Danas je nabavljen Audio Frequency Response Tracer Type 4707, proizvod danske tvrtke Brüel & Kjær iz 1950-tih godina.
Tvrtka Brüel & Kjær osnovana je 1942. godine i od samih početaka pa sve do danas bavi se razvojem i proizvodnjom uređaja za mjerenje u području audio frekvencija, najviše vezano uz mjerenja jačine buke i vibracija. S obzirom da je tvrtka osnovana tijekom 2. svjetskog rata za bojanje kućišta uređaja dostupna je bila vojna zelena boja i po toj boji su uređaji tvrtke Brüel & Kjær ostali prepoznatljivi sve do danas. Nagli razvoj tvrtke započeo je krajem 1950-tih godina kada je proširila svoju prodaju širom Evrope i na gotovo sve druge kontinente. Godine 1981. tvrtka Brüel & Kjær slavila je svoj milijunti proizvedeni mjerni uređaj. Tijekom 1992. godine tvrtka Brüel & Kjær prodana je njemačkom holdingu AGIV gdje je prema području proizvodnje podijeljena je u pet zasebnih tvrtki. Te podijeljene tvrtke Brüel & Kjær zajedno sa tvrtkama Hottinger Baldwin Messtechnik GmbH (HBM) i BTG Instruments GmbH činile su AGIV-ov odjel naziva Spectris. U srpnju 2000. godine odjel Spectris prodan je britanskoj tvrtki Fairey Group Ltd, a iduće godine Fairey Group promijenila je ime u Spectris Plc. Tijekom 2009. godine tvrtki Brüel & Kjær pridružene su LDS Test & Measurement i Lochard Ltd, da bi se 2020. godine Brüel & Kjær spojio sa Hottinger Baldwin Messtechnik i promijeno ime u Hottinger Brüel & Kjær. Brüel & Kjær danas nudi širok spektar rješenja za mjerenje buke i vibracija, od senzora preko mjernih instrumenata do softverskih aplikacija uz podršku kalibracije i servisa svojih uređaja.
Audio Frequency Response Tracer je uređaj za snimanje amplitudno-frekvencijskih karakteristika (odziva) raznih audio komponenti i uređaja kao što su pojačala, filtri, zvučnici, mikrofoni i druge elektroničke ili elektro-akustične komponente koje rade u frekvencijskom opsegu 20 Hz do 20kHz. Sastoji se od izvora sinusnog signala stabilne amplitude koji se određenom brzinom mijenja u rasponu 20 Hz do 20kHz (sweep generator) i koji je vremenski sinkroniziran sa horizontalnom osi osciloskopa. Taj signal se dovodi na uređaj kojem snimamo karakteristiku, a izlazni signal se zatim dovodi na vertikalni otklon osciloskopa. Tako ćemo na osciloskopu dobiti iscrtane amplitude signala koje testni uređaj propušta za svaku pojedinu frekvenciju. Response Tracer je dakle mjerni uređaj kojeg danas najčešće zovemo spectrum analyser sa tracking generatorom (analizator spektra sa pratećim frekvencijskim generatorom), no uređaji tog tipa koji su namijenjeni samo za audio frekvencijski opseg često imaju i neke druge (zvučne) nazive.
Audio Frequency Response Tracer Type 4707 je uređaj pozamašnih gabarita, dimenzije su 48x38x62 cm, a težina 42 kg. Težini najviše doprinosi robusna metalna šasija sa tri masivna mrežna transformatora te još pet filtarskih prigušnica i signalnih transformatora sa željeznom jezgrom. Komponente su montirane na tri razine.
Na gornjoj razini je osciloskopska cijev, magično oko te sedam elektronki sa pripadajućim pasivnim elementima koji čine lanac vertikalnog otklona. Na srednjoj razini su četiri elektronke, elektromotorni pogon i pasivni elementi za oscilatore, mješač i izlazno audio pojačalo generatora testnih frekvencija (sweep generatora), te četiri elektronke za ispravljanje i stabilizaciju napona napajanja. Na donjoj razini su tri elektronke sa pasivnim elementima za krug kompresijskog reguliranog pojačala te tri mrežna transformatora.
