Oscilloskophistoria 1945-1980
 

Notera att de flesta länkar leder till engelskspråkiga webbplatser
 

General Radio GR 687 1934

Större bild

Inledning

Kort om historien före 1946

Under 1930 talet tillverkades oscilloskop i huvudsak av tillverkarna av katodstrålerör. I England, Cossor bland annat, med det första dubbelstråleoscilloskopet. I USA, RCA och Dumont, i Tyskland bland andra Siemens och Telefunken och i Japan av Nippon Electric Corp.
Utvecklingen av katodstrålerör styrdes under 1930-talet av den spektakulära utvecklingen av TV-system i de olika länderna.
Det första kommersiellt byggda katodstråleoscilloskopet i USA anses vara GR type 687, som annonserades av General Radio 1934. Katodstråleröret var tillverkat av Manfred von Ardenner i Tyskland. Svepgeneratorn med linjärt svep över inställbar tid var utvecklat av Frederick Bedell vid Cornell University.
Denna produkt avvecklades överraskande av General Radio efter några år. Detta var dock ett logiskt beslut av GR som tillverkare av mätinstrument ofta med hög noggrannhet. Oscilloskop var vid denna tidpunkt inte ett mätinstrument utan ett observationsinstrument, som namnet mycket riktigt antyder

Dubbelstråleoscilloskop

Cossor 339 1934

Större bild

Bakgrunden till nyutvecklingen av oscilloskop

Radarutvecklingen påbörjades i ett stort antal länder i mitten av 1930-talet. I huvudsak med inriktning på pulsradar. Vid denna utveckling var oscilloskopet ett mycket betydelsefullt instrument. Även med dåtidens begränsningar var det den enda tillgängliga metod för att studera pulsers utseende, stigtid, falltid, pulsamplitud, förekomster av ringningar etc., alla viktiga parametrar vid utveckling av pulskretsar för pulsradarsystem.

Inledningsvis inriktades radarutvecklingen på spaningsradar för tidig upptäckt av flygförband. Men i början av 1940 talet avsattes betydande resurser även för utveckling av system för målinmätning för artilleripjäser.
Denna utveckling skedde parallellt och samordnat i England vid Air Defense Research and Development Establishment, EDRDE, och i USA vid Radiation Laboratories, Rad Lab.
I Tyskland var ett flertal företag parallellt tekniskt långt framme med utveckling av radarsystem.

För avståndsmätning krävs noggrann tidmätning över ett stort tidsområde. Detta resulterade i en omfattande utveckling av helt nya kretslösningar som dokumenterats i Rad Lab serie volume 20 (556 sidor). Denna utveckling vid Rad Lab och EDRDE resulterade i en noggrannhet vid avståndsmätning, under fältmässiga förhållanden, bättre än ±1 m vid ett avstånd på 20 km.
Inte överraskande skulle utvecklingen av oscilloskop dra fördel av denna utveckling efter krigsslutet 1945.

Cossor typ 448 1946

Philips GM 3115 1940

Större bild

Rad Lab TS-34/AP 1943

Större bild

Utvecklingen 1946 till 1955

Från observationsinstrument till mätinstrument

Tanken på att omvandla oscilloskopet till ett mätinstrument var efter andra världskriget ingen unik tanke.

Redan i februari 1946 skrev en reporter från tidskriften Wireless Word om instrumentutställningen i London där Cossor visade det nya oscilloskopet typ 448:

”Oscilloskopet Cossor typ 448  kan mycket väl kallas för oscillometer, då dess rattar är kalibrerade i tid och spänning, vilket underlättar kvantitativa studier av vågformer.”

(Typ 448 har senare inte hörts av)

Länken till radarutvecklingen blev istället en av grundarna till Tektronix, ingenjören Howard Vollum (1913-1986) som under 1943-45 tjänstgjorde vid EDRDE i England.
Redan under sin studietid hade han intresserat sig för oscilloskop och såg i den nya radarutvecklingen nya möjligheter att tillverka ett oscilloskop med kalibrerade skalor och därmed omvandla oscilloskopet till ett mätinstrument.

Tektronix grundades 1946. Samma år introducerade Dumont ett nytt oscilloskop typ 248, det första oscilloskopet med möjlighet till ett triggat svep, ett 5-tums katodstrålerör med 2/4 kV accelerationsspänning och AC-kopplad vertikalförstärkare med bandbredden 5 MHz, försedd med fördröjningsledning.

Triggning grunden till Tektronix framgång

Med triggade oscilloskop avses att svepkretsarna normalt är avvaktande och katodstråleröret strypt.
När en trigger- (start-) puls kommer, upphör strypningen samtidigt som svepgeneratorn linjärt och med inställd hastighet rör strålen horisontellt från vänster till höger på skärmen. När svepet var fullföljt, återställs svepgeneratorn och katodstrålerörets stryps, i avvaktan på nästa trigger puls.
Triggerpulsen kan komma från en yttre källa som var fallet med oscilloskopet Dumont typ 248. Denna teknik är identisk med radarteknikens A-indikator känd sedan början på 1930-talet.

Med Tektronix kom en helt ny revolutionerande lösning, där triggersignalen genererades internt från den inkommande signalen som skulle visas.
Detta var en helt ny teknik som alltid gav en stabil visning av ett repetitivt förlopp. Dessutom erbjöds möjligheten att välja den punkt på den inkommande signalen som triggerpulsen skulle genereras.
Tidigare lösningar med en sveposcillator, som svårligen lät sig synkroniseras med den inkommande signalen fungerade med en erfaren operatör. Men vandrande visning på oscilloskopskärmen hörde till vanligheten.
Med Tektronix uppfinning ersattes operatörens skicklighet med en alltid fungerade teknisk lösning.

