Danas je dobiven na poklon (zahvala gospodinu Vuku, ekspertu za cijevna pojačala i kolekcionaru Iskrinih vintage uređaja) cijevni elektronski voltmetar MA 3000 slovenskog proizvođača Iskra iz 1959. godine.
Tvrtka ISKRA vuče korijene iz 1946. godine te je i danas prisutna na tržištu. Kroz čitavo razdoblje postojanja nudi širok spektar proizvoda iz područja elektronike, elektrotehnike, telekomunikacija, energetike, automatizacije i tome srodnih proizvodnih grana.
Elektronski voltmetar MA 3000 omogućuje mjerenje izmjeničnih napona do 300 V u 11 mjernih opsega. Točnost mjerenja iznosi ±1% za izmjenične napone u opsegu 100 Hz – 300 kHz, odnosno ±3% za izmjenične napone nižih i viših frekvencija (20 Hz – 1 MHz). Napaja se mrežnim naponom 220 V (±10%) 50 Hz. Vidimo da je iscrtana skala i za decibele (dB) koja odgovara mjerenju odnosa snaga na naponskom opsegu 3 V, dok su korekcije za ostale opsege ispisane ispod svakog naponskog opsega (10 dB). Na skali je jasno označeno da referentnih 0 dB odgovara snazi od 1 mW razvijenoj na trošilu otpora 600 Ω pri čemu je napon na tom trošilu 0,775 V. Ovu referentnu vrijednost objasnili smo u objavi Multimetar C4313. Unutrašnja impedancija voltmetra je 2 MΩ (800 Hz), a ulazni kapacitet cca 30 pF. Osim ovih, nemamo nikakvih drugih podataka ni dokumentacije o ovom mjernom instrumentu.
Vrlo sličan instrument opisali smo u objavi Elektronski voltmetar MA 3010. Oba ova instrumenta su shematski vrlo slična i sadrže iste elektronske cijevi:
- pentoda EF 86
- pentoda E83F
- pentoda E83F
- heptoda-trioda ECH 81
Kod voltmetra MA 3010 smo pretpostavili da se radi o tipu voltmetra sa RC pojačalima, gdje je pentoda EF 86 u spoju ulaznog katodnog pojačala za atenuator, nakon čega slijedi dvostupanjsko širokopojasno RC pojačalo sa pentodama E83F te u konačnici pojačalo bazirano na sekciji heptode ECH 81 i ispravljač (detektor) napona za instrument baziran na sekciji triode ECH 81.
S obzirom da je MA 3010 relativno kompaktne konstrukcije, tamo bi bilo teško izvesti elektroničku shemu jer bi za trebalo rastaviti i razlemiti kompletnu šasiju sa elementima. Ovaj MA 3000 pak je svakako manje kompaktan i puno lakše se prate povezne žice. Stoga sam odlučio izvesti shemu ovog voltmetra, kako bi vidio koliko sam bio u pravu glede opisa MA 3010.
Nakon što se odlemi desetak žica, moguće je odvojiti glavnu tiskanu pločicu.
Elemente mrežnog napajanja je najteže rastaviti, no svakako smo htjeli dokumentirati ugrađeni Iskrin mosni ispravljač.
Nisam siguran da li je ovo selenski, bakreni ili neki drugi poluvodički punovalni mosni ispravljač.
Izvedena elektronička shema elektronskog voltmetra Iskra MA 3000.
Iz sheme se jasno vidi da topologija voltmetra posve odgovara mojim pretpostavkama. Elektronska cijev EF 86 je u spoju ulaznog katodnog pojačala za atenuator gdje se djelitelji napona za dobivanje mjernih opsega raspoređuju na ulazni dio katodnog pojačala (mrežica) i u izlazni katodni krug. Time se ulazni dio može napraviti vrlo jednostavno sa jednim ili dva velika ulazna otpornika da se zadrži veliki ulazni otpor na svim opsezima (u našem slučaju 2 MΩ), a mali otpornici su u izlaznom katodnom krugu pojačala. Kako se radi s izmjeničnim naponima atenuator mora biti frekvencijski kompenziran da bi se zadržala linearnost mjerenja u što širem frekvencijskom opsegu. Također, mjerni otpornici ne smiju biti motani žicom zbog induktivne reakcije tako da se ovdje najčešće koriste ugljeni otpornici.
Ulazni atenuator.
