Oszilloskop zum Selberbauen

Die Idee dazu stammt von A-Freak. Ihm möchte ich hier erstmal für das Datenblatt zu der Bildröhre und für die vielen guten Ratschläge danken.

 

Es ist einfacher ein Oszilloskop zu bauen als viele denken. Vor allem wenn man nicht alzusehr auf Genauigkeit achtet. Das teuerste an einem Oszilloskop ist die Bildröhre. Nicht wenn man eine etwas veralterte Russische nimmt. Dann benötigt man weiterhin nur noch ein Netzteil, die X und Y Ablenkeinheit und eine getriggerte Zeitablenkung.

Hier die Geschichte dieses Oszilloksops:

1. Netzteil:

Das Netzteil ist ein 5,5kV Netzteil von Maitron, eigentlich zur Wasseraufbereitung gedacht. Die Ausgangsspannung ist gut gefiltert und stabilisiert. Durch ändern eines Widestandes von 30k auf 80k sinkt die Spannung auf ca. 2,2kV ab. Dies ist die Anodenspannung für die Bildröhre. Da die Ablenkspannung gleich der Anodenspannung ist, müsste man also die gesammte Ansteuerelektronik auf 2,2kV legen. Da dies aber sehr schwierig ist, legt man die Kathode auf -2,2kV und die Anode auf Masse. Dies bedeutet aber, dass das gesamte Netzteil auf -2,2kV liegt ! Dem Trafo macht das nichts aus, den er besitzt eine sehr gute Primär - Sekundär Isolation. Aus den 2,2kV wird über einen Spannungsteiler die Fokusspannung im Bereich von 280 - 510V gewonnen. Damit wird der Punkt auf der Bildröhre so klein wie möglich eingestellt. Die G1 Spannung um die Helligkeit einzustellen, muss negativ sein. Dazu werden die primärseitigen Induktionsimpulse vom Trafo verwendet. Diese werden gleichgerichtet, so dass man schließlich eine Spannung von - 110V hat. Daraus wird über einen Spannungsteiler die Spannung für G1 gewonnen. Mit dem Poti kann man die Helligkeit von null auf maximal einstellen.

Soweit funktioniert meine Schaltung schon (ein Punkt auf der Leuchtfläche). Ich bin gerade dabei die Ansteurung für die Ablenkung zu bauen.

Vorerst habe ich mal eine magnetische Ablenkung gebaut, da diese viel einfacher ist, als eine Elektrostatische:
Die Schaltung ähnelt einem normalen Lesitungsverstärker, nur dass die Rückkopplung nicht die Spannung vergleicht, sondern den Strom misst. Eigentlich ist diese Schaltung ein Spannungs/Stromwandler, der pro V Eingangsspannung 10A Ausgangsstrom liefert. Dies ist deshalb nötig, da das Magnetfeld einer Spule nur von der Windungszahl und vom Strom der fließt, abhängig ist. Der Operationsverstärker bekommt über den Poti eine Vorspannung, die per Signal am IN Eingang verändert wird. Die beiden Leistungstransistoren müssen eine hohe Stromverstärkung haben, um die maximalen 15A zu liefern. Da es sich dann um Darlington Transistoren handelt, muss die Ansteuerstpannung um 1,4V höher sein als die Asugangsspannung. Daher wurde auch die Betriebsspannung der Ansteuerschaltung höher gewählt als die des Endverstärkers. Mit einer einigermaßen in Grenzen gehaltenen Ansteuerung, ist die Schaltung kurzschlußfest, da der Strom ja geregelt wird. Erst bei einem Lastwiderstand von unter 1,5 Ohm und einer Ansteuerspannung größer als 1,5V gibt es Probleme. Als Netzteil für die Endstufe ist ein 2x 12V Trafo mit 1 - 10A, je nach Ausgangsleistung ideal. Die Enstufentransistoren müssen auf einen Kühlkörper montiert werden. Als Ablenkspule verwende ich eine rechteckige Spule, die etwa 10cm hoch und 20cm lang ist. Und davon jeweils eine auf jeder Seite der Bildröhre. Windungszahl etwa jeweils 50 Windungen. Beim Betrieb reicht ein normales Audiosignal (z.B. von einem CD Player) um den Strahl bis ganz nach oben und unten Auszulenken. Wenn man den Kondensator am Eingang groß genug macht, ist die Ablenkung linear bis unter 2 Hz. Der Frequenzbereich geht bei mir bis auf etwas über 2kHz. Danach reichen die ± 15V nicht mehr aus. Allerdings kann man durch das Parallelschalten beider Spulen den Bereich um einiges erhöhen.
Die Versorgungsspannung für den Operationsverstärker und die Vorspannung (±18V) müssen auf jeden Fall stabilisiert sein. Der Trafo muss auf jeden Fall mehr als 20cm von der Bildröhre entfernt sein, um Störungen zu vermeiden.