Dumont 248 1946 vikt 77 kg

Större bild

Tektronix 511A 1947 23 kg

Större bild

Tektronix 511 ett tekniskt genombrott med ofullkomligheter

Det första oscilloskopet tillverkat av Tektronix var typ 511 som annonserades 1947. 511 hade ett katodstrålerör från Dumont med 3 kV oreglerad accelerationsspänning och med en AC-kopplad 10 MHz vertikalförstärkare.
Efter några hundra tillverkade enheter kom 511A försedd med reglerad högspänning genom en 2 kHz högspänningsenhet. Ett betydande steg mot ett kalibrerat oscilloskop.
I versionen 511AD fanns en fördröjningsledning bestående av 24 sektioners LC-nät i vertikalkanalen.
Även med sina många begränsningar kan 511A anses vara ett revolutionerande steg mot ett kalibrerat oscilloskop.
Triggerkretsarna var väl utvecklade och för att säkerställa att ett svep alltid var synligt på skärmen fanns en triggergenerator med inställbar frekvens. Denna lösning ersattes efter något år av ett återkommande svep för att få sin slutliga lösning 1954 med introduktionen av automatisk triggning.
Den primitiva kalibreringslösningen ersattes också med en separat kalibreringsoscillator med en acceptabel amplitudnoggrannhet.

Två viktigt steg framåt.

1950 kom oscilloskop 513

• Med en likspänningskopplad additiv förstärkare med bandbredden DC till 18 MHz. Detta var sannolikt den första kommersiella tillämpningen av denna typ av förstärkare.

• 513D var också Tektronix första oscilloskop med fördröjningsledning. Genom att ta ut triggerpulsen för svepgeneratorn före fördröjningsledningen, kunde pulsers framkant visas.

1952 kom oscilloskop 315 med ett antal betydande detaljkonstruktioner som skulle komma att utnyttjas under flera årtionden.

• En nykonstruerad svepgenerator med egentillverkade kondensatorer uppnådde en sådan stabilitet och kunde kalibreras till så hög noggrannhet att det beslutades att fortsättningsvis ersätta ordet svepgenerator med Tidbasgenerator.

• Keramiska lödstöd utvecklades med försilvrade anslutningar som krav bättre fixering av komponenter och bättre HF egenskaper.

• Koaxiala rattar utvecklades med hänsyn till det begränsade utrymmet på frontpanelen

Fördröjningsledning i 511AD 1948

Större bild

Tektronix 535 1954 med CA enhet 1959

Större bild

Oscilloskoptillsats B 1955

Större bild

Bänkoscilloskop med tillsatser (Plug-in)

I mars 1954 annonserades de första oscilloskopen med tillsatsenheter. Ett tekniskt och kommersiellt genombrott.
De först annonserade Typerna 531 och 535 med bandbredden 10 MHz var båda försedda med katodstrålerör utvecklade och tillverkade av Tektronix.
535 oscilloskopet hade en stor nyhet med möjligheten till fördröjt svep, en nyhet uppskattad av en generation av tekniker.
Dessutom annonserades de fyra första oscilloskoptillsatserna med bokstavsbenämningarna A-D
Under det följande året 1955 tillkom 5 nya oscilloskop bland andra ur 540 serien med bandbredden DC-30 MHz och 3 nya tillsatsenheter.
Efter annonseringen av oscilloskop ur 500-serien med tillsatsenheter ökade försäljningen med över 300 % på två år.
Oscilloskopet skulle under mitten av 1960-talet bli det enskilt vanligaste testinstrumentet för utveckling och underhåll av dåtidens elektronik.

Tektronix dominerande tillverkare av oscilloskop

Tektronix hade framgångsrikt koncentrerat sig på utveckling av kvalificerade oscilloskop och skulle fram till slutet av 1960- talet vara den dominerande leverantören av oscilloskop genom utvecklingen av ett antal framgångsrika produktserier. (Tektronix försäljning ökade från 1959 till 1967 från 32 till 129 miljoner dollar eller med 403 %)
Med denna framgångstakt är det lätt att ignorera signaler från marknaden som indikerade stora förändringar på sikt och som sammantaget skulle hota Tektronix dominerande ställning.
Hotet kom från två riktningar. En uppifrån, en underifrån.
Till detta kom den tekniska utvecklingen inom dataområdet – den digitala revolutionen

Annons Populär Radio 1949

Större bild

Modulärt instrument system 1955. Idén återkommer med TM 500 serien 1973

Större bild

HP 150A 1956

Större bild

HP lotsas in på oscilloskopområdet

Från starten hade Tektronix i huvudsak marknadsfört sina produkter genom ett nät av självständiga försäljningsföretag med en viss geografisk täckning.
Dessa företag var i huvudsak samma företag som HP anlitade i sin marknadsorganisation.
Vissa av dessa företag hade tidigt rekommenderats av David Packard vid kontakter med Howard Vollym.

Med början 1955 sade Tektronix upp avtalen för respektive försäljningsagent med 30 dagars förvarning. Värst drabbad var Neely Enterprises, med 6 kontor i västra USA, som svarade för en betydande del av Tektronix försäljning.
Neely var dessutom en vital del av HP:s försäljningsorganisation sedan 1941. Dessutom var Norman Neely en mycket god vän med David Packard och Bill Hewlett.
Efter något år hade Tektronix byggt upp en egen försäljningsorganisation som täckte hela USA.

HP utsattes för starka påtryckningar från sin försäljningsorganisation i USA att ta upp konkurrensen med Tektronix och att påbörja tillverkning av oscilloskop för att vinna tillbaka förlorade försäljningsintäkter.
Detta var inledningsvis helt främmande för HP, då man av princip inte tillverkade ”me too products”. HPs policy var:
”Only enter a Market when we can make a real contribution"

HP gav slutligen efter för påtryckningarna, framför allt från Norman Neely och påbörjade ett antal utvecklingsprojekt inom oscilloskopområdet.
10 MHz-oscilloskopet 150A annonserades 1956. 150A hade inga fördelar framför den etablerade Tektronix 530/540 familjen och dessutom med tillförlitlighetsproblem. En unik erfarenhet för HP som sent skulle glömmas.

HP tog på allvar upp konkurrensen några år senare, genom bildande en separat oscilloskopdivision som flyttade till Colorado 1961. Beslut togs om egentillverkning av katodstrålerör och projekt. Inom HP:s centrala forskningsavdelning HP-Labs påbörjades ett antal projekt med inriktning på oscilloskopområdet.

