Oprava osciloskopu Tesla BM556

Před časem jsem dostal do opatrování tohoto krasavce, elektronický osciloskop Tesla BM556. Je to přístroj vskutku základní, frekvence max 25MHz, jediná vymoženost je trigger TV signálu. Na druhou stranu šikovnému radioamatérovi může dobře posloužit. Mě k ničemu není, po opravě jej daruji (už jsem jej slíbil dvěma lidem, tak nějak zatím nevím jak to nakonec vyřeším).

Závada

Než se pustím do detailního popisu modulů přístroje, uvedu popis závady. Osciloskop je dvoukanálový, přičemž kanál A funguje bez problémů, zatímco kanál B zobrazuje pouze nulový signál.

Chyba je tedy někde mezi vstupním konektorem B a voličem zobrazení (A, B, A+B, A~B), vše dál (trigger, horizontální zesilovač, generátor časové základy, zdroje urychlovacího napětí a hlavně obrazovka jsou tedy v pořádku). Což je moc fajn, protože tohle je ta nejednodušší část a kdyby byl v nepořádku celý zesilovač, tak i ten by šel snadno nahradit (25MHz zesilovač se dá dnes realizovat jedním operákem).

Další indicie, kde chybu hledat je fakt, že nastavení vertikální polohy signálu B funguje také. Takže chyba musí být někde mezi konektorem a vertikálním zesilovačem. (A moc doufám, že to nebude přepínač citlivosti, kam se dá jen těžko dostat.)

Detail ovládání přístroje

Nastavení vstupů

Můžeme nastavovat zesílení vstupního zesilovače podle velikosti signálu od 5V na dílek až po 2mV na dílek. Dále volit zobrazení jednotlivých kanálů, obou současně, součet a také vertikální umístění signálů.

Stínítko obrazovky s nastavením jasu, ostření a přisvětlení

Pod obrazovkou jsou také výstupy z kalibrátoru.

Nastavení časové základy a spouštění

Nastavení spouštění (náběžná / sestupná hrana), synchronizace s TV signálem, externí spouštění. Nastavení časové základny, režim x-y.

Kalibrátor

Kalibrátor tvoří samostatnou funkční část a nepodílí se na funkci osciloskopu. Kalibrátor vytváří velmi rychlé hrany (tj. velmi široké frekvenční spektrum). Tento signál se potom používá k nastavení vstupů. Signál samotný má frekvenci 1kHz a tak slouží také k nastavení generátoru časové základny.

Signál z kalibrátoru. Btw tohle se nečekaně blbě fotí. Foťák je zřejmně velmi citlivý na tu zelenou barvu, takže pokud jsem stopu na stínítku nastavil příjemně pro oko, tak na fotografii byl velmi přesvětlený. Musel jsem nastavit stopu na téměř neviditelnou, aby se to dalo vyfotit.

Vstupy, korekce vstupů, vstupní zesilovače A a B

Vstup signálu do přístroje. Signál prochází přes vstupní BNC konektory, potom do přepínače zesílení (který lze korigovat šesticí trimrů) a potom do vstupních zesilovačů.

Odhalení závady

Právě na tomto místě byl problém, vstup B a diody E40 a E41 byly proražené a jejich odpor 0Ω. E40 a E41 jsou typu KA136, což se dávno nevyrábí, naštěstí jsou to normální rychlé diody  (10ns) a těch se dneska vyrábí dost.

Tato dvojice diod má funkci ochrany dalších vstupních obvodů před velkým napětím. Každá z diod má napětí přechodu cca 0.6V, dvojice tedy zaručuje ořezání napětí na 1.2V max. Řekl bych, že právě tato ochrana zafungovala někdy v minulosti, kdy obsluha osciloskopu přivedla na vstup B nějaké větší napětí a tím se diody E40 a E41 prorazily na nulu a zabránily tak dalšímu poškození přístroje.

Oprava byla jednoduchá, stačilo tyto diody buď vyřadit úplně (na fotkách je vidět přerušený vodič k diodě E40), tímto by se ale současně vyřadila ochrana dalších obvodů, případně použité vadné diody nahradit. Nahradil jsem je za BAT85 s trr 4ns.

