Miernik lamp elektronowych część 2 - montaż i wykonywanie pomiarów

Montaż i uruchomienie - miernik lamp elektronowych

Urządzenie można zrealizować w różny, niemal dowolny sposób. O ile wykonanie obwodów drukowanych, wlutowanie elementów i pierwsze uruchomienie nie powinny Czytelnikowi sprawić problemów, o tyle montaż samego urządzenia i związane z tym konieczne prace mechaniczne mogą ich przysporzyć. Autor po długich przemyśleniach i przymiarkach zdecydował się na pokazaną na nienumerowanych fotografiach samonośną obudowę wykonaną z wygiętego w kształt litery C arkusza blachy aluminiowej grubości 2,0mm, wzmocnioną kątownikami duralowymi, z przykręcanymi ściankami bocznymi i wyposażoną w otwory wentylacyjne maskownicą dolną.

Jeżeli Czytelnik zdecyduje się pójść tymi śladami, w Elportalu zamieszczony jest szczegółowy projekt obudowy z wyszczególnieniem wszystkich otworów, wymiarowaniem, etc. Powinien on znakomicie ułatwić przeprowadzenie prac mechanicznych, eliminując konieczność zaprojektowania i przeliczenia wszystkiego od podstaw. Prace mechaniczne można sobie jeszcze dalej ułatwić i np. skorzystać z usług zakładu cięcia wodą czy CNC, co uwolni od uciążliwego trasowania otworów i ich wykonywania, co zwłaszcza przy otworach większych (np. pod ustrój pomiarowy) może sprawiać kłopoty.

Nie trzeba chyba dodawać, że projekt może wymagać modyfikacji ze względu na inne wymiary użytych elementów (np. podstawki lampowe, ustrój pomiarowy, etc.) – trzeba to koniecznie zweryfikować z posiadanymi podzespołami i wprowadzić do rysunku odpowiednie poprawki.

Po wycięciu wszystkich otworów i upewnieniu się, że nie ma błędów i wszystko pasuje (na dalszym etapie wprowadzanie poprawek będzie niezwykle trudne) należy zgiąć blachę pod kątem prostym po zaznaczonych liniach kreskowych. Po poprawieniu powierzchni (na koniec drobnym papierem ściernym – jeżeli zależy nam na wykończeniu szczotkowanym) i odtłuszczeniu można nanieść napisy, co zapewni profesjonalny wygląd i łatwość obsługi.

Autor z braku lepszych możliwości zastosował cienkopis i za pomocą wyciętych z tektury szablonów wykonał napisy na blasze. Porowata powierzchnia matowego aluminium dobrze chłonie tusz, aczkolwiek wymaga dodatkowego zabezpieczenia – bez tego napisy łatwo się ścierają, a powierzchnia szybko przybiera ciemną barwę w miejscach dotknięcia palcami. Dwie lub trzy warstwy lakieru bezbarwnego (ze sklepu motoryzacyjnego) dopełniają prac nad obudową.

Rezultaty przechodzą oczekiwania, aczkolwiek korzystając z bardziej profesjonalnych technik, możliwe jest uzyskanie jeszcze lepszego efektu, choć wiąże się to z niepomiernie większym nakładem środków.

Montaż należy rozpocząć od zacisków, podstawek lampowych i przełączników komutatora połączeń, ponieważ znajdują się najgłębiej wewnątrz obudowy i potem będzie tam coraz gorszy dostęp. Wykonując okablowanie podstawek, bezwzględnie należy przy końcu każdego przewodu (jak najbliżej nóżki) umieścić koralik ferrytowy. Fotografia 4 przedstawia szczegóły okablowania podstawek w mierniku P-508 produkcji polskiej.

Fot.4 Szczegóły okablowania podstawek w mierniku P-508

Widoczne na końcach przewodów koraliki ferrytowe mają kluczowe znaczenie przy pomiarze lamp, zwłaszcza tych o większym nachyleniu, które bez tego rodzaju zabezpieczeń mogą się wzbudzać, uniemożliwiają c poprawny pomiar. Połączone razem nóżki pierwsze wszystkich podstawek łączy się z wybierakiem pierwszego przełącznika itd. Na końcu do styków przełączników doprowadza się przewody z zasilaczy, podobnie do zacisków. Spoiny należy zawsze wykonywać starannie, ale w tym konkretnym miejscu jest to szczególnie istotne.