Först med samplingtekniken kunde HP producera konkurrenskraftiga oscilloskop. Delvis tack vare en framgångsrik utveckling av snabba dioder inom HP:s komponentdivision HPA.

En hård konkurrens mellan HP och Tektronix skulle pågå fram till mitten av 1970-talet, oftast med Tektronix i ledningen. De båda företagen med erkänd mycket hög teknisk kompetens kom att stimulera varandra, till fördel för företagens kunder.
Det var först med mikroprocessorernas ankomst och datorstyrda mätförlopp som HP:s bredd och datorkunskap skulle fälla avgörandet.

Kvalitet och prestanda eller lågt pris – priskonkurrens

Tektronix grundades och utvecklades under en tid, då man allmänt inte kände till, hur man skulle konstruera och tillverka driftsäkra elektronikutrustningar. Ja rent av, om det fanns komponenter tillgängliga för att åstadkomma detta.
I notisen tillförlitlighetsteknik har vi beskrivit det amerikanska militära etablissemangets svårigheter att åstadkomma detta efter andra världskriget. Där framgår att först 1956 publicerades i USA den första handboken i detta ämne.
Fram till 1957, från starten 1948, hade Tektronix levererat oscilloskop och tillbehör till ett värde av ca 50 miljoner dollar. Detta motsvarar leveranser av fler än 50 000 oscilloskop. Detta med en i mycket hög kvalitet omvittnad av kompetenta användare - Allt av egen kraft.

Tektronix prissättning var baserad på tillverkningskostnad inte på vad marknaden var beredd att betala. Det är därför rimligt att anta att hög produktkvalitet var prioriterat, kostnader i andra hand. Val av högkvalitativa komponenter (tyvärr ledde detta ofta till urval av komponenter, speciellt elektronrör), toleranta konstruktioner och noggrann tillverkningsteknik och inte minst motiverad personal med en hög del av vinsten i sin totala lön (året 1950 var den hela ca 50 %)

När kunskapen i tillförlitlighetsteknik blev allmänt tillgänglig ökade trycket på komponenttillverkarna att höja kvalitetsnivån. Detta och senare då elektronrör ersattes med halvledare, gynnade lågpristillverkarna. Dessa fick nya förutsättningar att leverera oscilloskop med avsevärt förbättrad kvalitet. Den tekniska utvecklingen spelade dem i händerna.

Tektronix däremot hade en kostnadsstruktur och ett synsätt på kvalitet etablerad under sent 1940-tal då man var tvingad att lita på sin egen förmåga.
Detta kan förklara varför Tektronix började förlora betydande marknadsandelar till lågpristillverkare under 1960-talet och fortsättningsvis, oavsett uppköp och samarbetsavtal.

Det var först under senare delen av 1970 talet som Tektronix fokuserade på ny teknik för tillverkning av ett högkvalitativt lågprisoscilloskop.
Resultatet annonserades 1982 med oscilloskopen 2213 och 2215
Introduction to the 2000-Series Oscilloscopes

HP deltog inte i denna tävling utan koncentrerade sina resurser på den portabla 1700 serien som uppdaterades så sent som 1983 och levererades till 1986.
Utveckling av hjälpmedel för digitala system och inbyggda datorsystem gav HP hög prioritet och framgången lät inte vänta på sig. Efter 5 år hade HP ca 50 % av den snabbt växande marknaden för produkter riktade mot det mycket expansiva området med inbyggda datorsystem.
 

HP 150A smart uppbyggnad med problem

Större bild

Katodstrålerör från Tektronix Typ 549

Större bild

Utvecklingen  1955-1980.

Katodstrålerörets egenskaper

Allmänt

Redan 1952 insåg Tektronix att en avgörande begränsning i utvecklingen av oscilloskop utgjordes av katodstrålerören som levererades av Dumont och RCA utan möjlighet för Tektronix att påverka egenskaper och kvalitet.
Beslut togs att, trots mycket höga kostnader, starta utveckling och tillverkning av katodstrålerör anpassade till framtida krav på oscilloskop.
1954 levererade Tektronix 531/535 med egentillverkade katodstrålerör. På motsvarande grunder fattade Hewlett Packard 1962 samma beslut ett par år efter oscilloskopdivisionens bildande.

Helt nya konstruktioner kom fram som resultat av dessa satsningar. Additiv avlänkning kom med 100 MHz oscilloskopet Tektronix 581. Större skärm och kortare katodstrålerör uppnåddes med ett rör med efteracceleration genom ett radialt elektrostatiskt fält utvecklades för HP140.
 

Keramiskt uppbyggd intern struktur med plan rektangulär skärm kom 1961 med Tektronix 561.
Andra egenskaper, som var under ständig utveckling var högre skrivhastighet (cm/µs), högre känslighet, högre frekvenser och mindre punktstorlek, högre intensitet mm.
 

Parallaxfri skala

Ett betydande steg att förbättra oscilloskopet som mätinstrument var att förbättra avläsningsnoggrannheten genom införandet av en parallaxfri skala på katodstrålerörets insida. Infördes med oscilloskopet HP 120B 1961. Tektronix införde detta med 561A 1962. Med 561B kom justerbar skalintensitet.

Kamerabild med yttre skala

Större bild

Kamerabild med parallaxfri skala

Större bild

Beam finder från HP130A

Hughes Memoscope 104

Större bild

Rektangulär skärm

Tektronix introducerade katodstrålerör med rektangulär skärm med 561A. Detta kompakta katodstrålerör krävde dessutom mindre utrymme.
1966 HP 180 serien hade motsvarande utformning.
 

Beam/Trace finder

Var en efterlängtad finess för den ovane användaren för att hitta hem, då inget fanns på skärmen. HP kom med detta 1961. Tektronix med 647A, 1963.
 

Större skärm

1971 introducerade både HP och Tektronix oscilloskop med större skärmar. Från den traditionella storleken 8x10 cm till 10,3x12,9 cm för HP och 9,8x12,2 cm för Tektronix.
 

