Danas je nabavljen videoskop SWOF BN 424101/2, proizvod njemačke tvrtke Rohde & Schwarz iz 1966. godine.
Kontrole su podijeljene na dva dijela: lijevo je analizator spektra (VF RECEIVER), a desno je sweep generator (GENERATOR).
Na lijevoj strani se podešava prikaz frekvencijskih markera, te brzina i širina skeniranja frekvencijskog opsega (sweep – svipanje). Također je moguće odabrati i vrstu skeniranja (kontinuirano, ručno, jedan prolaz). Osim automatskog moguće je i ručno skeniranje (selektivni voltmetar). Tu je i ulazni atenuator te kontrola za vertikalno pojačanje (veličina amplitude signala).
Na desnoj strani se podešava amplituda i frekvencijski opseg vobler generatora (VCO-a) te centriranje opsega na ekranu. Instrument pokazuje izlaznu amplitudu signala iz voblera. Promjenjiva frekvencija se može generirati u jednom smjeru (samo od minimuma do maksimuma) ili u oba smjera (od minimuma do maksimuma, a zatim od maksimuma do minimuma).
Tvrtka Rohde & Schwarz (R&S) osnovana je 1933. godine i do danas je prerasla u globalnu elektroničku korporaciju specijaliziranu za elektroničke mjerne instrumente, radio tehniku i komunikacije te kibernetičku sigurnost. Prvi proizvod tvrtke Rohde & Schwarz bio je mjerač dielektričnih gubitaka na keramičkim disk izolatorima na frekvencijama 50-200 MHz, koji je izrađen po narudžbi britanske tvornice za proizvodnju keramičkih izolatora. Godine 1938. R&S je proizvela prvi na svijetu prijenosni kvarcni sat (težine 36 kg). Prelazak na serijsku tvorničku proizvodnju započet je 1942. godine proizvodnjom radio-lokatora, a po završetku 2. svjetskog rata R&S je po nalogu američke vojske izvršila provjeru, kalibraciju i popravak kompletne radio opreme u centralnom skladištu zrakoplovstva SAD-a u Njemačkoj. Isto tako 1949. godine po nalogu Radio Münchena gradi i testira prvi FM VHF probni odašiljač. U idućim desetljećima tvrtka R&S razvija i proizvodi veliki broj različitih uređaja i opreme za radio tehniku i mjernu tehniku, a najvažnija pionirska postignuća su bila: prvi složeni mrežni vektorski analizator (1950), prvi automatski radio-lokator kao dopuna radarima za zrakoplovstvo (1955), prvi radio-lokator na principu Dopplerovog efekta (1959), prvi sustav praćenja buke zračnog prometa na aerodromima u Njemačkoj (1964), prvi europski automatski sustav za testiranje integriranih krugova (1967), prvi mikroprocesorski kontrolirani radio tester (1974). Nakon 1980-tih godina tvrtka R&S prati svu modernu tehnologiju i odgovara na zahtjeve vezane za radio difuzne te sve ostale civilne i vojne radio komunikacije. Od 2000-tih godina R&S preuzima više drugih tvrtki sa srodnim proizvodnjama (uključujući i poznati Hameg) i širi se na svjetska tržišta. R&S je 2007. godine proizvela prvi na svijetu RF spektralni analizator s kontinuiranim frekvencijskim rasponom do 67 GHz, a godinu dana kasnije prvi prijenosni prijemnik (skener) za praćenje slabih ili kratkotrajnih signala u frekvencijskom rasponu od 9 kHz do 7,5 GHz.
U posebnom odjeljku na prednjoj ploči nalaze se kontrole za pozicioniranje horizontalnog frekvencijskog traga po X i Y osi na ekranu te podešavanje širine prikaza markera.
Sa našim uređajem je došla decibel-skala, no te skale su lako izmjenjive ovisno o vrsti mjerenja. Primjećuje se da nema vertikalnih (frekvencijskih) linija jer se one određuju elektronički markerima.
Videoskop je uređaj za prikaz signala u frekvencijsko-amplitudnoj domeni, dakle instrument koji danas zovemo analizator frekvencijskog spektra (Spectrum Analyser). Takav uređaj neprekidno skenira određeni frekvencijski opseg te mjeri i prikazuje amplitude signala na svakoj pojedinoj frekvenciji unutar tog opsega. Analizatori spektra za radio signale (RF Spectrum Analyser) obično rade kao samostalni uređaji i ulazni signal dobivaju preko antene kao i svaki drugi radio prijemnik.
