Miniszill, ein Kleinoszillograf mit 3-cm-Röhre
Eine Funkschau-Bauanleitung aus Heft 1 / 1962
Der hier besprochene Oszillograf ist so ausgelegt, daß mit geringem Aufwand möglichst viel erreicht
wird. Auf nützliche Zusätze wie X-Eingang oder Sägezahn-Ausgang braucht dabei nicht verzichtet zu werden. Die
gezeigte Schaltung läßt dem Praktiker freien Spielraum. Sie wurde z. B. mit den gleichen Einzelteilen für
einen Oszillografen mit 13-cm-Elektronenstrahlröhre verwendet. Da die Schaltung maximal etwa 150 V Spitzenspannung
liefert, kann auch eine große Röhre damit ausgesteuert werden (notfalls ist die Anodenspannung der Endstufen etwas
zu erhöhen). Außerdem muß das Netzteil für die Hochspannung (4 kV) größerer Röhren
bemessen werden.
Wie das Bild zeigt, wurde der beschriebene Oszillograf in einem Zeißler-Gehäuse mit den Abmessungen 180 x 144 x
102 mm untergebracht; das Gesamtgewicht beträgt dabei 2,3 kg. Dies erfordert allerdings, wie das nächste Bild
erkennen läßt, eine gedrängte Bauweise mit Schutzvorrichtungen gegen elektrische und magnetische
Einstreuungen. Am besten verwendet man eine geätzte Schaltung. Wenn die Mittel dafür nicht zur Verfügung
stehen, kann man das Gerät jedoch auch normal verdrahten.
Schaltungsbeschreibung
Verstärker:
Der Y-Verstärker ist dreistufig, seine Bandbreite beträgt 10 Hz bis 300 kHz (- 3 dB). Er ist also vorwiegend
für Niederfrequenz-Anwendungen gedacht. Die Empfindlichkeit liegt bei 200mVss/cm. Auf einen
Gleichspannungsverstärker bzw. einen Breitbandverstärker mit extrem hoher Grenzfrequenz wurde verzichtet, um einen
einfachen Nachbau ohne komplizierte Abgleicharbeiten zu gewährleisten.
Die zu messende Spannung gelangt über einen kompensierten Spannungsteiler mit dem Untersetzungsverhältnis 1 : 30
über einen Umschalter zum Gitter der ersten Röhre Rö 1. Verstellt man das 5-kW
-Potentiometer, so ist eine mehr oder weniger große Stromgegenkopplung wirksam, so daß die Verstärkung in
einem Bereich von 1 : 10 fein einstellbar ist. Die Anodenspannung dieser ersten Röhre Rö 1 ist zusätzlich mit
einem 8-µF-Elektrolytkondensator abgeblockt, um die Brummspannung klein zu halten und zudem die untere Grenzfrequenz
herabzusetzen.
Die verstärkte Spannung wird an der Anode ausgekoppelt und über einen Kondensator mit dem zweiten Röhrensystem
Rö 2 der Doppeltriode ECC 85 verbunden. Dieses arbeitet mit einer festen Stromgegenkopplung über den unverblockten
Kathodenwiderstand.
Die Spannungen für Vollaussteuerung des Oszillografen-Schirmes betragen 0,5 ... 5 Vss bzw. 15 ... 150VSS.
Die Lücke von 5 ... 15 Vss im Bereich ist ohne weiteres zu überbrücken (auch große
Oszillografen sind oft nur in der festen Stufung 1:3:10 usw. einstellbar). Diese Aufteilung gestattet es, einen
gewöhnlichen Kippschalter für die Grobeinstellung der Verstärkung zu verwenden. Man erspart somit einen teureren
und mehr Platz beanspruchenden Drehschalter. Schließlich wird die verstärkte Spannung auf die Endstufe gegeben.
Da die Röhre DG 3-12 A sowohl an Y- wie in X-Richtung eine symmetrische Ablenkspannung benötigt, sind die Endstufen
beider Verstärker gleich ausgeführt, und zwar in Kathodyn-Schaltung. Sie werden je durch ein System einer
Doppeltriode (Rö 3 und Rö 5 im Ablenkverstärker) gebildet. Das Signal gelangt, gegenphasig an Kathode und
Anode abgenommen, auf die Ablenkplatten der Oszillografenröhre. Alle vier Ablenkplatten sind gleichstrommäßig
über 1,5-MW -Widerstände mit + 280 V verbunden.
Die Empfindlichkeit des Oszillografen läßt sich erhöhen, wenn man die Anodenwiderstände der
Verstärkerstufen vergrößert. Dabei wird natürlich die Bandbreite kleiner. Umgekehrt kann man die
Bandbreite auf Kosten der Empfindlichkeit vergrößern, wenn die Anodenwiderstände kleiner gewählt werden.
