Traditionele oscilloscoop

De oscilloscopen werden veelvuldig gebruikt tijdens de tweede wereldoorlog om het signaal van de radar te tonen. In die tijd was het nog niet mogelijk een directe aflezing van de positie van een vijandig schip of vliegtuig te bepalen, men moest het signaal van verschillende oscilloscopen samen interpreteren: één skoop gaf de afstand weer, een andere skoop gaf de azimuth weer en een derde de elevatie (zie de pagina over de geschiedenis van de radar).

De tijdbasis levert een zaagtandsignaal die lineair stijgt, om dan snel terug te vallen. Tijdens de terugslag wordt de spot onderdrukt. De tijdbasis kan gesynchroniseerd worden het het signaal dat onderzocht moet worden (het is enkel mogelijk repeterende signalen weer te geven). Ook de tijdbasis van een televisietoestel werkt met zaagtandsignalen en de spot wordt ook onderdrukt tijdens de terugslag.

We zullen niet de volledige werking van een oscilloscoop uitleggen. Een belangrijke instelling is echter de XY modus waarbij men een signaal op de X en de Y ingang aanlegt. De X ingang krijgt bijvoorbeeld de ingangsignaal van een module, terwijl de Y ingang de uitgangssignaal van de module krijgt. Zo kan men controleren of de module lineair werkt.

Deze modus kan ook gebruikt worden om de lineariteit van AM zenders te bepalen. Op deze pagina zie je oscilloscoopbeelden van een AM zender, zowel de klassieke beelden (omhullende) als de beelden in XY modus (de bekende trapeze beelden).

De XY modus kan ook gebruikt worden om de werking van een transistor te bepalen (tekenen van de karacteristieke curven). Er bestaan kant-en-klare modules die je op een oscilloscoop kan aansluiten en die de transistor automatisch uitmeten. De bekende Lissajous figuren worden getoont op een oscilloscoop die in X/Y modus werkt.

Schakeling van de PACO ES 550B

Dit was mijn eerste oscilloscoop, die in in de jaren 1980 van mijn vader gekregen had. Hij had een bandbreedte tot 5MHz, wat voldoende was om herstellingen aan kleurentelevisies te doen (de kleuren hulpdraaggolf bedroeg 3.579545MHz in de Verenigde Staten (NTSC)).

De zeer hoge spanning die nodig is voor de beeldbuis wordt opgewekt vanaf de voedingstransfo met een spanningsverdubbelaar bestaande uit twee buizen 1V2 die zowel de positieve spanning leveren (voor de versnellingsanode) als de negatieve spanning (voor de cathode en de roosters).

Dan hebben we de normale hoogspanning die opgewerkt wordt door een 5V6 een dubbele gelijkrichterbuis. Er is een smoorspoel en de voorversterkertrappen worden gevoed met een gestabiliseerde spanning afkomstig van een stabilisatiebuis OA2 (een soort neonbuis).

Er wordt ook een calibratiespanning opgewekt door middel van de gloeispanning (wisselspanning) die beperkt wordt door twee selenium gelijkrichters.

De verticale afbuiging bestaat uit de volgende buizen:

• 12AV7, buffertrap en eerste versterkertrap, de buis is vergelijkbaar met een PCC84, een dubbele triode die in VHF tuners gebruikt wordt.
• 6U8, triode-pentode, met d epentode als versterkerbuis en de triode als fasedraaier om de push pull aan te sturen. De buis komt overeen met een PCF82 een buis die in de VHF band gebruikt wordt).
• 6CL6, een pentode die als video-eindtrap gebruikt wordt in televisietoestellen (komt overeen met een PL83). We hebben een push pull schakeling zodat er een sterke afbuiging mogelijk is met een relatief lage ingangsspanning.

• 6U8 met de triode als buffertrap en de pentode als versterkertrap.
• 6C4 een vermogenstriode die geen equivalent in Europa heeft, gebruikt als fasedraaier.
• 12BH7 een dubbele triode (vergelijkbaar met ECC82), gebruikt in push pull modus.

