Danas je nabavljen cijevni osciloskop ruske proizvodnje oznake S1-5 (SI-1) ili na ćirilici С1-5 (СИ-1) iz 1964. godine.
Originalna ruska mrežna utičnica je ovdje zamijenjena suvremenijom inačicom. Na selektoru napona napajanja moguće je odabrati mrežne napone 127 ili 220 V frekvencije 50 Hz, te napon 115 V frekvencije 400 Hz što je tipično napajanje električnih instalacija unutar zrakoplova. Selektor napona napajanja ima mali metalni poklopac koji ovdje nedostaje. Taj poklopac ima masku preko koje je vidljiv samo odabrani napon (u našem slučaju 220 V).
Osciloskopom S1-5 se mogu promatrati oscilacije u frekvencijskom opsegu 20 Hz do 1 MHz i impulsi trajanja 1 do 3000 μs. Ovaj uređaj također omogućuje mjerenje amplitude signala koji se promatra metodom usporedbe sa amplitudom kalibriranog naponskog izvora i mjerenje vremena trajanja impulsa pomoću generatora horizontalnih svjetlosnih markera.
Kada se prvi put susrećemo sa nekim modelom osciloskopa, bez obzira na prethodna iskustva sa drugim modelima osciloskopa, potrebno se upoznati sa specifičnim kontrolama, mogućnostima i električnim karakteristikama konkretnog modela. Naravno, tko ima više iskustava u radu sa osciloskopima lakše i brže će shvatiti kontrole i specifičnosti nekog modela sa kojim se prvi put susreće, no gotovo za svaki model će uvijek postojati neke nepoznanice koje se mogu otkriti samo proučavanjem originalnih priručnika ili testiranjem rada pojedinih kontrola. Stoga ćemo mi za naš model osciloskopa S1-5 (SI-1) prvo potražiti dostupnu tvorničku dokumentaciju, a zatim prevesti oznake na kontrolama i upoznati se sa svim funkcijama i načinima rada ovog specifičnog modela.
U tu svrhu prvo ćemo razraditi elektroničku shemu, vidjeti od kojih se osnovnih sklopova osciloskop sastoji (nacrtati blok shemu) i kojima od tih sklopova su pridružene vanjske kontrole i priključnice.
Osciloskop S1-5 (SI-1) se bazira na 13 elektronskih cijevi:
- Л1 – pentoda 6П9 – vertikalno pojačalo (prvi stupanj, pojačalo za odvajanje – katodno slijedilo)
- Л2 – pentoda 6Ж4 – vertikalno pojačalo (drugi stupanj)
- Л3 – pentoda 6Ж4 – vertikalno pojačalo (okretač faze)
- Л4 – pentoda 6П9 – vertikalno pojačalo (izlazni stupanj)
- Л5 – pentoda 6П9 – vertikalno pojačalo (izlazni stupanj)
- Л6 – pentoda 6Ж8 – kontinuirani sweep oscilator
- Л7 – dvostruka trioda 6Н8С – kontinuirani sweep oscilator i pojačalo za odvajanje – katodno slijedilo za horizontalni otklon
- Л8 – pentoda 6Ж8 – kontinuirani sweep oscilator
- Л9 – pentoda 6П6С – okretač faze za horizontalni otklon
- Л10 – pentoda 6Ж4 – sinkronizacijsko pojačalo
- Л11 – dvostruka trioda 6Н8С – sinkronizacijsko pojačalo, okidni (strartni) krug sweep oscilatora
- Л12 – pentoda 6Ж4 – generator markera za mjerenje vremena trajanja (širine) impulsa
- Л13 – pentoda 6Ж4 – generator markera za mjerenje vremena trajanja (širine) impulsa
VERTIKALNO POJAČALO
Ulazni signal na vertikalno otklonsko pojačalo sa priključnice ULAZ Y (ВХОД Y) vodi se na frekvencijski kompenziran ulazni atenuator, odnosno DJELITELJ (ДЕЛИТЕЛЬ) napona. U položaju 50 Ω ulaz se opeterećuje otpornikom 51 Ω, u položaju 1:1 ulazni signal se izravno vodi na vertikalno pojačalo, a u položajima 1:10 i 1:100 kreira se frekvencijski kompenziran RC djelitelj napona odgovarajućeg omjera. Ulazni otpor na tim položajima nije manji od 500 kΩ s paralelnim kapacitetom ne većim od 50 pF. U položaju KALIBRACIJA (КАЛИБР.) zaobilazi se ulazni atenuator i izravno na vertikalno pojačalo dovodi se kalibracijski napon iz posebnog naponskog izvora.