Za Response Tracer Type 4707 nemamo elektroničku shemu, no postoje neke korisničke upute iz kojih možemo raspoznati pojedine sklopove u unutrašnjosti uređaja i izvesti principijelnu blok shemu. Izbrojali smo ukupno 20 elektronskih cijevi:
- V1 do V8 – pentode6AU6 (EF94)
- V9, V10– dvostruke ispravljačke diode 6X4 (EZ90)
- V11, V12, V13 – dvostruke signalne diode 6AL5 (EB91)
- V14 – magično oko6U5
- V15 – visokonaponska ispravljačka dioda 1B3GT
- V16, V17 – stabilizatori napona OA2 (150C2)
- V18 – osciloskopska cijev 5CP7A (DP13-2)
- V21 – troda-heptodaECH21
- V22 – audio pojačalo snage 6AQ5 (EL90)
Kao što vidimo, generator frekvencije 20 Hz do 20kHz sastoji se od dva oscilatora, jednog fiksnog na frekvenciji 120 kHz i jednog promjenjivog (VFO) u rasponu 100-120 kHz. Miješanjem ove dvije frekvencije dobiva se audio opseg frekvencija 0-20 kHz. Niskopropusnim filtrom zatim se filtriraju neželjeni viši produkti miješanja, te se filtrirani opseg dalje pojačava i preko kontrola za podešavanje amplitude signala i izlazne impedancije šalje na izlaznu priključnicu AF Output.
Pojačanje signala iz fiksnog oscilatora može dodatno kontrolirati nekim audio signalom dovedenim na priključnicu Compressor Input. Ovisno o specifičnosti i vrsti mjerenja za regulaciju se može koristiti dio izlaznog signala sa priključnice AF Output (svojevrsna povratna veza za automatsku regulaciju pojačanja) ili pak bio koji drugi audio signal doveden sa nekog izdvojenog ili paralelnog kontrolnog ili mjernog sustava. Naime, od velike je važnosti da amplituda signala na priključnici AF Output bude konstantna u čitavom opsegu do 20 kHz jer ako to nije slučaj onda će sve promjene amplitude samog ulaznog testnog signala biti vidljive i na iscrtanoj karakteristici, a one zapravo nemaju veze sa izlaznom amplitudno-frekvencijskom karakteristikom uređaja kojeg testiramo.
Kod mjerenja na nekim specifičnim komponentama, u opsegu promjene frekvencije 0-20 kHz može doći i do različitih promjena opterećenja na priključnici AF Output što bi uzrokovalo i promjenu prikazane amplitude na CRT grafu. Da bi se kod takvih mjerenja osigurala konstantna amplituda izlaznog signala u čitavom opsegu može se koristiti dio (uzorak) izlaznog signala za povratnu automatsku regulaciju pojačanja, odnosno stabilizaciju amplitude izlaznog pojačala. Ova regulacija jednako tako može biti izvedena i bilo kojim drugim izvorom kontrolnog audio signala. Ispravljač, odnosno pretvarač kontrolnog audio signala u proporcionalnu vrijednost istosmjernog napona za kontrolu prednapona pojačivačke cijevi, može imati brzi i spori odziv (Fast / Slow). Izbor ovisi o brzini varijacije frekvencije iz AF oscilatora, pa ukoliko dobivamo prikaz grafa pun naizmjeničnih uskih šiljaka i praznina znači da je kontrola regulacije prespora i istu je potrebno povećati (sa 300 dB/sec Slow na 500 dB/sec Fast).
Frekvencijska skala sweep ili tracking generatora 0-20 kHz linearna je do frekvencije 100 Hz, nakon čega prelazi u logaritamsku skalu.
