Wobuloskop idealny czyli wyższa matematyka w wykonaniu lampowym.

Zawsze gdy zwiedzałem (zamknięte już niestety) Muzeum Techniki w PKiN pamiętam ogromny  komputer ARR (Analizator Równań Różniczkowych) – z kilku szaf złożona konstrukcję, z (jak mi się zdaje)  aż kilkudziesięcioma  lampami oscyloskopowymi. Konstrukcja Prof. Łukasiewicza z roku 1954!

ARR w oryginalnym wykonaniu

Wielką maszynę analityczną służącą do rozwiązywania jak nazwa wskazuje - równań różniczkowych. Nie wiem co pomogła obliczyć, ale jej rozmach, wielkość  i dodatkowo prezentacja wyników na zielono świecącym oscyloskopowym ekranie jest w jakiś magiczny sposób fascynująca. Na kilkudziesięciu ekranach, niektóre z dodatkową optyką  – jeszcze bardziej fascynujące.

W dalszym ciągu moim oczkiem w głowie jest wobuloskop, taki jak sobie wymarzyłem, wygodny, precyzyjny i koniecznie z zielono świecąca lampą oscyloskopową. Miałem już Selektrograf K(31, ale poznałem jego „zalety” i … trafił w inne ręce, potem był generator-wobulator K937, ale ten przeraził mnie ilością gałko/analogowych nastaw i nie bardzo przypadł mi do gustu.

Selektrograf K931 - Egzemplarz z Muzeum Energetyki - więcej zdjęć na stronie Pana Adama

Meratronik K937 w wersji na rynek niemiecki (DDR chyba?)

Kolejny to kombajn z Żytomierza, spędziłem nad nim ładnych kilkanaście wieczorów, poznałem i budowę, i technologię, zalety i wady.

Służy do dziś, ale trochę dokucza taką przaśnością i trudnością w obsłudze. Budowany cyfrowy wobulator zaś troszkę w nieład popadł, gdy software przyszło pisać. Jakiś taki "sprzętowy" jestem.

Niby coś tam kiedyś robiłem w językach niskiego poziomu, ale to raczej nie mój świat. Ostatnio zawitał kupiony okazyjnie TEST, zobaczę co z tego będzie, liczenie markerów też jakoś tak nie bardzo mi się podoba. Ciągle to nie to.
W poszukiwaniu ideału cały czas wertuję Internet  i (jak to było już kilka razy) chyba jestem bliski – znalazłem konstrukcję, która jest  prosta, jednofunkcyjna (tyko 10,7MHz) i jakoś tak mi się podoba.  No może trochę słabo to opisane, za to z pełnym schematem ideowym. Budujemy!
Na kawałku płytki uniwersalnej (prototyp znaczy się, będzie jedna sztuka) rozpocząłem montaż.  Tranzystory dokładnie takie jak oryginale (tanie są i dostępne), scalaki też złotówkowe (no góra 2zł za sztukę).  Rozpocząć należy stopniowo i uruchamiać po kolei. Zasilacz +/-8V na sam początek.

Zasilacz.

Transformator coś z 12zł kosztował, ale mały i do wlutowania. Napięcia na wyjściu miał mieć 8,5V, tyle że jak prostownik dwupołówkowy podbił o pierwiastek z dwu a i 240V (zamiast 220V) dodało to ładne kilkanaście woltów na kondensatorach się pojawiło. Martwię się czy malutkie 78L08 i 79L08 wytrzymają mocowo. Zobaczymy.
Po zasilaczu kolejnym podukładem to oczywiście generator piłokształtny. Nie miałem do tej pory dużo do czynienia z NE555, w moich czasach jakoś częściej używałem MCY7855  zamiast ULY7855.  Zmontowałem układ razem z dwoma tranzystorami PNP (o tam na górze) i nawet FET-a z elementami (dioda i rezystor) w bramce wstawiłem – kończąc na kondensatorze od wzmacniacza operacyjnego.  Działanie układu nie było dokładnie opisane,  ale do pryncypu działania i zastosowania każdego elementu łatwo doszedłem. To typowy człon całkujący, matematycznie opisany - napięcie na kondensatorze jest liniową funkcją czasu i prądu ładowania, jako stała całkowania C – to pojemność kondensatora. 

Opis układu całkującego. L. Łukasiewicz - Elektronowy Analizator Równań Różniczkowych "ARR" i niektóre jego zastosowania.

