Danas je nabavljen testni instrument koji se koristi u lociranju greške kod radio i TV uređaja, audio pojačala i sličnih elektroničkih sklopova. Radi se o kombinaciji tzv. signal injektora i signal trasera (eng. injector, tracer). Signal injektor je generator testnog signala koji se dovodi na ulaze određenih NF ili RF sklopova, a signal traser (slijedilo signala) je pojačalo na čiji ulaz se dovode izlazni signali iz tih NF ili RF sklopova. Tako se može ispitati funkcionalnost pojedinih NF i VF stupnjeva, odnosno utvrditi da li ispravno vode signal sa ulaza na izlaz.
Ovakvi uređaji su od vrlo velike praktične koristi i zapravo nezamjenjivi kod ispitivanja i traženja kvarova na velikom broju elektroničkih sklopova. Bili su omiljeni u samogradnji zbog jednostavnosti konstrukcije i široke mogućnosti upotrebe (vidi objavu Slijedilo signala – signal tracer). Naš uređaj je kao što se vidi također načinjen u samogradnji.
Kućište i mrežni ispravljač (2x9V, 2x12V) iskorišteni su od nekog uređaja tvrtke Hewlett-Packard. S obzirom na oznaku Made in W. Germany i oznake na priključnicama “From 15141A”, “To 8020A”, vjerojatno je riječ o nekom međusklopu za HP-ov kardiotokograf (CTG) oznake 8020A iz 1968. godine. CTG je je uređaj namijenjen neinvazivnom snimanju i bilježenju frekvencije rada srca ploda (pulsa fetusa) na papirnatoj traci, a HP-ov 8020A je bio prvi takav uređaj na svijetu. Razvijen je u partnerstvu sa Njemačkom i u početku je bio dostupan samo na evropskom tržištu. Kasnije je postao prvi veliki HP-ov projekt koji je uvezen u SAD nakon što je razvijen u inozemstvu.
HP-ov uređaj je stoga vjerojatno jednom negdje završio kao medicinski višak, a njegovo vrlo robusno i lijepo dizajnirano kućište odlično je poslužilo za izradu ovog testnog uređaja. Konstruktor si je ovdje također dao truda nepotrebne kontrole demontirati sa ploče i prekriti aluminijskim limom dobavljenim iz kontrolne ploče nekog dizala. Nama se danas čini možda pretjeranim uložiti toliko truda u funkcionalnu i estetsku prenamjenu ovakvog kućišta za jedan posve jednostavan sklop, no treba znati da nekad poluvodiči i elektronika općenito nisu bili ni rašireni, ni jeftini ni dostupni kao danas. Onaj tko je imao sreće nabaviti shemu i sve potrebne elektroničke komponente za neki ovakav sklop, znao je cijeniti tako sagrađen uređaj.
Signal injektor i traser pak su izvedeni na prepravljenom modulu MF demodulatora i audio pojačala tonskog dijela nekog TV prijemnika. Iskorišten je samo sklop audio pojačala sa integriranim krugom TBA800 dok su MF komponente (koje su sasvim sigurno uključivale integrirani krug TBA120) uklonjene sa pločice i na njihovo mjesto je ugrađen oscilator tonskog signala. Iz čiste znatiželje nacrtali smo elektroničku shemu ovog signal injektora/trasera.
SIGNAL TRASER
Zvučnik se na integrirano pojačalo TBA800 može spojiti na tri načina: spojen preko pozitivnog pola napajanja, spojen preko negativnog pola napajanja (mase) sa bootstrapom ili kao u našem slučaju spojen preko negativnog pola napajanja (mase) bez bootstrapa. Bootstrap je naziv za dodatni krug negativne povratne sprege pojačala, obično sa izlaza pojačala preko kondenzatora na poseban pin integriranog kruga predviđen za bootstrap, u našem slučaju pin 4. Ovim krugom se povećava ulazna impedancija pojačala, a time i naponsko pojačanje istog, no s druge strane se narušava simetričnost izlaznog signala pojačala (simetričan rad tranzistora u izlaznom protufaznom stupnju pojačala). TBA800 može isporučiti 2,5 W izlazne snage, odnosno do 5 W ako se montira na hladnjak (24 V, 16 Ω), a može raditi u rasponu napajanja 5-30 V.