No, ukoliko želimo snimiti frekvencijsku karakteristiku (odziv) nekog određenog sklopa ili komponente na nekom određenom frekvencijskom opsegu, onda nam je potreban i poseban generator testnog signala koji radi u tom frekvencijskom opsegu. Taj signal mora biti amplitudno konstantan u čitavom frekvencijskom opsegu, i brzina skeniranja (promjene frekvencije) mora biti sinkronizirana sa X-osi (frekvencijskoj osi) analizatora spektra. Jedino tako ćemo dobiti usklađen prikaz amplitude svake pojedine testne frekvencije.
Analizatori frekvencijskog spektra su oduvijek bili složeni i skupi uređaji. Najjeftinije rješenje je bilo gradnja posebnog uređaja koji je postojećim osciloskopima omogućavao prikaz signala u frekvencijskoj domeni. To je u osnovi bio naponski kontroliran oscilator (VCO) kojim je upravljao pilasti napon osciloskopa (vremenska baza). Takav vanjski (pomoćni) oscilator, koji stalno linearno mijenja svoju frekvenciju u nekom zadanom frekvencijskom opsegu, na engleskom jeziku se zove “Sweep generator ili Tracking generator”, a na njemačkom “Wobble generator (Wobbelsender, Wobbulator ili Wobbler)” te je i kod nas također bio dugo uvriježen pojam “vobler”.
Vobler bi dakle bio spojen na pilasti napon osciloskopa čime je promjena njegove frekvencije bila sinkronizirana sa horizontalnim otklonom osciloskopa. Time je X-os osciloskopa iz vremenske domene pretvorena u frekvencijsku domenu. Na gotovo svim osciloskopima stare generacije, obično na zadnjoj strani kućišta, nalaze se priključnice za izlaz pilastog napona koji se mogao koristiti za upravljanje, odnosno sinkronizaciju takvog voblera.
Već smo rekli da vobler mora davati signal jednake amplitude u čitavom frekvencijskom opsegu rada kako bi bio prikladan za snimanje frekvencijskih karakteristika (odziva) uređaja i komponenti koje se testiraju. Također, da bi se mogao pratiti (mjeriti) signal na svakoj pojedinačnoj frekvenciji potrebno je X-os ociloskopa kalibrirati sa pripadajućim frekvencijama voblera. Ta kalibracija mrežaste skale osciloskopa nije bila praktična. U prvom redu trebali bi imati vobler vrlo stabilnog frekvencijskog opsega rada, a onda bi trebali nacrtati niz linija skale po vertikalnoj osi ekrana osciloskopa, a koje bi opet vrijedile samo za taj jedan opseg skeniranja. Puno bolje rješenje je bilo upotreba tzv. generatora markera. To su bili jednostavni sinusni oscilatori na nekoj poznatoj fiksnoj frekvenciji. Ta frekvencija se uvodi na Y-ulaz osciloskopa zajedno sa frekvencijom voblera. Kada se frekvencija voblera poklopi sa frekvencijom markera, onda se amplitude tih dviju frekvencija zbrajaju ili oduzimaju (ovisno o fazi) što se vidi kao vertikalni trag na tom mjestu horizontalne linije osciloskopa. Amplituda markera je obično nekoliko puta manja od amplitude voblera, tako da će taj vertikalni marker biti diskretno vidljiv na tom dijelu linije kao mala vertikalna poprečna crtica.
Naravno, moguće je bilo napraviti složeniji vobler sa vlastitim generatorom upravljačkog pilastog napona, čime se više nije vobler sinkronizirao sa osciloskopom nego se osciloskop sinkronizirao sa voblerom (osciloskop pri tome radi u XY-modu i ne treba vlastitu vremensku bazu). Prvi vobleri bili su oscilatori sa promjenjivim kondenzatorom spregnutim sa elektromotorom, te se frekvencija mijenjala elektromehanički (vidi objavu Audio Frequency Response Tracer Type 4707). Kasnije su došli VCO-i upravljani pilastim naponom kakav je ugrađen u naš Videoskop, a od 1970-tih godina sve više ulaze u upotrebu kapacitivne diode. Kako god bilo, važno je na neki način sinkronizirati rad voblera (sweep generatora, VCO-a, VFO-a) sa horizontalnom kontrolom katodne zrake na osciloskopu kako bi dobili čitljivu (mjerljivu) snimljenu frekvencijsku krivulju.
Ovaj uvod nam je bio potreban da shvatimo osnovne kontrole na našem Videoskopu SWOF BN 424101/2. Vidimo da su iste razdvojene na dva dijela: lijevo su kontrole polja VF RECEIVER što je u biti analizator spektra, a desno su kontrole polja GENERATOR što je u biti sweep generator (vobler). Također imamo i generator frekvencijskih markera na svakih 0,5, 1 i 5 MHz.