Ako pogledamo kružnu skalu (0-20000 kHz) vidimo da je ona u opsegu 0-100 Hz linearna, a u opsegu 100-20000 kHz je logaritamska što je bilo definirano po tadašnjem danskom CCI standardu. To znači da i mjerna skala mora biti logaritamska, a time i sama otklonska pojačala.
Logaritamska mjerna skala baždarena je u opsegu 20 Hz do 20 kHz. Ova mjerna skala (mreža) otisnuta je posebnoj prozirnoj plastičnoj pločici koja se lako može zamijeniti nekom drugom skalom.
Promjenjivi kondenzator VFO-a preko pužnog prijenosa povezan je sa elektromotorom koji ga stalno vrti u krug čime dobivamo stalno mijenjanje frekvencije u rasponu 0-20 kHz. Na istu osovinu vezan je i logaritamski potenciometar za horizontalni otklon čime je osigurana sinkronizacija horizontalnog položaja točke na ekranu sa stvarnom frekvencijom koja odgovara tom položaju. Brzine vrtnje može biti 3, 6 ili 12 okretaja u minuti čime se dobiva veća ili manja rezolucija mjerenja. Kad je vrtnja sistema u praznom području skale, posebna mikrosklopka vezana na kotač skale drži isključenim napon na vertikalnom pojačalu te se linija iscrtava ispod razine grafa.
Elektromotor je proizvod njemačke tvornice Papst Motoren KG (po osnivaču Hermann Papst) formirane 1952. godine. Papst motori su bili poznati po tome što su imali vanjski rotor (kao i ovaj naš model) i izrađivali su se za pogon različitih elektroničkih uređaja, uglavnom audio uređaja poput različitih magnetofona, kasetofona i gramofona. U tom smislu Papst je usko surađivao sa Grundigom, no s vremenom se proširio i na sva inozemna tržišta. Tijekom 1963. godine došlo je do spajanja tvrtki Papst Motoren, Elektrobau Mulfingen i Motoren Ventilatoren Landshut u današnju ebm-papst grupu koja se i dalje bavi proizvodnjom električnih motora i ventilatora.
Potenciometar za horizontalni otklon izveden je vrlo specifičan način, nešto slično što smo već vidjeli kod Range potenciometara u Level Recorderima 2304 i 2307. Potenciometar nema kontinuiranu otpornu traku, nego se sastoji od 176 serijski povezanih otpornika, a svaki spoj doveden je na kontaktnu lamelu koja onda čini otpornu traku potenciometra. To znači da je horizontalna mjerna površina skale duljine 85 mm podijeljena na 176 uzoraka.
Iz kućišta tittrajnog kruga VFO-a izlazi osovina promjenjivog kondenzatora koja je preko pužnog prijenosa spregnuta sa pogonskim elektromotorom i dalje preko osovine sa potenciometrom za horizontalni otklon. Na osovini se uočava i jedan disk sa grebenastim rubom iznad kojeg je mikrosklopka. Ovaj sistem aktivira mikrosklopku za isključivanje vertikalnog otklona na praznom području rotirajuće skale.
Za bolji dostup i pregled elemenata na srednjoj razini šasije potrebno je demontirati gotovo čitavu šasiju i odlemiti sve povezne žice. To naravno nismo radili, no uhvatili smo kut iz kojeg se može vidjeti specijalna izvedba logaritamskog potenciometra za horizontalni otklon koji se sastoji od 176 fiksnih otpornika povezanih na kontaktnu lamelu.
Većina transformatora i prigušnica je proizvod poznate danske tvrtke Jørgen Schou (JS). Ova tvrtka je proizvodila visokokvalitetne transformatore za različite komercijalne i profesionalne uređaje. Posebno su cijenjeni njihovi audio transformatori koje su ugrađivali u uređaje renomiranih proizvođača poput B&O, Ortofon, Lyrec i drugih. Tvrtka Jørgen Schou poslovala je vjerojatno u razdoblju od 1930-tih do 1980-tih godina. Na jednoj prigušnici je oznaka Lübcke, a na jednoj Reofon, što su također bili poznati danski proizvođači transformatora toga doba (slika lijevo).
