na puni otklon. Ovo podešavanje vrši se dovođenjem maksimalnog napona za pojedini opseg na stezaljke instrumenta. Oba podešavanja potrebno je izvršiti za sve mjerne opsege. Za omsko mjerenje potenciometar za kalibraciju skale na puni otklon R32 izveden je na prednjoj ploči, kako je to kod ommetara i uobičajeno, zbog potrebe korekcije pada napona iz baterije tijekom njenog trošenja.

Što se tiče simetrije, dobra strana cijevnog diferencijalnog pojačala je u tome što promjena napona grijanja trioda neće utjecati na promjenu izlaznog napona iz pojačala jer su te promjene za obje triode iste i međusobno se kompenziraju. Također, grijači dviju trioda unutar cijevi ECC82 vezani su serijski, pa ako pregori jedan grijač tada će i drugi ostati bez napona, čime će obje triode istovremeno prestati sa radom i tako ne može doći do pojave velikog diferencijalnog izlaznog napona koji bi mogao uništiti priključeni osjetljivi mjerni instrument (100 µA).

Elektronska cijev EAA91 prema specifikacijama je predviđena za ispravljanje izmjeničnih napona efektivne vrijednosti do 150 V. Stoga se na ulaz ove elektronke izravno mogu dovesti izmjenični naponi samo do prvih pet mjernih opsega (do 150 V) dok se za dva najviša opsega (500 V i 1500 V) ulazni napon dovodi preko RC djelitelja izmjeničnog napona R2, R3, R4, C1, C2. Prva sekcija diode vezana je paralelno na ulazni napon koji mjerimo i radi kao poluvalna ispravljačica tog napona, a druga sekcija diode sa kondenzatorima C3 i C4 čini udvostručivač toga ispravljenog napona. Na taj način se na ulaz diferencijalnog pojačala dovodi vršna vrijednost napona koji mjerimo, no skale su u konačnici baždarene za prikaz efektivne vrijednosti sinusnog napona. Raspon frekvencija ulaznog izmjeničnog napona teoretski bi mogao pokrivati opseg od cca 10 Hz do 100 MHz, no na točnost mjerenja utječe ulazna impedancija voltmetra i kapaciteti unutar udvostručivača napona. Testiranjem smo utvrdili da je voltmetar potpuno linearan u frekvencijskom opsegu 70 Hz – 4 MHz, a u opsegu 40 Hz – 8 MHz još uvijek se nalazi u granicama tolerancije (razlika je maksimalno do jedne podjele skale). Najniža mjerljiva frekvencija gdje kazaljka prestaje titrati je 10 Hz i tu će voltmetar umjesto 5 V RMS pokazati 3,2 V RMS (sva testiranja izvršena su sinusnim naponom 5 V RMS).

Kod svakog paralelnog diodnog ispravljača sa elektronskom cijevi postoji potreba kompenzacije struje naleta diode (struje mirovanja) odnosno namještanja električne nule kazaljke instrumenta. O ovome smo već pisali u našim objavama o diodnim voltmetrima. Kod MA 3034 kompenzacija se vrši dovođenjem male struje suprotnog predznaka struji prve ispravljačke diode. Kao izvor te struje uzet je izvor anodnog napajanja elektronke ECC82, a atenuacija na potrebnu vrijednost vrši se preko otporničkih djelitelja R5 – R13 te preko potenciometra R44 kao regulacijskog elementa.

Testiranje našeg elektronskog voltmetra MA 3034 pokazalo je da je isti potpuno ispravan. Podešavanje električne nule radi odlično kako za početak skale tako i za sredinu skale ukoliko instrument želimo koristiti kao galvanometar. Jednom podešena nula ostala je stabilna tijekom promjene svih vrsta mjerenja i promjena svih mjernih opsega što je odlično za ovakav cijevni voltmetar. Jedini razlog zbog kojeg ovaj voltmetar vjerojatno nećemo koristiti u našoj radionici je taj što već imamo jedan tranzistorski analogni elektronski voltmetar (MERATRONIK MERATESTER) pa je nekako šteta dalje amortizirati ovaj odlično očuvan ispravan vintage cijevni voltmetar, kod kojeg je potrebno i pomalo paziti na odabrani mjerni opseg kako ne bi došlo do oštećenja instrumenta, a na to smo se zbog uobičajene primjene suvremenih multimetara već pomalo i odvikli 🙂