SIGNAL INJEKTOR
Signal injektor, odnosno oscilator tonskog signala je jednostavni astabilni multivibrator sa dva tranzistora. Astabilni multivibrator je sklop koji na svom izlazu stalno sam od sebe mijenja dva logička stanja (nula volti i napon napajanja) frekvencijom koja je određena RC krugom, odnosno vremenom pražnjenja kapaciteta preko otpornika (RC konstanta). Na taj način se svaki astabil može iskoristiti kao oscilator pravokutnog napona. U našem slučaju koriste se RC krugovi vrijednosti 47kΩ / 22nF što prema proračunu daje frekvenciju izmjene stanja (oscilacija) od 691 Hz. Testom je utvrđeno da su stvarne oscilacije frekvencije 748 Hz što je razumljivo s obzirom na toleranciju upotrijebljenih komponenti.
Znamo da je pravukutni valni oblik vrlo bogat višim harmonicima koji se od audio opsega protežu sve do nekoliko stotina kHz pa čak i nekoliko MHz. Stoga je ovakav generator signala teoretski upotrebljiv i za testiranje nekih VF sklopova, primjerice RF i MF stupnjeva dugovalnih i srednjevalnih AM prijemnika.
Izlazni signal iz astabila dovodi se na testne sklopove preko kondenzatora koji blokira istosmjernu komponentu napajanja, no ovisno o odabranoj vrijednosti taj kondenzator će također djelovati i kao kapacitivni otpor, odnosno svojevrsni visoko-propusni filtar za harmonike određenih frekvencija. Tako će kroz kondenzator manjeg kapaciteta niže frekvencije biti prigušene pa ćemo dobiti samo harmonike viših frekvencija (VF), dok će kroz kondenzator većeg kapaciteta prolaziti i niže harmoničke frekvencije (NF). Ipak, ovdje bi vjerojatno puno bolje radio kakav RC filtar.
Ispitivanje NF sklopova (NF pojačala) pomoću našeg signal injektor i signal traser uređaja moguće je pojedinačno ili kombinirano, gdje istovremeno koristimo signal injektor za dovođenje NF signala na ulaz pojačala i signal traser za praćenje tog signala na izlazu iz pojačala. Međutim kod ispitivanja VF sklopova nećemo moći koristiti takvu kombinaciju jer signal injektor ne daje modulirane VF harmonike koji bi se mogli demodulirati na signal traseru. Općenito je upotreba viših harmonika iz ovog našeg astabila prilično ograničena u ispitivanjima radio uređaja jer nema nikakve kontrole frekvencije ni amplitude takvih signala. Signal traser u VF modu može poslužiti samo kao detektor prisutnosti AM (MF) signala na pojedinim sklopovima AM prijemnika, preko detektorske (demodulatorske) diode koja se uključuje kod VF načina rada.
Sve ovo je najbolje provjeriti preko osciloskopa i analizatora spektra.
Prikaz signala osnovne frekvencije iz astabila preko veznog kondenzatora od 22 nF (lijevo) i 470 pF (desno). Kondenzator se koristi za odvajanje istosmjerne komponente u napajanju, no ovisno o njegovoj veličini pravokutni signal će biti više ili manje izobličen, a također će kao kapacitivni otpor u određenoj mjeri djelovati na amplitudu osnovnog signala kao i svih njegovih viših harmonika.
Prikaz osnovnog signala iz multivibratora na 748 Hz i čitavog niza viših harmonika u opsegu do 25 kHz u dBrms skali. Vidi se da su viši harmonici u ovom opsegu 10-35 dB slabiji od osnovnog signala.