Další závada

Další závada na vstupu B, kterou ale opravovat nebudu (protože se k přepínači vstupů leze fakt blbě) je rozbité zesílení 2V a 5V / dílek. Opravdu vše nasvědčuje tomu, že do přístroje někdo pustil hodně vysoké napětí. V praxi se takto velké signály zpravidla neměří (a pokud ano, tak přes speciální sondy s dostatečně velkým děličem) a určitě se nepouští přímo na vstup do osciloskopu.

Tato závada tedy v praxi vůbec nebrání použití osciloskopu pro běžné radioamatérské měření.

Vertikální zesilovač

Prostě zesilovač, který se dá dneska nahradit asi 5 součástkami, mě spíš zaujalo řešení přepínání vstupů a hlavně zobrazení obou signálů na jedné obrazovce.

Osciloskopická obrazovka umí zobrazit pouze jeden signál. Pokud chceme zobrazit dva, máme obecně dvě možnosti:

• Zobrazit nejdřív první a potom druhý signál (což se hodí až pro hodně krátké časy, aby luminofor nestačil ztmavnout). Zde ale dojde k posunutí obou signálů v čase.
• Rychle přepínat mezi dvěma vstupy a kreslit tam oba signály současně. Což se hodí pro dlouhé časy, ale zase to vyžaduje hodně rychlé přepínání.

Některé analogové osciloskopy umožňují volit mezi těmito metodami, BM556 má vestavěnou pouze druhou možnost. Tady se to přepíná asi 100kHz a přepínání samotné je pomocí diodového přepínače (vysvětlení třeba zde). Viz obrázek vlevo.

Synchronizační zesilovač

Zde se generuje signál spouštění na základě nastavení (vzestupná / sestupná hrana, úroveň, synchronizace TV signálu).

Generátor časové základny a zatemňovacího signálu

Při opravě osciloskopu se hodí mít osciloskop (v tomto případě Rigol DS 2202). Výstup z generátoru časové základy. Vidíme lineární vzestupnou část, kdy osciloskop kreslí signál na stínítko, dále zpětný průběh (který je v tomto případě velmi rychlý). Modře je zobrazen průběh signálu zatěmňovacích impulsů (při zpětném průběhu se nekreslí).

Koncový horizontální zesilovač

Tady už se jen signál zesílí na 80V a pustí se přímo do vychylovacích destiček obrazovky.

Koncový vertikální zesilovač

Totéž co horizontální. Zesílení na 80V a šup s tím do vakua.

Zdroje

Klasický lineární zdroj mnoha napětí pro celý přístroj. Netřeba se tím zdržovat.

Zajímavá konstrukce magnetického obvodu trafa.

Obrazovka

Z obrazovky toho moc vidět není, je zabalená v materiálu magnetického stínění. Dole je připojení signálu pro elektronové dělo a ostření, uprostřed je přívod horizontálních a vertikálních signálů pro elektrostatické vychylování elektronů a na horní straně vpravo přívod urychlovacího napětí 10kV.

Na rozdíl od klasické televizní obrazovky, která používá elektromagnetické vychylování, tady se používá elektrostatické. Elektron je záporně nabitá částice, je tedy přitahována ke kladnému náboji a odpuzována od záporného. Toto se využívá právě u osciloskopických obrazovek, protože lze jen pomocí napětí velmi přesně a hlavně velmi lineárně (tohle s elektromagnety jen tak neuděláte) měnit trajektorii elektronů, které potom kreslí na stínítko obrazovky. Nevýhodou je, že úhel vychylování je docela malý, takže obrazovka musí být hodně dlouhá.

VN násobič

Klasický Cockcroft–Walton zalitý v želatině. Celá VN část je oddělená od zbytku přístroje a patřičně chráněná, takže za běžných okolností i při práci s odkrytovaným přístrojem se člověk nedostane do kontaktu s VN. Max napájecí napětí zesilovačů je 120V, to se dá ještě přežít.

Tohle je jen dělička vn napětí pro získání dalších vysokých napětí (600V, -2000V apod srandy). Mě jen zaujalo, jak pěkně to vypadá, takže nechme na sebe chvíli působit tohle umělecké dílo. :-)

Příště

Příště si ukážeme, jak vlastně osciloskop pracuje (ano, já vím, že se to obvykle dělá v opačném pořadí, nejdřív princip funkce a potom praxe, ale já málokdy dělám věci tak jak se mají) a také si zobrazíme nějaké signály.