Visning av avlänkningsfaktorer på skärmen

Med Tektronix 7000-serie kom möjligheten att på oscilloskopskärmen via aktuella värden för vertikal- och horisontalavlänkning. Denna möjlighet till alfanumerisk visning på oscilloskopskärmen gav helt nya möjligheter som kom att utnyttjas i ett stort antal nya oscilloskoptillsatser.
 

Katodstrålerör med minne

Genom att använda olika fosforskikt på katodstråleskärmens insida kunde en viss efterlysning uppnås. Utvecklingen av denna påbörjades redan under 1930-talet för att möta olika behov.
Minnesfunktion i ett analogt oscilloskop, är förmågan att behålla bilden av en elektrisk händelse på katodstrålerörets skärm för vidare analys efter att denna händelse upphört. Varaktigheten för denna bild kan vara några sekunder med variabel minnesfunktion till flera timmar med bistabilt minne. Minnesoscilloskopet ersatte i de flesta fall oscilloskopkameran för visning av långsamma förlopp.

Tidig utveckling inom detta område ägde rum vid Hughes Aircraft med katodstrålerör för radarindikatorer. Detta ledde fram till de första kommersiella minnesoscilloskopen Hughes ”Memo-scope” mot slutet av 1950-talet. 1960 annonserades typ 105-A med bandbredden DC till10 MHz
Tektronix första minnesoscilloskop 564 kom 1962 och var det första massproducerade minnesoscilloskopet
564 hade ett bistabilt minne för undre eller övre halvan av skärmen, eller hela skärmen. En vidareutvecklad version 564B MOD 121 kom 1970 med en automatisk raderingsfunktion som därmed kunde fungera som ett vanligt oscilloskop.
1965 kom HP med 141, ett minnesoscilloskop med inställbar minnestid mellan 0,2 till 60 sekunder och i lagringsläget upp till en timme. 1973 kom Tektronix med samma funktion i 7613.

Större bandbredd

Kravet på större bandbredd kom från kunder som analyserade icke repetitiva förlopp som därmed uteslöt användning av samplingoscilloskop.
1967 uppnådde Tektronix med 647A/10A2 frekvensområdet DC-100 MHz vid 10 mV/cm.
1969 Uppnådde HP med 183A/1830A DC- 250 MHz vid 10 mV/cm.
1970 uppnåddes med 1831A/B 20 kHz - 600 MHz med avlänkningsfaktorn 5,75 V/cm vid 50 ohm
1971 annonserade Tektronix 500 MHz bandbredd med känsligheten 10 mV/ruta med 7904/7A19. Detta skedde 9 månader före planerade leveranser till kunder. Detta för att möta HP:s försprång. För första gången, efter 15 år, var HP ifatt och hade passerat Tektronix med ett oscilloskops huvudegenskap.
1974 uppnådde Tektronix med 7900/ 7A21N 20 kHz- 1 GHz i 50 Ohm med en avlänkningsfaktor <4 V/ruta.

Vidareutveckling av tidbasgeneratorer

Med oscilloskopens ökade bandbredd måste svepkretsarna vidareutvecklas från den kortaste sveptiden 1 µs/cm med Tektronix 545 1956 till 0,5 ns/div med Tektronix 7B92A 1971
Efter introduktionen av två tidbasgeneratorer med Tektronix 535/545 varav en kunde användas som fördröjningsgenerator introducerades ett antal förbättringar för differentiella tidmätningar.
Kalibrerad tidbasfördröjning kom med 3B1 1962 som förfinades till bättre noggrannhet i ett antal steg under 10 år med bland andra de portabla oscilloskopen 465B/485A och tillsatsen 7B92A.

1972 med 485 tillkom ett alternativt visningsläge som medgav att det fördröjda B-svepet kunde ses alternativt med det intensifierade A-svepet. Denna funktion blev senare allmänt tillgänglig i ett flertal oscilloskop och tillsatser

Vidareutvecklingen av Triggerkretsar

Liksom tidbasgeneratorerna måste triggerkretsarna vidareutvecklas vid allt högre frekvenser. Minsta avlänkning för säker intern triggning har minskat något, från 2 mm avlänkning för Tek 535 vid triggning till 10 mm vid 500 MHz med Tek 7B97A.
Med ökade bandbredder infördes HF- och LF- filtret för att säkerställa en stabil triggning med minimum jitter.
En ny funktion, HF synk infördes med bl.a. 7B15/7B92A för att säkerställa stabil triggning vid låg intern avlänkning inom frekvensområdet 100-1000 MHz. Denna funktion var baserad på att intern oscillator vars frekvens styrdes av Trigger Level Control och som låstes till den inkommande signalen.
Andra funktioner som Trigger Holdoff och Peak-to-Peak Auto Triggning tillkom för tillsatser avsedda för frekvensområdet 100 till 1000MHz
Lågt Trigger Jitter blev med ökande frekvenser av stor betydelse och nedbringades med 7B15 till 30ps.
Med HP1740A infördes en tredje kanal för visning av en yttre triggerpuls läge relativt signalerna på respektive kanal.

HP Journal Dec 1975

Batteridrivna oscilloskop.

Genom att ersätta elektronrör med transistorer blev det möjligt att utveckla oscilloskop avsedda för batteridrift. Först kom Tektronix 321 (1960-1972) 1x5 MHz Detta första försök inkluderade ett antal germaniumtransistorer med kända tillförlitlighetsproblem
Senare uppdaterat till 321A (1964-1972) 1x6 MHz.
Effektförbrukning 22 W. Med inbyggda batterier uppnåddes 3-4 timmars drifttid. Detta första verkligt portabla oscilloskop, hade flera efterföljare utvecklade av Sony/Tektronix
Med Tektronix 400 serie kom en serie av oscilloskop som kunde förses med en separat batteripack. En framgångsrik version var 422 med ett 24 V batteripack gav 5 timmars drifttid.
HP 1700A/1701A och 1702A, var tillgängliga med 6 timmars batteridrift, introducerades 1970

Tektronix 564

Större bild

HP 141T Minnesoscilloskop med spektrumanalysatortillsatser

Större bild

Några viktiga oscilloskopsystem

Tektronix 500-serie 1954-1974. Sista uppdatering 1966

De första oscilloskopen i denna serie var 531 och 535 som annonserades 1954. 500-serien av oscilloskop med plugin- enheter som kännetecken, kom att etablera Tektronix som världens ledande leverantör av oscilloskop med avancerade prestanda och hög kvalitet.
Tektronix 500-serien omfattade 23 typer av oscilloskop och 35 typer av tillsatser plus 10 tillsatser från andra leverantörer.
 