Desno je prikaz osnovnog signala iz multivibratora na 748 Hz i harmonika u opsegu do 25 kHz u Vrms skali kako bi se vidio linearan odnos amplituda harmonika naspram osnovnog signala. Lijevo su bolje prikazani samo najslabiji harmonici koji sa amplitudom 80 mV završavaju na frekvenciji 24,8 kHz.
Naravno, harmonici nižih amplituda nastavljaju se i dalje na više frekvencije no zbog ograničenja našeg osciloskopa u FFT modu isti ovdje nisu prikazani. Na spektralnom analizatoru pak se mogu detektirati harmonici iznad razine šuma i do frekvencija preko 5 MHz. Teoretski su ovi signali dovoljne razine za ispitivanje ulaznih sklopova srednjevalnih prijemnika, no kod ovakvog astabila nemamo nikakvu kontrolu amplitude i frekvencije. Naravno, te (promjenjive) kontrole se lako mogu dodati, međutim one će unijeti dodatne frekvencijske nestabilnosti u radu astabila, a treba imati u vidu kako će se svaka nestabilnost osnovne frekvencije dodatno umnožavati u svakom idućem harmoniku. Astabil koji vidimo u našem uređaju nije sastavljen od posebno kvalitetnih RC komponenti, a i sama konstrukcija ne osigurava temperaturnu stabilnost sklopa. Već kod mjerenja uočili smo da osnovna frekvencija “bježi” za nekih ±3 Hz, a to se posebno lijepo vidi kad se promatraju najviši harmonici na spektralnom analizatoru koji tu već šeću nekoliko desetaka kHz lijevo-desno.
Ovo pišemo iz razloga da se shvati kako jedan ovakav jednostavan signal injektor baziran na astabilnom multivibratoru sa pravokutnim valnim oblikom ne može zamijeniti pravi kalibrirani NF ili VF sinusni signal generator kontinuirano promjenjive frekvencije, iako se upotreba mnogobrojnih harmonika možda čini vrlo praktičnom za pokrivanje širokog spektra frekvencija. Primarna uloga ovakvog signal injektora je generiranje (nekakvog) audio tona za testiranje rada NF pojačala, a upotreba istog za VF sklopove je vrlo ograničena na osnovne testove (radi ili ne radi) i svakako nema nikakvu primjenu za mjerenje i podešavanje na VF sklopovima.
Nekad, u doba popularne i široko raširene elektroničke samogradnje, kad bi se u kakvoj stručnoj knjizi ili časopisu naletjelo na shemu signal injektora i signal trasera, svakako se pobudila želja da se jedan takav uređaji napravi i za vlastitu upotrebu zbog njihove jednostavnosti s jedne strane i širokih mogućnosti primjene s druge strane. Naravno, u opisu rada uređaja bile bi navedene samo njegove dobre osobine i mnogi mladi amateri bi tek kasnije na svojem iskustvu naučili i sva ograničenja i loše strane takvih jednostavnih sklopova. Brzo bi postalo jasno da je za uklanjanje mnogih kvarova na radio uređajima ipak potrebno imati nešto više od signal injektora/trasera i multimetra. Pa ipak, treba odati priznanje tome kako se upravo pomoću takvih vrlo jednostavnih sklopova i dobro promišljenim često indirektnim metodama uspjelo konstruirati i podesiti vrlo dobre radio uređaje, nerijetko bolje od nekih tvorničkih. Naravno, za današnje složene VHF i UHF radio uređaje ovakvi jednostavni alati neće biti od puno koristi, no zato nam je danas široko dostupna sva sila gotovih tvorničkih visoko preciznih instrumenata i alata sa izravnim generiranjima, mjerenjima i prikazima svih mogućih električnih signala i veličina. Danas stvarno nema nikakve isprike za ne bavljenje praktičnom elektronikom, pa makar to bilo samo u svrhu zabave i edukativne hobi razonode 🙂