Danas je nabavljen kalkulator oznake CD 100, njemačkog proizvođača Olympia, rađen po licenci japanske tvrtke Panasonic (originalna oznaka JE-801A) iz 1972. godine.
Kalkulator Olympia CD 100 može se napajati preko mrežnog napona ili preko četiri baterije 1,5 V (C veličina). Time može služiti kao uredski stolni ali također i kao prijenosni kalkulator.
Tvrtka Olympia Werke AG vuče korijene iz 1903. godine kada je njemačka tvrtka AEG naručila od elektroinženjera Friedricha von Hefner-Altenecka izradu pisaćih strojeva. Isti je konstruirao pisaći stroj „Mignon“ te je za proizvodnju i distribuciju istih 1930. godine nastala tvrtka naziva Europa Typewriters AG čiji proizvodi su dobili međunarodno zaštićenu marku “Olympia”. Krajem 1936. godine i naziv tvrtke promijenjen je u Olympia Büromaschinenwerke AG . Tijekom 2. svjetskog rata ova tvrtka je bila uključena u proizvodnju strojeva za šifriranje „Enigma“, a nakon rata pogoni tvrtke sačuvani od savezničkog bombardiranja potpali su pod vlasništvo države te je nastavljeno sa proizvodnjom pisaćih strojeva kao VEB Optima Büromaschinenwerke.
Krajem 1947. godine naziv tvrtke je promijenjen u Orbis Typewriter Works. Tijekom 1949. godine Međunarodni sud u Haagu dopustio je pogonu tvrtke u Wilhelmshavenu, Western Germany, ponovno koristiti tradicionalni naziv “Olympia”. Tako je 1950. godine tvornica u Wilhelmshavenu dobila ime Olympia Werke West GmbH, a od lipnja 1954. naziv je promijenjen u Olympia Werke AG. Od 1957. godine Olympia Werke AG postupnim preuzimanjem tvrtke Brunsviga Maschinenwerke GmbH počinje proizvodnju mehaničkih računalnih strojeva, a od 1959. proizvodi i električne pisaće strojeve. U 1960-tim godinama Olympia Werke AG postaje vodeća njemačka tvrtka za proizvodnju uredskih strojeva, a širi se i na međunarodno tržište te se do kraja desetljeća svrstava među tri najveća takva proizvođača u svijetu.
Od sredine šezdesetih godina Olympia je uz mehaničke proizvodila i elektroničke računalne strojeve koji su prikazivali znamenke pomoću Nixie cijevi. U 1970-tim godinama veliku dobit tvrtka je ostvarila razvojem i instalacijom računalno upravljanog sustava za prikupljanje podataka Olympia Multiplex 80 koji je uglavnom primijenjen u domaćim bankarskim sustavima. Međutim, od kraja šezdesetih godina došlo je do naglog razvoja elektronike te su se u Japanu već proizvodili elektronički uredski strojevi bazirani na integriranim krugovima koji su bili puno manji, lakši i jeftiniji od elektroničkih uređaja baziranih na velikom broju diskretnih elementa. Stoga je Olympia početkom 1970-ih godina ušla u suradnju sa tvrtkom Matsushita u Japanu, a kupljene su i neke druge nove tehnologije, poput komponenti za kopirne strojeve tvrtke Agfa. Ipak, matična tvrtka AEG, koju je u međuvremenu kupio Daimler, nije mogla pratiti moderne trendove i naglo širenje inovativnih malih modernih računala ispred klasične uredske tehnologije. Od sredine 1980-tih tvrtka AEG Olympia AG bilježi stalne gubitke te se krajem 1991. godine počinje povlačiti iz proizvodnje elektroničke uredske opreme.U cilju spašavanja radnih mjesta dijelovi AEG Olympia AG pretvoreni su u manje gospodarske tvrtke. Danas postoje samo prava na robnu marku “Olympia” koju u Njemačkoj drži poduzetnik Heinz Prygoda, a i neke tvrtke su zadržale to ime u nazivu.
