Reparatur und Instandsetzung eines AC-Kalibrators


Ein AC Kalibrator ist ein Gerät, daß Wechselspannungen mit sehr genauer Amplitude ausgeben kann. Die Wechselspannungen werden verwendet um beispielsweise Multimeter zu kalibrieren. Kalibratoren sollten im Idealfall eine um Größenordnungen höhere Genauigkeiten als die Messgeräte selbst besitzen, die daran verglichen oder nachgestellt werden. Man kann es aber auch als sehr genau einstellbares AC-Netzteil betrachten, allerdings sind die Ausgangsströme und Stabilität unter Last vergleichsweise sehr begrenzt, d.h. im Einsatz als belastbare Wechselspannungsquelle nur in Verbindung mit nachgeschaltetem Verstärker sinnvoll.

5200A
Fluke 5200A Programmable AC Calibrator

Der Kalibrator hat sechs einstellbare Effektivwert-Amplitudenbereiche 1mV, 10mV, 100mV, 1V, 10V und 100V. Die Spannung kann innerhalb des Bereiches jeweils verstellt werden von 0.1mVrms-1.199999mVrms usw. bis 10Vrms-119.9999Vrms im höchsten Bereich. An Auflösung mangelt es nicht. Optional in Verbindung mit einem externen Zusatzverstärker ist auch noch der 1000 Vrms Bereich nutzbar.

Die Frequenz läßt sich in den Bereichen 10Hz, 100Hz, 1kHz, 10kHz, 100kHz und 1MHz einstellen. Auch hier ist wieder eine Verstellbarkeit innerhalb der Dekade von 10Hz-119.99Hz usw. gegeben.

Auf der Rückseite befindet sich eine Buches mit einem 90° phasenverschobenen Quadraturausgang und einem TTL Frequenzsignal. Das Gerät auch kann über einen PLL Eingang auf der Rückseite auf eine Frequenz hin genau geregelt werden. Optional besteht die Möglichkeit der Fernsteuerung der Amplituden- und Frequenzeinstellung über GPIB.

Mit der Voltage Error Funktion läßt sich die Ausgangsspannung nochmals feinregeln, damit kann dann beispielsweise von einem angeschlossenen, zu kalibrierenden AC-Messgerät, die prozentuale Abweichung vom Ausgabewert des AC-Kalibrators direkt in Prozent abgelesen werden. Dies ist die einzige Funktion, die nicht über GPIB einstellbar ist. Nach dem Einschalten steht das Gerät zuerst für ca. 30 Sekunden im Standy Mode. Der Kalibratorausgang ist gegen Überlastung gesichert. Die 119 Vrms werden in allen Frequenzbereichen erreicht, außer im 1 MHz Bereich, hier nur etwa 10 Vrms @ 1 MHz, mehr läßt die Overload Einrichtung nicht zu.

Das Gerät kam wissentlich defekt an, es wurde so gekauft. Hergestellt wurde es Ende der siebziger Jahre. Die Reparatur eines solch großen Gerätes kann viel Aufwand bedeuten, es wiegt über 24kg und ist voller Leiterplatten und Mechanik. Ohne Instruction Manual mit allen Schaltplänen ist man bei solchen Geräten nahezu chancenlos bockige Fehler zu reparieren; das Handbuch muss man sich organisieren; es sind mittlerweile schon eingescannte Varianten im Umlauf. Auch besteht natürlich eine gewisse Mulmigkeit solch ein Gerät zu reparieren, es ist auch eine Form der Angst, dass es sich um einen großen Kalibrator handelt, der einem mit Fehlern bei der Reparatur in Bezug auf die spätere Genauigkeit bitter bestraft. Der vorab geschätzte Zeitaufwand für eine Instandsetzung wurde im Geiste schon mal als "sehr hoch" eingestuft.

Das defekte Gerät zeigte folgende Fehler: die Ausgangsspannung steht nicht stabil, am Oszilloskop schwankt die Amplitude sprungartig um etwa 15%. Die Ausgangsspannung lässt sich nur im 100 Volt Bereich einstellen.

Das Gerät wird bei allen Messungen an einem sicheren Trenntrafo betrieben.

Stromversorgung 1:


offenes Gerät
Gerät im geöffneten Zustand, an der untersten Leiterplatte wurden bereits Abdeckungen und eine Gehäusestrebe entfernt.


Brummspannung
Ablenkungsfaktor: 5V/DIV und 2ms/DIV. Das Oszillogramm zeigt eine der vielen Betriebsspannungen. Eine geregelte 15 Volt Spannung zeigte einen bereits größeren Ripple am Oszilloskop. Der Fehler ist auf einen Blick sofort zu erkennen, dass muss ein Elektrolytkondensator sein, dessen Kapazität bereits stark nachgelassen hat. Grundsätzlich ist bei Gerätereparaturen zuerst eine Überprüfung aller Betriebsspannungen immer sinnvoll, in vielen Fällen sind Versorgungsspannungen eine häufige Fehlerquelle, es sind dann oft defekte Transistoren, niederohmige Tantalkondensatoren oder wie hier ein trocken gewordener Elektrolytkondensator. Weitere Klassiker der Fehlermöglichkeiten sind schlechte Kontakte und Lötstellen, letztere sind recht fiese Fehler in der Findung, da deren Fehlerbild keine Konstante ist und das Erscheinen oft in Abhängigkeit steht von den verschiedensten nicht konstanten Betriebsbedingungen.

