Konstruktion av batteridrivet oscilloskop med mini-CRT

[Spisblinkaren]

Hej!

Jag fick nyligen tag i ett litet CRT (skärmdiameter: 65mm) av märket Philips (DGC7-5) som jag genast kände att jag ville bygga ett batteri-drivet oscilloskop med.

Nu handlar det dock om spänningar på lite knappt 1kV samtidigt som glödströmmen är på 6,3V/0,31A dvs att nyttja ett standard 9V-batteri med en kapacitet på runt 500mAh ger en drifttid om 0,5/0,31~1h vilket vi inte kan ha.

Så standard 9V-batteri går bort men 6st uppladdningsbara NiMH AA (7,2V) kan funka

2Ah hittar jag här https://www.elfa.se/sv/nimh-ackumulator ... &simi=97.5

Batterihållare hittar jag här: https://www.elfa.se/sv/batterihallare-a ... simi=95.97

2Ah/0,31A=6,5h dvs helt okej drifttid.

Vill sen hävda att 7,2V inte ens behöver regleras ner till 6,3V utan man kan eventuellt köra +14% som det är över heatern (samtidigt som 0,9V/ack ungefär är då batterierna är urladdade dvs vid 5,4V eller -14%), jag får alltså 5,4V<Vh<7,2V.

En initial ide', i alla fall.

Bifogar blockschema.

MVH/Roger

[YD1150]

Antar att förstärkarna blir transistoriserade, JFET på ingången?
Blir katoden på -1kV och anoden på 0.

[Spisblinkaren]

Antar att förstärkarna blir transistoriserade, JFET på ingången?
Blir katoden på -1kV och anoden på 0.

Bra antagande:)

Jag kommer bygga egna OP med JFET som diffsteg, ja.

Sen ska jag försöka pressa bandbredden genom att nyttja BF245 och sen ut på de båda drain diff-kopplar jag ett par BF199 fast då som emitterföljare för att driva nästkommande stegs Miller som blir ett par förstärkande och diff-kopplade BF"PNP" av nåt slag som jag just nu inte vet, enkel emitterföljare kommer jag sedan ha på utgången, dvs den kommer kunna sourca mycket men sänka lite.

I mitt examensarbete från 95, som jag kommer kika mycket i i samband med detta, är enda egentliga skillnaden att oscilloskopet hade annan typ av nivåanpassning/slutsteg och var dessutom både analogt och virat digitalt, för mitt arbete resulterade i ett oscilloskop som nyttjade komposit-ingången hos en vanlig TV för att återge oscilloskopsbilden.

Blir katoden på -1kV och anoden på 0.

Här förstår jag inte vad du menar.

Kul med din trevliga kommentar!

MVH/Roger
PS
Ser nu på mitt TV-skåp att 2mV är minsta området, sen har jag nyttjat en 6-polig vridomkopplare och stegat 2mV, 5mV, 20mV, 50mV, 200mV och 0,5V samt nyttjat en 1/10-vipp (efter ingångssteget för att inte påverka attenuatorns frekvensriktiga ned-delningar) som alltså ger mig 12 spänningsområden. Jag kladdar vidare här även om jag vill göra det senare när jag faktiskt lurar på förstärkeriet men vi går händelserna i förväg lite.

Säg att vi nöjer oss med 1V amplitud ur endera Y-kanal (innan slutsteget/nivåanpassningen):

SR<wA=w=2pif

Måttligt optimistisk SR är 100V/us (=100MV/s) och 2pi~10, alltså

f<10MHz

Det är mao tufft att få ur mer än 10MHz SR-odistad bandbredd.

Om vi sen tittar på gain så har mitt TV-skåp prestandan "Dual Channel 20MS/s 5MHz" (TDA8703 A/D), men jag vill slå det.

Jag kan acceptera 2mV som känslighet (resten dämpas), 1V/2mV=500, jag behöver då en gain på 500.

Om vi satsar på 10MHz då blir GBW=5GHz

Till skillnad från SR kan man dock dela upp denna förstärkning i två förstärkare och då behövs bara roten ur 500 för vardera varvid GBW/st istället blir 223MHz vilket fortfarande är väldigt högt men inte helt omöjligt.

Fast jag känner mest för att köra en förstärkare vilket är vad jag kommer göra och därmed försöka pressa den till det yttersa och helt enkelt se vad jag får.

Detta spikas dock, 2mV in, 1V ut.

[Spisblinkaren]

Jag börjar lura på att nöja mig med ett enkanalsskåp, roligare att inte "serieproducera" samtidigt som antal reglage blir mycket färre och om jag tänker efter är det faktiskt sällan man mäter fasgång/Lissajous.