Kalkulator Olympia CD 100 potječe iz razdoblja 1972/73. godine, dakle iz vremena kada je Olympia Werke AG u cilju modernizacije proizvodnje ostvarila poslovni odnos s japanskom tvrtkom Matsushita (Panasonic). Olympia je po licenci Panasonica proizvodila 30-tak modela kalkulatora, te nekoliko modela po licencama drugih japanskih tvrtki (Casio, TEAL, Technico). Izvorna oznaka modela kalkulatora CD 100 je Panasonic JE-801A.
Kalkulator Olympia CD 100 bazira se na specijaliziranom integriranom krugu oznake TMS0105BNC (Texas Instruments), a datumski kod na našem primjerku ukazuje da je isti proizveden 1973. godine. Texas Instruments je tijekom 1970-tih godina razvio petnaestak sličnih inačica čipova serije TMSxxxx koji su implementirali kalkulatore sa četiri osnovne matematičke operacije i podržavali prikaz na 8 ili 10 znamenki. TMS0105 sadrži ROM veličine 3520-bita (320words x 11bits), RAM veličine 182-bita, te decimalnu aritmetičku logiku i izlazni dekoder za pogon 7-segmentnih drivera. Sastoji se od oko 5000 tranzistora.
Za numerički prikaz koristi se osam 7-segmentnih VFD displeja sa decimalnom točkom, te jedan još jedan VFD displej za prikaz predznaka. VFD displej (VFD – Vacuum Fluorescent Display) je električki gledano modificirana elektronska cijev poput triode. VFD ima izravno grijanu katodu, mrežicu, te jednu ili više anoda premazanih fluorescentnom tvari (fosforom) i oblikovanih u obliku željenog znaka ili brojčanog segmenta. Grijača katoda je u obliku jedne ili više tankih niti, a neposredno iza nje slijedi rešetka u obliku fine mrežice sa dovoljnim otvorima da se preko nje vidi anoda. Iza rešetke, na izolacijski materijal je nanesen vodljivi sloj oblikovane anode (ili anoda), a iznad nje sloj fosfora.
Napon žarenja katode ovisi o veličini displeja i najčešće nije veći od 4 V. U našem slučaju su po tri katode VFD displeja vezane serijski i napajane istosmjernim naponom od 2 V, tako je da napon grijanja jednog VFD displeja cca 0,7 V. Anodni napon kreće se obično u rasponu do 36 V, a mi smo na našem displeju izmjerili 22 V. Vidimo da su u našem slučaju vrijednosti napona za pogon VFD displeja relativno male, no ovdje je i riječ o jednom od manjih VFD displeja koji se uobičajeno koriste u praksi.
Princip rada VFD displeja isti je kao i kod svake triode. Katoda je negativno polarizirana dok je svaka anoda pozitivno polarizirana pa se elektroni kreću od katode prema anodi. Pri tome udaraju u fluorescentni premaz nanesen na površinu anode pa ona svijetli. Uobičajeno je plavo-zeleno fosforno svijetlo, no premaz može biti i od nekog drugog fluorescentnog materijala koji daje drugu boju svjetla. Rešetkom se naravno upravlja količinom elektrona koji prelaze sa katode na anodu. Ako se rešetka dovoljno negativno polarizira struja elektrona prema anodi će se potpuno zaustaviti i ista neće svijetliti. Kako rešetku polariziramo sve pozitivnije tako će veći broj elektrona preći na anodu i ona će sve jače svijetliti. Na taj način prednaponom rešetke palimo i gasimo svjetleće segmente na anodi no također možemo i regulirati jačinu samog svjetla.
Prve tri VFD cijevi nisu ispravne. Bijela maglica na vrhu tih cijevi ukazuje da je došlo do puknuća vakuumskog staklenog balona cijevi i ulaska zraka u isti. Kroz stakleni balon sasvim dobro se uočava grijača katoda u obliku tanke žice napete po sredini cijevi, iza nje rešetkasta mrežica, te iza otvora mrežice fluorescentni svjetleći sloj nanesen na anode oblikovane u pojedine segmente.
VFD displeji su zbog svoje strukture i tankog staklenog tijela relativno osjetljivi na vanjske vibracije i mehanička naprezanja, a posebno lako strada podnožje gdje iz staklenog balona izlazi gusti snop elektroda. Stoga se VFD displeji obično dobro fiksiraju i mehanički zaštite kad su ugrađeni u uređaje.