Prvi stupanj vertikalnog pojačala je katodno slijedilo (pojačalo za odvajanje) sa pentodom 6П9 (Л1). Slijedi linija za kašnjenje koja osigurava kašnjenje signala iz vertikalnog pojačala za vrijeme od 0,2 μs u odnosu na početak skeniranja. Signal se dalje preko potenciometra za JAČINU (УСИЛЕНИЕ) vodi na slijedeći stupanj vertikalnog pojačanja sa pentodom 6Ж4 (Л2), zatim u okretač faze sa pentodom 6Ж4 (Л3) i u konačnici na izlazno simetrično pojačalo za vertikalne otklonske ploče sa pentodama 6П9 (Л4, Л5).
Linija za kašnjenje unutar vertikalnog pojačala osciloskopa.
Linija za kašnjenje služi da se vremenski sinkronizira dolazak ulaznog signala na vertikalne otklonske ploče i dolazak pilastog napona vremenske baze na horizontalne otklonske ploče. Naime, početak pomicanja zrake po X-osi ekrana mora započeti istovremeno sa početkom promatranog signala. Ukoliko to nije postignuto onda jedan dio signala neće biti prikazan na ekranu. Ovo nije problem kod promatranja periodično ponavljajućih signala, no ako želimo uhvatiti brze nizove impulsa i mjeriti njihovu širinu onda je nužno vremenski sinkronizirati dolazak X i Y signala na otklonske ploče. Signal sa horizontalnog (X) pojačala će uvijek malo kasniti u odnosu na signal iz vertikalnog (Y) pojačala iz jednostavnog razloga jer se signal na X pojačalu procesuira preko više sklopova. Tako za Y otklon signal prolazi izravno samo kroz stupnjeve pojačanja, a za X otklon se moraju prvo izdvojiti okidni impulsi, a zatim njima startati i pokrenuti generator pilastog napona. Tu nastaje određeno kašnjenje, pa se i u Y otklon unosi jednako takvo kašnjenje preko linije za kašnjenje.
Pojačanje izlaznog vertikalnog stupnja, a time i frekvencijska propusnost vertikalnog pojačala može se u dva stupnja regulirati sklopkom na stražnjoj ploči osciloskopa označenoj sa OPSEG (ПОЛОСА). Time se može odabrati veća frekvencijska propusnost uz smanjeno pojačanje ili manja frekvencijska propusnost uz veće pojačanje. U širokopojasnom načinu rada (10 Hz do 10 MHz) potreban je ulazni efektivni napon od 0,3 V za otklon od 25 mm, dok je u uskopojasnom načinu rada (10 Hz do 500 kHz) za isti otklon dovoljan napon od 0,1 V.
Na ovoj strani šasije smješteno je pet elektronskih cijevi vertikalnog pojačala i jedna elektronska cijev kontinuiranog sweep generatora.
Sklopka na stražnjoj ploči osciloskopa kojoj se odabire odnos pojačanja i propusne frekvencijske širine vertikalnog pojačala. Veće pojačanje znači manju frekvencijsku propusnost i obrnuto. Ovdje su također kratkospojnici za vertikalne i horizontalne otklonske ploče osciloskopa. Vađenjem kratkospojnika odspajaju se interna vertikalna i horizontalna otklonska pojačala, te se otklonom osciloskopske cijevi može upravljati vanjskim naponima (max 200 V).
SINKRONIZACIJA
Pomoću sklopke VRSTA SINKRONIZACIJE (РОД СИНХР.) moguće je odabrati INTERNU (ВНУТР.) sinkronizaciju sa ulaznim signalom na vertikalnom pojačalu, sinkronizaciju VANJSKIM (ВНЕШ.) signalom dovedenim na priključnicu ULAZ X (ВХОД X) ili sinkronizaciju frekvencijom GRADSKE MREŽE (ОТ СЕТИ).