Sklopka RC visokopropusnog filtra Lower Limiting Frequency (slika desno).
Vertikalno pojačalo je također jednostavno. Signal se dovodi na dvostupanjsko pojačalo čije pojačanje se regulira negativnom povratnom vezom preko potenciometra Tracer Input Voltage. Pojačani signal se zatim poluvalno ispravlja diodama i vodi na podesivi RC visokopropusni filtar kojim se određuje najniža propusna frekvencija. Ovim filtrom se dobiva najbolji mogući prikaz grafa s obzirom na odabranu horizontalnu brzinu promjene frekvencije. Nakon ovoga signal se vodi na diodni kompresor na čijem izlazu se dobiva istosmjerni napon čiji novo se mijenja po logaritamskoj karakteristici. Ovim naponom se kontrolira vertikalno otklonsko pojačalo.
Osciloskopska cijev 5CP7A (DP13-2) sa elektrostatičkim otklonskim pločama ima promjer ekrana 5″ (cca 127 mm). S obzirom da je ovdje riječ o vrlo preciznom mjernom uređaju iskorištena je površina od svega 85×55 mm jer je na rubovima ekrana najteže precizno kontrolirati otklonsku zraku. Fosforni premaz je sa dugom perzistencijom što je pogodno za mjerne uređaje sa sporom frekvencijom osvježavanja (vremenskom bazom).
S ove strane CRT cijevi montirani su elemenati vertikalnog otklonskog pojačala, čitav lanac sa sedam elektronskih cijevi.
Osciloskopska cijev 5CP7A radi na naponu do najviše 4 kV. Ovaj napon se osigurava preko visokonaponskog mrežnog transformatora (2 kV) koji se ispravlja visokonaponskom ispravljačkom diodom 1B3GT i filtrira ovim velikim kondenzatorima 0,5 µF / 3000 V. Kondenzatori su danskog proizvođača Jensen (Tobias Jensen Production A/S). Ova tvrtka osnovana je 1917. godine i primarno je proizvodila različite vrste kondenzatora, a u manjoj mjeri i druge elektroničke komponente kao i neke modele radio prijemnika. Današnja podružnica te tvrtke A/S Jensen Capacitors fokusirana je na proizvodnju visokokvalitetnih kondenzatora za audio aplikacije.
Uočava se i pločica sa otpornicima u krugu djelitelja napona za napajanje pojedinih elektroda CRT cijevi te visokonaponski kablovi kojima je sve povezano.
Potenciometar Tracer Input voltage, ispod njega sklopka Lower Limiting Frequency i ispod priključnica Tracer input, sve su to kontrole vertikalnog otklona montiranog na ovoj razini šasije (slika lijevo).
Potenciometar za namještanje fokusa Cathode Ray Focus, ispod njega sklopka za uključenje CRT cijevi te potenciometar za kontrolu jačine osvjetljenja Cathode Ray Brilliance, na dnu je magično oko 6U5 za kalibraciju nule na skali VFO-a (slika desno).
Donja razina sa tri masivna mrežna transformatora i elementima kompresijskog reguliranog pojačala za oscilator. Sve ispravljačke elektronke i stabilizatorke montirane su na srednjoj razini, vjerojatno radi lakše zamjene.
Na ovoj strani su pasivne komponente za stabilizaciju rada elektronki oscilatora/mješača koje se nalaze na srednjoj razini šasije.
Sa ove strane se vide tri elektronke i druge pasivne komponente kompresijskog pojačala (krug povratne veze za stabilizaciju pojačanja izlaznog testnog signala).