Po skończeniu tego etapu montażu koniecznie trzeba sprawdzić (np. omomierzem) poprawność połączeń. Błędy są trudne do zauważenia, a ich późniejsza korekcja byłaby niezwykle trudnym zadaniem, wiążącym się najpewniej z demontażem dużej części urządzenia. W dalszej kolejności instaluje się (uzupełnione wcześniej diodami Zenera i opornikami) przełączniki napięć zasilających, rodzaju pomiaru, itd. – słowem wszystkie regulatory panelu przedniego, poza ustrojem i przełącznikiem napięć żarzenia. Po połączeniu ich z zasilaczami i zespołem komutatora można przystąpić do montażu ustroju pomiarowego.

Przełącznik wybierający opór włączany w obwód siatki ekranującej spełnia istotne zadanie m.in. przy sprawdzaniu oczek magicznych i stabilizatorów jarzeniowych. Do jego konstrukcji należy użyć oporników dwuwatowych, w miarę możliwości sprawdzając ich rezystancję dobrym omomierzem i wybierając najlepsze.

Bardzo ważne jest, aby w pierwszej pozycji przełącznika nie było żadnego oporu, tylko zwarcie – w przeciwnym wypadku (gdyby np. ktoś o tym zapomniał i zapełnił wszystkie pozycje oporami) pomiar wszystkich lamp wielosiatkowych (tetrod, pentod, itd.) będzie zafałszowany, ich parametry zależą bowiem bardzo silnie od napięcia siatki drugiej, o wiele bardziej niż od napięcia anodowego.

Podobnie więc przy montażu przełączników z diodami Zenera najlepsze z wyselekcjonowanych diod należy zainstalować w przełączniku napięcia siatki drugiej, a te nieco mniej dokładne w przełączniku zasilacza anodowego. W związku z tym autor zaleca zakup odpowiednio dużej puli diod (nie są drogie), aby było z czego wybierać.

Płytkę zasilaczy wysokonapięciowych po złożeniu i przetestowaniu (jeżeli nie popełniono błędu przy montażu, powinna działać od razu) należy umieścić na radiatorze dla lepszego rozpraszania ciepła. Mimo patentu z przełączaniem odczepów transformatora, w tranzystorach wykonawczych będzie się wydzielać dużo ciepła, zwłaszcza przy zastosowaniu urządzenia w roli zasilacza (długotrwały pobór prądu) albo przy pomiarze mocniejszych lamp. Autor z powodzeniem użył komputerowego radiatora z wentylatorem zasilanym z 12 V (pobieranych z zasilania źródła prądowego).

Tranzystory należy przykręcić do radiatora koniecznie z użyciem izolujących podkładek mikowych, gdyż dren (połączony z metalową płytką z tyłu tranzystora) jest na wysokim potencjale.

Nie można zapomnieć o paście termoprzewodzącej. Przewody łączące elektrody tranzystorów ze ścieżkami na płytce powinny mieć minimalną długość dla zapobieżenia wzbudzeniom. Autor zdecydował się zastosować dodatkowe zabezpieczenie termiczne, odcinające sieć w razie przeciążenia (wyłącznik termiczny 100°C). Należy go przymocować do tego samego radiatora, możliwie najbliżej tranzystorów. Płytkę źródła prądowego wystarczy zamocować do tylnej ścianki obudowy za pomocą słupków dystansowych. Warto wyposażyć tranzystor 2N3055 w niewielki radiator, ale nie jest to krytyczne.

Uwaga! Kolektor (metalowa obudowa TO-3) tego tranzystora znajduje się na wysokim potencjale, jak cały obwód źródła prądowego!

Przełącznik żarzenia, ze względu na ekstremalnie dużą liczbę przewodów, najlepiej jest okablować zawczasu, wymierzywszy, jakie długości będą odpowiednie. Należy być przy tym oszczędnym – są to przewody prądowe i każdy dodatkowy centymetr oznacza niepomijalne spadki napięcia.

