Schaltungen für die Bildröhreneinheit

Im November 2012 hatte ich Glück bei einer ebay-Auktion, und nun bin ich stolzer Besitzer eines 6105-Baukastens mit Bildröhreneinheit (BRE). Es handelt sich dabei um die schwarz-weiße Röhre D5-100, um die Schuco seinerzeit eine Menge Elektronik integriert hat, damit Oszilloskop und TV-Empfänger leicht aufzubauen sind.

Frontsicht auf das BRE-Modul

Frontsicht auf das BRE-Modul

Die im Schaltpunkt eingebaute Platine enthält die folgenden Komponenten, die über Schalter wahlweise aktiviert werden können:

  • komplette Oszilloskopschaltung mit wählbarer Zeitablenkung
  • 1-kHz-Sinusgenerator
  • TV-Horizontalablenkung und Synchrondecoder
  • 27V Versorgungsspannung für analoge TV-Tuner

Was fängt man nun heute mit einer solchen Bildröhreneinheit an? Nun, man passt sie an die Gegebenheiten an – neudeutsch heißt das wohl „pimpen“. Dabei ist ein universelles Modul auf Basis von Mikrocontrollertechnik entstanden, das Bildgenerator-Modul, das folgende Funktionen bietet:

  • FBAS-Eingangsbuchse („Composite Video In“) – das ist gewöhnlich die gelbe Buchse an Video-Geräten. Solche Geräte können nun über das Modul ihre Bilder direkt auf der Bildröhre ausgeben. Spezielle Synchronisationen und Einstellungen sind nicht nötig – die Schaltung übernimmt alle notwendigen Aufgaben. Auch der an anderer Stelle vorgestellte DVB-T-Tuner oder das Pong-Modul können als Quelle dienen.

Testbild FBAS   Pong

Die beiden Bilder zeigen jeweils Inputs am FBAS-Eingang des Moduls. Der Anschluss des DVB-T-Tuners kann besser über ein Video demonstriert werden.

  • VGA-Eingangsbuchse – diese Buchse verträgt VGA in den Auflösungen 640×480 (Standard-VGA mit 60 Hz Bildwiederholrate) und 800×600 (SVGA). Ich hatte zunächst vorgesehen, nur die ganz einfache SVGA-Auflösung mit einer Bildwiederholrate von 56Hz zu implementieren, aber es stellte sich bei den Versuchen heraus, dass heutige Computer SVGA nur mit mindestens 60 Hz Bildwiederholrate unterstützen. Daher akzeptiert der Eingang nun die Signaltypen VGA und SVGA jeweils mit 60 Hz. Daran können neben Computern natürlich auch die VGA-Module und alle anderen Geräte angeschlossen werden, die einen VGA-Ausgang bieten.

Testbild VGA  Mit der Kamera aufgenommenes BildDas Das erste Bild zeigt ein VGA-Testbild (bei 800×600 Punkten), das zweite einen Browser, der diese Seite (Bild oben) zeigt. Lesen kann man leider nichts mehr.

  • Interner Bildgeber zur Erzeugung von FBAS- und VGA-Signalen – dieser Bildgeber stellt praktisch einen Ersatz für das Videomodul des EE3023 dar oder dessen Nachfolger, das an anderer Stelle vorgestellte VGA-Modul. Dieser Bildgeber arbeitet nun wahlweise mit FBAS- oder VGA-Frequenzen und stellt neben den Sync-Signalen 8 weitere Ausgänge zur Verfügung, an denen höherfrequente Vertikal- udn Horizontalsignale ausgegeben werden. Die Einsazmöglichkeiten für diese interne Funktion sind vielfältig und reichen von einfachen Videoversuchen über das Basic-Oszilloskop des EE3023 bis hin zu Telespielen.

Schachbrett PAL   Schachbrett VGA

Die beiden Bilder zeigen das Schachbrettmuster 5.22 aus dem EE3023, die hier an die beiden Eingänge für VGA und PAL angeschlossen wurde, damit man die Ergebnisse durch einfaches Umschalten miteinander vergleichen kann.

Schachbrettmuster-Schaltung 5.22

Schachbrettmuster-Schaltung 5.22

Aufbau der Schaltung

Die beiden Bildröhreneinheiten aus dem EE2007 und 6105 haben trotz baulicher Unterschiede  ähnliche Eigenschaften, die im wesentlichen durch die der Bildröhre vorgeschaltete Elektronik erreicht werden:

