Osciloskop Hameg HM 205-3

Danas je nabavljen osciloskop HM 205-3, proizvod njemačke tvrtke Hameg iz 1990. godine.

Tvrtku HAMEG osnovao je 1957. godine Karl Hartmann u Frankfurtu na Maini, a sama riječ Hameg je izvedenica od naziva Hartmann-Messgeräte (Hartmann – mjerni uređaji). Prvi proizvod tvrtke bio je jednokanalni osciloskop za frekvencije do 5 MHz, a osim osciloskopa tvrtka je tijekom svojeg postojanja proizvodila i analizatore spektra, generatore funkcija, RF generatore, modularne laboratorijske mjerne komponente i laboratorijska napajanja. Hameg je razvio dva proizvodna pogona u Njemačkoj i jedan u Francuskoj. Tijekom 2005. godine tvrtku Hameg kupila je njemačka tvrtka Rohde & Schwarz, no proizvodi su se i dalje prodavali pod markom Hameg sve do 2012. godine kada je lansiran novi logotip koji je sadržavao imena obje tvrtke: Rohde & Schwarz i Hameg. Nekoliko godina kasnije proizvodi  tvrtke Hameg nastavili su se prodavati samo pod imenom Rohde & Schwarz.

Hameg HM 205-3 je dvokanalni analogno/digitalni osciloskop za frekvencije do 20 MHz. Ovaj osciloskop generalno gledano sadrži sve osnovne funkcije koje ćemo naći kod bilo kojeg analognog dvokanalnog osciloskopa sa zajedničkom vremenskom bazom, s time da ima vrlo dobro razvijene mogućnosti automatskog i ručnog podešavanja okidanja vremenske baze za dobivanje ispravnog prikaza dvaju nesinkroniziranih signala, zatim vrlo složenih i aperiodičkih signala, te signala sa puno šuma i interferencija. Također su mu dodane još dvije posebne funkcije: mogućnost digitalnog rada i tester ispravnosti elektroničkih komponenti.

Okidanje vremenske baze kod Hamega HM 205-3 je u načelu automatsko, no kod složenih oblika signala poželjno je imati i dodatne mogućnosti podešavanja okidanja kako bi na ekranu dobili miran prikaz željenog segmenta signala. U kutu gore desno smještena je sklopka AT/NORM. kojom se prebacuje između automatskog i normalnog (ručnog) namještanja praga okidanja. Ručno namještanje praga okidanja vrši se potenciometrom LEVEL i ovdje horizontalna crta nije vidljiva na ekranskom prikazu kada nema ulaznog signala. Ručno namještanje okidanja uključiti ćemo na takvim složenim ili izobličenim signalima gdje automatsko okidanje ne radi dovoljno dobro.  Ispod ovih kontrola nalazi se BNC priključnica (TRIG. INP.) preko koje možemo dovesti neki vanjski signal za kontrolu okidanja (uključuje se sklopkom EXT.)  Naravno, kao i kod svakog osciloskopa za okidanje možemo izabrati i neku vertikalnu razinu ulaznih signala na A ili B kanalu. Sklopka označena sa TV je predefinirana funkcija okidanja za selektivni prikaz određenih segmenata složenog kompozitnog video signala koji su definirani sinkronizacijskim horizontalnim (H) i vertikalni impulsima (V). Desno od nje je sklopka sa kojom se može ograničiti frekvencijski opseg u kojem će se ponavljati okidački impulsi:

• AC: 10 Hz – 10 MHz (općenito za sve signale gdje se istosmjerna komponenta istih neutralizira)
• DC: 0 – 10 MHz (općenito za sve signale sa uključenom istosmjernom komponentom)
• HF: 1,5 kHz – 40 MHz (posebno prilagođeno za visoke frekvencije, za RF mjerenja)
• LF: 0 – 1 kHz (posebno prilagođeno za niske frekvencije)
• ̴ : 50 Hz (okidanje frekvencijom gradske mreže, posebno prilagođeno za mjerenja na sklopovima koji rade na frekvenciji gradske mreže)