Sinkronizacijsko pojačalo se bazira na pentodi 6Ж4 (Л10) i jednoj sekciji dvostruke triode 6Н8С (Л11a). Prag, odnosno napon okidanja sinkronizacije podešava se potenciometrom SINKRONIZACIJA (СИНХРОНИЗ.).
VREMENSKA BAZA (HORIZONTALNI OTKLON)
Osciloskop ima dva sustava horizontalnog otklona vremenske baze, odnosno kontrole rada generatora pilastog napona (sweep). Jedan sustav je kontinuirano generiranje pilastog napona podesivo u frekvencijskom opsegu 20 Hz do 200 kHz. To funkcionira kao slobodni oscilator pilastog napona. Drugi sustav pak uključuje kontrolu startanja svakog pojedinačnog ciklusa pilastog napona (jedan sweep) pomoću okidačkih impulsa (trigger). Oscilator pilastog napona ovdje ne radi slobodno, nego se pokreće isključivo okidnim impulsom i pri tome će za svaki okidni impuls (bez obzira na njegovu širinu) generirati samo jedan ciklus pilastog napona (jednu rampu) nakon čega se zaključava i čeka slijedeći startni impuls. Time je frekvencija vremenske baze automatski sinkronizirana sa frekvencijom okidnih impulsa koji se obično dobivaju iz samog promatranog signala. Ovu funkciju danas imaju svi osciloskopi, no u 1960-tim godinama još uvijek su bili rašireni modeli sa ručnom sinkronizacijom interne vremenske baze sa promatranim signalom.
Osciloskop S1-5 je načelno zamišljen da se kontinuirani (slobodni) sweep koristi za standardne periodične signale i impulse šire od 3000 μs. Kontrola pilastog napona sa okidnim impulsima pak se koristi za promatranje impulsa kraćih od 3000 μs i tu je promjena vremenske baze fiksna (funkcija ЧАСТОТА ПЛАВНО je isključena) i označena je prema širini impulsa u opsegu 1-3000 μs. Okidanje kao i fiksna (kalibrirana) vremenska baza je potrebna kako bi se mogla mjeriti (izračunati) duljina impulsa generiranjem tamnih i svijetlih markera određene duljine. U oba slučaja stvarna frekvencija pilastog napona vremenske baze (sweep) je ista. Najmanja oznaka od 1 μs odgovara frekvenciji 1 MHz, što znači da će na ekranu uz vremensku bazu 200 kHz biti prikazano 5 impulsa širine 1 μs. Naš osciloskop zbog starosti elemenata više ne dostiže ove krajnje vrijednosti.
Ovisno o položaju sklopke za VRSTU RADA (РОД РАБОТЫ) sinkronizacijski napon sa izlaza sinkronizacijskog pojačala dovodi se na određene sklopove horizontalnog otklona:
- KONTINUIRANO (НЕПР.) – sinkronizacijski napon pokreće kontinuirani rad sweep generatora
- SA ZADRŠKOM (ЖД.) – sinkronizacijski napon pojedinačno okida cikluse sweep generatora
- POJAČALO (УСИЛИТ.) – ulazni napon sa ULAZ X vodi se izravno na horizontalno pojačalo (XY mod)
Generator kontinuiranog pilastog napona (sweep) bazira se na pentodi 6Ж8 (Л6), triodi 6Н8С (Л7a) i pentodi 6Ж8 (Л8). Frekvencija vremenske baze mijenja se pomoću sklopke FREKVENCIJA GRUBO (РАЗВЕРТКА) u devet koraka (20 Hz – 200 kHz), a fino podešavanje frekvencije vremenske baze vrši se pomoću potenciometra FREKVENCIJA FINO (ЧАСТОТА ПЛАВНО). Pilasti napon iz generatora vodi se dalje na katodno slijedilo sa triodom 6Н8С (Л7b), a odatle na horizontalne otklonske ploče. Signal pilastog napona na otklonskim pločama mora biti protufazni, a to se postiže okretačem faze sa pentodom 6П6С (Л9). Osjetljivost otklona horizontalnog pojačala mjereno na frekvenciji 10 kHz je 22 mm po 0,3 V efektivne vrijednosti napona. Pojačalo je linearno (0,3 dB) u frekvencijskom području od 20 Hz do 400 kHz. Ulazni otpor je najmanje 80 kΩ.