Tektronix 560-serie 1961-1974. Sista uppdatering 1969

Ett helt nytt oscilloskopsystem med frekvensområdet DC-15 MHz, halva vikten och nästan halva volymen jämfört med 500 serien.
560-serien var speciell genom att huvudenheten inte innehöll några förstärkare utan tillsatserna var direktkopplade till avlänkningsplattorna. Detta medförde vissa kalibreringsproblem vid byte av vissa tillsatser.
560-serien kom att omfatta totalt 9 oscilloskoptyper inklusive en dubbelstråle version och 49 tillsatser varav:

• 16 Vertikaltillsatser

• 8 Horisontaltillsatser

• 13 Samplingtillsatser

• 2 Spektrumanalysatortillsatser

• 8 Lågpristillsatser

• 2 Med digital avläsning

Minnesoscilloskopet Tek 549

Sista utökningen av 500- serien

Större bild

HP 140-systemet 1963-1998. Sista uppdateringen 1975

HP 140 blev Hewlett Packards första framgångsrika oscilloskopsystem. Detta blev en plattform för flera nya produkter under hela 35 år.
HP140 (2x20MHz) systemet kom att omfatta 6 huvudenheter och 33 tillsatser inom flera användningsområden varav:

• 10 Vertikaltillsatser

• 6 Tidbasgeneratorer

• 8 Samplingtillsatser

• 1 TDR tillsats

• 7 Spektrumanalysatortillsatser

• 1 sveptillsats

HP 180 systemet 1966-1986. Sista uppdateringen 1973

1966 kom HP med ett nytt oscilloskopsystem helt byggt på halvledare HP180A (2x50 MHz).
180-serien som kom med åren att omfatta 11 olika huvudenheter och 37 tillsatser.
1969 tog HP ett betydande steg med annonseringen av 183A/B (2x250 MHz, 50 ohm). För första gången var HP före Tektronix i kampen om allt högre bandbredd, en central egenskap för många användare av oscilloskop. Ordningen återställdes två år senare då Tektronix höjde ribban till 500 MHz med 7904/7A19 50 ohm.

561B helt transistoriserad
Den sista uppdateringen

Större bild

HP 140 universell plattform för många funktioner under 25 år

Större bild

Tektronix 7000 1969 -1992. Sista uppdateringen 1990

1969 introducerade Tektronix 7000-serien av oscilloskop och tillsatser som vidareutvecklades under de kommande 20 åren. Till sin omfattning och tekniska genomförande blev 7000-serien det mest komplexa oscilloskopsystem som utvecklats.
Den grundläggande tanken bakom tillkomsten av 7000-systemet kan ha varit antagandet, att elektronikkonstruktörer och underhållspersonal endast använder fyra typer av instrument, voltmetrar, oscillatorer, oscilloskop och spektrumanalysatorer med enstaka ytterligare behov.
Varför inte kombinera dessa i samma box?

Framgången uteblev delvis genom att marknaden inte längre expanderade och att nya mättekniska problem, som inte kunde förutses då systemet definierades, styrde marknaden i en annan riktning – den digitala revolutionen stod för dörren, liksom utvecklingen inom kommunikationsområdet.

7000-serien kom att innehålla ett stort antal nyheter. Val mellan 3 eller 4 tillsatsenheter, 10 bandbredder mellan 60 och 1000 MHz och alfanumerisk visning på skärmen av inställda värden mm.

7000-serien kom att omfatta hela 21 Oscilloskoptyper och inte mindre än 53 tillsatsenheter omfattande:

• 24 Oscilloskoptyper (rackversioner tillkommer)

• 13 Vertikalförstärkare

• 10 Tidbasenheter

• 15 Samplingenheter, varav 3 TDR enheter

• 6 Spektrumanalysatorer

• 3 Logikanalysatorer

• 9 Speciella enheter.

HP 184A Minnesoscilloskop Skrivhastighet till 100 cm/µs

7000 skärm med alfanumerisk visning. 100mV/cm 200ns/cm

Större bild

Tektronix 7603 med 7D20 Digitaliseringstillsats från 1982

Större bild

Portabla oscilloskop som fann vägen till bänken

Tektronix 400 serie 1966-1975 sista uppdateringen 1974

400 serien var avsedd för fältservice, men med sin mindre storlek blev många stationära och ersatte oscilloskop ur 500-serien. Denna serie omfattade totalt 14 oscilloskop, gemensamt för alla var att de kunde strömförsörjas med batteripack.
Bandbredden ökade med tiden. 422 från 1966 med 2x15 MHz till 485 från 1972 med 2x350 MHz.
 

Två minnesoscilloskop ingick med olika egenskaper.
En mycket framgångsrik modell var 453, 2x50 MHz, som annonserades 1966. Specifikation och utförande påverkades starkt av närmast ultimativa krav från IBMs fältserviceorganisation.

Typ 485 annonseras 1972, 2x350 MHz som blev den sista oscilloskoptypen i denna serie.

HP 1700 serien 1971-1986 sista uppdateringen 1983

1971 fattar HP beslutet att avbryta utvecklingen av en ny serie med bänkoscilloskop med tillsatsenheter i direkt konkurrens med Tektronix 7000 serie.

Därefter koncentrerades betydande resurser på utvecklingen av 1700 och 1740-serien. Inte mindre än 30 typer utvecklades under 12 år i direkt konkurrens med Tektronix 400 serie.
Utvecklingen var inriktad på endast tvåkanaliga oscilloskop med tillgängliga batteripack med eller utan fördröjt svep. Ett minnesoscilloskop ingick i serien. För anpassning till mätning på digitala system infördes en tredje kanal för visning av den externa triggersignalens relativa läge.

1745A blev Hewlett Packards sista analoga oscilloskop.