Kad radimo istovremeno na oba kanala, odnosno istovremeno sa dva različita signala, tada je moguće uključiti naizmjenično okidanje frekvencijama jednog i drugog kanala kako bi oba prikaza signala bila mirna iako su im za to potrebne različite frekvencije vremenske baze (ALT +/-). Još jedna dodatna funkcija za kontrolu okidanja vremenske baze je HOLD OFF. Ovim potenciometrom se zapravo ubacuje određeno vrijeme zadrške između dvije ponavljajuće periode pilastog napona (sweep) za kontrolu vremenske baze. Time se kontrolira ispravan prikaz signala koji se sastoje od raznih aperiodičnih nizova impulsa (burstovi), dakle signala koji se sastoje od relativno kratkih serija impulsa između kojih se nalazi relativno velika pauza. Potenciometrom HOLD OFF se smanjuje vrijeme prikaza tih pauza na ekranu tako da kratkotrajni burstovi ispravno okidaju vremensku bazu za dobivanje (relativnog) mirnog prikaza, odnosno dovoljno mirnog da se mogu mjeriti duljine burstova i pauza. Bez ovoga bi dobili posve nemirnu, višestruko preklapajuću sliku signala na ekranu iz koje se ne bi moglo ništa razlučiti.

Hameg HM 205-3 ima mogućnost digitalnog rada (STOR.) gdje će ulazni signal biti digitaliziran i prikazan kao niz točkica. Rezolucija ekrana (mreža 10×9) će u digitalnom načinu rada  biti 2048 točkica horizontalno i 256 točkica vertikalno, odnosno 200×28 točkica po jednom pravokutniku mreže. Tipkom DOT J. uključujemo funkciju spajanja točkica koje čine digitalni prikaz signala čime se dobiva bolji vizualni prikaz pojedinih vrsta signala, odnosno dobiva se dojam veće razlučivosti prikaza. Digitalni način rada praktično je najviše primjenjiv za analizu signala koji nemaju periodičko ponavljanje (stalno se mijenjaju) i gdje je onda potrebno zamrznuti sliku da bi se vidio i proučio oblik signala u nekom trenutku. Stoga su omogućene opcije trenutnog zamrzavanja prikaza 1. kanala i/ili 2. kanala (HOLD I / HOLD II). Ovim opcijama će se zamrznuti trenutni prikaz i isti će ostati takav sve dokle god smo u digitalnom načinu rada. Ugrađena je još jedna opcija zamrzavanja trenutnog prikaza (SIGLE), gdje će se prikaz zamrznuti u tom trenutku jednako kao i HOLD I / HOLD II, no ovo zamrzavanje nije trajno, kontinuitet signala se u pozadini prati i dalje, te se pritiskom na tipku RESET ekranski prikaz automatski odmrzne i ponovno zamrzne u trenutku koji odgovara novom pritisku tipke RESET. Zamrznuti prikaz u digitalnom načinu rada ne možemo mijenjati glede vremenske baze i amplitude (kako smo to navikli kod modernih digitalnih osciloskopa) jer te funkcije rade samo u analognom načinu rada.

Još jedna posebna mogućnost ugrađena u Hameg HM 205-3 je svojevrsni tester ispravnosti elektroničkih komponenti (COMPONENT TESTER). Ovim testerom moguće je detektirati kratki spoj te u određenim okvirima provjeriti ispravnost otpornika, dioda, tranzistora, tiristora, kondenzatora i zavojnica (transformatora). Također je moguće provjeriti i neke spojeve navedenih elemenata unutar električnih krugova. Tester ima dvije priključnice (COMPONENT TESTER i GD – masa), te ovisno o tome koji elektronički element, koje elektrode tranzistora i tiristora, odnosno koje kombinacije elemenata se na njih spoje to će na ekranu biti prikazan specifični geometrijski oblik. Neki primjeri dani su na donjoj slici.