S obzirom da nemamo ni korisničke ni servisne podatke o ovom našem videoskopu, idemo prvo razgledati unutrašnjost uređaja…
Pričuvni osigurači i žaruljice kontrolnih lampica sa specijalnim alatom za njihovu izmjenu.
Izbrojali smo ukupno 60 elektronskih cijevi ugrađenih u ovaj uređaj ako računamo i samu osciloskopsku cijev Telefunken DP 18-14. Osim toga pronašli smo još šest tranzistora i dvadesetak poluvodičkih dioda.
Osciloskopsku cijev ima oznaku Telefunken DP 18-14. To je cijev promjera ekrana od 180 mm (upotrebljivo 160 mm), duge perzistencije od 12 sekundi sa dvobojnim plavo-žutozelenim fosforom (boja se mijenja ovisno o vremenu proteklom nakon osvjetljenja). Svjetlosni trag se mora sporo gasiti jer je brzina svipanja relativno mala (500 ili 50 ms). Garancija za ovu cijev počela je teći od listopada 1967. godine.
Svaki funkcionalni sklop uređaja nalazi se u zasebnom odjeljku lijepo označenim blok shemom. Idemo stoga skinuti poklopce i vidjeti što se krije ispod njih.
Razvoj i konstrukcija jednog ovakvo kompleksnog uređaja traži usklađeni rad velikog broja inženjera različitih specijalnosti. Da bi ispravno radili, ovakvi uređaji moraju biti dobro podešeni i kalibrirani u mnogim funkcionalnim sklopovima. Kalibracija se također mora ponavljati periodički, a i zamjena nekih dotrajalih elektronskih cijevi i drugih komponenti također traži i ponovnu kalibraciju.
Iz blok sheme koja je vidljiva na poklopcima ugrađenih RF sekcija može se dosta toga saznati o konstrukciji uređaja.
Što se tiče voblera, na blok shemi vidimo naziv “Wobbeloszillator – Reaktanz als Induktivitat” što svakako ukazuje na prve tipove VCO-a gdje se pomicanjem radne točke elektronske cijevi ostvaruje promjenjiva induktivna reaktancija, a time i promjenjiva izlazna frekvencija oscilatora. Izmjerili smo da naš vobler radi u frekvencijskom opsegu 20 kHz – 20 MHz. Po blok shemi vidimo da se frekvencijski opseg voblera miješa se sa frekvencijom iz fiksnog oscilatora 41,54 MHz x 2 = 83,08 MHz. To znači da sam vobler oscilator radi u opsegu 63,08 – 83,06 MHz. Periodičnom promjenom frekvencije (svipanjem) voblera upravlja poseban generator pilastog napona koji se ujedno dovodi i na X-otklonsko pojačalo osciloskopske cijevi.
Ulazni signal u analizator spektra (prijemnik) raspona također 20 kHz – 20 MHz miješa se sa osnovnom frekvencijom voblera 63,08 – 83,06 MHz čime nastaje 1. MF na 83,08 MHz. Daljnjim miješanjima ova MF snižava se na 24,92 MHz, zatim na 2,08 MHz i u konačnici na 50 kHz. Signal ove MF se zatim filtrira, demodulira i vodi na Y-otklonsko pojačalo osciloskopske cijevi.
Generator markera radi tako da ubacuje kratkotrajne blanking impulse na katodu osciloskopske cijevi koji su onda vidljivi kao mali prekidi horizontalne frekvencijske linije koji se ponavljaju svakih 0,5, 1 ili 5 MHz.
Visokonaponski dijelovi napajanja posebno su zaštićeni od slučajnog dodira.
Pogled na elemente prednje ploče (lijevo) i kristalni oscilatori markera 0,5, 1 i 5 MHz (desno).
Masivni filtarski elektrolitski kondenzatori i još masivniji mrežni transformator (lijevo), pogled na elemente prednje ploče (desno).
Pogled na elemente prednje ploče.
Blok mrežnog napajanja.
Tranzistori u krugu Y-pojačala (lijevo) i vjerojatno tranzistor u krugu vobler oscilatora (desno).
Tranzistori TI494 (Texas Instruments) moguće spojeni kao diode u krugu kontrole vobler oscilatora.
Specijalna izvedba jednog od releja američkog proizvođača Kuhnke.
Promjenjivi kondenzator voblera remenskim prijenosom spregnut sa kontrolom CENTRE FREQ. (centriranje frekvencijskog opsega na željeni dio ekrana).
