Un oscilloscope simple



Cet appareil a été construit pour être utilisé en tant que moniteur pour le traceur de caractéristiques de tubes. De conception modulaire, il est constitué des voies Y, X et de la voie Z de modulation de la trace afin d'effacer les retours. Bien qu'ayant étudié comme moniteur, il est possible de lui adjoindre une base de temps afin qu'il puisse servir réellement d'oscilloscope.


Caractéristiques de départ de notre moniteur

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tracé de caractéristiques


Notre moniteur devra pouvoir afficher les caractéristiques de lampes, grâce au circuit traceur déjà construit. Pour cela, nous aurons besoin de faire dévier le spot horizontalement selon la tension anodique en dents de scie issu du traceur et aussi verticalement de manière proportionnelle à l'intensité anodique consommée par la lampe en test. De plus, pour améliorer l'affichage du réseau de caractéristiques, il faudra pouvoir effacer les retours rapides du spot. Afin de pouvoir faire évoluer ce moniteur en oscilloscope, nous prendrons toutes les mesures techniques pour faciliter cette évolution. En particulier, nous allons prévoir d'ores et déjà de pouvoir régler la sensibilité des deux voies horizontale et verticale, ainsi que des emplacements libres sur le châssis pour les circuits futurs.

Nous pouvons donc énumérer les caractéristiques de notre moniteur :



Bien que les amplificateurs de voies ne passent pas le continu, il sera possible tout de même d'afficher correctement le réseau de caractéristiques, grâce aux cadrages horizontal et vertical : il suffira d'amener le point plus lumineux correspondant à Vp=0 et Ip=0 en bas à gauche de l'écran pour pouvoir faire des mesures.

Analyse du schéma


Alimentation générale

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L'alimentation générale des circuits fait appel principalement à un transformateur et une série de redresseurs et filtres afin de fournir les tensions nécessaires. Le transformateur TR1 délivre deux tensions de 330V environ pour les hautes tensions et deux tensions de 6,3V pour le chauffage des lampes (6,3L) et du tube cathodique (6,3T). Les diodes D2,D3,D6 et D7 forment un redresseur double alternance qui fournit la tension redressée +A, filtrée par l'association C30, C31, R95 et R96 ; cette tension est de l'ordre de 400V. La tension +B, de l'ordre de 340V est filtrée plus énergiquement par le montage à transistor T1, D10, R97, R98 et C32. A la suite de cette tension +B, nous trouvons deux cellules de filtrage séparées, qui délivrent les deux tensions +C1 et +C2 de l'ordre de 300V pour les voies horizontale et verticale.

La tension négative -N, de l'ordre de -400V est créée à partir du redresseur simple alternance D4 et D5, filtrée par deux cellules successives (R89,R91,R92,C26,C27 et R90,R93,R94,C28,C29.

Le redresseur D8 et C25 n'est utile que si on utilise une DEL D9 comme voyant. Si on utilise une ampoule de cadran de 6,3V, ce circuit est inutile.

Le choix de deux condensateurs en série équilibrés par deux résistances égales, dans les filtres permet d'utiliser des condensateurs dont la tension de service est de 250V. En utilisant un seul condensateur, il conviendrait de prendre des tensions de service de 450V, plus onéreux.

Alimentation du tube cathodique :

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V1 est le tube cathodique de référence DG7-32 ; il est chauffé sous 6,3V issu du transformateur TR1 (6,3T). Les électrodes du canon sont portées à des potentiels permettant un fonctionnement correct. Ces potentiels sont ajustables grâce aux potentiomètres suivants :


Toutes les résistances et potentiomètres forment un pont diviseur de tension entre le +A et le -N. Les tensions des électrodes sont filtrées à l'aide des condensateurs C1, C2 et C4.

Sur la partie droite de la figure, nous avons les ponts diviseurs de tension permettant le cadrage du spot. Les plaques de déviation sont portées à des potentiels continus réglables, ce qui permet de déplacer la position de repos du spot horizontalement (P36=cadrage X) et verticalement (P37=cadrage Y). Les composantes alternatives permettant le tracé de courbes sont injectées sur les plaques au travers des condensateurs de liaison C6, C7, C8 et C9.

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(Voie Y)


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(Cadrages)


Amplificateur de déviation verticale :

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L'amplificateur est à sorties symétriques : il attaque les 2 plaques Y1 et Y2 du tube de manière symétrique, c'est-à-dire que la tension présente en S_Y1 est en opposition de phase avec celle en S_Y2. Pour ce faire, la double triode V3 est montée en déphaseur de Schmitt : le retour de cathode est commun (R50), l'attaque se fait sur la grille de V3b (par C13), alors que la grille de V3a est portée à un potentiel fixe (pont diviseur R47 et R49 découplé par C14). La pentode V2 est montée en amplificateur de tension. Le signal en E_Y se retrouve sur son anode, en opposition de phase et amplifié. Enfin, cet amplificateur est contre-réactionné par la cellule R44-R43-C12 et R42 qui procure un gain constant sur la bande prévue. Cependant, on a besoin de relever les fréquences basses car les liaisons par condensateurs des différents étages limitent la bande. Pour ce faire, la résistance R44 détermine le gain en continu, alors que l'ensemble R43-C12 en parallèle avec R44 détermine le gain dans la bande. Pour relever (un peu) le gain en haut de bande, une réaction est faite grâce au condensateur ajustable C15. Il permet d'ajuster la fréquence de coupure haute afin que les transitions rapides soient le plus fidèlement affichées.