Typischerweise verwende ich für Reparaturen und auch für sehr viele moderne Entwicklungsaufgaben gern ältere Modelle, z.B. das 565 Oszilloskop und dies obwohl weitaus modernere und deutlich leistungsfähigere Geräte zur Verfügung stehen, dabei sogar nur einen Meter weit weg entfernt. Einem in der Elektronik weniger bewanderten oder einem jungen Menschen mag dies merkwürdig vorkommen, man hat jedoch Gründe:

  1. das Gerät ist schön
  2. der große niedertourige Lüfter hat obwohl er gar nicht so leise ist, einen angenehmen tiefen fast schon beruhigenden Klang
  3. die Schalter bestens und auch deren klare ergonomische Anordnung ermöglicht ein schnelles, fast ein blindes Arbeiten, eine Fehlbedienung ist fast unmöglich
  4. wenn man mal heftiger an den Schaltern dreht, verschiebt sich da nichts, wackeln tut auch nichts, das Gewicht macht's.
  5. der Strahl in der CRT-Röhre ist dünn, messerscharf und angenehm blau.
  6. der Blick auf die runde Röhre ist mal was anderes
  7. beliebig viele Geräte sind oben auf's Gerät stellbar, stabil - breit und lang.
  8. Immer genau. Bei manchen Analogoszis ist man ständig damit beschäftigt den Strahl immer wieder auf die Null Linie neu einzustellen, da der Offset gern davon läuft. Wenn es komplett warmgelaufen ist, driftet hier nichts aber auch gar nichts.
  9. das Gerät braucht natürlich eine kleine Warmlaufphase (erst eine kleine damit überhaupt was geht, dann eine längere um stabil zu bleiben).
  10. die Spannungen am zu reparierenden Gerät betragen Bereiche von wenigen Millivolt hinauf bis auf 300 Volt bei mehreren verschiedenen Massen, die zueinander floaten. Dieser Eingang des Röhrenverstärkers hat damit keine Problem, selbst im kleinsten Bereich wäre ich mutig genug 300 V drauf zu donnern. Es ist robust gegenüber von außen angelegten Spannungen.
  11. Selbst wenn es doch mal gelingen würde den Eingang zu schrotten - kein Weltuntergang. Es geht vielleicht die Eingangsröhre kaputt und die ist problemlos gebraucht oder NOS (new old stock) erhältlich und dazu noch schnell gewechselt ohne Löterei oder Schraubenfummelei.
  12. der seitliche Blick auf die geheizten Röhren wirkt beruhigend und angenehm
  13. falls man mit einer fehlerhaften Messung es doch schrotten würde, wäre der finanzielle Verlust begrenzt verglichen zu einer sehr teueren Anschaffung. Gerade beim Messen an Unbekanntem gibt es Sicherheit und ein gutes Gefühl es passiert nichts
  14. Den Röhren schadet es bestimmt nicht, wenn sie gelgentlich arbeiten, als immer nur zu schweigen. Für die großen mechanischen Schalter ist die Nutzung manchmal die beste Form der Pflege, während ein jahrelanges Stillstehen Oxidschichten wachsen lässt.
  15. Da momentan Januar ist, kann die Raumheizung etwas keiner gestellt werden, das Oszilloskop hilft da schon etwas mit.
  16. Man kann sich zwischendurch am Seitengitter die Finger wärmen

In Summe ein Gerät, das neben den genannten technischen Vorteilen vor allem eines bietet: eine ergonomische, rasche Bedienung und die positive psychologische Wirkung auf den Arbeitenden. Positiv ist genau dass hier: wer ruhig und gelassen und ohne "Neben-Nerv-Baustellen wie mickrige, wacklige Knöpfe oder eine affige 1-Knopf-5-Ebenen-Menü-Führung" arbeiten kann, liefert bessere Ergebnisse. Manche Marketingabteilung kann so etwas nicht nachvollziehen, dazu fehlt ihnen die Erfahrung im Umgang, außerdem glauben die es mir sowieso nicht, hoffnungslos verloren das denen auch nur ansatzweise beibringen zu wollen, ist mir ehrlich gesagt auch egal. Meine bisher besten Entwicklungen jedenfalls geschahen oft auf alten Eimern, warum denn? Alles ohne nervendes Umfeld an Personen und Technik. So jetzt wisst ihr warum alte Geräte noch immer ihren Reiz haben können; Geräte, die noch vor wenigen Jahrzehnten der Stolz ihrer Besitzer waren, das sollte man nicht einfach so vergessen und mit Respekt würdigen.  In dreißig Jahren schreibt vielleicht einer dasselbe über das was jetzt an modernen Geräten auf dem Tisch steht.