Om man till exempel vill mäta förstärkning ja då kan man lika gärna börja med att mäta insignalen och sen flytta proben till utgången och mäta där också, kvoten lika med förstärkningen!

I RF-sammanhang har jag dessutom nyligen lärt mig att man antingen bör ha proben hängandes (blir lite svårt med en prob) eller kapacitivt delar ner påverkan och mäter på ingången och utgången var för sig ändå, det är inte lika smidigt som att inkorporera proben men det funkar.

Så med ett "mono-skåp" så får jag inte bara ner antalet reglage utan jag slipper även implementera både Trigger Source och Chop/Alt, detta är attraktivt för min tanke är att skåpet ska vara så gulligt litet det bara går.

Ackarna kommer dock ta lite plats (och jag har precis bestämt mig för två 7,2-voltare modell R6).

Jag har på bussen idag bestämt mig för att det blir dubbla ackar med var sin laddningskrets och AC'n kommer vara halvvågslikriktande dubblerande enligt tidigare ej erkända konstruktioner men jag vill promt ha en enda lindning och struntar i "DC genom trafon".

En anledning är att urladdat ackar inte orkar driva glöden och jag behöver då mer spänning varvid jag tänker reglera ner 7,2VX2 till 6,3V och låta Vss vara glödens nolla samtidigt som jag har Vcc/Vss för ingångssteget.

Ackarna är aningen stora så skåpet sväller redan här men jag ser inget riktigt val, ett ack räcker inte att reglera ner till 6,3V, det kan dock få köra oreglerat samtidigt som man har ett vanligt standard 9V laddningsbart för andra sidan.

Det behöver i så fall faktiskt inte ens vara laddningsbart för det går ingen ström där (skall bara generera negativ supply), en något asymmetris matning av ingångssteget alltså.

Fast kanske min spänningsinverterare (KVI) passar ännu bättre för då behövs bara ETT batteri/ackar

MVH/Roger

[YD1150]

Katod på -1kV och sista anoden på GND (eller 0 som jag skrev).
Förklaring:

Har du katoden på GND-nivå och anoden på 800-1000V så måste utgången på avlänknings/avböjnings-förstärkaren (-arna)
vara på typ samma nivå ca 1kV över jord. ( Isolerande gummihandskar krävs vid handhavandet av "skopet" då )
Har du anoden på t.ex. +1kV och X-Y-plattorna i CRT:t på GND-nivå så försvinner strålen åt något annat håll som rätt in i glaset vid X-Y plattorna, den kommer aldrig fram till fluorescensskiktet där den normalt ska synas med ett milt lysande grönt ljus. Elektronstrålen kan ibland synas som en svagt lysande blå fläck på insidan av glaset.
Har en gång gjort misstaget ovan, kunde inte begripa varför det inte fungerar tills jag kom på felet.

Botemedel:
Katod på -0,6 till -1kV och anod samt X-Y-plattorna på typ 0-250V (positivt) eller så.

Problem med ovanstående:
Glödtråden hamnar också på -1kV (!), så bra isolering krävs då om du använder t.ex. en trafo på 230V -> 6,3V glöd.
Sen ska inte katod och glödtråd ha alltför hög spänningsskillnad mellan sig.
Man kan koppla ihop glödtråd och katod, antingen direkt eller via ett motstånd.

Har själv tänkt att bygga ett liknande bygge men med X-Y ingång (känslighet typ 0,1-1V för max utslag)
så man kan göra en liten "display" för en spektrumanalysator (radio förstås ).
Gillar CRT i det här fallet då det inte är en massa pixlar att hålla reda på utan en kontinuerlig funktion på så vis missar
man inte några detaljer i "spektrat".

Ett "mikro-oscilloskop" skulle du kunna göra med ett CRT som heter DG3-12, är endast ca 3cm i diameter.
http://www.radiomuseum.org/tubes/tube_dg3-12a.html
Köpte två sådana rör på en Eskilstuna "amatörloppis" för 45kr/st, det är några år sedan.

Ska följa ditt bygge

[Spisblinkaren]

Tack YD1150 för denna information!

Att spänningsskillnaden mellan glödtråd och katod inte ska vara för stor var dock lite trivial information

Men ditt förklarande om varför katoden skall ligga på -1kV och anoden på noll den var intressant, låter dessutom rimligt att strålen pga XY-plattorna inte kommer fram om katoden är på noll och anoden på 1kV, eller gör det det

Att man skall behöva ha handskar för att ta i röret tror jag inte riktigt på, kommer så väl ihåg hur det kittlade i håret när man skrubbade skallen mot en gammal tjock-TV men mer problem än så var det ju inte.

