Danas je nabavljen cijevni elektronski voltmetar MA 3010 slovenskog proizvođača Iskra iz 1964. godine. Tvrtka ISKRA vuče korijene iz 1946. godine te je i danas prisutna na tržištu. Kroz čitavo razdoblje postojanja nudi širok spektar proizvoda iz područja elektronike, elektrotehnike, telekomunikacija, energetike, automatizacije i tome srodnih proizvodnih grana.
Elektronski voltmetar MA 3010 omogućuje mjerenje izmjeničnih napona do 300 V u deset mjernih opsega. Točnost mjerenja iznosi ±1% za izmjenične napone u opsegu 20 – 100 kHz, odnosno ±5% za izmjenične napone u opsegu 100 – 500 kHz. Napaja se mrežnim naponom 220 V (±10%) 50 Hz. Vidimo da je iscrtana skala i za decibele (dB) koja odgovara mjerenju odnosa snaga na naponskom opsegu 3 V, dok su korekcije za ostale opsege ispisane ispod svakog naponskog opsega (10 dB). Posebno nas veseli što je na skali jasno označeno da referentnih 0 dB odgovara snazi od 1 mW razvijenoj na trošilu otpora 600 Ω pri čemu je napon na tom trošilu 0,775 V. Ovu referentnu vrijednost objasnili smo u objavi Multimetar C4313. Osim ovih, nemamo nikakvih drugih podataka ni dokumentacije o ovom mjernom instrumentu.
Cijevni elektronski voltmetri izrađivali su se u raznim inačicama glede električne sheme, upotrijebljenih elemenata i principa rada. Općenito se mogu podijeliti na elektronske voltmetre za mjerenje istosmjernih i elektronske voltmetre za mjerenje izmjeničnih napona. Nakon toga možemo ih dijeliti s obzirom na vrstu detekcije kao: diodni, rešetkin ili anodni, a također i prema vrsti upotrijebljene elektronske cijevi (dioda, trioda, pentoda itd.). Elektronski voltmetri bazirani na triodi bili su najjednostavniji i najrašireniji tipovi instrumenata koji su dobro funkcionirali za mjerenje istosmjernih napona većih od 1 V ili izmjeničnih napona sinusnog oblika. Radna točka triode bila bi postavljena tako da na anodi dobivamo istosmjerni napon izravno proporcionalan ulaznom na rešetki, a u slučaju izmjeničnog ulaznog napona na anodi dobivamo samo pozitivne poluperiode napona čine trioda zapravo radi ujedno kao ispravljač. Kad nema nikakvog napona na rešetki kazaljka instrumenta neće stajati na nuli nego će pokazivati neku vrijednost struje mirovanja koja teče kroz cijev i koja ovisi o podešenoj radnoj točki. Ova struja se svakako mora na neki način kompenzirati kako bi bez ulaznog napona kazaljka bila na nuli, a najjednostavniji način je dovođenje na instrument kompenzacijske struje suprotnog smjera.
Kod našeg voltmetra MA 3010 upotrijebljene su četiri elektronske cijevi:
- pentoda EF 86
- pentoda E83F
- pentoda E83F
- heptoda-trioda ECH 81
Kao ispravljač anodnog napona koristi se mosni diodni ispravljač, a s obzirom da u unutrašnjosti nismo pronašli nikakve druge ispravljačke elemente možemo zaključiti da sve ove elektronke rade u krugu samog voltmetra (pojačala i ispravljač mjernog napona). Praktično gledano, samo na osnovu tipa elektronki ne može se pouzdano zaključiti o kakvoj konstrukciji voltmetra je riječ. Naime elektronke mogu biti vezane na različite načine (npr. trioda kao dioda, pentoda kao trioda, itd.) i to se u praksi vrlo često koristilo kako bi se dobile drugačije električne osobine cijevi ili jednostavno iz razloga što su upravo određene cijevi bile trenutno na raspolaganju (na zalihama) ili povoljnije po cijeni.