Tri mrežna transformatora. Primar svakog transformatora moguće je prilagoditi na mrežne napone 110, 127, 150, 220 i 240 V. Dva transformatora su identična i daju dvostruki napon od 300 V (300-0-300 V) za anode elektronskih cijevi te dva napona od 6,3 V za grijanje katoda elektronski cijevi. Moguće da u cilju stabilnosti jedan transformator napaja samo sklopove oscilatora i mješača. Treći transformator je visokonaponski te daje napon 2 kV (anodni napon) i 3,6 V (grijanje katode) za pogon osciloskopske cijevi. Dodan je još jedan sekundarni namotaj 1,25 V za grijanje visokonaponske ispravljačice 1B3GT.
Priključnica Compressor Input, sklopka Fast/Slow i potenciometar Compressor Voltage za kontrolu kompresijskog pojačala smještenog na ovoj donjoj razini šasije. Zanimljivo je primijetiti da su osim danskih Vitrohm ponegdje ugrađeni i češki Tesla otpornici (slika lijevo).
Potenciometar AF Otput Voltage i promjenjivi (trimer) kondenzatori za Zero Adjustment kontrolu (kalibracija VFO-a) smješteni su također u ovom dijelu šasije (slika desno).
Audio Frequency Response Tracer Type 4707 je uređaj koji može posve samostalno prikazati gotove amplitudno-frekvencijske karakteristike audio uređaja i komponenti što je rijetkost za mjerne uređaje iz 1950-tih godina (obično bi osciloskop i sweep generator bili odvojeni uređaji). Stoga smo odlučili testirati ovaj uređaj iako to bez zamjene kondenzatora nije baš pametno raditi. U kontroliranim uvjetima (postepeno podizanje napona uz stalno praćenje porasta struje) uspjeli smo vidjeti da elektromotorski pogon radi i da se na ekranu pojavljuje točka. No, nakon minute rada stari papirnati elektrolitski kondenzatori počeli su se pregrijavati se te smo morali isključiti uređaj iz napajanja.
Sada sam na odluci da li ići na restauraciju i eventualni popravak ovog uređaja da vidim kako to čudo doista radi ili ga je ipak bolje ostaviti u originalnom stanju. S obzirom da nemam elektroničku shemu, ukoliko (osim elektrolita) postoje i neki drugi kvarovi, onda se popravak opet može razvući na detaljno crtanje (dijelova) sheme i sate strpljivog rada, a ovim ogromnim i teškim uređajem doista nije lako manipulirati na radnom stolu. Brinu me i ovi visokonaponski filtarski kondenzatori (500 nF / 3 kV) čije probijanje bi moglo izazvati veliku štetu na VN krugu, a isti nisu baš lako nabavljivi i jeftini za preventivnu zamjenu. Uređaj je zaštićen svega jednim mrežnim osiguračem od 2 A na primarima transformatora što nije dovoljna zaštita istih od preopterećenja na sekundarima uzrokovanih neispravnim filtarskim elektrolitima. Negdje sam iskopao da uređaj troši snagu od 120 W što znači da bi na 240 V nominalna struja bila 0,5 A (oko 1 A na mreži 110 V).
Stavit ćemo ipak ovaj uređaj na čekanje, a glavni razlog je doista teška manipulacija istim i težak dostup pojedinim komponentama. Najzanimljiviji dio uređaja, VFO kontroliran elektromotorom, smješten je u posebni metalni oklop u središnjem dijelu šasije i da bi se došlo do njega treba rastaviti i razlemiti 2/3 čitavog uređaja. Za sada mi je dovoljno dizanja i okretanja ovog uređaja, za ovu fazu smo ga dovoljno upoznali, a jednom možda i dođe na red za popravak makar samo da vidimo kako to svjetla točkica na ekranu slijedi elektromotornu vrtnju VFO-a i kako je ondašnjim inženjerima bilo vršiti mjerenja sa ovakvim instrumentima 🙂