Za kontrolu generatora kontinuiranog pilastog napona tako da radi sa pojedinačnim okidanjem koristi se krug za dobivanje sinkronizacijskih impulsa kojima se preko triode 6Н8С (Л7b) upravlja startanjem oscilatora. Svaki sinkronizacijski (okidni) impuls startati će samo jedan ciklus generiranja pilastog napona.
Na gornjoj ploči su dvije elektronske cijevi generatora markera za mjerenje širine impulsa, a na donjoj ploči su elektronke horizontalnog otklona (sweep generator, trigger i pojačala).
KALIBRACIJE I MARKERI
Za kalibraciju amplitude koristi se zaseban stabilizator napona koji je napravljen od mosnog spoja žičanih otpornika R90 i R91 sa žaruljama Л15 i Л16 (3,5 V 0,28 A). Most se napaja preko posebnog namotaja mrežnog transformatora. Žarulje ovdje služe kao nelinearni otpornici (PTC) koji mijenjaju svoju vrijednost ovisno o ulaznom naponu tako da na izlazu iz mosta napon ostaje gotovo nepromijenjen. Izlazni napon se uzima preko djelitelja napona sa otpornikom R93 i kalibracijskim potenciometrom R92 koji je spregnut sa skalom.
Kalibracijski napon je dakle stabilizirani sinusni napon na frekvenciji gradske mreže 50 Hz. Na gornjem dijelu skale su nanesene vršne vrijednosti napona, a na donjem dijelu skale efektivne vrijednosti tog napona tako da su moguća izravne kalibracije impulsnih napona u vršnim vrijednostima ili sinusnih napona u efektivnim vrijednostima. Kad se vertikalni ulaz prebaci na položaj za kalibraciju (КАЛИБР.) na ekranu se vidi sinusoida mrežnog napona frekvencije 50 Hz. Vremenska baza (kontrole РАЗВЕРТКА i ЧАСТОТА ПЛАВНО) se postavi na najbolji prikaz sinusoide. Amplituda sinusoide kalibracijskog napona se zatim pomoću kontrole KALIBRACIJA AMPLITUDE (КАЛИБРОВКА АМПЛИТУДЫ) postavi na željenu vrijednost napona. Nakon toga se kontrolom za jačinu vertikalnog pojačanja (УСИЛЕНИЕ) amplituda napona uskladi sa željenom podjelom na skali osciloskopske cijevi. Naš osciloskop je došao bez mjernih skala, a to su vjerojatno različite izmjenjive mjerne skale koje se po potrebi umeću preko ekrana osciloskopske cijevi.
Isti sinusni napon iz kalibratora koristi se i za dobivanje sinkronizacijskih impulsa na frekvenciji gradske mreže (ОТ СЕТИ).
Most za stabilizaciju kalibracijskog napona sastoji se od dvije žaruljice (PTC) i dva žičana otpornika. Žaruljice istovremeno osvjetljavaju skalu za kalibraciju amplitude.
Skala naponskog (amplitudnog) kalibratora (sinusni izmjenični napon 50 Hz) ima podjele u vršnim vrijednostima 0-3,5 Vpp i u efektivnim ili RMS vrijednostima 0-1,2 Vef.
Za mjerenje vremena trajanja impulsa koristi se posebni generator markera sa pentodama 6Ж4 (Л12, Л13). Generator markera u kombinaciji sa sweep generatorom djeluje na katodu i prvu rešetku osciloskopske cijevi tako da se oznake kalibracije pojavljuju na horizontalnom dijelu impulsa u obliku svijetlih točkica i tamnih razmaka (zatamnjenja) između njih. Generator markera se uključuje pomoću sklopke МЕТКИ, a razmaci markera se mogu podesiti u šest koraka od 0,05 do 100 μs. Širina impulsa se dobiva računski, ovisno o odabranoj širini markera i broju markera koji ulaze u širinu mjerenog impulsa.