Nej, jag har inte tänkt så mycket på den här biten, finns mycket annat att tänka på innan jag ens är i närheten av slutförstärkarna.

Fast jag är osäker på om jag verkligen skall köra mono, det blir ju liksom inget riktigt skåp av det eller vad tycker du?

MVH/Roger

[Spisblinkaren]

Hittade ett par fina och dyra vridomkopplare från ELMA i mina gömmor som jag nog haft i 20 år.

När det gäller tidbasen har jag nog tänkt mig en vridbar pulsomkopplare modell den jag använde i mitt examensarbete, duger med en plast-omkopplare även om känslan blir tråkig.

Till vertikalförstärkaren kommer jag använda den ena (eventuellt två för två kanaler, måste fundera lite på det), kör jag sedan mono kan jag faktiskt använda den andra som pulsomkopplare för tidbasen ty de har en härlig känsla när man vrider på dom.

Såg i ELFA att de idag går loss för 300/st men förmodligen var de billigare för tjugo år sedan.

Kruxet med dessa omkopplare är att de bara är 2P6L, i mitt examensarbete löste jag detta med en 1/10-vipp efter ingångssteget, som sagt, men en riktig attenuator är på 12 lägen och såvitt jag förstår 2 poler, MEN dessa kostar runt 700 spänn.

Jag fick ju tacksamt nog lite roliga grejer från Lasp för ett tag sedan, bland annat fick jag just en ELMA men den är tyvärr på 1P24L vilket jag inte kan använda (fanns å andra sidan en annan 2P10L som jag skulle kunna använda så helt naken är jag inte).

Eftersom jag numera är tämligen pank så får det bli mina ELMA plus en plast-omkopplare som bara skall tjänstgöra som pulsgivare (om inget under händer t.ex att jag får sålt nåt av all min skit).

Bifogar en bild på fronten av mitt examensarbete, detta gör jag bara så att jag kan ha viss koll på hur jag då löste saken mekaniskt och huruvida jag även idag vill lösa saken på samma sätt eller inte.

MVH/Roger

[Spisblinkaren]

Här kommer en första skiss på mitt lågspända supply.

Jag är inte helt säker på om/hur detta fungerar bl.a funderar jag på om ena batteriet eller båda batterierna laddas av en laddningskrets men jag tror att jag behöver två laddningskretsar för att kunna ladda de seriekopplade batterierna (7,2V/2Ah ackar).

Sen nyttjar jag de båda seriekopplade batterierna för att komma över 6,3V (med marginal) för att kunna reglera och driva glöden ordentligt.

Här skulle man kunna nyttja ett enda oreglerat 7,2V-ackar som jag beskrivit tidigare men visst känns det bättre om glöden "alltid" ligger rätt.

Då jag anser att 1V/cell motsvarar urladdat ackar så är 6V/ackar minimum för vad jag kan räkna med, efter detta har jag ställt supply-spänningarna för ingångssteget till +/-3V ty både 317 och 337 behöver 3V över sig, dock finns det Low Dropout-regulatorer så detta är inte spikat samtidigt som min favorit-JFET inte presterar så bra med Vds under 5V (6V innan bias nu), jag hade gillat +/-5V som drivspänning bättre.

Apropå det så skulle man kunna nyttja enbart ett 7,2V-ackar och köra min spänningsinverterare för den negativa sidan, problemet är bara att min KVI inte funkar så bra nu även om strömuttaget negativt kan göras väldigt lågt samtidigt som trissor presterar bättre HF-mässigt med högre ström, min tanke i detta fallet är då oreglerat ackar som glödmatning (+/-15%).

En annan variant är att köra dubbla batterier men att bara den positiva sidan (inklusive glöden) är bestyckad med 7,2V/2A-ack och att man nyttjar ett vanligt 9V-batteri (LR6?) för den negativa sidan, detta skulle dels hålla nere komplexiteten dels så behövs inte LR6 bytas speciellt ofta för min gissning är max 10mA och då håller det i 50h, typ.

Får tänka mer i morgon

MVH/Roger

[Spisblinkaren]

Jag har nu reviderat mitt schema.

Jag har kommit på att +/-3V duger inte för (diskret) OP-matning, så ett 12V ackar är nödvändigt, har hittat den här från Fiamm:

https://www.elfa.se/sv/ackumulator-12-a ... &simi=97.0

på 12V/1,2Ah, kommer köra med en sådan ty inte alltför dyr.

