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Die Osziröhre

Zu Anfang meines Blogs erzählte ich über ein kleines Projekt mit einer Oszilloskopröhre. Da auch hiervon noch Bilder im Archiv existieren, will ich es im Blog hier nicht vorenthalten:

Kathodenstrahlröhe mit Hochspannungserzeugung


Eine Kathodenstrahröhre (Braun’sche Röhre) besteht aus einem evakuierten Glaskolben, in dem sich eine Glühkathode aus Wolframdraht befindet, die durch einen elektrischen Heizdraht erhitzt wird. Dabei treten die Elektronen als Ladungswolke aus der Oberfläche aus (Glühemission). Zwischen der positiv geladenen Anode und der Glühkathode herrscht ein elektrisches Feld, in dem die Elektronen beschleunigt werden. Eine Lochblende lässt von den anfliegenden Elektronen nur ein Bündel mit bestimmbarem Durchmesser passieren, den eigentlichen Elektronenstrahl. Der Elektronenstrahl kann anschließend weiterbeschleunigt werden.
Die Braun’sche Röhre – wie sie z.B. in einem Kathodenstrahloszilloskop vorhanden ist – besitzt je zwei Kondensatorplatten, um den Elektronenstrahl abzulenken. (X und Y Ablenkplatten). Bei der Röhre handelt es sich hier um eine Philips B7S 401 Oszillografenröhre. Der Vollständigkeit halber liste ich hier ein paar technische Daten auf:
  •  Indirekt geheizte Kathode, Heizspannung Uf = 6,3V
  •   Heizstrom If = 90mA 
  •    Kathodenheizdauer tK =1min
  •   Gesamtbeschleuningungsspannung Ua= 1,2kV
  •   Fusspunktspannung des Nachbeschleunigungswiderstandes Ug5 = 300V 
  •     Beschleunigungsspannung Ug4 = 300
  •   Fokussierspannung deltaUg3 = 20V … 50V
  •   Vorbeschleunigungsspannung Ug2 = 1,2kV
  •   Sperrspannung Ug1 = -30V … -80V
Anschlüsse am Röhrensockel

Ziel des Projektes war es also, die kleine Röhre wieder in Betrieb zu nehmen und ihr ein paar Bildchen zu entlocken. Also musste eine Ansteuerung gebaut werden. Da die Versorgungsspannungen recht vielfältig sind (6,3V bis 1200V) musste also zuerst dieses Problem gelöst werden. Mit einem NE555, ein paar Bauteilen und einem alten Transformator (240/12V) wurde ein Hochspannungsnetzteil gebastelt.
Das Prinzip ist einfach: Eine Gleichspannung wird mit einer kleinen Schaltung einfach sehr schnell abwechselnd ein- und wieder ausgeschaltet. Diese geschaltete Gleichspannung wiederum schaltet mit einem Leistungstransistor die Ausgangsseite des Transformators. (also da, wo normalerweise die 12V anliegen wird jetzt eingespeist) Das Übersetzungverhältnis des Trafos funktioniert auch in die andere Richtung :). So entstehen am Ausgang schon einmal einige hundert Volt. (abhängig von der Schaltfrequenz). Um daraus nun über 1200V zu erzeugen, habe ich eine Kaskade (Kondensatoren und Dioden) nachgeschaltet. (Funktionsweise)
So stehen nun alle zum Betrieb der Röhre notwendigen Spannungen zur Verfügung um einen Elektronenstrahl zu erzeugen. Mit Hilfe von einstellbaren Spannungsteilern kann der Strahlstrom, sowie die Gitter für Helligkeit und Bildfocus eingestellt werden.

Der erste Leuchtfleck

Die Spannungen für die Ablenkplatten werden ebenfalls von der Hochspannungsversorgung entnommen und mittels Transistoren gesteuert. Somit ist eine Ablenkung des Elektronenstrahls in beiden Achsen möglich.

Plexiglasgehäuse

Die Transistoren wiederum werden über eine kleine Vorstufe ausgesteuert, die extern mit einer Spannung von -5V bis +5V gespeist wird – der Steuerspannung für die Auslenkung des Leuchtfleckes. Dieser Steuerspannungseingang existiert für beide Achsen. Einen weiteren Eingang habe ich noch hinzugefügt, um den Elektronenstrahl zu „blanken“ also dunkel zu schalten. Hierzu wird an das entsprechende Gitter eine entsprechende Spannung angelegt, die den Elektronenstrom zur Anode vorher sperren.

Anschlüsse

So kann die Röhre nun von außen zum Beispiel mittels analogen Ausgängen von Mikrocontrollern (Arduino, PIC etc.) oder von NI DAQ Karten mit den dort zur Verfügung stehenden Kleinspannungen direkt angesteuert werden. Nach den ersten positiven Testläufen mit der Lochrasterplatinen-Elektronik habe ich dann ein sauberes Board konstruiert und die ganze Konstruktion auf eine Holzplatte montiert und mit einem transparenten Plexiglasgehäuse abgedeckt.
Alle Anschlüsse sind über Bananenbuchsen nach aussen geführt. So können zum Beispiel ganz einfach Lissajous-Figuren auf den Bildschirm gezeichnet werden…

Lissajous-Figur mit NI-DAQ