漫談示波器的使用和製作(二) @ 老音響資料庫/蘇桑部落格

AT-002-001

　　談到示波器的製作,相信一定有很多朋友感到興趣,即使做來不如廠製品那樣精密準確,拿來玩玩,甚至用以真正瞭解示波器的結構也是很好的。

　　在前一章中,我們曾經談到,一部示波器,大致上分為水平偏向放大、垂直偏向放大、時基波產生器及示波管電路等部分。

先把示波管點亮再說

　　在裝製示波器的時候,最好先裝示波管電路,把示波管點亮了再去裝其他的電路。這一個步驟,正如同我們裝擴大機得先有喇叭,或者放電影,得先架起銀幕一般。

　　在說明示波管電路之前,我們先進一步來瞭解一下示波管內部的結構:

AT-002-002

　　如圖一所示,在一具封閉並被抽成真空的玻璃管內,安排有如下的電極:

陰極: 和一般真空管的陰極相仿,它設於燈絲之傍,經燈絲加熱後,就很容易放射電子出來。

控制柵極: 也和一般真空管的控制柵極的作用一樣,它可以主宰陰極所放射電子的通過量。通過的量多,可在示波幕上顯現更亮的光點,所以我們可以用調節控制柵極的電壓來變化示波幕上光點的亮度。示波管中的控制柵極除了有以上的作用外,由於其圓筒狀的外型,正好包被了陰極,並且在頂端露出一個小孔,所以可以使用陰極上放射出來的電子,由此孔中飛出,成一束狀,向前飛奔。

聚焦陽極: 類似於集射功率管的簾柵極一般,它使由控制柵極上端小孔中射出來的電子束,更集結成一小束,直到示波幕上形成焦點,使光點變得很小很清晰。一般聚焦陽極,對陰極而言,當然是加給正電壓,而且通常還分成兩個電極,稱為第一屏(A1)和第二屏(A2),第一屏的作用在聚焦(Focus),第二屏的作用為像散調整(Astigm Tism)。聚焦和像散調整的差異,前者為調節一光點在靜止狀態(尤其是在光幕中間時)時的聚合及清晰度,後者則調整光點移動到光幕邊緣時的聚合及清晰情形。在製作初調時,兩者都可能影響光點的聚焦應當交互反覆調整之。

加速陽極: 和一般真空管之簾柵極作用相似,是加速電子束飛奔之用的。其上加給正電壓,對聚焦及亮度都會起影響。

　　以上聚焦陽極之第一屏及第二屏和加速陽極,在實際的示波管中,往往是交錯排列而不如圖所示這般簡單的。而且相互間也有很大的牽制性,在電壓安排時,宜特別注意之。

垂直偏向屏: 兩塊垂直對立的屏板,垂直偏向放大信號加於此後,可使光點往垂直方向偏轉擺動。

水平偏向屏: 同垂直偏向屏,唯其位置呈水平對立,水平偏向放大信號加於此,可使光點往水平方向偏轉。

石墨層: 此為收回游離電子用之電極,無積極作用。

示波管的選擇

　　瞭解示波管之大致結構後,即可開始選擇一個適用的示波管。通常當作一般示波器用的示波管,為三吋及五吋兩種,初習時,自以選購三吋管處理較為方便。

　　選購示波管時,應先明白示波管編號所代表的意義,一般陰極射線管(含電視用影像管、及雷達用顯示幕等)之編號,通常由三部份所組成,如5AP1、5CP7、3KP1、3AB31等。第一部份為數字,該數字代表螢光幕面的直徑(如為方形則表對腳線長度),5是5吋,130是13公分。第二部份為英文字母一個或兩個,代表該管之用途或性質,一般適用於示波器之代號為A、AC、C或K等,但並非所有A、AC、C、K等均為示波管,許多電視影像管亦為C或K級。最後一部份由文字及數字所構成,代表螢光幕之性質,如

　　P1(或B1)綠色,中持續性一般示波器

　　P2(或B2)黃綠色,長持續高加速電壓示波器用

　　P4(或B4)白色,短持續性電視顯像用

　　P7(或B7)藍色,長持續性慢速示波器用

　　P11(或B11)藍色,短持續性照像用示波器

　　P31(或B31)藍綠,中持續性一般示波器用

　　因此當您選擇示波管時,最好是選用P1或P31比較適用。

　　現在市上能買到的示波管,大概有5CP1、130ACB31及3AB1、3KP1等,5吋管約新台幣1.500元到2.000元之譜,3吋管約1.200元(東方電器及義友均售,詳情請逕洽)。買回示波管的時候,不要忘記選購一些適用的配件,例如管座、防磁套或支架、橡皮墊等。這些在買新品示波管時,是不會附帶的,而且要另買也買不到。最好的方法,是到舊貨行裡去看看,通常在舊貨店裡的舊示波管,連同防磁套管座等,三吋約200元,五吋也不過300餘元,即使是管子壞了也仍划得來。

電路設計

　　買好示波管後,接著便可開始電源的設計,如暫將除了示波管以外電路的電源略而不管,一般示波管只要三組電源供給便可以了。

AT-002-003

超高負壓: 或稱EHT,在示波管特性表中,通常指明需要1.500伏以上,有些甚至高到3.000伏,但是在實際使用時,大約在500伏以上,便可將示波管點亮,即使在成品示波器中,也常只用到1.300~1.400伏。此超高負壓之最高點(應稱最低)是加在控制柵上,然後有一串分壓網路,依次降低電壓加給陰極,和聚焦陽極。超高負壓所需之電流極微,大約2mA就已足夠,因是可以用400~500伏5mA的次級圈以倍壓整流來獲得。

高壓: 加給加速陽極的電壓,一般為+200~300伏之間,有些示波管無單獨的加速陽極,此電壓乃經一電位器的調整加給第二屏(與加速陽極在內部連接),以供調整像散之用。像散控制電壓,對示波管的光點形成,非常重要,有許多自製示波器的介紹中,將其忽略,而將此電壓固定加給,使得南以調出精細的光點,有時甚至如圖照做時,連光點都打不出來呢?