Vad den digitala utvecklingen under 20 år skulle komma att betyda för oscilloskop utvecklingen beskrivs i detta HP Memory Project

Tektronix 453 2x50MHz

Större bild

Tek 485 den sista i 400 serien
2x350 MHz

Större bild

Lågprisalternativen

Redan i början på 1960-talet började lågprisalternativ efterfrågas, allt fler behövde ett oscilloskop i sitt arbete och långt ifrån alla behövde Tektronix alla egenskaper.

Ett flertal företag såg nya möjligheter i denna efterfrågan och den tekniska utvecklingen undanröjde tidigare hinder. T.ex. fanns katodstrålerör med god kvalitet från flera tillverkare.
 

Betydande lågprisleverantörer

Telequipment Ltd

Telequipment annonserade 1958 S31, det första i en populär serie med det beskrivande namnet Servoscope. Detta skulle följas av ett flertal typer med allt högre prestanda och jämnare kvalitet.
Telequipment täckte väl den amerikanska marknaden (Catalog 1968) och med ett allt större antal produkter med allt högre prestanda. (Catalog 1973).
Med åren blev konkurrensen från lågprisalternativen betydande och i ett försök att möta denna konkurrens köpte Tektronix Telequipment 1972. De första sex oscilloskopen tillverkade i Storbritannien publicerades i Tektronix 1973 katalog.

HP 1740A

Större bild

Telequipment S31A 1958
DC-6 MHz

Solartron CD 1014 1960

1x DC-5 MHz 1x DC-0,2 MHz

Större bild

Solartron

Solartron var ett annat framgångsrikt företag i Storbritannien vid denna tid med start 1948.
Solartrons oscilloskop utvecklades från den välkända typ D300, baserad på dess ursprungliga utformning från Radar Research Establishment.
En tidigt framgångsrik produkt var CD1014 från 1960 en kanal DC till 5 MHz.
Från 1976 ingick Solartron i Schlumberger-gruppen som fortsatte en framgångsrik utveckling av oscilloskop. Schlumberger har varit speciellt framgångsrik i Frankrike och i den fransktalande delen av världen.
 

Advance Instruments

Advance Instruments hade sina rötter från Advance Components Ltd grundat 1932. 1962 köptes Nagard Ltd, tillverkare av oscilloskop. 1964 blev Advance Instruments en division i det nybildade företaget, Advance Electronics.
Ett flertal typer av oscilloskop utvecklades framgångsrikt. 1974 köptes Advance Electronics av Gould Inc. Under det nya namnet Gould Advance, senare enbart Gould, fortsatte utvecklingen av oscilloskop fram till 1990- talet och blev en betydande konkurrent till Tektronix.
 

Iwatsu Japan

Iwatsu Electric Co., Ltd. (IWATSU) grundades1938.
1952 annonserades det första oscilloskopet med benämningen Syncroscope. 1961 startades tillverkning av egenutvecklade katodstrålerör (samtidigt med HP).
Iwatsu har inom oscilloskopområdet utvecklats framgångsrikt och är idag en av världens ledande tillverkare av oscilloskop bland annat genom samarbete med LeCroy Corp.
 

Hameg Tyskland

Hameg AG grundades 1957 för att tillverka mätinstrument. Den första produkten var ett 5 MHz oscilloskop. Förtaget utvecklades och var speciellt framgångsrika på sin stora hemmamarknad.
Deras budskap var: Unikt pris- prestandaförhållande.
(2003 köptes Hameg AG av Rohde & Schwarz.)

Advance OS 250 1973
2x10 MHz

Schlumberger 5023 1979
2x15 MHz

Philips

Philips påbörjade tillverkning av oscilloskop redan tidigt 1940-tal. Den huvudsakliga inriktningen var instrument för TV- service och utbildning.
Under 1960-talet förbättrades prestanda och kvalitet.
I mitten av 1970 talet bytte Philips beteckningar från GM (General Measurement) som använts från 1930-talet till PM (Professional Measurement). Detta var en generell satsning inom Philipskoncernen på mätinstrument med hög kvalitet, rimliga prestanda till ett rimligt pris.
I Sverige tillverkade Philips under denna period frekvensräknare och pulsgeneratorer.
1987 inleddes ett samarbete mellan Philips och Fluke som ledde fram till att Fluke 1993 köpte Philips instrumentdivision.

Iwatsu 4500 1978
2x15 MHz

Det var först under senare delen av 1970 talet som Tektronix fokuserade på ny teknik för kostnadseffektiv tillverkning av högkvalitativa lågprisoscilloskop.
Resultatet annonserades 1982 med de första oscilloskopen i 200-serien, 2213 och 2215.

HP deltog inte i denna tävling utan koncentrerade sina resurser på den portabla 1700 serien som uppdaterades så sent som 1983 och levererades fram till 1986.

Hameg 512 1968
2x15 MHz 

Philips GM3152 1946
10 Hz -1 MHz

Philips PM 3220 1964
2xdc-10 MHz

Dumont 304A 1951
2x DC-100 KHz

Samplingoscilloskop

Allmänt

Jakten på att studera kontinuerliga förlopp vid allt högre frekvenser fick sin lösning genom samplingstekniken som var känd sedan 1950-talet och utvecklades successivt fram till 1990-talet. Tillgången på allt snabbare halvledarkomponenter gjorde det möjligt att konstruera ett samplingoscilloskop med bandbredder i GHz området.
Först var Lumatron 1959 med model 220, det första kommersiella samplingoscilloskopet.

Utvecklingen inom HP

Kort därefter annonserade HP sitt samplingoscilloskop 185A som följdes av 185B 1962, det första 1 GHz-samplingoscilloskopet. Båda byggda kring internt tillverkade ”Step Recovery dioder”.

Samplingtillsatser till HP 140-systemet kom 1966 med ett flertal tillsatser och samplingenheter. Kombinationen HP 1411A/1431A (1966-1974) hade frekvensområdet DC till 12,4 GHz med 1 mV/cm känslighet.

Till HP 180 systemet tillverkades samplingtillsatsen HP 1810A (1970–1980) med 2x DC-1 GHz och känsligheten 2mV/ruta vid 50 ohm.
 