  • Monochrome Röhren (grün bzw. weiß) – Farbe hat daher keine Relevanz, Graustufen können aber dargestellt werden.
  • Empfindlichkeit: beide BRE haben vergleichbare Eingangsempfindlichkeiten bei x- und y-Aussteuerung. Dies vereinfacht den Entwurf der Ablenkschaltungen.
  • Video-Eingangsfrequenz: beide BRE besitzen eine für TV-Anwendungen recht geringe maximale Eingangsfrequenz von nur 1-2 MHz. Das TV-Bild hat einen Frequenzhub von 5MHz; um VGA-Signale scharf darstellen zu können, benötigt man sogar ca. 28-40 MHz. Ein Computer wird sich an dem entstandenen Modul kaum brauchbar betreiben lassen, zumal das Bild auch sehr klein wird.
Verwendung als Zusatzmonitor am Notebook

Verwendung als Zusatzmonitor am Notebook

Die Röhren selbst können also mehr – hier sollen aber die Bildröhreneinheiten des 6105 und des EE2007 und deren Eingänge als Grundlage dienen. Dies bedeutete, ganz auf die im 6105 bereits teilweise eingebaute Technik zur Verarbeitung von TV-Signalen zu verzichten. Statt dessen wurden alle benötigten Stufen auf der Platine integriert.

Die folgenden Bilder zeigen die Zusammenarbeit mit der Bildröhreneinheit des EE2007. Dank freundlicher Mithilfe von Peter Fromm konnten viele kleine Optimierungen gegenüber der ersten Version der Platine vorgenommen werden. Das Bild wurde per VGA eingespeist. Es existiert auch ein passendes Video.

Platine Übersicht1 Timmendorf_Strand2

Die komplette Beschreibung des Moduls ist recht umfangreich und nach Baugruppen sortiert auf einzelne Unterseiten verteilt:

Videos sagen zumeist mehr, wenn es um bewegte Bilder geht. Hier geht’s zu Youtube.

Erweiterungen

In Kombination mit dem Bildgenerator-Modul sind dann Erweiterungen denkbar, die komplexere Anwendungen ermöglichen:

  • Kamera-Modul: Mini-Kameras sind heute zu günstigen Preisen mit FBAS-Ausgang erhältlich. Es sollte daher kein Problem sein, eine solche Kamera ins Philips-Universum zu integrieren. Das Resultat ist dann auf dem Schirm der Bildröhre zu sehen.

PAL-Kamera   Mit der Kamera aufgenommenes Bild

  • Text-Modul: Um Texte auf der Bildröhre darstellen zu können, bedarf es einer Entkopplung der bildgebenden Komponenten und der Bildinhalte. In der Computertechnik wird dies durch eine Grafikkarte erreicht, und denselben Weg wird das Text-Modul beschreiten.Dieses Modul kann dann beispielsweise einen Zähler auf der BRE bilden – analog zum Zählerbaustein. Allerdings ist hier die Darstellung nicht auf 99 beschränkt – und auch nicht aufs reine Vorwärtszählen. Eine andere Anwendung wäre eine Zeit- oder Frequenzmessung.
  • Grafik-Modul: statt Texten können natürlich auch Grafiken erzeugt werden. Ein noch in Planung befindliches Modul soll einfache grafische Elemente wie Linien und Balken erzeugen können, aber auch Texte. Die Auflösung ist aber eher gering – 256×236 Punkte in 256 Farben, um die einfachen Mikrocontroller nicht zu überfordern. Solch ein Modul kann dann beispielsweise eine Pegelanzeige bilden, bei der  ein oder mehrere Balken Signalstärken anzeigen.
  • Uhr: Hier gibt es schöne Beispiele für Uhren mit Bildröhre – allerdings setzen die hier verwendeten Techniken auf niederer Ebene an, indem sie eine echte Vektorgrafik auf den Bildschirm zeichnen und auf ein Zeilenraster völlig verzichten. Derzeit sieht es aber danach aus, als ließe sich dies nur mit einem komplett anderen Ansatz lösen.

Ausblick

Was bleibt zu tun? Eine Menge, solange das Bessere der Feind des Guten bleibt. Viele Dinge wurden zwischenzeitlich gelöst, so dass diese Liste immer kürzer wird:

  • Die Linearität der Sägezahngeneratoren ist auch nicht optimal.

Videos

Nachfolgend eine Sammlung aller Videos, die rund um das Thema bisher entstanden sind:

Youtube-Video Wingsuit
Youtube-Video Zeichentrick
EE2007-Beispielvideo
Erklärung der Komponenten anhand des Prototypen (dieser weicht von der endgültigen Version noch ab und zeigt teilweise schlechtere Bilder)
Vergleich BRE und Farb-TV

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6 Kommentare zu Schaltungen für die Bildröhreneinheit

  1. Hausner sagt:

    Hallo, ich wollte höflich nachfragen wie weit du mit deinem Projekt bist.??

