A varázsszem.
Bozó Balázs

Az elektronika őskorában az egyik legmisztikusabb alkatrész és talán a leglátványosabb is a varázsszem vagy tudományosabb nevén a hangolásjelző cső volt. Ezen hangolás jelző csövek készítését és működését az tette lehetővé, hogy találtak olyan festékeket, amelyek fényt bocsátanak ki ha elektron csapódik beléjük. Ezt a jelenséget kihasználva készítettek később képcsövet, ami jelenleg is a televíziók elengedhetetlen alkatrésze ameddig ki nem szorítja a képalkotásból az LCD, vagy Plasma technológiát felhasználó más megjelenítési forma. A varázsszem manapság szóba már csak a régi rádiók restaurálásakor kerül, pedig nem kellene ennek így lennie. Számos érdekes dologra használható manapság is, mint például kiválóan és látványosan használható éppen elkészült elektroncsöves erősítőnk kivezérlésének indikálására, vagy, mint ahogyan híresebb és igen borsos árú erősítőknél divatos a helyes munkapont indikálására is. De ha már indikálásról beszélünk a varázsszemmel extravagánsan megvalósítható akár számítógépünk merevlemezes tárolójának működésének, vagy a hálózati aktivitásának indikálása is. Mivel a varázsszem a képalkotáshoz elektronsugarat (katódsugarat) használ fel – ami nagyon érzékeny a mágneses terekre – akár a mágneses tér indikálására is felhasználható.

A varázsszemet eredetileg a rádiók hangolására használták oly módon, hogy az állomásra történt pontos ráhangolódást a fénycsík hossza jelezte. A cső vezérlését a rádióban felhasznált önműködő erősítés szabályozás céljára előállított jel szolgálta. Mielőtt tovább tárgyalnánk a csövet ismerkedjünk meg működésével.

Ha az elektroncső anódját olyan anyaggal, úgynevezett fényporral vonjuk be, ami elektron becsapódáskor felvillan, akkor ahol az elektronok az target lemezre érnek felvillanást fognak eredményezni. Mivel ez a szem számára túl gyorsan történik a felvillanások folyamatos világításnak látszanak. Ahol nem jutnak elektronok a targetlemezre ott az sötét marad. Ha tehát valamilyen kisebb fémdarabkát teszünk a targetlemez elé, amelyik az elektronokat felfogja, a fémdarabka mögött a targetlemez sötét marad. A jelenség pontosan olyan, mintha egy fényforrással világítanánk meg a targetlemezt: az eléje helyezett fémdarabka a targetlemezre árnyékot vet.

Egy eltérés mégis van a „fényárnyék” és az „elektronárnyék” között. Képzeljük el, hogy az árnyékvető késre negatívabb egyenfeszültséget kapcsolunk. Ebben az esetben az elektronokat a kés taszítani fogja. A mellette elrepülő elektronok nem egyenes irányban folytatják útjukat, hanem elhajlanak a kés szélétől távolodó irányba. Mire a targetlemezhez érnek, nagyobb területet hagynak sötétben, mint amekkora a kés felülete. Mintha csak megnőtt volna az árnyékvető kés. Ha a késre pozitív feszültséget adunk, akkor az magához vonzza az elektronokat és a mellette elrepülő elektronokat úgy hajlítja el, hogy a vetett árnyék kisebb lesz, mint a kés felülete. Ha tehát erre az árnyékvető késre változtatható nagyságú feszültséget adunk, a vetett árnyék nagyságát szabályozni tudjuk.

