Danas je nabavljen elektronski brojač MA 5863 slovenskog poduzeća IEV iz 1961. godine.
Poduzeće IEV vuče korijene iz 1943. godine kada su pokrenute prve radionice za radio uređaje na oslobođenom području Slovenije, no formalno je osnovano 1948. godine pod nazivom “Inštitut za elektrozveze”. Tijekom 1958. godine taj naziv promijenjen u “Industrija za elektrozveze”, da bi se 1961. godine slovenske tvrtke IEV, Iskra, Tela i Avtomatika spojile u jednu tvrtku pod nazivom Iskra-Kranj.
Brojač MA 5863 je dizajniran za brojanje čestica ionizirajućeg zračenja (radijacije) preko priključene Geiger-Müllerove (GM) cijevi. Na ovaj brojač se može priključiti širok raspon različitih GM detekcijskih cijevi jer isti osigurava istosmjerni napon u širokom podesivom kontinuiranom rasponu 200-1500 V. Za svaki tip GM cijevi propisan je njezin radni napon. Previsok napon može uzrokovati trajni proboj napona između elektroda što može uništiti cijev i oštetiti ulazne krugove brojača. Prenizak napon s druge strane neće biti dovoljan da ionizirajuće čestice izazovu lavinsku ionizaciju između elektroda preko koje se zatvara električni krug. Za podešavanje radnog napona priključene GM cijevi, brojač MA 5863 ima sklopku za odabir naponskog opsega 200-850 V ili 850-1500 V te potenciometar za fino podešavanje napona unutar ta dva opsega. S obzirom da taj potenciometar nije kalibriran, točna vrijednost napona može se očitati na mjernom instrumentu raspona do 1,5 kV.
Elektronski brojač MA 5863 ima ukupno osam znamenki od kojih su tri prikazane preko elektronskog pokazivača, a preostale četiri preko mehaničkog pokazivača. Time je omogućeno brojanje do maksimalno 9 999 999 impulsa. U 1950-tim i ranim 1960-tim godinama ovakvi kombinirani brojači bili su uobičajeni za slučajeve gdje je bila potrebna velika brzina brojanja. Naime, elektromehanički brojači ne mogu brojiti velikim brzinama jer im je brzina brojanja ograničena vremenom trajanja mehaničkih pomaka releja i samog mehanizma brojčanika što se svodi na svega nekoliko brojanja u sekundi. Elektromehanički brojač Sodeco TCeF4E ugrađen u naš uređaj ima maksimalnu brzinu od 10 brojanja u sekundi. U objavi Elektronički, elektromehanički i mehanički brojači i tajmeri rastavili smo vrlo slični brojač Sodeco TCeF5E koji ima maksimalnu brzinu od 25 brojanja u sekundi. Brojači bazirani na brojačkoj elektronskoj cijevi E1T pak mogu brojati do brzina 30 000 brojanja u sekundi. Bilo bi skupo ugrađivati elektronske brojače za sve znamenke brojača, pa se za one sporije (za više vrijednosti) obično ugrađivao elektromehanički brojač.
S obzirom na ograničenje u brzini elektromehaničkog brojača (maksimalna brzina četvrte znamenke je 10 brojanja u sekundi) maksimalna brzina brojanja našeg brojača MA 5863 bila bi 10 000 brojanja u sekundi ili 10 kHz (100 µs) iako je teoretska maksimalna brzina elektronskog dijela brojača 30 kHz. Bez obzira na ove brojke naš MA 5863 ne možemo promatrati kao brojač frekvencije već isključivo kao brojač impulsa.
Na izlaznu priključnicu IZHOD sa sklopkom IZHOD:VHOD mogu se selektirati električni impulsni izlazi iz pojedinih dekada brojača (tri elektronska i jedan elektromehanički). Sklopka MIRUJE/ŠTEJE zaustavlja ili pokreće brojač, a tipkalo ZBRIŠE trenutno resetira sve brojače na nulu. Sklopka 100 Hz daje testne impulse (100 impulsa u sekundi) za provjeru rada brojača.