MREŽNO NAPAJANJE
Masivni oklopljeni mrežni transformator ima šest sekundarnih namotaja: jedan za dobivanje anodnih napona, jedan za dobivanje visokog napona za osciloskopsku cijev (preko udvostručivača napona), jedan namotaj za kalibracijski napon i tri namotaja za grijanje elektronki.
Za ispravljanje anodnih napona koristi se ispravljački most sa germanijskim diodama ДГ-Ц24 (slika desno) i LC filtri napajanja čije tri oklopljene prigušnice su montirane odmah uz ispravljače diode (slika lijevo).
Aluminijski selenski ispravljači АВС-6-600 (600 V, 6 mA) u krugu udvostručivača i ujedno ispravljača napona za dobivanje visokog napona za pogon osciloskopske cijevi 8ЛО29. Cijev 8ЛО29 inače ima promjer 7,5 cm i radi na anodnom potencijalu u rasponu 1500-2200 V.
Svaki model osciloskopa ima svoje specifične mogućnosti i ograničenja te ih operater mora naučiti kako bi mogao ispravno koristiti uređaj. Ovo vrijedi jednako za stare cijevne kao i za moderne digitalne osciloskope. Prikaz i mjerenje čak i najosnovnijih periodično ponavljajućih signala (sinusni, pravokutni, trokutasti naponi) može biti pogrešno ako osciloskop nije dobro podešen i kalibriran, ako se ne koriste adekvatne sonde, ako nismo svjesni unesenih smetnji ili šumova, zatim ako ne računamo sa električnim ograničenjima i limitima u prikazu i mjerenju određenim osciloskopom, i što je isto jako važno ako ne znamo koristiti napredne funkcije osciloskopa kojima se osigurava najbolji mogući prikaz signala i mjerenje na istom.
Jednako tako, koliko god bili vješti u radu sa nekim specifičnim modelom ili modelima osciloskopa, to automatski ne znači da time znamo dobro raditi i sa bilo kojim drugim osciloskopom. Za svaki ovakav kompleksni mjerni instrument potrebno je dobro proučiti korisničke priručnike, zatim izvršiti nekoliko probnih kontroliranih mjerenja, te tek tada možemo početi koristiti osciloskop za praktične svrhe. Moderni digitalni osciloskopi imaju veliki broj naprednih funkcija za što bolji prikaz kompleksnih signala i potrebno je puno sati rada da bi se naučile i usvojile sve te mogućnosti. Iako sam do sada radio na nekoliko desetaka različitih analognih i digitalnih osciloskopa, ovaj S1-5 (SI-1) opet ima svoje specifičnosti koje je potrebno naučiti da bi se isti mogao popravljati, kalibrirati ili koristiti za rad. Tako smo na primjer ovim osciloskopom odmah uspjeli dobiti prikaze osnovnih valnih oblika iz vanjskog generatora signala, no detaljnijim testiranjem našli smo da ne radi kalibrator amplitude kao ni marker za mjerenje širine impulsa. Također, osciloskop više nema deklariranu frekvencijsku propusnost ni za vertikalno ni za horizontalno pojačalo. Pojačanje horizontalnog pojačala je oslabilo i slika se ne može raširiti po cijelom ekranu.
Ovo su naravno sve očekivani nedostaci za cijevni uređaj star 60 godina i svakako mu je potreba zamjena dotrajalih dijelova. Međutim, ako nismo upoznati sa svim mogućnostima, funkcijama i specifičnostima pojedinog osciloskopa onda ne možemo niti ocijeniti njegovo stanje niti ga ispravno koristiti. Servis ruskih elektroničkih uređaja je sam po sebi specifičan, a kada se i nađe neki servisni priručnik potrebno je savladati ćirilično pismo, ruski tehnički rječnik te jedinstven način označavanja elementa i sklopova u elektronici.