Tehát a csőben a katódon, a vezérlőrácson és az anódon kívül van még egy árnyékvető elektróda is. Az árnyékvető elektróda a vezérlőrács és az anód között van elhelyezve. Az anód olyan anyaggal van bevonva, amelyik a becsapódó elektronok hatására világít. Az árnyékvető elektróda egy nagy ellenálláson keresztül pozitív feszültségre van kapcsolva. A vezérlőrácsra ugyanazt a váltakozó nagyságú negatív egyenfeszültséget kötjük, amelyik az önműködő erősítőszabályozás céljára szolgál. A cső működése egyszerű. A csőben bizonyos nagyságú elektronáram folyik. Az elektronok egy része az anódlemezre jut, másik része az árnyékvető elektródára. Az árnyékvető elektródára érkező elektronok az ehhez kapcsolt ellenálláson keresztül jutnak tovább. Ha egy ellenálláson áram folyik át, azon feszültségesés következik be. Minél nagyobb az áram, annál nagyobb a feszültségesés. Az árnyékot vető elektróda tehát kisebb pozitív feszültségen lesz, mint az anódlemez. Minél nagyobb az árnyékvető elektróda árama, annál kisebb pozitív feszültségen lesz, mint az anódlemez. Ha a vezérlő rácsra negatívabb feszültséget vezetünk, a csőben az elektronáram csökkenni fog. Kevesebb jut az árnyékvető elektródára, tehát annak árama csökken. A hozzákapcsolt ellenálláson kisebb lesz a feszültségesés, tehát az árnyékvető elektróda magasabb pozitív feszültségű lesz. Pozitívabb a feszültsége, tehát az általa vetett árnyék csökken. Az anódlemezen a sötét felület csökkenni fog, a világító rész növekszik. [1]

Történelmi áttekintés.

A varázsszem története a katódsugárcső történetével kezdődik. Az újkori tudomány az első katódsugárcső megszerkesztését Karl Ferdinand Braun-nak tulajdonítja aki ezt 1897-ben szerkesztette meg. Azért írom az újkori tudományt, mert hidegkatódos katódsugárcsövet már az egyiptomiak is használtak, és a Braun-cső is hidegkatódos. Braun 1850 június 6.-án Németország Fulda nevezetű kisvárosában született. Még gimnáziumi évei alatt számos tudományos cikket publikált. Később egyetemre megy, először Marlburgba matematikusként, majd Berlinbe, ahol fizikát tanul. 1872-ben szerez diplomát. Ezután a würzburgi Quincke professzor aszisztense, 1874-től a Lipcsei gimnázium tanára. Ebben az időben fémszulfid-kristályokkal és más fémsó-kristályokkal kisérletezett, amiképpen megalkotta az első félvezőt. Ez a félvezető képezte a későbbi kristálydetektoros rádiók lelkét. Az ő általa felfedezett pontkontaktusos félvezető effektus képezte 1948-ban a pont-kontaktus tranzisztor alapját is. Alig két évvel a Röntgen sugár felfedezése után rájött a katód sugár létezésére. 1909-ben megosztott Nobel-díjjat kapott Marconival a drótnélküli táviró másik atyjával együtt.

A varázsszem megalkotójának Dr. Allen Du Mont-ot tarják, aki a fentebbi úr találmányait hasznosítva alkotta meg 1930-ban a katódsugárcsövet, többek között a televíziózás számára is. A találmányát eladta az RCA társaságnak 1932-ben. Bár ebben az időben a Dee Forest vállalatnál dolgozott mint vezető mérnök, ez a tálmány nem a Dee Forest társaságé volt. Dr. Du Mont-nak saját laboratoriuma volt. A Dee Forest társaság nem állt valami fényesen ebben az időben és 1933-ban az RCA fel is vásárolta. Du Mont saját cégének a találmány eladása annyi bevételt hozott, hogy a következő harminc évben az oszcilloszkóp, a televíziózás, a tévé adás vételének kifejlesztésén mukálkodhatott.
Abban az időben nem a varázsszem volt az egyetlen megoldás a hangolás jelzésére. Több cég is kifejlesztett más-más eljárást. A hangolás jelzésére neonnal töltött gázkisülésű csöveket is használtak, és más elektro-mechanikus megoldásokat is. Ezeket azonban kiszorította az RCA 6E5 csöve, amit 1935 június 27 regisztráltak be. Ennek a csőnek azután számos variációja volt, mint például az 1936 február 6.-án bejegyzett 6G5, majd ezt helyetesítendően az 1937 április 19.-ei 6U5_6G5. Eredetileg a 6E5-tel megeggyezően peremes burájúak voltak ezek a csövek (ST-12) majd "cső" (T-9) formájúak lettek, amivel számos gyártó kezdte gyártani, és így ezzel vált népszerűvé. 1936 október 24.-én jegyezte be az első másod gyártó a Raytheon a 6H5-öt, ami teljesen kompatibilis volt a 6G5-el. 1937 április 12.-én beregisztráltatta a Arcturus, Raytheon és a Sylvania a 6T5-öt, ami elektronikailag megegyezett a 6G5-el, de fizikai kialakítása eltért attól.
Magyarországon az Egyesült Izzónál (Tungsram) 1936-ban, indult meg először a varázsszem gyártás, és még az 1950-es években is világhírűek voltak jó minőségükről. Ezt a gyártást az 1933-ban az RCA-val kötött szabadalmi és licenc megállapodás tette lehetővé. Az amerikai céggel kötött egyezmény értelmében az amerikai rádiócsőtípusokra vonatkozóan az Egyesült Izzó komplett információgyűjteményt, ún. "Standardizing notices" birtokába jutott. Ezt a gyűjteményt az RCA ezután rendszeresen kiegészítette a második világháború kitöréséig.
A varázsszem anódját egy ritka floureszkáló ásvánnyal a willemittel (Zn2SiO4) vonják be. Az ásványok floureszkáló családjának többi tagjával is kísérleteztek és elő is állítottak sárga, kék vagy vörös színűeket. A későbbi színes tévé képcsöveknél ezek még visszaköszönnek. Az ipari előállítás során a willemittel megegyező anyagot állítnak elő P1 néven és ezt használják most is, az oszcilloszkóp csöveknél.