Największe gabarytowo elementy, to jest transformator sieciowy i kondensatory filtrujące, autor zamontował na kawałku ceownika duralowego, który dodatkowo wzmacnia i usztywnia obudowę, co jest pożądane przy znacznym przecież ciężarze transformatora. Montażu tych elementów dokonuje się na koniec, gdyż potem dostęp do wnętrza obudowy jest już bardzo ograniczony.

Potencjometry kalibracyjne miliamperomierza dobrze jest umieścić na kątowniku po lewej stronie urządzenia (bliżej przełącznika zakresów), kątownik z potencjometrami do regulacji napięć ujemnych – z prawej, przy zasilaczu. Wówczas dostęp do nich jest bardzo prosty po odkręceniu kilku śrub mocujących boki obudowy. Można oczywiście zastąpić potencjometry montażowe przykręcane nakrętkami zwykłymi, do druku, stojącymi bądź leżącymi. Wówczas zamiast kątownika umieszcza się je na płytce, ale nie ma to już tak atrakcyjnego wyglądu.

Po złożeniu całości można przystąpić do testów, które ograniczają się w zasadzie do sprawdzenia obecności napięć zasilających (anodowego, siatki drugiej, ujemnego napięcia siatki pierwszej i napięcia pomiaru izolacji –340 V) i możliwości ich regulacji narządami panelowymi. Jeżeli napięcia są w porządku, można przystąpić do kalibracji miliamperomierza. Należy szeregowo włączyć znanej dokładności miernik i doprowadzić odpowiednim potencjometrem montażowym wskazanie do pełnego wychylenia, przechodząc stopniowo na coraz większe zakresy.

Po skalibrowaniu miliamperomierza urządzenie jest gotowe do dokonywania pomiarów. Rezystory R23-31, będące elementami obwodu miliamperomierza, powinny być dobrej jakości, wysokostabilne i metalizowane. Nie muszą być precyzyjne. Warto okresowo powtarzać kalibrację, zwłaszcza jeżeli zastosowano nie najwyższej klasy potencjometry. Starzenie się rezystorów stałych ma raczej marginalny wpływ na dokładność.

Do pomiaru lamp z wyprowadzeniem jednej z elektrod (najczęściej anody bądź siatki sterującej) na szczycie bańki trzeba sobie sporządzić specjalną pomoc: odcinek przewodu (nie dłuższy niż to konieczne!), zakończony z jednej strony uchwytem (np. krokodylkowym), a z drugiej wtykiem bananowym do wtykania w gniazdka z napięciami wyprowadzone u góry obudowy.

Przewód musi mieć pierwszorzędną izolację (warto zastosować silikonowy przewód WN łączący w telewizorze trafopowielacz z anodą kineskopu). Tuż przy samym krokodylku trzeba przewód przełożyć przez nieduży pierścień ferrytowy i wykonać kilka (3–4) zwojów. Autor, zanim tak zrobił, miał poważne trudności z pomiarem lamp o nawet umiarkowanym nachyleniu (6,5mS – tetrody 807).

Jak wykonywać pomiary? - miernik lamp elektronowych

Technika przeprowadzania pomiarów lamp nie powinna stanowić zagadki dla osoby zainteresowanej tematem, autor ograniczy się więc tylko do wskazania najważniejszych zasad, których trzeba bezwzględnie przestrzegać. Sama metodyka jest intuicyjna i w zasadzie opisy pokręteł wszystko tłumaczą.