Za mjerenje intenziteta zračenja ili apsorbirane doze u nekoj jedinici vremena potrebna nam je neka vremenska baza (sat, štoperica, tajmer) tako da se može pratiti dostignuta vrijednost brojanja u određenom vremenskom okviru. Tome služi priključnica URA. Ta priključnica je spregnuta sa sklopkom MIRUJE/ŠTEJE, pa kad se uključi brojač (ŠTEJE) istovremeno se uključuje i spojeni električni sat. Ova priključnica dakle nije ništa drugo nego spregnuta sklopka za pokretanje nekog vanjskog električnog sata.
Iskra je proizvela nekoliko inačica ovakvih elektronskih brojača ionizirajućeg zračenja, između ostalih model MA 5860 koji je bio opremljen i mjeračem trenutnog intenziteta zračenja te model MA 5862 koji nije imao VN izvor napona za napajanje GM cijevi. U tom razdoblju je IEV/Iskra također proizvodila i prijenosne mjerače beta i gama zračenja MA 5896 i RD-60a te mjerač intenziteta ionizirajućeg zračenja MA 5870. U seriji uređaja za mjerenje radijacije proizvodilo se i linearno pojačalo MA 5800 dizajnirano za pojačanje slabih impulsa koje proizvode neki detektori ionizirajućeg zračenja poput scintilatora (pretvarač gama zračenja u vidljivu svjetlost) u kombinaciji sa foto-multiplikatorskom cijevi. Ulazna osjetljivost našeg brojača MA 5863 je 0,3 Vpp.
Za elektronski brojač MA 5863 nemamo nikakvih podataka osim onih osnovnih iz Iskrinog prospekta iz 1962. godine:
- ugrađen visokonaponski ispravljač za napajanje GM cijevi 200-1500 V sa indikacijskim voltmetrom
- ulazna osjetljivost 0,3 Vp
- selektivnost 3 µs
- brojanje do 9 999 999 impulsa preko elektromehaničkog brojača (prve četiri znamenke) i elektroničkog brojača (zadnje tri znamenke)
- pogreška ±1 impuls
- konektor (sklopka) za priključivanje (uključivanje) električnog sata (štoperice, tajmera i slično)
Brojač se bazira na ukupno 20 elektronskih cijevi:
- 3 x E1T – indikatorska cijev za brze dekadne brojače
- 5 x E90CC – dvostruka trioda
- 1 x E80CC – dvostruka trioda
- 1 x E92CC – dvostruka trioda
- 1 x ECC803 – dvostruka trioda
- 3 x EL84 – pentoda
- 1 x E80F – pentoda
- 1 x E83F – pentoda
- 1 x PL81 – VN pentoda
- 1 x EAA91 – dvostruka dioda
- 1 x GZ34 – punovalna ispravljačica
- 1 x STV 85/10 – regulator napona
Da bi izveli neku osnovnu blok shemu ove elektronske cijevi moramo prvo razvrstati u neke očekivane funkcijske blokove. Krenimo prvo od dekadskih brojača. Elektronski dio brojača se bazira na posebnoj elektronki E1T koja je u upotrebu ušla 1954. godine. Ovo je vrlo specifična elektronska cijev i po konstrukciji je najbliža osciloskopskoj CRT cijevi. Ima svojevrsni elektronski top, fokusirajuće, ubrzavajuće i kočeće elektrode, otklonske elektrode i fluorescentni zaslon u koji preko rupičaste anodne maske udara elektronska zraka. E1T nije samo indikatorska cijev za prikaz znamenki 0-9 već je konstruirana da radi kao gotov dekadski brojač impulsa koji se dovode na njenu otklonsku elektrodu.
Da bi E1T funkcionirala kao dekadski brojač, impulsi koji se dovode na njenu otklonsku elektrodu (D) moraju biti određene amplitude i širine (13,6 V, 27 µs). Svaki takav pozitivni ulazni impuls uzrokovati će pomak (otklon) elektronske zrake za jednu znamenku. Nakon pomaka na posljednju devetu znamenku elektronska zraka kod slijedećeg impulsa udara u posebnu anodu za resetiranje (a1) pri čemu na njoj nastaje negativni impuls. Taj impuls se koristi za resetiranje brojača E1T i vraćanje zrake na nulu, a ujedno i za aktiviranje prve znamenke slijedeće brojačke cijevi E1T i to preko monostabilnog multivibratora koji taj negativni impuls oblikuje u pozitivni brojački impuls.