Sen bestämde jag mig plötsligt för att de diskreta förstärkarna ska få jobba med +/-6,3V vilket naturligtvis gör att CRT's heater samtidigt kan drivas (jag köper inte att katod och heater måste ligga på -1kV, sorry YD1150).

Minussidan har jag löst mha min spänningsinverterare (KVI), den funkar dock inte så bra ty utspänningen sjunker rätt kraftigt med uttagen ström MEN jag uppskattar ändå att 5mA kan fås ur KVI vid 9V dvs 3V under nominell batterispänning.

MVH/Roger

[Spisblinkaren]

Så, nu är jag nöjd med mitt supply.

Blev tvungen att byta trissa ty om ackumulatorn går i kortslutning eller om man skulle råka kortsluta en längre tid så brinner BC516 upp.

Sen har jag inför en 3m3-konding för den positiva glättningen också, eftersom utspänningen är ganska låg jämfört med AC-toppen (som i min värld alltid är likriktat 12VAC) så kan det få rippla ganska mycket men om knappt 0,5A ska dras så får det ändå inte rippla mer än 17-(6,3+3)V~8Vpp vilket ger C>I/du*0,02=1,2mF, fasen 1mF kan ändå funka...

Det enda jag nu känner att jag kan behöva oroa mig för är DC-belastningen av AC-vårtan MEN mina AC-vårtor är på hela 20VA och vid 12VAC innebär det 1,7A och jag tror ärligt talat inte att en knapp halv Ampere halvvågslikriktat då är några problem, kretslösningen blir bara så mycket smidigare ty halva diodantalet behövs samtidigt som GND är GND.

317 kommer att behöva kylfläns, allra minst behöver 0,31*(17-6,3)=3,3W kylas bort, <5W är dock mer rimligt.

MVH/Roger
PS
Vänta nu, om jag bara kör 1mF på den positiva halvan så kommer det inte finnas nån seriös DC över regulatorn, om man säger, utan det kommer vara en kurvform som kanske tom har halva effektivvärdet och då bli effektutvecklingen bara lite drygt 1W vilket en helt naken TO220 klarar.

[Spisblinkaren]

Så, då känner jag mig tämligen klar med nätdelen till mitt oscilloskop.

Jag har kvar anteckningar om vissa tveksamheter som laddningstrissan och den positiva glättningskondingen.

Sen har jag bestämt mig för att ändå buffra spänningsinverteraren ty då svänger i alla fall fyrkanten ut på emittrarna tydligen med 2Vbe från matning, därefter sjunker alltså den negativa utspänningen relativt snabbt med ökad last och detta trots stora kondingar och Schottky-dioder vilket jag inte begriper.

En intressant aspekt när det gäller opampar/diffsteg är att matningen varken behöver vara symmetrisk, rippelfri eller ens stabil/odrivande, ty utgångsoffset är INTE beroende av matningsspänningen, den är BARA beroende av ingångsoffset multiplicerat med vald förstärkning, sen är offset ut konstant oavsett hur matningen ser ut att det sedan tom kan ripplas i matningen har att göra med att det är en så kallad CM-störning som moderna opampar undertrycker nåt sanslöst med sina CMRR (fast detta är egentligen en parameter som opampar bara råkat få pga deras arkitektur).

Det mest kritiska en sjunkande batterispänning gör med en OP är mest att utgångssvinget sjunker, inget speciellt stort problem om man vill hålla sig runt en Volt bara.

Åter till ämnet, jag är lite orolig för den negativa matningen, 10mA tror jag mig i alla fall kunna dra ut och jag skulle gissa att DC sjunker 3V då så från nyladdat batteri är jag nere i 9V in på regulatorn innan 6V ut, när sedan batteriet laddar ur sig så lägger regulatorn av (ty den behöver 3V över sig), så om det är så illa med spänningsinverteringen så funkar inte detta.

Jag behöver 337 pga AC-vårtan som ger -17Vp in vilket måste regleras till -6,3V.

Jag vill provbygga det här, sen kan min räddning vara köpt DC/DC-omvandlare även om jag avskyr sånt för jag vill hellre förstå och det är inte logiskt i min värld att den buffrade spänningsinverteraren levererar hela matningen in till inverterar-arrangemanget som fyrkantsvåg MEN att ut sjunker det med små strömuttag.

MVH/Roger

[Spisblinkaren]

Jag har bestämt mig för ett mono-skåp, allt blir så mycket enklare mekaniskt om inte annat.