A képfelírások jelentése:
Cathode Light Shield - Katód fénypajzs
Flourescent coating - Foszforeszkáló bevonat
Ray - control electrode - Sugár irányító elektróda
Triode plate - Trióda anód
Chatode - Katód
Triode gride - Trióda rács
Target - Ernyő


A 1944-es Tungsram Rádió Tanácsadó kiadványából származó EM4-es cső felhasználási javaslata [3].

Åke Holm oldalán nagyszerű kiállítást láthatunk varázsszemekből is.

A történelem során sokféle varázsszem, sokféle ernyőkialakítással készült. Három alaptípusra bonthatjuk, ezeket. Az első és a véleményem szerinti legszebb ernyőképet előállító cső az EM4-es típusú cső, amely ernyőképe 360°-os kerek - a négylevelű lóheréhez hassonlatos. Alaptípusa az 6E5 vagy az európai megfelelője az EM1-volt. Mivel a helyi adók vételénél a cső túlvezérlődőtt kifejlesztették a két elektródás változatát amikor is az egyik rendszer érzékenyebb a másiknál, és így a közeli helyi adók és a távoli adókra is megfelelően reagálhatott. Ez a típus az EM4 vagy soros fűtésű változatban UM4. Ennél a csőnél tehát, két külön trióda-anód és árnyékvető eletróda (kés/bot) van. Az egyik rendszer érzékenyebb a másiknál, úgyhogy az egyik árnyékszög már a gyengébb állomásokat is jól mutatja és az erősebbnél eltűnik, a másik pedig az erős állomások behozatalát jelzi, a gyengéknél alig működik. A cső foglalata körmös kialakítású, így ehhez elég nehézkes a foglalat beszerzése. Ha bontásból jutunk hozzá, érdemes tehát a foglalatával együtt kitermelni.

A korszerűbb novál foglalatos csövek első varázsszem típusa a német Lorenz gyár EM85-ös csöve volt. A novál csöveknél aklalmazott technológi nem tette lehetővé a korábban elterjed, kijelzési módot - a búra végén elhelyezkedő ernyő - így ezeknél oldalról lehet a kijelzést látni. Az EM85 a búra oldala felől látható "legyező" formályú (250°-os ovális) képet ad. Ennek elterjedt változata az EM80 vagy az orosz változatban 6E1P (6Е1П) illetve az amerikai jelőlésű variánsa 6BR5. Ezek a varázslegyező-k a második és szintén igen mutatós képetadó csövek.

A harmadik és egyben a legmodernebb az EM84-es cső, ami csíkszerű (vízszintes) 180°-os képet ad. Ennél a csőnél a fényporréteg nem a targetlemezre van felhordva, hanem a csőburára belülről, hasonlóan, mint a képcsövekre a televíziózásban, vagy az oszcilloszkóp csövekre. A nyugat-európai területeken és főleg németország területén igen elterjedtt volt még az EM87 típus is, amely kinézetre megegyezik az EM84-el, de annáll érzékenyebb.
Kijelzési képet tekintve nem tudok más típusokról, de meg kell még említenem a telepes készülékekben alkalmazott DM70 illetve a ritkán használt DM160 csöveket is. Ezek jellegzetes kijelzési képükről gyorsan felismerhetőek, mert az egy felkiáltó jelre hassonlít. Működésüket és felépítésüket tekintve akár a VFD-k közvetlen ősének is tekinthetjük. A katód közvetlen fűtésű azaz a fűtőszál maga a katód. Ez helyezkedik el a szemlélő felőli búra részen, de működése során éppen izzásig hevül és így nem zavarja a kijelzési képet. A rács, igen egyszerűen, egy lemezből van kialakítva. Benne a felkiáltójel szerű kívágással. Az érdekesség ezután következik, mert a targetlemez nem párhuzamos a ráccsal, hanem ferde. Ezzel érik el ugyan is a kívánt működést.
Ezeken felül létezik több fajta cső is, de a legelterjedtebbek ezek hárman voltak és alapvetően ezt a három megjelenítési módot használja mindegyik varázsszem típus is.