Ablenkteil: Der Ablenkgenerator ist mit Hilfe der Pentode Rö 4 (EF 80) in der bekannten Transitron-Miller-Schaltung
ausgeführt. Ein zweipoliger Drehschalter mit fünf Stellungen ermöglicht es, die Ablenkfrequenz von 30 Hz bis
30 kHz grob einzustellen. Die Feineinstellung etwa im Bereich 1 : 5 geschieht mit dem 1-MW
-Potentiometer. Der Ausgang des Sägezahngenerators wird, wie bereits erwähnt, ebenfalls auf eine Kathodyn-Endstufe
geführt, um eine symmetrische Ablenkspannung zu erreichen. Diese Stufe mit der Röhre Rö 5 wird zwar
übersteuert, doch hat das zwei Vorteile: erstens entsteht eine bessere Linearität (da nur der lineare mittlere Teil
des Sägezahns ausgenützt wird) und zweitens erübrigt sich eine spezielle Einrichtung, die den Rücklauf
des Elektronenstrahls verdunkelt (der Rücklauf ist nur schwach sichtbar und stört weiter nicht).
Der Einfachheit halber ist die Synchronisation des Ablenkteils nicht veränderlich, sondern fest: vom Kathodenausgang der
Y-Endstufe (Rö 3) führt über die mit Syn. gekennzeichnete Leitung eine RC-Kombination (820 kW / 0,1 µF) direkt zum Bremsgitter der Rö 4 (EF 80). Damit steht das Bild auf dem Schirm stabil,
ohne übersynchronisiert zu sein.
X-Verstärker: Das Gitter der Endstufe (Rö 5) läßt sich mit einem Kippschalter auf den X-Eingang
umschalten, wodurch gleichzeitig der Ablenkgenerator abgetrennt wird. Die Verstärkung ist etwa zweifach, was für
die meisten Anwendungen ausreicht.
Die Ablenkspannung wird an der Kathode der X-Endstufe abgenommen und an eine separate Buchse geführt. Man erhält
damit einen stark oberwellenhaltigen Generator, dessen Frequenz sich stetig einstellen läßt.
Sichtteil:
Im Bild ist der Sichtteil dargestellt. An einem Spannungsteiler, dessen Enden an + 280 V und - 350 V liegen, sind die
benötigten Elektrodenspannungen für die Oszillografenröhre DG 3-12 A abgezapft. Ist die Schärfe einmal
richtig eingestellt, so braucht man sie später nicht mehr zu verändern; deshalb genügt ein Trimmwiderstand
zum Einstellen der Schärfe. Die Helligkeit stellt man mit dem 25-kW -Potentiometer ein. Damit
die Kathode der Röhre DG 3-12 A nicht überlastet werden kann, ist zur Sicherheit zwischen Kathode und Gitter 1 ein
Widerstand von 4,7 kW eingefügt. Einer der Heizfadenanschlüsse ist direkt mit der Kathode
verbunden. Das erfordert eine getrennte Heizwicklung, die gleichstrommäßig auf einem Potential von etwa -300 V
liegt.
Netzteil:
Aus dem Bild geht die Schaltung des Netzteiles hervor. Der Netzanschluß ist für 220 V / 30 W vorgesehen.
Primärseitig ist eine Sicherung von 0,3 A vorhanden; wenn es gewünscht wird und genügend Platz vorhanden ist,
kann dort auch ein Ausschalter eingebaut werden. Eine Heizwicklung speist die Verstärkerröhren (Gesamt-Heizstrom
1,2 A) mit 6,3 V Wechselspannung. Sie ist einseitig geerdet. Davon isoliert angeordnet ist die andere Heizwicklung 6,3 V /
0,3 A für die Oszillografenröhre.
Die Anodenspannungen erzeugt die 250-V-Wicklung. Ein Selengleichrichter E 250 C 50 richtet die Wechselspannung gleich,
während der Doppel-Elektrolytkondensator 50 + 50 µF / 350 V in Verbindung mit dem 1-kW
-Widerstand für eine genügende Siebung sorgt. Insgesamt werden 25 mA Gleichstrom entnommen. Um die
Elektrodenspannungen der Oszillografenröhre zu erzeugen, ist ein weiterer Selengleichrichter E 250 C 50 eingefügt,
der unmittelbar einen 16- µF-Elektrolytkondensator speist. Hier wird nur ein Strom von 1 mA benötigt, so daß eine
weitere Siebung entfallen kann. Die Verwendung von Halbleiter-Gleichrichtern wirkt sich vorteilhaft aus, denn bei jedem eng
gebauten Gerät ist man froh, wenn die Verlustleistungen aller eingebauten Elemente klein gehalten werden können.