Slijede tri stupnja RC spregnutih pojačala: dva sa pentodama E83F i izlazni stupanj sa sekcijom heptode ECH 81, koja je ovdje vezana kao trioda. Kod ovih pojačala je potrebno izvući linearno pojačanje u što širem frekvencijskom opsegu kako bi izmjenični voltmetar bio upotrebljiv za što širi raspon frekvencija. Linearnost je uvijek teško zadržati na niskim i visokim frekvencijama. Pojačanje na niskim frekvencijama počinje padati zbog malih vrijednosti kondenzatora za RC spregu kao i zbog utjecaja impedancije u krugu katode i zaštitne rešetke elektronskih cijevi. Zato se kondenzatori za spregu uvijek moraju proračunati za najnižu mjernu frekvenciju (u našem slučaju 20 Hz). Utjecaj impedancije pak se neutralizira spajanjem zaštitnih rešetki na stabiliziran istosmjerni napon te RC elementima na katodama cijevi. Kod viših frekvencija pak do izražaja počinje dolaziti interni parazitski kapaciteti između elektroda cijevi i neželjeni kapaciteti samih veza. Ovo se kompenzira kombiniranim RCL filtrom na anodi cijevi ECH 81.
Specifična izvedba trimer-potenciometara, trimer kondenzatora i žičanih otpornika.
Kao detektor (ispravljač napona za mjerni instrument) koristi se sekcija triode cijevi ECH 81 koja je ovdje spojena kao dioda. Paralelno instrumentu je vezan elektrolitski kondenzator 100 µF što znači da je ovo detektor maksimalnog (vršnog) napona. Teži se da detekcija napona u čitavom opsegu mjerenja bude posve linearna, kako bi imali i linearnu mjernu skalu. U našem slučaju linearnost se namješta promjenjivim RC elementima u katodnom krugu cijevi ECH 81.
Voltmetar MA 3000 je opremljen i izvorom stabiliziranog napona za kalibraciju, odnosno kontrolu pojačanja voltmetra tijekom rada. Kalibracijski napon se dobiva sa posebnog sekundarnog namotaja mrežnog transformatora, no on kao takav ne bi bio stabilan, odnosno mijenjao bi se kao se mijenja (fluktuira) mrežni napon. Kako bi se kompenzirale promjene napona u mreži, koristi se otpornički most sa sijalicom u jednoj grani. Sa promjenom napona mijenja se i otpor sijalice (uslijed većeg ili manjeg zagrijavanja žarne niti) te se sa dobro proračunatim mjernim mostom može značajno ublažiti promjena ulaznog napona. U prospektu za MA 3000 navodi se da mrežni napon (220 V, 50 Hz) mora biti u tolerancijama ±10%, a stabilizacijski most sa žaruljom bi ulaznu fluktuaciju od ±10% mogao svesti u granice ±1%. Iz djelitelja napona se dobiva izlazni kalibracijski napon 100 mV, što znači da bi pogreška iznosila ±1 mV.
Stabilizator napona za kalibraciju.
Izmjerio sam da mjerni instrument sa zakretnim svitkom ugrađen u MA 3000 ima osjetljivost od 100 µA na puni otklon skale. Unutrašnji otpor svitka je cca 1750 Ω i izravno bi s njime mogli mjeriti napone do cca 175 mV, odnosno najmanja mjerljiva vrijednost napona bi u praksi bila nekih 5 mV.
Zahvaljujući ugrađenom pojačalu, najmanja vrijednost napona koja se praktično može mjeriti sa MA 3000 je nekih 0,1 mV. Međutim, najveći benefit elektronskog voltmetra je njegov veliki ulazni otpor koji je ujednačen na svim mjernim opsezima čime je interna potrošnja instrumenta na najnižim opsezima kod MA 3000 smanjena više od 1000 puta.
Ovako stari cijevni voltmetar nije preporučljivo spajati na mrežni napon prije nego se provjere i zamijene dotrajale komponente. Današnji digitalni voltmetri (multimetri) široke potrošnje imaju uobičajenu ulaznu impedanciju 10 MΩ ili više, točnost mjerenja ispod 1% na svim opsezima, te svakako daleko manje gabarite i daleko veću praktičnost rukovanja. Stoga nema nikakvog smisla obnavljati ovaj stari Iskrin MA 3000 za nekakvu uporabnu vrijednost. Puno bolje može poslužiti kao podsjetnik na doba elektronskih cijevi i specifičnosti tehnologije koja se na njima bazirala.