mágneses tér érzékelőMágneses tér érzékelő.
Az első és legegyszerűbben megvalósítható kapcsolás a mágneses tér érzékelésére szolgáló kapcsolás, azért, mert ebben az esetben nem kell mást tennünk, mint a varázsszemet alap kapcsolásában fixen beállított képpel üzemeltetjük, hiszen az ernyőkép változását maga a mágneses tér idézi elő. A készülékkel könnyen ellenőrizhető, vizsgálható mágneses terek, illetve elektromos készülékek által keltett mágneses terek, akár mint környezetet terhelő mágnes források. A kivitelezése praktikus okokból az EM80-as csőre esett, hiszen ennek az ernyő kialakítása olyan, hogy ezt a funkciót nagyszerűen betölti. Érdemes a kész áramkört egy nyeles alkalmatosságra szerelni, hogy hordozható legyen. Maga az áramkör egyébként a varázsszemek, mint egy alap kapcsolásának is tekinthető. az r3 és az r1 ellenállást érdemes úgy megválasztani, hogy az ernyőcsík a lehető legkeskenyebb, legyen. Az r3 továbbá az érzékenységre is hatással van. A kapcsolási rajz alján található ernyőképek a lehetséges változatokat mutatja, melyek előállhatnak a használat során. Az (a) az alap, azaz a mágneses tér nincs mérhető hatással a készülékünkre, a (b) és a (c) esetében a nyílnak megfelelő a mágneses tér hatása, míg a (d) esetben a mágneses tér váltakozó polaritású. [2] alapján.

varázsszemes kivezérlésmérőVarázsszemes kivezérlésmérő.
A varázsszem már ránézésre is kiváló kivezérlés mérőnek. Bevallom én is kivezérlés mérőt építettem belőlük először. Bár sajnos igazi kivezérlés mérőnek alkalmatlanok, mert skálázhatóságuk nem megfelelő, de a látvány kárpótol bennünket, mindenképpen. A mellékelt kapcsolás gondolom egyértelmű. Alkatrészei: r1;4m7, r2;470k, c1;47n, c2;47n...1uF d1,d2; oa1161, vagy más germánium dióda, de működik 1N4148al is némi érzékenység vesztés árán. Az érzékenysége kb. 3v. Ha úgy gondoljuk, hogy az érzékenysége túl magas egy egyszerű áramkörrel építhetünk előerősítő fokozatot neki. A következő kapcsolási rajz egy ilyen immáron komplettebb megoldást mutat. Eredetileg a GAD057-hez készült EM80-al, de aztán az előerősítővel kiegészülve már vonal szintről is jól mutat. Ha a varázsszemhez bontásból jutottuk hozzá érdemes a tápegységből a transzformátort is kiemelni, segítségével a tápellátás kényelmesen megoldható. A következő megoldásban EM71-et használtam, mert ez volt kéznél, és mert az EM4-ből szűkölködöm. Ez a cső hasonló az EM4-hez csak éppen az ernyő 270o-os képet ad. Ebben a megvalósításban a kivezérlés mérő a tápot egy régi rádió trafójából oldja meg, és az anódfeszültségből állítja elő az előerősítő tápfeszültségét is, ami az olcsóság figyelembevételével tranzisztorosra sikerült, amiért mindenkitől elnézést kérek.