 

Hier ist das Standart Blockschaltbild von einem Oszilloskop. Diese ist eigentlich recht einfach. Sie besteht aus einem Eingangsverstärker, der das Signal auf einen brauchbaren Pegel verstärkt oder abschwächt. Dieses Signal wird auf einen Vergleicher gegeben, der ein einstellbares Triggersignal erzeugt. Mit diesem wird ein Sägezahngenerator angesteuert,der die Spannung für die Horizontale Ablenkung erzeugt. Dieses Signal wird mit dem Horizontal Verstärker auf bis zu 200Vpp verstärkt. Die Schwierigkeit ist die symmetrische Ansteuerung der Ablenkplatten, deren Mittelwert gleich der Anodenspannung sein muß.
Das verstärkte Eingangssignal kommt auch noch zu dem Vertikalverstärker, der das Signal auf bis zu 200Vpp verstärkt.
Die Ansteuerschaltung stellt die 2,2kV Anodenspannung und die Fokus und Gitterspannung zur Verfügung.

 

 

Mittlerweile ist es mir gelungen eine elekrische Ablenkung zu bauen. Eigentlich nicht schwer, außer dass die Spannung nicht megr als etwa 5% von der Anodenspannung abweichen darf. Zusätzlich müssen die Spannungen an den beiden symmetrischen Ablenkplatten im Mittel die selbe Spannung haben, als die Anode. Wenn nun z.B. die Anode auf 100V liegt, liegen die Ablenkplatten ohne Aussteuerung auch auf 100V. Wenn nun eine auf 115V geht, muss die andere auf 85V gehen. Aus diesem Grund dachte ich zuerst an einen diskret aufgebauten Operationsverstärker auf zwei bis vier Transistoren der direkt mit 200V läuft und die Signale für die Ablenkplatten erzeugt. Dies ist die erste funktionierende Schaltung:
Die X - Ablenkung mit einem Sägezahn funktioniert nach diesem Prinzip. Allerdings stimmen die Spannung nicht ganz und alles ist sehr empfindlich und keinesfalls stabil gegenüber Temperaturänderungen.

Die Y - Ablenkung funktioniert einfacher:
Zwischen Lötkolben und umgebautem PC Netzteil liegt ein Audioverstärker, der über einen Trafo (auf dem PC Netzteil) eine Spannung von rund 100Veff erzeugt. Diese Spannung wird über zwei Kondensatoren symmentrisch an die Y - Ablenkplatten gelegt und mit Widerständen auf das Anodenpotential gebracht.
Ist zwar echt ungenau, aber funktioniert, wie man auf dem Bild erkennen kann. Als Quelle dinte ein Audio Signal.
Auf dem Bild kann man ebenfalls gut erkennen, dass die Bildröhre recht lange nachleuchtet.

 


Hier nochmals ein etwas helleres Bild. Gut zu erkennen: Die Bildröhrenhalterung.