Ispravljačke i signalne poluvodičke diode prisutne su u mnogim sklopovima uređaja. U mrežnom ispravljačkom i stabilizatorskom dijelu rade elektronske cijevi, diode, tranzistor i mosni diodni ispravljač (Graetz).
Test je pokazao da naš videoskop unatoč godinama još uvijek radi. Nismo se upuštali u detaljno otkrivanje i testiranje svih mogućnosti jer bi to tražilo puno vremena čime se povećava rizik od otkaza starih elektrolitskih kondenzatora i drugih komponenti. Međutim, usporedivo sa današnjim analizatorima spektra ovaj naš videoskop je doista kontrolama i mogućnostima bazični uređaj i vrlo lako je otkriti funkciju svake kontrole.
Zbog spore brzine skeniranja i jakog odbljeska osciloskopske cijevi teško je fotoaparatom uhvatiti realnu sliku sa ekrana. Ipak smo napravili nekoliko testnih snimaka.
Ovdje vidimo prikaz jedne sinusne frekvencije na nepodešenom spektralnom analizatoru i sa skinutim poklopcima elektromagnetski oklopljenih komora. Na slici lijevo vidimo kako je frekvencijski signal prikazan dva puta jer nije dobro centriran frekvencijski opseg voblera, te se ista frekvencija skenira dva puta na jednom prolazu preko ekrana. Također vidimo nekoliko stranih frekvencija koje su nastale intermodulacijom između neoklopljenih sklopova videoskopa. Na slici desno je neusklađeni skenirajući i povratni frekvencijski trag zbog loše centriranog skenirajućeg opsega. No također se na gornjem skenirajućem tragu uočavaju prekidi. To su oznake markera koje se ponavljaju svakih 1 MHz. Te oznake su inače lijepo vidljive cijelom horizontalnom dužinom frekvencijske linije, no fotoaparatom nismo uspjeli dobiti bolju sliku.
Ovdje vidimo prikaz sinusnog signala frekvencije 2 MHz na dobro podešenom spektralnom analizatoru tako da širina ekrana linearno zauzima opseg 20 KHz – 20 MHz. Na slikama desno je pravokutni signal 2 MHz gdje se na spektralnom prikazu lijepo mogu vidjeti harmonici takvog signala. Na krajnjoj desnoj slici uspjeli smo uhvatiti razliku u boji fosfornog premaza ekrana ovisno o vremenu proteklom nakon osvjetljenja istog (plava boja s vremenom polako prelazi u žutozelenu boju). Ovo je karakteristično za osciloskopske cijevi sa dugom perzistencijom (nekoliko sekundi) i prikaze koji se sporo osvježavaju.
Videoskop SWOF BN 424101/2 spada u prve generacije ovakvih kompletnih analizatora spektra sa voblerom i primarno je služio za snimanje, podešavanje i monitoring širine radio i televizijskih signala u odašiljačkim RTV centrima. Kao što vidimo na snimkama ekrana ovaj uređaj može dati samo osnovni prikaz amplituda signala u frekvencijskoj domeni na ručno kalibriranim skalama bez ikakvih automatskih elektroničkih mjerenja. U krugovima spektralnog analizatora radi 15 elektronki, u krugovima voblera njih 14, a za generiranje markera je upotrijebljeno 8 elektronskih cijevi. Još 22 elektronske cijevi iskorištene su za ispravljanje i stabilizaciju različitih napona napajanja. Za smještaj ovog videoskopa trebat će vam prostor od barem 54x38x55 cm, a nije ni zanemariva težina od 64 kg. Frekvencijski opseg je kao što rekli 20 kHz – 20 MHz, no preko mogu se pratiti i NF signali u rasponu 0 – 10 kHz.
Tko god je radio sa današnjim modernim analizatorima spektra gdje su sva mjerenja automatska i spektralni prikazi savršeni, na ovakvom jednom uređaju može vidjeti sa čime su se morali nositi inženjeri prije 60-tak godina. Iako je to tada bila najmodernija mjerna oprema, trebalo je izvrsno poznavati svaku specifičnost rada sa ovim uređajem da bi se izvršilo ispravno mjerenje ili bolje rečeno izračuni potrebnih mjerenja. Unatoč tome, čak i sa ovakvim za naše pojmove primitivnim mjernim instrumentima, u to doba je razvijena vrlo kompleksna audio i video tehnologija, radio tehnika i u konačnici aparatura koja je odvela čovjeka na Mjesec. Skidamo kapu do poda tadašnjim inženjerima radio tehnike i elektronike općenito 🙂