Testiranjem našeg primjerka osciloskopa Hameg HM 205-3 utvrdili smo da sve funkcije rade, no sklopke atenuatora kod oba kanala često loše prespajaju kontakte što se manifestira kao gubljenje ulaznog signala na vertikalnim pretpojačalima. Također, potrebno je izvršiti manje korekcije (kalibracije) vertikalnog i horizontalnog prikaza signala (pojačanje vertikalnih pretpojačala i korekcija oblika pilastog napona vremenske baze).

PREKLOPNICI ULAZNOG ATENUATORA

Ovim preklopnicima podešavamo amplitudu signala za prikaz na ekranu, odnosno ovisno o amplitudi samog ulaznog signala prilagođavamo veličinu amplitude za najbolji prikaz na ekranu. Kod Hameg HM 205-3 sklopke atenuatora za oba kanala imaju 10 pozicija kojima se bira 10 razina napona kalibriranih sa mrežom ekrana. Primjerice, ukoliko atenuator postavimo na vrijednost 5V onda će ulazni signal amplitude 5V na ekranu biti prikazan sa visinom (amplitudom) koja odgovara jednoj vertikalnoj podjeli ekrana. Ako za isti signal od 5V prebacimo atenuator na poziciju 1V, onda će prikaz signala na ekranu visinom dostizati 5 vertikalnih podjela ekrana jer sada jedna podjela odgovara amplitudi od 1V. Kalibriranim atenuatorom dakle možemo mjeriti visinu amplitude ulaznog napona. Ponekad nam nije bitno mjeriti točnu vrijednost amplitude napona, nego je zgodnije dobiti što bolji prikaz/položaj signala po visini (npr. za usporedbu dva signala) pa se u tom slučaju možemo poslužiti potenciometrom u sredini sklopke kojim se amplituda prikaza može fino korigirati u omjeru 2,5:1 za svaku skokovitu vrijednost atenuatora.

Kod boljih analognih osciloskopa sklopke za ulazne vertikalne atenuatore obično su prilično složene. Ove sklopke (kao i ona za vremensku bazu) najčešće su kontrole koje se koriste u radu sa osciloskopom pa često i najprije dolazi do njihovog trošenja ili drugih neispravnosti. Na žalost, svaki tip osciloskopa u pravilu ima drugačiji tip ove sklopke i one su uvijek specijalne izvedbe te ih nije moguće zamijeniti nekim univerzalnim rješenjima. Da stvar bude gora, preklopnici ulaznih atenuatora obično su oklopljeni i tijesno montirani sa elementima ulaznih kanalnih pretpojačala jer se radi o osjetljivim ulaznim krugovima koje treba zaštiti od utjecaja vanjskih stranih električnih polja, kako se u mjereni signal ne bi inducirale smetnje (obično one koje uzrokuje frekvencija gradske mreže).

Vidjeli smo u našim objavama da se kod najjednostavnijih (starijih) osciloskopa za ulaznu atenuaciju koriste obični otpornici koji se spajaju na zasebne vanjske priključnice za ulazne signale (Katodni osciloskop TIP KO 7-2/59 Pupin). Time je izbjegnuta potreba za sklopkom, no mjernih opsega je malo (dva ili tri) i isti nisu kalibrirani. Kod nešto boljih osciloskopa, otpornici su zamijenjeni kompenzacijskim RC mrežama, odnosno tzv. otporničko-kapacitivnim kompenzacijskim djeliteljem napona, koji opet mogu biti povezani preko više ulaznih utičnica ili se preklapaju preko sklopke (Osciloskop Precision Paco S-51). Naime, ovakvim krugom se kompenzira parazitski kapacitet koji sadrže sami mjerni kablovi (sonde) i koji je to izraženiji što je frekvencija signala koji se vodi preko njih veća. Stoga, što su signali manjih amplituda i viših frekvencija to mjerne sonde moraju biti kvalitetnije i bolje oklopljene kako bi što manje izobličavale i gušile mjereni signal i bile što otpornije na indukciju vanjskih stranih električnih polja koja su neizbježna u okruženju jedne radne stanice za elektroniku.