Na slici vidimo u kojim granicama moraju biti pozitivni okidački i negativni resetirajući impulsi za brojačku cijev E1T. Dozvoljena tolerancija od nominalnih vrijednosti ovisi o brzini brojanja i karakteristici neke konkretne cijevi E1T, no kod konstrukcije sklopova svakako treba težiti da impulsi budu što bliže idealnim vrijednostima. Ukoliko se one premaše izvan granica, brojačka cijev može preskakati znamenke, neće se resetirati (do kraja) na nulu i slično.
Napon između otklonskih elektroda za početnu poziciju (znamenka nula) mora biti cca 110 V, a za krajnji otklon cca 245 V. Svako povećanje napona između tih vrijednosti za cca 13,6 V uzrokuje pomak elektronske zrake za jednu znamenku.
Kako bi se osigurali ispravni okidni impulsi, obavezno se na ulazu dodaju pojačala i sklopovi za oblikovanje impulsa, a to su najčešće monostabilni multivibratori. Evo jedne tipične sheme brojača sa cijevima E1T koji uključuje ulazni sklop za oblikovanje impulsa te multivibratore za resetiranje prethodnog i setiranje slijedećeg brojača.
Gornja etaža sa sklopovima brojača MA 5863 u većem dijelu je izvedena modularno. Sad već možemo prilično pouzdano raspoznati ulogu pojedinih modula.
Prvi modul sa pentodom E80F i dvostrukom triodom E90CC je ulazni modul sa pojačalom i monostabilnim multivibratorom za oblikovanje impulsa širine 27 µs.
Drugi modul sa dvostrukom triodom E92CC i dvostrukom diodom EAA91 je modul za punovalno ispravljanje mrežnog napona i iz istog oblikovanje impulsa frekvencije 100 Hz koji služe kao testni impulsi za provjeru rada brojača.
Slijede tri jednaka brojačka modula sa E1T i dvostrukom triodom E90CC za resetiranje brojača i setiranje slijedećeg brojača (monostabilni multivibrator).
Posljednji modul sadrži elektromehanički brojač Sodeco TCeF4E i dvostruku triodu E90CC za upravljanje elektromagnetima brojača (160/220 V).
Tvrtka Sodeco je inače ovakve elektromehaničke impulsne brojače radila za maksimalne brzine od 10 ili 25 brojanja u sekundi. Za brzinu 10 brojanja u sekundi impuls mora trajati najmanje 40 ms, a za brzinu 25 brojanja impuls mora trajati najmanje 20 ms. Reset impuls pak mora trajati najmanje 180 ms. Ugrađene zavojnice elektromagneta za pokretanje brojača mogu biti dizajnirane za 9 različitih istosmjernih napona u rasponu 6-220 V i ti naponi mogu ali i ne moraju biti isti za obje zavojnice.
Kao što se vidi na natpisnoj pločici naš model Sodeco impulsnog brojača TCeF4E može brojati do 10 impulsa u sekundi, brojačka zavojnica radi na 160 V DC (V 1,2), a reset zavojnica radi na 220 V DC (V 3,4). Ove visoke vrijednosti napona su vjerojatno odabrane iz razloga jer takve zavojnice imaju veći otpor (1,5/4,5 kΩ) što je važno za prilagodbu na visoku izlaznu impedanciju elektronske cijevi.
Iz svega se može zaključiti da ovakav elektromehanički brojač nikako ne može pratiti brzinu koju postižu elektronski brojači E1T, te bi model sa maksimalnom brzinom od 25 brojanja ovdje puno bolje odgovarao. No, naš brojač je predviđen za brojanje impulsa iz GM cijevi, a tu postoji “mrtvo vrijeme” tijekom trajanja ionizacije (ionizacija se ne može ponavljati, odnosno paliti i gasiti velikom brzinom), pa onda ovdje iskorištavanje maksimalne brzine brojača zapravo nije bilo potrebno.