  2. JeanLuc7 sagt:

    Danke – es geht voran, obwohl ich momentan wenig Zeit habe. Einerseits ergänze ich regelmäßig neue Erkenntnisse auf dieser und den Unterseiten, zum anderen habe ich inzwischen ein TV-Bild aus meinem DVB-T-Tuner (vom FBAS-Ausgang) auf dem kleinen Bildschirm, indem ich einen LM-1881-Schaltkreis zwischengeschaltet habe. Dabei greife ich noch auf die Originalschaltung des TV aus dem 6105 zurück.
    Interessanterweise ist das FBAS-Video-Signal offenbar invertiert gegenüber dem des originalen TV-Tuners (bzw. Bild-ZF-Einheit), denn ich sehe momentan noch ein Negativ. Das sollte sich durch einen einfachen Transistor lösen lassen. Dann folgt als nächstes die AVR-Ablenkeinheit. Dann sollte ich komplett auf den Innenausbau des 6105-Pults verzichten können.
    Grüße, JL7

  3. Habermann sagt:

    Hallo, Leute schaut mal her, ich wusste doch das mir das Projekt schon einmal begegnet ist.

    Schaut mal hier:
    http://www.jogis-roehrenbude.de/Leserbriefe/Scope-Clock/schematic.pdf

    Was sagt man dazu.?? Alles nur geklaut??

  4. JeanLuc7 sagt:

    Was Du da gefunden hast, ist gar kein Geheimnis – ich verweise auf der ScopeClock-Seite (http://www.brennecke.org/?page_id=1922) explizit auf Sascha Ittner und seine Anleitung. Allerdings ist meine Version ein Nachbau der Variante von Dutchtronix – ich habe nicht einmal den Sourcecode der Software verändern müssen. Deren Layout steht auch frei Im Netz – sicher findest Du auch noch dorthin…

    Ich finde auch nichts schlimmes dabei, Dinge einmal nur nachzubauen. Bleibt noch die Frage, was dein Kommentar hier soll.

  5. Bodo sagt:

    Hallo.
    Seit geraumer Zeit schaue ich immer mal wieder vorbei und hole mir Anregungen. Ich besitze seit dem Neukauf vor rund 40 Jahren die Philips BRE 2007. Und da bastele ich seit einem Jahr von Zeit zu Zeit ein wenig dran herum, um eine Scope-Clock zu realisieren. Das klappt auch schon soweit ganz gut.
    Mein Problem ist die Vertikal-Ablenkung. Ich erhalte keinen voll ausgesteuerten Vertikal-Bereich von ca. 7 cm, sondern liege etwa bei knapp 5 cm. Das Eingangssignal auf die beiden Achsen beträgt knapp 4 V. Der Horizontal-Bereich wird voll ausgesteuert. Es nützt mir aber nichts das Eingangssignal zu erhöhen. Dann übersteuert die Horizontale über die Ränder hinaus und bei der Vertikalen übersteuert die Anzeige auch – aber auch nur in dem knapp 5cm-Bereich. Also habe ich mir gedacht ‚verstärke ich nur den Vertikal-Bereich‘ mit Hilfe eines OP-Verstärkers (LM358). Klappt an sich Prima – ändert aber praktisch nichts an dem Ablenkbereich. Messe ich an den Kondensatoren in der BRE (C21 und C22) nach, erhalte ich rund 500V und das Bild wandert während der Messung nach oben, oder unten aus. Die Röhre könnte damit also durchaus die Ablenkung, bzw. den Bereich.
    Bleibt also nur noch die Platine.
    Meine Frage: Wo könnte das Problem liegen ? Wo sollte ich mal nachmessen ? Was sollte ich mal austauschen ?
    Hat jemand da ’ne Ahnung ? Gibt es so etwas wie einen Meßplan ?
    Gruß aus Heiligenhaus
    Bodo

  6. JeanLuc7 sagt:

    Hallo Bodo,
    in der Philips-BRE ist die DG7/32 verbaut. Deren Datenblatt weist schon von Hause aus unterschiedliche Empfindlichkeiten in x- und y-Richtung aus, und zwar ist sie in x-Richtung weniger empfindlich als in y-Richtung. Philips hat – wohl im Hinblick auf den Fernseher aus EE2008 – die Röhre dann um 90° gedreht eingebaut, so dass das von Dir beobachtete Verhalten entsteht: in y-Richtung lässt sie sich bei gleicher Eingangsamplitude weniger weit auslenken als in x-Richtung. Man könnte das konstruktiv ändern, indem man in der BRE den vertikalen Ablenkverstärker empfindlicher macht (R27/R28 vergrößern, evtl. auch R26/R29) – dann würde die Röhre auch bei kleineren Eingangsspannungen höhere Auslenkungen liefern.
    Die Bauteile sind natürlich auch einer gewissen Alterung unterworfen, aber wenn Du vertikal knapp 5cm erreichst, ist das noch ausreichend, so dass ein Tausch einzelner Bauteile wenig bringen wird.
    Viele Grüße, JL7

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