Prvo je poželjno odlemiti metalne pregrade kako bi se dobio lakši pristup preklopnicima.

Preklopnik vertikalnog atenuatora odlemljen od pločice.

Metalne graničnike ze sklopke je lakše savunuti nego ih vaditi van iz prednje glave za koju su zakovani.

Pogled na klizne kontakte pojedinačnog segmenta preklopnika.

Uočava se određena zaprljanost i istrošenost kliznih kontakata, no isti bi nakon čišćenja trebali biti funkcionalni još dugo vremena.

Nakon što su svi preklopnici očišćeni i kućišta sklopljena, potrebno je sve opet vratiti na mjesto.

Kod Hamega HM 205-3 za njegovih 10 atenuatora koriste se tri zasebne kompenzacijske RC mreže: jedna za 5, 10, 20 i 50 mV, jedna za 0,1, 0,2 i 0,5 V i jedna za 1, 2 i 5 V. Mreže se preklapaju na oba kraja za što su potrebna dva segmenta 10-položajnih sklopki. Nadalje, za svaki pojedinačni stupanj atenuacije potreban je zasebni otpornik u ulaznom krugu pretpojačala, za što je potreban i još jedan segment 10-položajne sklopke. Tako za svaki kanal imamo složenu atenuatorsku sklopku koja se sastoji od 3 dvostruka segmenta sa po 3 kontakta 10-položajne sklopke, odnosno na izlazu dobivamo 18 pinova koji se za svaki položaj atenuatora preklapaju na specifičan način.

Vidimo da su kontaktni dijelovi ove složene sklopke zatvoreni u plastična kućišta tako da problem ovdje vjerojatno ne predstavlja nataložena prašina već istrošenost kontaktnih spojeva. Ukoliko se upustite u čišćenje ovakvih složenih sklopki svakako trebate biti opremljeni lemilicama za jače i fino lemljenje kako bi mogli lemiti metalne oklope na masu za koje je potrebna veća snaga lemilice, a također i kontakte sklopke na tiskane vodove za što je potrebna lemilica sa tankim vrhom manje snage. Također je nužno imati neki alat za pojedinačno izlemljivanje (sisaljku) jer je nemoguće istovremeno zagrijavati sve pinove preklopnika. Čišćenje kliznih kontakata je potrebno raditi vrlo strpljivo i oprezno jer se lako napravi više štete nego koristi. Nikakvi grubi brusni papiri ne dolaze u obzir. Ukoliko se prljavština nikako ne može očistiti kemijskim putem, može se uzeti fini vodobrusni papir koji se natopi kontakt sprejem ili nekim sredstvom za čišćenje. Problem je kod ovih sklopki što se ne mogu adekvatno isprobati nakon čišćenja, prije nego se potpuno sklope i ugrade u osciloskop. Same sklopke svakako ne trpe puno rastavljanja i sastavljanja tako da čišćenje treba dobro obaviti već kod prvog rastavljanja.

Nakon našeg čišćenja sklopke su proradile barem 90% bolje nego prije, te je sada osciloskop sasvim prikladan za ugodan rad. Uslijedila je fina kalibracija amplitude napona pomoću trimer potenciometara na ulaznim pretpojačalima, te korekcija geometrije prikaza signala podešavanjem oblika pilastog napona za vremensku bazu.

Slijedeće slike prikazuju prijelaz iz analognog u digitalni način rada. U prikazu čistih jednostavnih signala (sinusni, pravokutni, trokutasti itd.) sa širokom vremenskom bazom gotovo i nema razlike u analognom i digitalnom načinu rada, no kad se odabere neki signal sa većom gustoćom tu već ograničenja u rezoluciji i memoriji digitalnog prikaza dolaze više do izražaja. Odabrali smo FM i AM modulirane signale na kojima razlika u analognom i digitalnom prikazu već dosta vidljiva. Na prvoj slici je signal u analognom načinu rada, na drugoj je isti signal u digitalnom načinu rada (STOR.), a na trećoj slici je uključena funkcija spajanja točkica DOT J. kojom se donekle poboljšava izgled digitaliziranog signala.