Kod našeg kalkulatora nisu u funkciji tri posljednja VFD displeja. S obzirom da su po tri katodna grijača vezani u seriju,moguće da je došlo do pregaranja kojeg grijača pa sada sve tri VFD cijevi ne dobivaju napon grijanja. Ovo je inače dosta neuobičajeno jer se tanke grijače žice kod VFD cijevi nikad ne užare kao kod klasičnih elektronki te nisu sklone pregaranju. Više zabrinjava što se na vrhu dvije VFD cijevi uočava bjeličasta maglica što upućuje na puknuće staklenog vakuumskog balona cijevi i prodor zraka u isti. Najjednostavnije je bilo provjeriti rad grijača VFD cijevi pomoću termo kamere. Na slici se vidi kako svih devet grijača radi no na tri nefunkcionalne cijevi toplina je znatno raširenija nego kod ispravnih VFD cijevi. To je iz razloga jer je u te tri cijevi ušao zrak i sada se toplina grijača prenosi preko njega u širinu, dok kod čistog vakuuma nema medija za prijenos topline te je toplinsko zračenje zadržano u samoj blizini grijače niti.
Termalna slika ploče kalkulatora Olympia CD 100 pokazuje da grijače katode svih VFD cijevi rade, no na prve tri neispravne cijevi toplina je puno više raspršena nego kod ostalih ispravnih cijevi. Uzrok tome je zrak koji je ušao u prve tri cijevi i koji bolje prenosi toplinu sa grijača nego vakuum. Grijače katode VFD cijevi se nikad ne griju do točke žarenja i vidimo da površinske maksimalne temperature nigdje ne prelaze 33°C. Najviše topline osim VFD cijevi isijavaju mrežni transformator, mosni ispravljač i druge ispravljačke diode te jezgra integriranog kruga TMS0105BNC.
VFD displeji se i danas proizvode i ugrađuju u neke uređaje najviše zbog dizajnerskih razloga, odnosno zbog vrlo lijepog i oku ugodnog svjetla koje daju, no to su uglavnom namjenski displeji sa specifičnim segmentima kreiranima za pojedine uređaje. Ovakve univerzalne 7-segmente VFD displeje moguće još nabaviti iz nečijih starih zaliha, no na sreću ostao je do danas sačuvan i veliki broj kalkulatora i sličnih uređaja iz 1970-tih godina u koje su ugrađeni ovakvi displeji pa se nadamo da ćemo već jednom naići na kakav primjerak za dijelove.
Rekli smo da integrirani krug TMS0105BNC sadržava čitav kalkulator i izlazni stupanj za pogon multipleksiranih osam i pol 7-segmentnih displeja. Vremensko multipleksiranje kad imamo više 7-segmentnih displeja odličan je način za smanjenje broja žičanih veza koje povezuju displeje sa izvorom upravljačkih signala za željeni prikaz segmenata. Kad bi se svih devet 7-segmentnih displeja kontroliralo istovremeno bilo bi potrebno oko 80 poveznih žica za kontrolu svakog pojedinačnog segmenta svake pojedinačne VFD cijevi. Stoga se vrši vremenski multipleks gdje se u jednom kratkom trenutku kontrolira samo jedan 7-segmenti displej, u slijedećem trenutku drugi itd. S obzirom da su ove izmjene vrlo brze, zbog perzistencije ljudskog oka i samog fosfora čini se da svi segmenti svijetle istovremeno. Takvim načinom broj poveznih žica sveden je na svega 17, a i samo međusobno povezivanje svih segmenata je daleko jednostavnije i urednije.
Ukoliko bi se sa svih devet VFD cijevi upravljalo istovremeno bilo bi potrebno oko 80 poveznih žica između MCU i drivera te između drivera i VFD displeja. Također, sam driver bi u ovakvoj konfiguraciji sadržavao oko 100 tranzistora. Zbog toga se vrši vremenski multipleksirano upravljanje pojedinačnim VFD cijevima, gdje u jednom trenutku radi samo jedna cijev. S obzirom da su izmjene rada cijevi vrlo brze čini se da sve cijevi rade istovremeno. Na taj način je dovoljno 17 upravljačkih linija i 27 tranzistora u driveru.