Ferner spart man die Heizleistung ein, womit der Transformator vereinfacht und kleiner gehalten werden kann. Die genauen
Wickeldaten des Netztransformators sind am Schluß des Artikels angeführt. Das folgende Bild zeigt, wie die
einzelnen Stufen des Gerätes zusammenzuschalten sind.
Die mechanische Ausführung
Wenn auch die gesamte Schaltung im Aufbau ziemlich unkritisch ist, so sei doch auf folgende Punkte aufmerksam gemacht:
1. Bei gedrängter Anordnung ist darauf zu achten, daß der Ablenkgenerator nicht in unmittelbare Nähe
des Y-Einganges zu liegen kommt. Ferner montiere man die Buchse für den Ausgang der Ablenkspannung am besten auf der
Rückseite des Gehäuses, damit sie nicht auf den Y-Eingang einstreuen kann.
2. Der Eingang des Y-Verstärkers soll abgeschirmt sein, d. h. alle Teile bis zum Gitter der Röhre Rö 1. Dazu
können ein Stück Messingblech und abgeschirmtes Kabel dienen. Führt man die Abschirmung sorgfältig aus,
dann ist keinerlei Brummspannung auf dem Schirm sichtbar.
3. Liegen Oszillografenröhre und Netztransformator nahe beisammen oder ist die Oszillografenröhre fremden
magnetischen Störfeldern ausgesetzt, so verwende man eine Mu-Metallabschirmung, die auch als mechanischer Schutz gute
Dienste leistet.
4. Soll der Oszillograf vom Netz abschaltbar sein, so wird dieser Ausschalter am einfachsten mit dem 25-kW -Helligkeitspotentiometer kombiniert.
5. Zur Befestigung der Oszillografenröhre sei folgendes bemerkt: bei großen Röhren ist die Röhre am
Glaskolben vorn und hinten (am besten elastisch) zu haltern: die Fassung der Röhre darf nicht als Halterung benützt
werden, da sonst Glasspannungen auftreten. Aus dem gleichen Grunde sind flexible Anschlußdrähte zu verwenden. Wird
jedoch das Gerät keinen großen Erschütterungen ausgesetzt, so kann bei der leichten Röhre DG 3-12 A eine
spezielle Lagerung auf der Fassungsseite entfallen (auf dieser Seite kann also die Röhrenfassung als Lager dienen).
Besonders bei Verwendung einer Mu-Metallabschirmung erleichtert dies die Konstruktion wesentlich. - Im Mustergerät wurde
die Oszillografenröhre vorn in einer Kunststoffplatte mit kreisförmigem Ausschnitt (33 mm
Æ) gehalten.
6. Das Abgleichen des Spannungsteilers am Eingang ist für hohe Frequenzen unerläßlich und geschieht
folgendermaßen: Der Ausgang des Ablenkgenerators wird mit dem Y-Eingang des Oszillografen-Verstärkers verbunden.
In der unempfindlichsten Stellung erscheint dann ein gerader Strich etwa unter dem Winkel von 45 Grad auf dem Schirm. Wird
nun die größte Frequenz des Ablenkgenerators eingestellt, so tritt an einem Ende des Striches eine kleine
Krümmung auf. Nun verändert man den 30-pF-Trimmerkondensator am Spannungsteiler solange, bis der Strich wieder
gerade abgebildet wird, dann ist der Teiler kompensiert.
Wickeldaten für den Netztransformator
Größe M 65, 0,5-mm- oder 0,35-mm-Bleche wechselseitig geschichtet.
Primär 220 V .............. 1500 Wdg. 0,25 CuL
Sekundär 250 V ............ 1890 Wdg. 0,15 CuL
Sekundär 6,3 V/1,2 A ...... 48 Wdg. 0,8 CuL
Sekundär 6,3 V/0,3 A ...... 48 Wdg. 0,4 CuL
In meiner Sammlung befindet sich genau dieses soeben beschriebene Gerät. Die folgenden Fotos
zeigen den äußeren und inneren Aufbau.
(Das Gerät funktioniert einwandfrei; nur waren die Potieknöpfe von minderer Qualität, ich muß noch 5
passende neue finden.)
Von Peter erhielt ich die Kopien aus einem Buch des Frankfurter Fachverlags, Autor Karl-Heinz Morgenthum; Anleitung zum
Entwurf und Bau eines Kathodenstrahl-Oszillografen mit einer 7 cm-Röhre - PDF-File, ca. 13 MB gross.
Ebenfalls von Peter erhielt ich Seiten aus einer HOBBY - Ausgabe (aus welcher war leider nicht erkennbar), sie beschreiben
den Bau eines Mini - Oszillograph für 100 Mark (PDF, ca. 4 MByte), mit einer DG3-12A. Als
weitere Röhrenbestückung werden zwei EF42 verwendet.