Slipper Trigger Source (alltid ställd på CH1, eventuellt med tillägget EXT/LINE), slipper en extra uppsättning POS/VAR/ATT/AC-GND-DC, slipper Mode (CH1/CH2/ALT/CHOP/ADD) och slipper CH2_INV dvs ganska många reglage och funktioner där egentligen ALT/CHOP är dom finesserna som också är av lite svårare dignitet.

På det här sättet kan sedan skåpet hållas litet.

Finesser jag vill ha:
1) Y-POS
2) 1/10 (förmodligen och pga ekonomiska skäl)
3) VAR
4) ON/OFF
5) Volts/Div
6) IN
7) AC-GND-DC
8. GND
9) Trigger Slope
10) Trigger Level
11) Probe Adj
12) X-POS
13) Time/Div
14) EXT Trigger (ev).

MVH/Roger

[Spisblinkaren]

Har du katoden på GND-nivå och anoden på 800-1000V så måste utgången på avlänknings/avböjnings-förstärkaren (-arna) vara på typ samma nivå ca 1kV över jord.

Varför då?

Avlänkningsplattorna är väl rimligen på bra mycket lägre spänning än anoden, gissar ~300V?

Har du anoden på t.ex. +1kV och X-Y-plattorna i CRT:t på GND-nivå så försvinner strålen åt något annat håll som rätt in i glaset vid X-Y plattorna, den kommer aldrig fram till fluorescensskiktet där den normalt ska synas med ett milt lysande grönt ljus.

Varför då?

Om katoden är på 0V, avlänkningsplattorna på 300V och anoden på 1kV så accelererar ju anoden elektronstrålen samtidigt som avlänkningsplattorna styr XY, ser inte problemet.

Har en gång gjort misstaget ovan, kunde inte begripa varför det inte fungerar tills jag kom på felet.

Intressant, tack för att du delar med dig!

Botemedel:
Katod på -0,6 till -1kV och anod samt X-Y-plattorna på typ 0-250V (positivt) eller så.

Tror inte på det här, vore ju liksom rätt konstigt om inte databladet talar om att det är så man måste göra.

Dessutom, det du säger här kan inte stämma för det skulle innebära att spänningen mellan avlänkningsplattorna och katod är på uppemot 1250V.

Har själv tänkt att bygga ett liknande bygge men med X-Y ingång (känslighet typ 0,1-1V för max utslag)
så man kan göra en liten "display" för en spektrumanalysator (radio förstås ).
Gillar CRT i det här fallet då det inte är en massa pixlar att hålla reda på utan en kontinuerlig funktion på så vis missar
man inte några detaljer i "spektrat".

Mycket intressant!

Tycker det där sista låter som ett lysande tänk, inga pixlar liksom

Kanske jag bygger in en spekrumanalysator istället för CH2 i mitt skåp

Ett "mikro-oscilloskop" skulle du kunna göra med ett CRT som heter DG3-12, är endast ca 3cm i diameter.
http://www.radiomuseum.org/tubes/tube_dg3-12a.html
Köpte två sådana rör på en Eskilstuna "amatörloppis" för 45kr/st, det är några år sedan.

Mycket intressant, enbart 3cm i diameter, snacka om litet och gulligt

Ska följa ditt bygge

Skall bli roligt att följa dina kommentarer, apropå det ber jag om ursäkt för mitt tråkiga svar sist, visste inte riktigt hur jag skulle svara och blev samtidigt lite nedstämd över komplikationen att du tyckte jag måste invertera spänningen.

MVH/Roger

[YD1150]

Försökt att förklara problemet
För enkelhetens skull så är det asymmetrisk avböjning i bilderna nedan, normalt har man symmetriskt = push-pull
för det ger dubbelt så stort spänningssving. Ringen med ett V symboliserar en voltmeter.
X1 ligger fast på +800V i den första bilden, X2 är den som ändras med tiden som sågtandsspänningen.

I den andra bilden ligger katoden på -800V och anoden g3 (eller a2) på GND. Är något skumt i skrivfel databladet.

Följande två är helt ok:

DG7-5.jpg

Om du ska ha en förstärkare i det första fallet så ska den ge ut +800V i viloläget om du vill ha DC-kopplat.
Är du nöjd med endast AC-kopplat så går det bra med en kopplingskondensator för att "ta bort" 800V.
I det andra fallet har du vilospänningar på mer "humana" nivåer


Denna version är däremot inte bra:

DG7-5 Not so good.jpg

Kan vara att strålen försvinner helt och hållet.

Men inget problem är olösbart med negativ katod på -800V!


Några exempel på CRT-kretsar med negativ katod.

CRT.png

3rp1_sch.png

[svanted]

röret har väl platt bildyta så avlänkningarna måste vara olinjära.
men det har du nog koll på...