Tako bi u našem konkretnom slučaju lako mogli zaključiti da se MA 3010 bazira na diferencijalnom pojačalu sa dvije jednake pentode E83F, gdje bi onda pentoda EF 86 radila kao ulazno pojačalo za mjerenje niskih napona (ispod 1 V), a heptoda-trioda ECH 81 kao izlazno pojačalo (heptoda u spoju pentode ili triode) i ispravljač (trioda u spoju diode) za instrument. No jednako tako upotreba heptode-triode ECH 81 mogla bi navesti i na zaključak da se radi o elektronskom voltmetru superheterodinskog tipa jer je ECH 81 upravo dizajnirana za krugove oscilatora i mješača. Ipak, ukoliko malo popratimo veze u unutrašnjosti MA 3010 (koliko je to moguće bez pretjeranog mehaničkog utjecaja na elemente) vjerojatnije je ipak da je tu riječ o tipu voltmetra sa RC pojačalima (lijepo se ističu kondenzatori za kapacitivnu vezu između pojedinih pojačivačkih elektronki) , gdje bi onda pentoda EF 86 bila u spoju ulaznog katodnog pojačala za atenuator, nakon čega slijedi dvostupanjsko širokopojasno RC pojačalo sa pentodama E83F te u konačnici pojačalo bazirano na sekciji heptode ECH 81 i ispravljač (detektor) napona za instrument baziran na sekciji triode ECH 81 kako smo objasnili gore kod opisa triodnog voltmetra. Ovo posljednje pojačalo može biti izvedeno kao katodno kako bi se na izlazu dobila mala impedancija za spajanje mjernog instrumenta, no u našem slučaju je više vjerojatno da se radi o trećem stupnju naponskog pojačala jer se instrument spaja tek preko sekcije triode koja služi kao ispravljač. U svakom slučaju u zadnjem stupnju je vjerojatno bilo praktičnije i jeftinije upotrijebiti jednu kombiniranu elektronku ECH 81, nego zasebne elektronke ili poluvodičke ispravljače za izlazni stupanj i ispravljač.
Kod konstrukcije izmjeničnog voltmetara širokog raspona mjerenja (glede napona i frekvencije) potrebno je posebnu pažnju posvetiti dizajnu ulaznog atenuatora kako bi se zadržao što veći ulazni otpor instrumenta ali i linearnost rada u što širem frekvencijskom opsegu, također sa što manjim vlastitim šumom ulaznog dijela koji se u kasnijim stupnjevima dodatno neželjeno pojačava i multiplicira. Stoga se u ulaznom dijelu najčešće koristi katodno pojačalo, a djelitelji napona za dobivanje velikog broja mjernih opsega raspoređuju se na ulazni dio katodnog pojačala (mrežica) i u izlazni katodni krug. Time se ulazni dio može napraviti vrlo jednostavno sa jednim ili dva velika ulazna otpornika da se zadrži veliki ulazni otpor na svim opsezima (u našem slučaju 2 MΩ), a mali otpornici su u izlaznom katodnom krugu pojačala. Kako se radi s izmjeničnim naponima atenuator mora biti frekvencijski kompenziran kako bi se zadržala linearnost mjerenja u što širem frekvencijskom opsegu.