　　加速陽極所需正性高壓,一般都利用垂直及水平放大電路之末級電源供給,在設計變壓器時,可一併考慮兩方面的需要。

燈絲電壓: 大多數示波管的燈絲電壓均為6.3伏,電流在1安培左右已足供應付。但此燈絲電壓雖低,卻最難處理。因為燈絲是最靠近陰極的一個電極,在電路處理上,通常要加給燈絲和陰極一般的電位。因此在變壓器的燈絲繞組上,自然便有超高負壓存在,不僅使燈絲繞組不能和其他真空管(水平或垂直放大電路)共用,而且它和其他繞組間的絕緣更必須在超高負壓之上。這是繞組變壓器應該特別注意之處。

　　根據以上要求,我們即可繪出如下一個變壓器的繞組: (圖二)

　　其中400伏及6.3伏兩組,是專供示波器使用,其要求已如上述。另外一組為與水平及垂直放大電路共用,可依實際需要而設計,因為在示波管中,不僅使用之電流極微,電壓由150~300伏之間有所變動時,也無關緊要。

　　繞製這樣一個變壓器,除了繞組間的絕緣要特別高之外,也要注意漏磁應盡可能低,減低漏磁的方法為使用足夠大或用導磁率高的矽鋼片,外加銅短路環。

3BP1電路

　　現在我們即舉在舊貨攤上,最容易買到的3BP1為例,來說明並試作其電路。

AT-002-004

　　圖三是它整個電源電路的設計,其中高壓繞組,只用到400伏以免繞線之麻煩,400伏經倍壓整流後,可獲得大約1.100伏的直流電壓,絕對足夠點亮示波管了,高壓用低一些,對初學者來說,有兩個好處,一是避免漏電,燒零件的麻煩,二是可使偏向靈敏度提高,這樣便可以不用製作輸出很高的偏向電路(找高壓晶體,是一件麻煩事)了。

　　另外,有關供給偏向放大電路所需電源電路,暫時繪出為16及160伏,整流後得22.5伏及225伏。如怕不敷需要時,可多繞幾個抽頭出來,以便試作其他偏向電路時使用。

　　線路中個零件的選擇,除變壓器已如上述之外,D1、D2必須是超高壓使用的,新貨即使可以買到,也應慎重辨明確為超高壓使用方可,筆者是自舊貨攤上找到一大把的1N538,雖未查出特性,但從原來所裝線路板可以辨別出,其耐壓的程度至少在幾千伏以上。

　　其次C1、C2照說耐壓到800伏已相當保險了,以前試製時,常用中華路所售1.200伏油質電容(0.5uF),但有一次,兩個一起打掉,險些還燒了變壓器,就再不敢用了。所幸舊貨攤上仍有許多高壓塑膠電容,耐壓即使只有1.000伏,用來也從不出病,但是體積稍大是其缺陷。

　　電源部份含整流及濾波電路,可裝於一塊多接點的焊片上,其中特別要注意的是示波管的燈絲引線,最好套上可靠一點的絕緣套管,而高壓經整流後的EHT在加到示波管之間,亦應用套管套住。如果整個整留濾波部份,是裝在蝕好的線路板上,則此線路板最好使用玻璃纖維或防水板,以防漏電。

AT-002-005

　　裝完電源部份,接著要將電壓加到示波管的各電極。先大致研究一下電路狀況:

　　燈絲是直接接自變壓器,但在電路中,有一枚100K歐姆的電阻跨到EHT去(理由見前述),因此,可以使得在變壓器6.3伏那一組繞線上,必有-1.200伏的高壓存在,對外絕緣要特別注意。

　　EHT正電壓,經由四個電阻後接地,即500K的VR1、R2及1M的VR2和R3。這四個電阻共同擔任了分壓的任務,經VR1的調整取得較高得負壓給陰極,VR2則取得較低之負壓給聚焦陽極。整個分壓器中,個電阻值是設定的,因為在EHT如果低於或高於1.100伏時,或者不使用3BP1而換用3KP1或3AP1等類似管子時,整個電壓可能要重新分配。

　　在由EHT經VR1、R2、VR2及R3落地的迴路中,電壓自然是依次降低的,此時我們可以知道,VR1的一端,必然會有-1.100伏的電壓存在,這樣對於VR1的選擇即處理,便產生了困擾,因為我們現在能買到的電位器,都不是高壓用的,炭膜、滑片和外罩間只有很小的間隙,這樣當電位器被直接鎖在底盤上時,炭膜或滑片間,便很容易跳火燒毀。如果將電位器和底盤絕緣,又需注意旋鈕要有好的絕緣度,否則很容易遭到電擊。筆者試作幾次後,覺得這樣防止跳火,那樣防止跳火,都不是辦法,其中雖然有一部有幸買到很好的舊電位器,至今未出毛病外,乾脆把VR1、VR2、VR3全部裝到一塊線路板上,並將此線路板直接焊在示波管座後面。這樣的做法,雖然使得無法在面板上隨時調整亮度及聚焦,但是實際使用時並未發現什麼不便。究竟是自己裝的東西,要調什麼瞭如指掌了。

AT-002-006