S obzirom da VFD displej traži veće napone i struje nego ih TMS0105 može isporučiti, u naš kalkulator ugrađeni su tranzistorski driveri za VFD displej. Po dva tranzistora za svaku VFD cijev kontroliraju napon na mrežicama, dakle upravljaju paljenjem i gašenjem prikaza. Devet tranzistora upravlja anodnim naponom za svaki od osam segmenata displeja (sedam numeričkih i decimalna točka). Nadalje, integriranom kruguTMS0105 kao i svakom drugom mikrokontroleru potrebno je osigurati neki takt (clock), a tome vjerojatno služi kakav bistabilni multivibrator baziran na dva ili tri tranzistora. Naš kalkulator se može napajati preko mrežnog transformatora ili preko baterija ukupnog napona 6 V (4 x 1,5 V). Ovaj napon nije dovoljan za pogon sklopovlja (-7,5V i -15V za TMS0105, +22V za VFD) te se mora koristiti pretvarač napona. On se vjerojatno bazira na malom transformatoru označenim sa YLPT100A (TDK) te još nekoliko tranzistora za DC-AC konverziju. Neki tranzistori se svakako koriste i za stabilizaciju napona, tako da smo u našem kalkulatoru izbrojali nekih 38 diskretnih tranzistora što svakako nije puno prema njih 5000 koliko sadržava sam integrirani krug, no kod složenijih VFD displeja sa puno segmenata već u to doba umjesto velikog broja tranzistora koristile su se integrirane inačice VFD drivera.
Tipkovnica kalkulatora CD 100 izvedena je na prilično specifičan način, pomoću reed-releja. Reed-relej funkcionira kao i svaki drugi relej kod kojeg magnetsko polje privlači i zatvara ili otvara njegove kontakte. Specifičnost kod reed-releja je ta što su kontakti od magnetskog materijala zatvoreni u usku staklenu cjevčicu čime su zaštićeni od vanjskih utjecaja i prašine. Kontakti su sami po sebi elastični te ne zahtijevaju neku posebnu vanjsku armaturu (opruge, poluge, nosače i slično) pa su mehanički jednostavni, pouzdani i dugog životnog vijeka. Kontakti su obično na vrlo malom razmaku tako te se brzo zatvaraju i za pogon ne zahtijevaju jako magnetsko polje. Kao takvi su prikladni za aplikacije gdje su potrebna česta, pouzdana, brza preklapanja niskih struja uz malu vlastitu potrošnju. Od 1930-tih do 1960-tih godina od takvih releja su bile konstruirane memorije tadašnjih elektromehaničkih telefonskih centrala, gdje je nekoliko milijuna međusobno povezanih reed-releja omogućavalo memoriranje znamenki ili izvođenje neke logičke funkcije.
Kod našeg kalkulatora red-releje aktivira mali magnetski prsten koji je spregnut sa svakom tipkom i koji prilikom pritiska iste dolazi na tanku cjevčicu reed-releja i aktivira kontakte u njoj. Ako pažljivo poslušamo, prilikom pritiska svake tipke (bez obzira da li je uključeno napajanje ili ne) čuje se lagani klik koji naprave kontakti reed-releja u unutrašnjosti. Ovo je svakako konstrukcija koja osigurava izdržljivost, otpornost, te dugotrajan i pouzdan rad tipkovnice koju sasvim sigurno neće uništiti istrošena folija, prolivena kava ili nakupljena prašina kako je to često slučaj kod modernih tipkovnica.
Kalkulator Olympia CD 100 i slične inačice kalkulatora CD serije vrlo su popularne među kolekcionarima no nigdje se ne mogu naći ni tvornički podaci o integriranom krugu TMS0105kao ni shema samog kalkulatora CD 100. Mi smo stoga opisali ovaj kalkulator koliko god je bilo moguće s elektroničke strane jer moramo priznati da isti puno više govori o 1970-tim godinama svojom unutrašnjom konstrukcijom nego svojom lijepom vanjštinom 🙂