U unutrašnjosti našeg MA 3010 lijepo se vide promjenjivi trimer-kondenzatori u krugu atenuatora za podešavanje ulaznog kapaciteta (40 pF) odnosno odgovarajućeg ulaznog slabljenja signala za radni frekvencijski opseg. Stupnjevi RC pojačala koja slijede nakon ulaznog atenuatora moraju imati što linearniju frekvencijsku karakteristiku u cijelom opsegu mjerenja (20 Hz – 500 kHz) tako da je i ovdje potrebno vršiti određene frekvencijske kompenzacije pojačanja. Nelinearnosti se najviše naglašavaju kako se primičemo prema rubnim frekvencijama, a njihovo ispravljanje se vrši korekcijskim RC elementima u krugovima pojačala. Koliko široko uspijemo linearizirati frekvencijsku karakteristiku pojačala u toliko širokom frekvencijskom opsegu će se elektronski voltmetar moći koristiti za mjerenje napona. Što je više stupnjeva pojačanja to će voltmetar biti osjetljiviji, no sa pojačanjem se također pojačavaju i nelinearnosti. Da bi se postigla što bolja stabilnost širokopojasnih pojačala obično se primjenjuje negativna povratna sprega čime se smanjuju šumovi koje proizvodi samo pojačalo ali se također i smanjuje pojačanje. Treba naći dobar balans između ugrađenih stupnjeva pojačanja, veličine pojačanja i kompenzacije unutarnjih šumova, nestabilnosti i nelinearnosti. Obično se koriste dva do tri stupnja pojačanja što je dovoljno za mjerenje napona reda mV (kao kod MA 3010), no ukoliko se žele mjeriti niži naponi (reda µV) potrebno je ugraditi i više stupnjeva pojačanja koji se razdjeljuju atenuatorom kako bi se lakše očuvala linearna širokopojasna karakteristika pojačanja. Poslije širokopojasnih pojačala obično dolazni katodno pojačalo sa niskom izlaznom impedancijom kao prilagodni stupanj na izlazni detektorski (ispravljački) stupanj za sam mjerni instrument.
Pojačala elektronskih voltmetara bi svakako morala imati neki krug za stabilizaciju anodnih napona kako bi se veličina pojačanja zadržala na istim vrijednostima pri mogućim fluktuacijama napona napajanja (promjene mrežnog napona). Jedini element tog tipa koji smo uspjeli pronaći kod našeg MA 3010 je specifično izveden otpornik koji bi mogao funkcionirati kao NTC ili PTC u katodnom krugu napajanja. Sama početna veličina mrežnog napona kompenzira se potenciometrom za korekciju prije mjerenja (kalibracija pojačanja na puni otklon skale).
Prva slika: Mosni poluvodički diodni ispravljač za anodne napone isključuje upotrebu ispravljačkih elektronskih cijevi. Druga slika: Posebno izveden žičani otpornik vjerojatno služi kao PTC ili NTC element za stabilizaciju anodnih napona pojačala. Treća slika: Uočena prerezana povezna žica (vjerojatno tvornički previd prilikom montaže) povezuje masu šasija te nema utjecaj na električko funkcioniranje voltmetra.
Pregledom komponenti uočili smo da je jedna povezna žica u prekidu. Njome se povezuju samo masa nosača jedne elektronske cijevi sa šasijom koja je ionako povezana sa masom i preko druge žice tako da ovo električki ne utječe na rad voltmetra no pomaže u održavanju stabilnosti rada RC pojačala. Vjerojatno se radi o tvorničkom previdu, odnosno nehotično prerezanoj već zalemljenoj žici prilikom montaže. Nakon što smo ovaj spoj popravili i testirali rad voltmetra možemo zaključiti da isti u potpunosti funkcionira sukladno specifikacijama. Mogu se mjeriti jedino izmjenični naponi što potvrđuje našu pretpostavku o tipu elektronskog voltmetra sa kapacitivno vezanim RC pojačalima.
Elektronski voltmetar Iskra MA 3010 vjerojatno se proizvodio za civilne i vojne potrebe jer postoji vojna knjižica s opisom za rukovanje i održavanje ovog instrumenta. Netko sasvim sigurno posjeduje tu knjižicu i ne bi bilo loše da barem shemu objavi na internetu kako bi svi zainteresirani mogli iz nje nešto naučiti. Najgora je stvar biti nekakav posesivan, ljubomoran ili zavidan sakupljač stare tehnologije kojeg zapravo ne zanima ništa drugo nego čisto posjedovanje, hvalisanje ili preprodaja takvih uređaja uz što veći financijski profit. Ako se već ima nešto od dobre stare elektronike onda najveća vrijednost iste leži u praktičnoj edukaciji i istraživanju načina rada i funkcioniranja elektroničkih sklopova, a zna se da su kod svakog rješavanja problema dvije glave uvijek pametnije od jedne. Zašto onda ne podijeliti i razmijeniti svoje materijalne i umne resurse sa svim ljudima zainteresiranima za tehnologiju i usavršavanjem vlastite spoznaje iste 🙂