Korozija, istrošenost, prljavština, osušenost maziva i slični utjecaji uslijed zuba vremena vrlo su čest uzrok lošeg rada ili nefunkcionalnosti sklopki i potenciometara na starim uređajima. Demontaža, čišćenje i popravak višepolnih i višesegmentnih namjenskih sklopki na našem uređaju nije lak zadatak. Osim teškog dostupa do istih, demontaža zahtijeva i odlemljivanje svih žica vezanih na njih. Da stvar bude gora, svi lemni spojevi su premazani nekim crvenim lakom što dodatno otežava ispitivanje i lemljenje na kontaktima sklopki.
Mi ovaj osciloskop nećemo elektronički restaurirati jer za to nema smislenog razloga. Neki elektroničari se kod ovakvih starih uređaja odmah bace na opću zamjenu svih kondenzatora, sumnjivih otpornika i drugih vidljivo oštećenih elemenata bez da uopće pogledaju i prouče elektronički shemu i upute za upotrebu. Meni pak je puno draže proučiti tehnologiju i sklopove na kojima se bazira neki stari uređaj, a onda nije problem ni točno locirati uzroke eventualnih kvarova.
Restauraciju i popravke najčešće izbjegavam jer je s jedne strane potrebno financijsko ulaganje u uređaj koji ionako više nema smisla praktično koristiti, a s druge strane se uništava izvorna originalnost konstrukcije i elektroničkih elemenata koji se više nigdje drugdje ne mogu vidjeti nego upravo kod ovakvih primjeraka dobre stare elektronike. Ovo ponavljam u gotovo svim objavama vezanim uz stare cijevne uređaje, no ovaj osciloskop je dobar primjer zašto izbjegavam takvu praksu. Iz slika unutrašnjosti lijepo možemo vidjeti specifične ruske elektroničke komponente i općenito tehnologiju izrade elektroničkih uređaja toga doba. U oči pak upada moderni njemački WIMA kondenzator crvene boje koji se nikako ne uklapa u ovu rusku šasiju i doslovno kvari ukupni vintage dojam čitave unutrašnjosti. To je kondenzator preko kojeg se ostvaruje RC veza između dva stupnja vertikalnog pojačala i vjerojatno je morao biti zamijenjen iz nekog razloga, no jednostavno ne pripada ovdje 🙂 Od drugih vidljivih odstupanja od originala već smo spomenuli zamijenjenu mrežnu utičnicu, nedostaje poklopac selektora napona napajanja i poklopac prednje ploče osciloskopa.
Zamjene kondenzatora i nestandardnih utičnica česte su modifikacije i popravci na starim uređajima kako bi se istima produžio životni vijek.
Uz osciloskop je došla i jedna sonda kod koje je ostao originalan vjerojatno samo netipični koaksijalni konektor.
Osciloskopi iz 1960-tih godina praktično su mogli bili upotrebljivi nekih 30-tak godina. Za to vrijeme je elektronika već toliko napredovala da stari cijevni osciloskopi više nisu mogli biti dostatni za većinu elektroničkih mjerenja, a i same komponente u njima su dotrajale i promijenile početne vrijednosti i svojstva. Posljedica dotrajalosti komponenti je pad električnih performansi osciloskopa (pojačanje, frekvencijska propusnost) te pad stabilnosti i točnosti prikaza (deformirani i nestabilni oscilogrami, intermodulacije i miješanja raznih smetnji, narušena frekvencijsko amplitudna linearnost). Takvom osciloskopu nije dovoljno promijeniti samo jednu komponentu koja najviše utječe na nastalu grešku nego je potrebno zamijeniti sve komponente kojima je prošao rok upotrebe bez obzira na trenutno stanje. To praktično znači zamjenu gotovo svih komponenti, no problem je što veliki broj istih više nije lako nabaviti (elektronske cijevi, namjenske sklopke, prekidači i preklopnici, CRT cijevi i slično).
Slažem se da uspješan popravak bilo kojeg elektroničkog uređaja čini zadovoljstvo i potvrdu stručnosti i truda neke osobe, no postoji ogroman broj elektroničkih projekata, sklopova i uređaja široke potrošnje gdje se mogu demonstrirati te sposobnosti. Stari cijevni uređaji pak su od veće koristi kada se zateknu i sačuvaju u svojem izvornom obliku za buduće generacije, sve dok postoji bilo kakav interes za proučavanjem te dobre stare tehnologije 🙂