a varászsemes kivezérlés mérő kapcsolási rajza, félvezetős előerősítővel, hogy a vonalszintről is megfelelőkeppen működhessen
Varázsszemes kivezérlés mérők EM71, EM80 valamint egy kakukktojás a BG189 VFD
A képen látható vfd-ről itt tájékozódhat.
kivezérlésmérőA kapcsolás természetesen megépíthető bármelyik csővel. Ehhez nyújt segítséget az oldalsó két ábra. Ha a számozás nem lenne egyértelmű a fűtés alapján kikövetkeztethető kell legyen. Az EM80-as anódján a 100K-s ellenállás pusztán a fényerő korlátozására szolgál el is hagyható. Azért alkalmaztam, mert a nagy anód feszültség hatására a fény ereje nő, de az ernyő kép széle kissé zajos lesz, amit ezzel el lehet kerülni.
Bár kép nincs róle de EM87-el is megépíthető az EM84 rajz alapján, pusztán a 470K-os ellenállást cseréljük ki egy 100K-os ra.
 

varázsszemes erősítőErősítő varázsszemből.
A hangolásjelző csövek ugyanúgy felhasználhatók erősítőnek is, mint minden trióda. Az alábbi rajzot én még nem építettem meg ( .. de folyamatban van ) az ötletet Steve Bench adta. Ő 1629-es csővel építette. Az erősítő rajza önmagáért beszél egyszerűségével. Érdekesség a megoldásban a negatív előfeszültség beállítása elemmel. Alkatrészei: r1;1m, r2;10k, r3;33k, r4;51k, c1;0.1uF, c2;0.1uF, c3;0.47uF

Varázszsemes HDD indikátor
És végül a modernkor kihívásainak fényében elkészítettem egy számítógépben alkalmazható megoldást is. Az ötletet egy Mikrobi filmből merítettem, ahol is magának Mikrobinak a szemeiként használnak varázsszemeket (hármat is). Az én esetemben a merevlemez hozzáférését van hivatva egy LED-nél szebben jelezni, de felhasználhatjuk más LED kiváltására is, mint például a hálózati aktivitás jelzésére. A kapcsolás tartalmaz egy kapcsoló üzemű tápegységet is, ami a cső számára állít elő 220V nagyságú feszültséget a jól ismert 555 IC-vel. A tápegység eredetileg a nixie csöves óra tápjaként látta meg a napvilágot, de itt is jól bevált. Hogy a számítógép alaplapján nagy kárt ne okozhassunk és a terhelés is megmaradjon bemenetként egy optocsatolót használok így a számítógép továbbra is LED-nek „látja” és a leválasztást is biztosítja megvédve ezzel a számítógépet a nagyfeszültség kártékony hatásától. Az C1 jelű kondenzátor értékének megváltoztatásával a fénycsík lustaságát szabályozhatjuk. Ha a készüléket hálózati aktivitás jelzésére akarjuk használni előfordulhat, hogy szükségessé válik egy tranzisztoros invertáló fokozat, mert a hálózati kártyák LED-jei gyakorta fordítva működnek. Azaz a folyamatos világítás csak a kábel behelyezésének voltát jelzi (Link), a valódi aktivitást ennek a LED-nek villogása jelzi. Ha tehát nem kívánjuk, hogy varázsszemünk megvakuljon az örökös akciótól érdemes a bemenetet invertálni egy egyszerű tranzisztoros invertálóval.
alkatészei:

r1:10k,
r2:100r,
r3:1m,
r4:1m,
r5:220k,
r7:470r,
r8:1k,
r9:33k,
r10:1k,
r11:10k,
c1:4u7/6v3,
c2:47u/35v,
c3:2u2/350v,
c4:47p,
c5:47u/25v,


c6:2n2,
d1:1n4001,
d2:1n4001,
d3: byv95c,
l1:100u/1a,
p1:1k,
t1:irf730,
t2:mpsa42
Varázsszemes merevlemez LED (HDD indikátor EM4-el)
varázsszemes merevlemez-led

Remélem sikerült kedvet csinálni a varázsszem használatához.

Felhasznált irodalom:
[1] Tábori Róbert:A zseblámpától a rádióig – Művelt nép könyvkiadó 1952
[2] J. Wojciechowski:Elektronikai játékok építése - ISBN 9631032167
[3] Holló Jenő, Magó Kálmán, Valkó Iván Péter:Tungsram Rádió Tanácsadó - Egyesült izzólámpa és villamossági R.T. Kiadása 1944
[4] Hrabál László:A százarcú varázsszem (Magyar Honvédelmi Sportszövettség - Rádióamatőr Füzetei 45. szám 1962)