No może po za tym, że z początku układ w żaden sposób nie dział. Tu po sprawdzeniu połączeń okazało się że wyprowadzenie nr 4 powinno trafić do +8V, a nie do masy. Ewidentny rezultat pracy na płytce uniwersalnej – łatwo o pomyłkę.

Zatem opisując układ:

Generatorem napięcia piłokształtnego jest układ NE555, gdzie kondensator C4 jest ładowany stałym prądem ze źródła prądowego. Zapewnia to liniowe narastanie napięcia. Samo źródło prądowe zbudowane jest w układzie tzw. „lustra prądowego” na tranzystorach Q1 i Q2. Ciekawy to układ, gdzie równość napięcia UEB w obydwu gałęziach zapewnia „kopiowanie” prądu z jednej gałęzi do drugiej. Zatem prąd ładowania kondensatora regulowany przez tranzystor Q2 jest zadawany prądem płynącym w gałęzi Q1, R5 (15k) i Q3 – tranzystora polowego, pełniącego rolę klucza. Szybkość narastania napięcia piłokształtnego określa głównie (pomijając kilkuset omową rezystancje RSDon tranzystora polowego w pełni otwartego) rezystancja R5 i pojemność C4. Układ generuje ładne piłokształtne przebiegi – na kondensatorze nie na wyjściu układu 555. Elementy na wyjściu OUT układu 555 (R6/R7/D2 i D3) w tym układzie nie mają żadnej praktycznej funkcji , no może po za kontrolą zasilania (jedna świeci) i generacji (druga miga).
Układ ten w celu generacji znacznika  na przebiegu piłokształtnym generuje „schodek”, który zatrzymuje na chwilę wzrost napięcia i w konsekwencji zatrzymuje promień oscyloskopu w osi X a w konsekwencji powoduje jaśniejszy punkt na przebiegu jako znacznik określonej częstotliwości wobulatora. człon różniczkujący  (w ARR nie występujący). Napięcie na wyjściu komparatora (U1A) jest różniczkowane w układzie C4/R2.  Kolejna matematyczna operacja w tym układzie. W momencie gdy napięcie na kondensatorze podłączone do ujemnego wejścia wzmacniacza przekroczy napięcie ustalane potencjometrem, wyjście wzmacniacza skokowo zmienia się z dodatniego na ujemne i przeładowuje kondensator C3, tworząc impuls markera.

Zatrzymanie to jest tworzone jest poprzez zatrzymanie prądu ładowania poprzez lustro prądowe sterowane tranzystorem Q3. Impuls napięcia ujemnego na bramce tranzystora powstaje w momencie przeładowania kondensatora C3 i jest określony poprzez stałą czasową C3/R4. Tutaj matematycznie mamy różniczkowanie. W ARR nie występujące.
Bardzo pomocne do zrozumienia działania układu 555 oraz lustra prądowego są wspaniałe edukacyjne filmiki publikowane na kanale RS Elekronika – serdecznie polecam, mnie pomogły.

Pozostałe wzmacniacze z układu TL074 dostosowują napięcie piłokształtne z układu 555 do sterowania odchylaniem X oscyloskopu tak by było symetryczne i odpowiednio wzmacniają napięcie do przestrajania diody pojemnościowej. Elementy te kolejną matematyczną operację – sumowanie.

Opis sumatora. L. Łukasiewicz - Elektronowy Analizator Równań Różniczkowych "ARR" i niektóre jego zastosowania.

W tej chwili zatrzymałem się na tym etapie budowy konstrukcji, głównie z racji wakacyjnych wyjazdów. Jest czas by przemyśleć dalsze kroki takie jak: pomiar częstotliwości generatora w punkcie znacznika (schodka) czy szczegóły budowy samego generatora w.cz.
Zmontowanie i przećwiczenie  tego układu dało mi dużo satysfakcji, ale tak troszkę się boję o całość konstrukcji – czy uda się skończyć?

Chociaż może ktoś, kiedyś wykorzysta moje doświadczenia do zbudowania idealnego wobuloskopu.

Polecam działanie, troszkę podpatrzyć, przemyśleć, podziałać i przekazać innym.
No i różnicową maszynę Babbaga udało się skończyć i uruchomić – tak ponad 150 lat po pomyśle.  Dobrze by było zachować, a może i uruchomić ARR - ot tak by ćwiczyć i uczyć się matematycznych pryncypiów w elektronicznym wykonaniu.