Na gornjoj ploči je također tiskana pločica sa još jednom elektronskom cijevi, dvostrukom triodom E80CC. Koliko smo mogli popratiti žice ovo je vjerojatno izlazno pojačalo (ili katodno slijedilo) za dovođenje okidačkih impulsa sa pojedinih brojača na izlaznu priključnicu IZHOD.
Donji dio sadrži mrežni transformator i elemente ispravljača, filtra i regulatora napona.
Lijevo su elementi VN regulacijskog ispravljača, a desno su elementi ispravljača katodnih napona.
S obzirom da su za rad brojačkih cijevi E1T potrebni točni i stabilni naponi, ovdje je linija anodnog napona (+300 V) posebno dobro stabilizirana serijskim cijevnim regulatorom. Taj regulator anodnog napona vjerojatno uključuje ispravljačicu GZ34 te elektronke STV 85/10, ECC803 i EL84. Preostale dvije pentode EL84 moguće stabiliziraju dva pomoćna napona za ostale elektrode cijevi brojača.
S druge strane se nalazi visokonaponska pentoda PL81 i pentoda E83F koje su krugu podesivog ispravljača visokog napona. U početku nigdje nismo uočavali VN ispravljačicu ili ispravljačku diodu za taj krug. Već smo pomislili da se visoki napon dobiva preko vibratorskog ispravljača, iako elektromagnetski prekidač (relej) koji uočavamo na VN dijelu ploče nije ni spojen ni namijenjen za tu funkciju.
Ovaj relej vjerojatno služi za prebacivanje VN izvoda transformatora i/ili elemenata varijabilnog regulatora za dva VN opsega: 200-850 V ili 850-1500 V.
Pasivni elementi u VN dijelu ispravljača. Na prvi pogled nigdje se ne uočavaju VN ispravljački elementi.
Tek kad se zaviri ispod pločice s otpornicima uoče se dva malo neobična elementa.
Slika lijevo – Ako se pažljivo pogledaju metalne kapice ovih štapićastih elemenata može se uočiti da se na jednom kraju nalaze ispupčeni prsteni. Taj kraj bi trebao označavati katodu, no kad na diodi nema nikakvih oznaka uvijek je dobro provjeriti koji kraj je spojen/vodi na plus pol napajanja. Slika desno – U uređaj su ugrađene i neke germanijske diode (AA tipa). Ovdje vidimo jednu u krugu stabilizatora katodnih napona, a po jedna je ugrađena i u krug svake brojačke cijevi E1T.
Elementi na gornjoj slici nemaju na sebi nikakve oznake, a izgledom su vrlo slični otpornicima. Riječ je zapravo o posebnoj izvedbi selenskog ispravljača (diode). Ovakvi štapićasti selenski ispravljači mogu se naći u VN dijelu televizora iz razdoblja 1950/60-tih godina (ispravljanje anodnog napona za CRT). U našem slučaju dva ovakva selenska ispravljačka elementa spojena su u seriju kako bi se na njih mogao dovesti dvostruko veći napon. Stoga je jedan element vjerojatno predviđen za napone do 1000 V. Izlaz iz selenskog VN ispravljača vodi na VN elektrolitske kondenzatore (3 kV) za filtriranje poluvalno ispravljenog napona.
Testom smo utvrdili da selenski ispravljači ne rade, odnosno da su u prekidu. Ovakve ispravljače ne možete testirati običnim multimetrom (mjerenje otpora ili diodni test) jer isti daje prenizak testni napon. Napon kod kojeg VN selenski ispravljači provedu može biti od nekoliko volti do nekoliko desetaka volti. Mi smo koristili testni napon do 30 V i struju do 100 mA i ni jedan selenski ispravljač nije proveo ni u jednom smjeru.
Svakako da je ovo uzrok (ili jedan od uzroka) što na priključnici VHOD GM nismo izmjerili očekivani visoki napon. Dobivaju se samo dva fiksna napona od 175 V i 475 V koji nisu stabilizirani i ne mogu se regulirati, a to su onda neki probojni naponi koji prolaze kroz selenske ispravljače i cijevni regulator. Umjesto ovih selenskih ispravljača mogli bi ugraditi neke VN silicijske diode (3000V/100 mA), no to sad ovdje nema smisla raditi jer na uređaj sasvim sigurno nećemo priključivati nikakvu GM cijev.