Utvecklingen inom Tektronix

Tektronix utvecklade snabbt en något improviserad oscilloskoptillsats typ N för 500 serien som annonserades samtidigt med HPs annonsering av 185A.
1961 kom samplingoscilloskop 661 som till skillnad från HP 185A hade separat tidbastillsats.
För 500 serien tillkom 1965 1S1, som ersatte N-tillsatsen och 1962 kom 1S2 med en pulsgenerator som medgav TDR mätningar.
Till Tektronix 560-serie utvecklades inte mindre än 7 Vertikalenheter och 6 horisontalenheter.

Till Tektronix 7000 serien tillverkades 7S14 (1974-1988) med 2 ingångar DC-1 GHz med känsligheten 2mV/ruta vid 50 ohm

Övrigt

Automatic Measurement Corporation annonserade i mitten av 1970 talet en vågformsanalysator AMC 1000. Denna tvåkanaliga analysator, som utnyttjade samplingtekniken för att åstadkomma noggranna tids- och spänningsmätningar, anskaffades för vissa autotestare i Flygvapnets underhållsorganisation för avionikutrustning.
Specifikation  sid 1-2

Rubriken samplingoscilloskop utgick ur HP:s katalog 1980.
I Tektronix katalog 1990 nämndes samlingsenheterna 7T11 och 7S11 för sista gången

HP 185B 1 GHz bandbredd

Tektronix N tillsats

Större bild

Tektronix 7S14 2x1GHz samplingtillsats

Större bild

TDR tidsdomän reflektormetrar som oscilloskoptillsatser

Allmänt

Pulsekometrar eller ekometrar har funnits sedan 1940-talet och var avsedda att finna fel – diskontinuiteter i telekablar och koaxialkablar över stora avstånd med en upplösning i delar av en meter.
Dessa var tillverkade med dåtidens begränsningar att åstadkomma snabba korta pulser och bandbredder på oscilloskop.

Med utvecklingen av snabba pulsgeneratorer med stigtider under 50 ps och med samplingoscilloskop med stigtider i 100 ps-området öppnades helt nya möjligheter att nedbringa mätområdet till dm-området. Dessutom med en känslighet från reflektioner ned till en bråkdel av det initiala pulssteget.
Intilliggande reflektioner kunde nu separeras ned i mm-området.

Utvecklingen inom TDR-området fortgår och moderna lätta och små enheter annonseras fortlöpande. TDR principen utnyttjas dessutom numera inom helt nya områden exempelvis mätning av markfuktighet, nivåmätning av vätskor och gaser mm.

1963 annonserade HP oscilloskoptillsatsen 1415A (1963-1975) till 140 systemet med en stigtid för systemet <150 ps

För HP 180 systemet annonserade TDR tillsatsen 1815A (1969-1980) med stigtid för systemet på <135 ps.

Tillsatsen HP 1818A (1972-1980) till 180 systemet hade en stigtid på <170ps

Tektronix kom 1967 med tillsatsen 1S2 (1967-1972) för 500-serien av oscilloskop med en stigtid för systemet på <140 ps
För 560 serien kom 3S7 (1971-1973) med en stigtid för systemet på <140 ps, samma år annonserades 7S12 (1971-1989) för 7000-serien med en stigtid för systemet på 35 ps.

HP1415A TDR tillsats

Större bild

HP1818A TDR tillsats

Spektrumanalysatorer som oscilloskoptillsatser

Spektrumanalysatorer utvecklades vid Radiation Labs under Andra världskriget 1940-1945.

Polarad som bildades 1944 och tillverkade på uppdrag av Rad Lab spektrumanalysatorer. Fram till mitten av 1960-talet var Polarad den ledande tillverkaren av spektrumanalysatorer. Dessa var baserade på mekaniskt avstämda klystronoscillatorer och med en svepbredd på 25 -100 MHz.
Företaget Pentrix Brooklyn, N.Y. bildades 1962 för att tillverka spektrumanalysatorer till lågt pris genom att bygga dem som tillsatsenheter till Tektronix 500 serie.
En av de tre grundarna till Pentrix var Morris Engelson som arbetat med mikrovågsmätteknik vid Radiation Laboratories 1941-1946. Han blev med tiden en erkänd expert på spektrumanalysatorer och blev i denna egenskap IEEE Fellow. Som konsult arbetade Engelson bland andra för Polarad med den vid denna tidpunkt tongivande publikationen Handbook of Spectrum Analyzer Techniques, utgiven av Polarad Electronics, 1955
Pentrix första spektrumanalysator som oscilloskoptillsatser kom 1963. 1964 köpte Tektronix Pentrix och de tre ägarna flyttade till Tektronix för att ingå i Tektronix utvecklings- och marknadsavdelningar med Engelson som chefsingenjör.
Därmed hade Tektronix tillförts den nödvändiga mikrovågskompetensen att bygga vidare på.
Under åren tillverkades följande spektrumanalystillsatser för tre oscilloskopserier.
 

Tektronix samplingtillsats 7S12 med S-6 och S-52

Större bild

Spektrumanalysator Polarad
Vikt 65 kg

Tektronix 1L20 1 MHz-4,4 GHz

Större bild

Tektronix utvecklade dessutom framgångsrikt två bärbara spektrumanalysatorer inledningsvis 491 (1966- 1979) ersatt 1980 med 492 (1980-1990)
 

Allmänt och utvecklingen inom HP

Hewlett Packard annonserade sin första Spektrumanalysator 1964 med 8551/851 (43 kg) som var den första spektrumanalysatorn med kalibrerade skalor. Genom användande av en BWO som oscillator uppnåddes ett visat frekvensområde upp till 2000 MHz dessutom med ett dynamiskt område på 60 dB. Detta var ett betydande tekniskt genombrott.
Därmed hade HP uppnått med en spektrumanalysator direkt visning av frekvens och amplitud, detsamma som Tektronix uppnått inom oscilloskopområdet 15 år tidigare med modell 511A med visning av tid och amplitud med kalibrerade skalor.
Följdriktigt hade projektet internt inom HP det inofficiella namnet ”Frequency domain oscilloscope”

Absolutkalibrerade skalor kom 1970 med nästa generation av spektrumanalysatorer. Ett betydande genombrott. Nu kunde man slutligen betrakta även spektrumanalysatorer som ett mätinstrument.