 

 





Dies ist der Spannungswandler, der -2000V erzeugt. Ein Übertrager aus einer dynamischen Fokussierung aus einem Monitor dient als Hochspannungsquelle und erzeugt aus 12V eine Rechteckspannung von etwa 1000Veff. Diese wird verdoppelt. Die -2000V kommen an das Gitter das am negativsten ist. Über einen Widerstand fällt etwas Spannung ab, so dass die Kathode etwa 20-60V positiver ist, je nach Stellung des Potis. Der nächste Poti dient zur Fokusseinstellung und liefert etwa 200-500V (gegenüber der Kathode). Die Anode liegt auf etwa 100V gesehn vom Masseanschluß der Schaltung, oder auf etwa +2000V von der Kathode aus gesehen.

Der Ablenkverstärker ist extrem einfach aufgebaut: Zwei Transistoren mir gemeinsammem Emitterwiderstand und zwei getrennten Kollektorwiderständen. Hier werden die beiden Ablenkplatten angeschlossen. Von den beiden Basisanschlüssen liegt einer fest auf 2,5V, der andere wird mit einem Sägezahn angesteuert.

 

 

 

 



Hier wurden einfach 230V an die Ablenkplatten gelegt. Der Sinus sieht etwas merkwürdig aus, aber das liegt nicht an der Schaltung, sondern an den vielen Schaltnetzteilen die am Stromnetz betrieben werden und so die Sinuskurve relativ stark verformen.

 

 

 

Die Frage war, was ich mit einem recht ungenauen Oszilloskop anfangen sollte. Deshalb wurde die Schaltung um zwei Konstantstromquellen die zwei Kondensatoren aufladen erweietert. So erhält man eine sägezahnförmige X und Y Ablenkung, die eine etwas schneller, die andere langsamer, so dass der gesamte Schirm erreicht wird. Die Kondensatoren werden durch die Snychronisationssignale aus einem FBAS Videosignal wieder entladen. Über einen einfachen Transistor mir Kollektorwiderstand nach +200V wird das Videosignal auf etwa 100Vss gebracht und über einen Kondensator an das Gitter der Bildröhre gelegt. Fertig ist der Videomonitor. Noch einen Tuner nachgerüstet und man hat einen kompletten Fernseher.

 

Die Ablenkschaltung wurde dazu komplett überarbeitet:
Als Verstärker arbeiten nun TDA6101 Videoendstufen. Diese erzeugen rund 150Vss aus einigen Volt Eingangsspannung. Zwei Operationsverstärker invertieren die Eingangspannung um ein symmentrisches Signal zu erhalten.
Die frühere Ablenkschaltung arbeitet nun als Videoendstufe und erzeugt das benötige 100Vss Helligkeitssignal.
Da man auf einer 7cm Bildröhre (8LO29) nicht viel erkennen kann, wurde diese durch einen 13LO37 ersetzt. Da diese aber eine Nachbeschleunigung besitzt muss man zu den -2000V für die Kathode noch +2000V bereitstellen. Diese Spannung kann leicht mit einem Spannunsgverdoppler erzeugt werden.

 

Die linke Platine erzeugt die beiden Sägezahnspannungen für die Horizontal und Vertikal Ablenkung:
Ein LM1881 trennt die Synchronistaionsimpulse ab, die als Reset für die beiden NE555 dienen. Ohne Videosignal arbeiten die NE555 Schaltung von ganz alleine: Die Kondensatoren werden per einstellbarer Konstantstromquelle (die Bildgröße ist direkt proportional der Spannunsgänderung und somit direkt proportional dem Konstantstrom)) gelden und wieder entladen sobald sie eine bestimmte Spannung erreicht haben. Als nächstes erfolgt eine Anpassung der Offsetspannung mit der mand as Bild in X und Y Richtung verschieben kann.

 

 

 

 

 

 

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