Brojač kod našeg primjerka MA 5863 je također poluispravan. Kod brojanja rade samo prva dva elektronička brojača E1T.
Kao što smo rekli uređaj se može samotestirati preko internog oscilatora impulsa frekvencije 100 Hz ili kratkim spajanjem priključnice VHOD GM čime se simulira električni put između elektroda GM cijevi koji se stvara tijekom ionizacije. Ta kratka spajanja moraju biti i vremenski kratka jer neće ispravno raditi ulazni oblikovač impulsa (monostabilni multivibrator).
Uglavnom, nakon malo premještanja tri brojačka modula i međusobnih zamjeni elektronki možemo prilično pouzdano dijagnosticirati da je problem u samoj brojačkoj cijevi E1T. Cijev E1T za treću znamenku se neki put pokrene te malo broji, no vrlo brzo se zablokira i ostane na dostignutoj znamenki ili se resetira na nulu. Sva sreća da ovdje imamo tri ista modula jer bi inače beskonačno tražili grešku u kondenazatorima i otpornicima, s obzirom da se sama cijev E1T ni po čemu ne čini neispravnom.
Ovo je jedna od ispravnih brojačica Valvo E1T. Kod svih se uočava “naborana” unutrašnjost no čini se da to ne utječe na rad cijevi.
Zbog djelomične ispravnosti našeg brojača MA 5863 neke sklopove nismo mogli testirati te ne možemo izvesti nedvojbeno točnu blok shemu. Najgore je što su sve povezne žice koncem čvrsto upletene u snopove pa je često nemoguće pratiti i same veze sa pojedinih kontrola, modula i elektronskih cijevi.
Brojače E1T u radu je teško fotografirati bez odbljeska i jakog kontrasta te prikaz u stvarnosti izgleda puno bolje od ovog na slici. U stvarnosti je intenzitet dodatnog “lažnog” osvjetljenja pojedinih znamenki puno manji u odnosu na osvjetljenje prave znamenke. Ovi lažni osvijetljeni tragovi slabijeg intenziteta vjerojatno nastaju kako brojačka cijev s vremenom stari, no moguće da je ova pojava prisutna i kod novih cijevi (koliko sam uspio naći na internetu i kod drugih cijevi E1T postoji ova pojava).
Brojačka elektronska cijev E1T (ponegdje se za takav tip elektronki koristi trgovački naziv Trochotron ili Beam-Switch Counter) pojavila se otprilike u isto doba kao i Nixie cijev, sredinom 1950-tih godina. Međutim, iako Nixie možda daje izravan i ljepši prikaz znamenki, za brojački rad Nixie cijevi je potrebno dodati vanjske dekadske brojače i adekvatne drivere. Za brojački rad E1T pak je dovoljno dodati nekoliko otpornika, a za povezivanje više E1T u dekadski niz, uz svaku brojačku cijev dovoljno je dodati tek dvije triode. Tako su brojači sa Trochotron cijevima do 1950-tih godina bili puno jednostavniji i jeftiniji za izradu, no brzim razvojem digitalnih logičkih čipova prevladali su drugi tipovi dekadskih displeja.
Svakako je u zbirci dobre stare elektronike lijepo imati jedan primjerak uređaja sa Trochotron brojačima, s jedne strane zbog njihove specifičnosti i posebnosti, a s druge strane da nas podsjeti kako se nekad rezultati mjerenja nisu baš dobivali tako lijepo prikazani kao danas. Ne znam kako su inženjeri iz 1950/60-tih godina ocjenjivali rad sa Trochotron brojačima, no znam da se i danas, uz svu uznapredovanu tehniku, opet nađe razlog za kritiziranje nekog LCD displeja i gunđanje zašto malo izblijedi prikaz na izravnom svjetlu ili zašto ne prikazuje vrijednost napona u HD kvaliteti nego samo u VGA rezoluciji sa 256 boja 🙂