HP byggde den fortsatta utvecklingen av spektrumanalysatorer som tillsatser till oscilloskopserien 140/141 och från 1972 enbart med T141 med variabel efterlysning som krävdes vid hög frekvensupplösning.
1968 kom den första tillsatsen och följdes av flera.
 

Tektronix 7L5 10Hz-5 MHz

Större bild

HP 8555A Absolutkalibrerad
Inom 1,6 dB ned till -125dB
10 MHz till 40 GHz

Större bild

HP182T med 8558B

Problem med probar vid flera parallella ingångar

Logikanalysatorer som oscilloskoptillsatser

Bakgrund

Introduktionen av CMOS kretsar 1963 inledde en snabb utveckling av digitala kretsar med allt högre packningstäthet till allt lägre priser. Till stöd för denna utveckling kom HP med en serie enkla produkter bland andra Logikprobar och Logikklämmor.

Dessa var utvecklade vid HP:s division för frekvens och tid. Detta var naturligt, då man på denna division tidigt utvecklade produkter som drog nytta av den snabba utvecklingen av IC kretsar.
I november 1971 annonserade Intel den första mikroprocessorn Intel 4004 med rubriken
”Announcing A New Era In Integrated Electronics.”

Intel 4004 4-bitars och 8080 8-bitars processorer och senare mikroprocessorer krävde dock, för ett fungerande system, ett flertal ytterligare kretsar. Detta påverkade kostnadsbilden och mikroprocessorerna fick därför sin huvudsakliga användning inom PC området.
Enchipsdatorn/enkretsdatorn med CPU, arbetsminne och programminne integrerat, komplett med stödfunktioner och olika typer av I/O-enheter löste detta problem och blev ett faktum med TSM 1000 1974 med en 4 bits dator för enklare tillämpningar, pris 2 dollar.
För mera krävande uppgifter kom bland andra Intels MCS-48 med 8 bits arkitektur 1976.
Därmed låg vägen fri för inbyggda system som fick en universell användning. Ett helt nytt, enklare och kostnadseffektivare sätt att utveckla och producera elektronikprodukter från enkla leksaker till avancerade realtidssystem

Tidiga hjälpmedlen från HP

Logikprob 1970

Logikprob 40 MHz 1977

Pulsgivare 1977

Strömprob 1977

Logiklämma 1977

Logikkomparator 1973

Allmänt om tidiga hjälpmedel logikanalysatorer

För utveckling och verifiering av digitala processer är oscilloskopet inte lämpligt då det är nödvändigt att behandla flera signaler parallellt och samtidigt visa ett översiktligt resultat.
Pulsernas form var ointressant, endast två tillstånd ”1” och ”0” tillåts i digitala processer.

Logikanalysatorn kan ha två grundfunktioner:

• Som tidsanalysator, som visar signalerna som funktion av tiden. Ofta använd vid hårdvarukontroll. Biomation var först med denna typ med sin ”logic-timing analyzer" som annonserades 1970

• Som tillståndsanalysator är den ett hjälpmedel för felsökning i program. HP koncentrerade initialt sina utvecklingsresurser inom detta område

Förenklat kan man säga att om man vill se vad som händer, ska man använda tillståndsanalys och om man vill veta när det hände, ska man använda tidsanalys.
5000A logikanalysator för tillståndanalys, kom 1973, var troligen det första kommersiella instrument som kallades "logikanalysator".
HP 5000A var begränsad till två kanaler och presenterade informationen med hjälp av två rader med 32 lysdioder.

Inom HP:s division för oscilloskoputveckling medförde övergången till ett digitalt tänkande vissa födelsevåndor. Denna situation var långt ifrån unik då mikroprocessorns introduktion påverkade en hel yrkeskår.

Den första Logikanalysatorn

HP 1601 Logik State analysator

Större bild

Tektronix 7D01 Logik State analysator
Tillsats till 7000-systemet

Större bild

Logikanalysatorer som oscilloskoptillsatser

1973 introducerades tillståndsanalysatorn HP 1601, som tillsatsenhet till HP 180-serien oscilloskop med visning av 12 parallella kanaler.

Tektronix annonserade sin första logikanalysator som tillsatsenhet till 7D01 1976. Denna och HP 1601L var de enda logikanalysatorerna som utformats som tillsatser till oscilloskop.
Många leverantörer kände sig kallade att delta i utvecklingen av logikanalysatorer. I boken Digital Felsökning, Ingenjörsförlaget 1979, finns en sammanställning av 60 olika logikanalysatorer från 6 olika företag.
 

Vad hände sedan - den digitala revolutionen

Vid introduktionen av Intels första mikroprocessor 1971 anades början till slutet på den analoga eran och därmed analoga oscilloskop.12 år senare upphörde tillverkningen av analoga oscilloskop hos HP.

Nedan redovisas det antal sidor i procent som upptogs av information om oscilloskop av det totala antalet sidor i respektive årgång av Tektronix och HP:s och kataloger

Kanske återspeglar detta den digitala utvecklingen i stort.

Detta HP Memory Project behandlar utvecklingen under de kommande 20 åren.

Slutligen, med vad skall ur ett historiskt perspektiv en mikroprocessor, eller mer korrekt enkapseldator med sin universella användbarhet, jämföras med?
Kanske tegelstenen, med vars hjälp den enklaste mur kunde byggas liksom de ståtligaste katedraler.

Läs mer om den tidiga utvecklingen av oscilloskop i vår artikel Oscilloskop, oscillograf, katoskop - "kärt barn har många namn"

Källor:

• Tekwiki

• Tek Story

• Hp Memory Project

• Företagskataloger

• Många internetsökningar

• Broschyrer ur AEF arkiv

• Personliga minnen från AEF medlemmar

Skrivet av Stig Hertze med stöd av många AEF medlemmar.
Uppdaterad 2023-03-03