De skoop heeft een Z ingang (modulatie van de kathodestraalstroom) en een directe X en Y ingang zodat je de ingebouwde versterkers kan uitschakelen. De verschillende verstrekertrappen zijn niet DC-gekoppeld (zoals de meeste buizenvertserkers), een gelijkspanning kan niet getoond worden.

Opname van oscilloscoopbeelden

Bij niet repetitieve beelden moest men de sluiter gedurende een lange tijd open laten. De oscilloskoop was zodanig ingesteld dat er geen beeld zichtbaar was. Pas als de skoop getriggerd werd, begon de skoop een beeld te schrijven om nadien weer in standby te gaan. Er werd dan een puls naar het fototoestel gestuurd om de film vooruit te spoelen zodat het toestel klaar was voor een volgend event.

Oscilloscopen die specifiek voorzien waren voor fotografiesche opnames hadden een langere persistentie (het beeld bleef langer zichtbaar op het scherm). De kleur van de fosfor (groen-blauw) kwam overeen met de gevoeligheidpiek van de emulsie.

Bij zeer kortstondige events (minder dan 0.1µs) was de belichting onvoldoende om een bruikbaar beeld te bekomen, zelfs met de meest gevoelige emulsie uit die tijd (10.000ISO). Zelfs door extra lang te ontwikkelen (push processing) kon men geen bruikbaar beeld bekomen.

Dit kwam door de gevoeligheidscurve van de emulsie: bij weinig licht wordt de emulsie proportioneel minder geactiveerd (en bij veel licht wordt de emulsie proportioneel ook minder gevoelig). Dit is een fenomeen die zeer gezocht wordt bij normale fotografie want er is meer contrast beschikbaar voor de midtonen zonder dat de dynamiek daardoor begrensd wordt.

De oplossing was gebruik te maken van een pulse flood gun, een extra canon in de kathodestraalbuis die een niet-geconcentreerd electronenbundel uitstraalt. Na een event werd de flood gun kortstondig ingeschakeld zodat de volledige fosforoppervlakte belicht werd.

In het magenta de belichting van de emulsie bij een kortstondig event. De lichthoeveelheid is zo laag dat de emulsie nauwelijk reageert op de belichting (onderste cyanpijl). Door de flood gun wordt echter na het event de volledige emulsie belicht (groene pijl) waardoor het event nu wordt verschoven naar het meest gevoelige deel van de filmemulsie.

De filmemulsie wordt nu "hard" ontwikkeld (sterke verhoging van het contrast) zodat het opgenomen beeld voldoende zichtbaar wordt. Zeker bij extreem kortstondige events was het beeld niet optimaal, maar voldoende om het beeld te analyseren en metingen te doen.

In de plaats van een flood gun ging men snel een normale gloeilamp gebruiken: dit had als voordeel dat de graticule ook zichtbaar was op de foto. De graticule is de schaalverdeling.

Na de uitvinding van het Polaroid systeem (instant fotografie) is men polaroid film gaan gebruiken zodat men onmiddelijk kon zien of men een bruikbaar beeld had opgenomen.

Er kwam pas verbeteting met de geheugenoscilloscopen. Dit waren zeer dure apparaten en de meeste onderzoekslaboratoria konden geen dergelijk toestel kopen. Geheugenoscilloscopen waren in die tijd ook analoge oscilloscopen. Het scherm had een speciale samenstelling waardoor de kathodestraal veel secundaire emissie veroorzaakte. Op de plaats waar er geschreven werd werd het scherm daardoor positief geladen.

Om het beeld achteraf zichtbaar te maken werd het scherm belicht door laagvermogen flood guns die het volledig scherm belichten. De figuur werd zichtbaar op de positieve plaatsen. Na een paar minuten verdween het beeld, maar dit was voldoende om een foto te maken van het event.

Werd er geen foto gemaakt, dan kon het beeld enkele dagen "bewaard" worden door de flood guns uit te schakelen. Het latent beeld werd daardoor niet meer belicht zodat de lading bewaard bleef. Uiteindelijk lekte toch de electrostatische lading weg.