Amplificateur de déviation horizontale

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L'amplificateur horizontal est calqué sur l'amplificateur vertical : le schéma de principe est le même, seules les valeurs des composants participant au gain diffèrent.

Atténuateurs d'entrées

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Les atténuateurs d'entrées sont des cellules en T, commutées par 2 commutateurs à 2 circuits chacun. Les valeurs diffèrent selon que l'on considère l'atténuateur d'entrée X ou Y car les calibres choisis ne sont pas les mêmes. Cependant, pour les 2 voies, l'impédance d'entrée est constante et égale à 1 Mohm quelque soit le calibre choisi.

Un potentiomètre (P18 et P84) permet un réglage fin de gain ; La sensibilité choisie sera obtenue lorsque ce potentiomètre sera réglé au maximum (curseur tout en haut). Ces atténuateurs sont blindés afin d'éviter toute influence extérieure. De même, les liaisons vers les amplificateurs se font avec des câbles coaxiaux. Les condensateurs C22 et C23 éliminent toute composante continue.


Modulateur de luminosité

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La modulation de la luminosité de la trace est réalisée grâce à la triode V6a, montée en cathode commune sans polarisation. Les alternances positives présentes en Z rendent la triode très conductrice, ce qui a pour effet de baisser la tension de son anode jusqu'à presque l'annuler. Cette transition, de sens négatif, est transmise au travers de C3 au Wenhelt du tube ce qui a pour conséquence de bloquer le faisceau d'électrons, d'où extinction de la trace. Lors des alternances négatives en Z, la triode se bloque, la tension de son anode se rapproche de +B. Cette transition positive de tension n'est pas transmise au Wenhelt car la diode D1 l'écrête. Il s'en suit que la luminosité redevient normale, mais sans avoir de surintensité au moment de la transition. Cela permet d'avoir une trace de luminosité constante lors des alternances négatives sur Z.


Construction du châssis



Selon ses aptitudes et ses moyens, on pourra réaliser le châssis en éléments soudés, pliés ou boulonnés. Le matériau pourra être de la tôle de 5/10 ou bien de l'epoxy cuivré utilisé pour les circuits imprimés. Dans ce dernier cas, la liste suivante indique toutes les pièces du " puzzle ". Bien entendu, chacun pourra adapter les dimensions selon ses envies.

Pièces du châssis

Plaquettes amovibles

Le châssis se compose d'une base indémontable

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et de plaquettes démontables,

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assemblées par vis et écrous soudés. Ces plaquettes correspondent aux différents étages de l'appareil.

La disposition retenue doit normalement minimiser les trajets des liaisons entre les étages et la face avant, tout en considérant une disposition rationnelle des commandes sur celle-ci.

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La disposition des commandes en face avant se fera selon le schéma préconisé

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les perçages étant indiqués sur la figure suivante.

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Les plaquettes découpées seront percées sur leurs côtés afin de recevoir les vis de fixation (4 vis suffisent). Les perçages du châssis se feront plaquette en place. Les boulons seront serrés, puis on soudera les écrous sous le châssis afin qu'ils deviennent imperdables.

Selon le transformateur utilisé, la découpe peut être différente du plan. Eventuellement, on pourra agrandir la zone d'alimentation si le transformateur était trop volumineux.

Un écran magnétique (plaque de tôle d'au moins 1 mm d'épaisseur) sera fixée verticalement près du transformateur, afin d'éviter le rayonnement vers le tube.

On découpera l'ouverture circulaire du tube sur la face avant, ainsi que les trous de passage des commandes (dans un premier temps on pourra se limiter aux 2 passages des réglages du spot, à l'interrupteur secteur et au voyant de marche).

Le support du tube pourra être un tube PVC diamètre 40mm, coupé en 2 dans le sens de la longueur. Un de ces demi cylindres sera fixé au châssis par 2 entretoises (attention à bien chanfreiner à l'intérieur pour le passage de la tête de vis). Le tube sera alors pris entre ces 2 demi cylindres que l'on serrera grâce à 2 bracelets en caoutchouc.

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(Fixation du CRT)



Câblage de l'alimentation et du tube cathodique

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(connexions du CRT)


Afin de vérifier le bon fonctionnement du tube cathodique, il convient de câbler en premier lieu l'alimentation générale. Les réglages de luminosité de focalisation seront câblés également. Les plaques de déviation seront momentanément portées à un potentiel continu, réglable afin de pouvoir cadrer le spot.

Câbler selon le schéma de l'alimentation générale et du tube cathodique (sans V6a)

Les liaisons du tube vers la face avant se feront avec du fil rigide isolé haute tension (récupéré sur un vieux téléviseur : nappe entre le tube et les amplis vidéo).