Zasady, których nalezy bezwzględnie przestrzegać przy pomiarach lamp

• Zawsze trzeba najpierw sprawdzić jakość izolacji. Jeżeli się to zlekceważy i przystąpi do pomiarów prądu emisyjnego, a w lampie będzie zwarcie, można uszkodzić układ pomiarowy (miliamperomierz i źródło prądowe – zasilacze są zabezpieczone przed taką ewentualnością).
• Nie wolno badać lamp bez ustawionego właściwie napięcia siatkowego. W ten sposób można nieodwracalnie zniszczyć lampę przez przegrzanie anody i desorpcję gazów z jej powierzchni, co popsuje próżnię.
• Nie wolno badać tetrod i pentod bez ustawionego właściwie napięcia anodowego. W ten sposób (bardzo szybko) zniszczy się siatkę ekranującą, która w takich warunkach po prostu ulega stopieniu.
• Szczególną ostrożność należy zachowywać przy badaniu lamp z wyprowadzeniem anody na szczycie bańki. Podczas pomiaru występuje tam wysokie napięcie. Również nie wolno zapomnieć o podłączeniu tego wyprowadzenia opisanym wcześniej przewodem. W przypadku tetrod czy pentod miałoby to tak samo opłakany skutek jak w poprzednim punkcie.

Dla ułatwienia pracy warto sobie zgromadzić dane najpowszechniejszych lamp w postaci katalogu zawierającego układ połączeń cokołu, nastawy napięć i deklarowane dla nowych lamp wartości prądu i nachylenia. Aby zachować porządek i kolejność alfabetyczną, a jednocześnie nie zamykać sobie możliwości dodawania z czasem nowych pozycji, można katalog prowadzić w postaci wpinanych do klasera kartek.

W Elportalu załącza się szablon takiej karty pomiarowej pomyślanej w formacie A5. Należy ją sobie wydrukować i odbić w odpowiednio dużej liczbie egzemplarzy, po jednym na każdy typ lampy. Po uzupełnieniu wszystkich rubryk dysponuje się pełnym zestawem danych potrzebnych do przeprowadzenia pomiaru (także lamp podwójnych!).

O ile sam pomiar jest intuicyjny i prosty, o tyle interpretacja wyników może nie być już oczywista. W takim jak opisany tutaj mierniku parametrycznym nie uzyskuje się bowiem z przyrządu bezpośredniej informacji ZŁA/DOBRA, jak w przytoczonych w pierwszej części artykułu prymitywnych technicznie, choć prostych w obsłudze testerach amerykańskich, tylko garść parametrów (w postaci liczbowej) opisujących różne aspekty stanu lampy elektronowej. Jest to jednocześnie zaleta i wada tego urządzenia: doświadczonemu elektronikowi powie o stanie lampy znacznie więcej niż lakoniczne BAD/GOOD, niedoświadczonemu zaś nie powie nic albo prawie nic.

Należy tu podkreślić, że wartości zebrane w karcie katalogowej są wynikiem obliczeń statystycznych wykonanych na dużych zbiorach lamp z różnych lat i serii produkcyjnych.

Parametry rzeczywistych lamp bardzo rzadko zgadzają się idealnie z katalogowymi: podlegają przecież rozkładowi normalnemu i tylko od badacza zależy, ile odchyleń standardowych uzna za granicę sprawności. Powszechnie przyjęło się, że jest to 60–140% wartości podanej przez producenta, choć czasem w katalogu podaje się granice explicite, dotyczy to zwłaszcza lamp w wykonaniu specjalnym (S.Q. – special quality), do zastosowań wojskowych, telekomunikacyjnych, etc. Przykładem jest karta lampy E82CC firmy Philips, dostępna np. na https://frank.pocnet.net/sheets/009/e/E82CC.pdf.

Autor jest przekonany, że tak sporządzony opis umożliwi zbudowanie miernika nawet przez mniej wprawionego w technikę lampową adepta elektroniki – a to przez zwrócenie uwagi na większość czających się przy tej pracy pułapek i dość rozbudowany opis konstrukcji. Jego eksploatacja (pod warunkiem starannego montażu) powinna przebiegać bezproblemowo, a przy dobrej kalibracji dokładność zapewne przewyższy stawiane tego rodzaju urządzeniom oczekiwania.

Najserdeczniejsza rada jest taka: przed przystąpieniem do budowy zapoznać się z (szerszym, niż tu przedstawiono) opisem i fotografiami XX-wiecznych mierników lamp. Dziś się już tak nie projektuje i nie wykonuje urządzeń, a szkoda. Dzieła inżynierów tamtych czasów powinny nam świecić za wzór. Jest to najlepsza wprawa i nauka i przygotowanie przed chwyceniem za cyrkiel i lutownicę.