Slika 1: analogni prikaz, Slika 2: digitalni prikaz, Slika 3: digitalni prikaz sa funkcijom zaglađivanja DOT J.

Ukoliko razmišljate o kupnji osciloskopa, danas je za osnovni model digitalnog osciloskopa potrebno izdvojiti oko 2000 kn. Jednako tako proizvode se i analogni osciloskopi (sa CRT ekranom) kojima je početna cijena također negdje oko 1600 kn. No ukoliko želite kupiti novi analogni osciloskop sa mogućnostima koje ima naš Hameg HM 205-3 cijena će narasti na 6000 kn. Za te novce se naravno može kupiti i bolji digitalni osciloskop, no oni najbolji će doseći cijene od 150 000 kn i više.

Ove podatke naveli smo iz razloga da se vidi kako kod odabira osciloskopa treba u prvom redu vidjeti koje su naše stvarne potrebe, odnosno koja mjerenja primarno želimo sa istim raditi. Za neka mjerenja će bolji biti analogni, a za neka digitalni osciloskop. Negdje će biti dovoljan model sa osnovnim funkcijama, no negdje je potreban kvalitetniji osciloskop sa više mogućnosti i boljim karakteristikama.

Ako gledamo niži cjenovni razred, odnosno treba nam osnovni osciloskop za povremena neprofesionalna mjerenja, onda je osnovna prednost analognog osciloskopa bolji prikaz signala, a osnovna prednost digitalnog osciloskopa je bolja matematička obrada signala. To znači ako radimo sa brzim signalima neponavljajućeg karaktera (poput muzičkih audio signala) ili radimo u X-Y modu (stvaranje Lissajusovih krivulja, crteža ili u konačnici video slike) onda je bolji analogni osciloskop jer može prikazati finije pojedinosti signala. Ukoliko pak nam je važnije električno mjerenje i precizna analiza jednostavnih ponavljajućih valnih oblika (sinusni, pravokutni, trokutasti i slični valni oblici) tada je bolji digitalni osciloskop jer ćemo dobiti izravna očitanja frekvencije, amplitude, faze i svih drugih karakteristika takvih oblika. Naravno ako kupimo neki digitalni ili digitalno/analogni osciloskop za 20 tisuća eura on će vjerojatno zadovoljiti i jedna i druga mjerenja, no digitalni prikaz signala će se uvijek razlikovati od analognog. Trenutno je najbolja kombinacija za amaterske uvjete imati neki novi digitalni osciloskop (cca 300 eura) i neki rabljeni analogni osciloskop (cca 100-300 eura). Naime, za 400-600 eura nećemo kupiti jedan osciloskop koji bi bio bolji od ove kombinacije dva osciloskopa.

Hameg HM 205-3 je dakle i danas vrlo iskoristiv osciloskop. Najveći problem kod svih analognih osciloskopa starih nekoliko desetaka godina je loše funkcioniranje dijelova koji se s vremenom normalno troše, a to su složeni mehanički preklopnici za ulazne atenuatore i vremensku bazu. Stoga je prilikom kupnje osciloskopa potrebno provjeriti ove kontrole jer će popravci istih biti teški i neki puta i neizvedivi. Najbolje je imati analogni osciloskop kod kojih su te sklopke riješene na digitalan način, a takvi osciloskopi osim odličnog analognog prikaza omogućuju i automatska osnovna mjerenja signala kao i mjerne markere prikazane izravno na ekranu. Problem je jedino što ćemo takve osciloskope teško naći u prodaji i što sigurno neće biti jeftini. Kako god bilo, ukoliko nismo sigurni što kupiti, najbolje je negdje uživo vidjeti osnovni prikaz i funkcioniranje digitalnog i analognog osciloskopa, iako, ako i pogriješimo, nije na odmet u radionici imati po primjerak od oba tipa osciloskopa 🙂