Les potentiomètres de réglages du spot auront obligatoirement leurs axes en plastique, et ils seront fixés sur une plaquette isolante, fixée derrière la face avant à au moins 30 mm de celle-ci, grâce à des colonnettes isolantes. Les réglages de luminosité et de focalisation seront positionnés à droite de l'écran, dans la partie haute de la face avant, les réglages de cadrage seront positionnés juste en-dessous de l'écran, sous le châssis. Le réglage d'astigmatisme se situera sur la plaquette fixée juste au-dessus du col du tube, ainsi que les résistances talons des cadrage.

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(réglage astigmatisme)


Lors de la mise sous tension, on doit obtenir un spot central ; on vérifiera que les réglages agissent correctement (luminosité, focalisation, astigmatisme et cadrages). Si une commande parait agir à l'envers, il suffira de croiser les 2 fils extrêmes du potentiomètre correspondant.

On vérifiera également les tensions fournies par l'alimentation :

Réalisation de l'amplificateur vertical

L'amplificateur vertical est câblé sur la plaquette située à gauche du tube cathodique. Trois emplacements pour des supports de lampes novales sont prévus. Dans un premier temps, deux seulement seront utilisés. Le câblage ne présente pas de difficulté particulière si on suit le plan fourni.



Le test est simple : en injectant un signal sinusoïdal d'amplitude 100mV sur l'entrée directe (200mV c.àc.), on doit obtenir sur l'écran une ligne verticale de 4 cm de hauteur. (pour ce test, relier la grille de la pentode à la masse par une résistance provisoire de 1Mohm)

Câblage de l'atténuateur

L'atténuateur d'entrée sera câblé directement sur le commutateur, en volant, en faisant des connexions les plus courtes possibles. Après quoi, on fixe le commutateur sur la face avant, ainsi que la fiche BNC et le potentiomètre de gain. Le reste des composants est câblé directement sur le potentiomètre. Le capot de celui-ci sera connecté à la masse, et la liaison vers l'amplificateur sera assurée par un coaxial de bonne qualité, dont le blindage sera relié à la masse côté amplificateur uniquement ; pour cela, on utilisera, comme pour les alimentations, des cosses ou des fiches démontables.

Lorsque l'atténuateur est câblé, on vérifiera que suivant la position, la sensibilité de l'amplificateur est conforme.

Si c'est le cas, on réalisera un blindage en fer blanc (boite de café instantané dépliée et découpée). Ses dimensions seront suffisantes pour recouvrir complètement tous les composants de l'atténuateur. Ne pas oublier un passage pour le coaxial ! Ce blindage sera soudé en 2 ou 3 points au châssis.

Réalisation de l'amplificateur horizontal et de l'atténuateur

On suivra les mêmes instructions que pour l'amplificateur vertical, les schémas électriques étant identiques. Seuls quelques composants ont des valeurs différentes.

Les sensibilités étant également différentes, lors du test de l'amplificateur, on injectera un signal de 200mV d'amplitude pour obtenir une ligne horizontale de 4 cm de longueur.

Câblage du modulateur de luminosité

Le câblage de cette fonction est très simple et ne pose pas de difficulté particulière. Le de lampe sera fixé sur la petite plaquette, on soudera une barrette de cosses relais comme pour les amplificateurs. Une colonnette sera également prévue pour réaliser le passage vers la grille de commande du tube. La liaison à la fiche BNC d'entrée Z sera réalisée en coaxial dont le blindage sera relié à la masse au niveau de la cathode de la lampe.

Le test de la voie Z se fera de la manière suivante :



Vérification finale des alimentations

Une fois tous les modules câblés, on mesurera de nouveau les alimentations :

Utilisation de notre moniteur

Pour utiliser le moniteur avec le traceur de caractéristiques, il suffira de connecter les sorties X, Y et Z de celui-ci aux entrées correspondantes de celui-là. Le traceur sera alimenté avec l'alimentation HT déjà décrite ou toute autre alimentation convenable. Une fois la lampe à tester installée et les appareils alimentés, le réseau de courbes doit apparaître sur l'écran. On se familiarisera très vite avec les réglages du spot (luminosité, focalisation et astigmatisme). Pour faire des mesures, on fixera un graticule devant l'écran.

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Ce graticule sera gradué en centimètres. On décadrera le réseau de manière à amener son origine (le point lumineux) en bas à gauche, sur une croisée des graduations du graticule. Selon le calibre choisi, les tensions (en X) et les intensités (en Y) seront directement mesurables en comptant le nombre de graduations.

Prochainement, nous verrons comment ajouter la base de temps afin de transformer notre moniteur en oscilloscope simple qui permettra déjà de tester nombre d'appareils….





Quelques photos



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(vue de dessus)


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(vue du côté de la voie X et de la voie Z)


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(vue du câblage du dessous)


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(vue du côté de la voie Y)


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(face avant)



Nomenclature


1. Résistances (carbone 1/4W sauf indications contraires)

2. Condensateurs

3. Tubes

4. Divers





Réalisation d'une base de temps