Trotz alledem muss der Satz folgen, "jeder Applikation das entsprechende Equipment"; such mal einen Fehler in einem seriellen Busprotokoll eines ADC oder DAC mit diesem alten analogen Oszilloskop, so gut wie keine Chance damit. Das war nur ein Beipiel von vielen, an denen nur modernes Equipment voll seine großen Muskeln und Fähigkeiten ausspielen kann.


Stromversorgung 1:


Power Supply Subassembly
Eine der drei Leiterplatten der Spannungsversorgung. Die fehlerhafte -15V Versorgung findet ihren Ursprung auf dieser Leiterplatte. Die Leiterplatte sieht immer noch aus fast wie neu, da wurde vor dem Fotographieren nichts daran gereinigt.

Es macht sich auf Dauer bezahlt eine fast geschlossene Gerätekonstruktion sowie die Lüfter für die angesaugte Luft mit einem Staubfilter zu versehen, die Geräte sehen im Innern meist noch nach Jahrzehnten aus wie geleckt. Mir ist es hingegen manchmal ein Rätsel wie es manche Besitzer von Geräten schaffen, gelegentlich ganze Staub- und Dreckberge in ihren Geräten anzusammeln. 

Die Arbeiten wurden unter Einhaltung von ESD Richtlinien duchgeführt, einfach so mal aus Spaß an der Freude ein paar Maßnahmen zu ESD.


 Klebestelle
Auf der Leiterplatte wurden Kondensatoren getauscht. Wie bereits vermutet war einer der Elkos defekt, der mit dem weißen Kreuz gekennzeichnete Kondensator hatte anstatt der Nennkapazität von 150µF nur noch lediglich 2µF.

Der große 8000µF Elko war bezogen auf Kapazität und Verlustfaktor noch vorzüglich, man hätte ihn bedenkenlos wieder einbauen können. Da jedoch eine Vielzahl neuer Kondensatoren vorhanden ist, wurde auch er ersetzt, einen neuen als Ersatz extra eingekauft hätte ich hier jedoch nicht.  

Zusätzlich wurden noch zwei Spulen eingesetzt, die hier aus Gründen der Erhöhung der Strombelastbarkeit parallelgeschaltet wurden. Am Ende des braunen Kondensators und auch an den Lötstelle des Spulenende wurden diese mit der Leiterplatte verklebt. Die Verklebung schützt die Lötstelle vor Vibrationen und Bewegung an diesem unweigerlichen Schwingungsbauch. Die Drahtisolierung ist wärmebeständiges Material.


 Folienkondensator  
Das linke Bild zeigt die Leiterplatte mit den getauschten Kondensatoren, zusätzlich wurde noch ein extra Kondensator angehängt, es verbessert ein klein wenig das Filterverhalten bei höheren Frequenzen, die bei einer Gleichrichtung entstehen. Unten rechts befinden sich jetzt Keramikkondensatoren, die endlich mal verbaut werden mussten. Das mittlere Bild zeigt die Rückseite, hier wurden auch wieder alte Bestände verbaut. Durch den Umbau musste links ein Stück der Leiterbahn aufgetrennt werden. Das rechte Bild zeigt die rückseitige Abschirmung und mechanische Stabilisierung, an die die Leiterplatte geschraubt wird.

Stromversorgung 2:


zweite Leiterplatte Power Supply
Bild zeigt die zweite Leiterplatte der Stromversorgung. Diese Leiterplatte wird im Betrieb ein wenig wärmer als die oben vorgestellte. Als Auswirkungen hatte ich das Gefühl, dass bereits einige der Lötstellen schon ein klein wenig mitgenommen aussahen. Der Vorsorge halber wurden alle einzeln nachgelötet. Das Nachlöten solch älterer Lötstellen sollte im Idealfall nur in Verbindung mit einem zusätzlichen Flussmittel erfolgen. Das absichtlich relativ milde Flußmittel moderner nicht spezieller Lötdrahte (in anderen Worten: handelsüblich) ist zu schwach, um mit den über die Jahre hinweg stärker oxidierten Lötstellen und den oxidierten Anschlussdrähten gut fertig zu werden. Ein flüssiges Flußmittel mit einem kleinen Pinsel reichlich aufgetragen ist eine ideale Methode das neue Lot auf den alten Stellen wieder gut fließen zu lassen. Wer es noch besser machen will und sonst nichts zu tun hat saugt das alte Lot zuerst ab; so könnte man ewige Zeiten mit der Instandsetzung verbringen.

Generell ist beim Löten die Verwendung einer Lötdampfabsauganlage sehr zu empfehlen, man sollte seine Lunge schonen und vor Flussmitteldämpfen schützen. Auch wenn diese nach der Ansicht vieler Anwender relativ harmlos sein sollen, muss man diese Dämpfe nicht unbedingt seinen Atmungsorganen antun, Abhilfe ist leicht. Den Hobbiesten, die sich fertige Absauganlagen nicht leisten wollen, sei wenigstens die Empfehlung gegeben sich solch eine Anlage selbst zu konstruieren. Selbst mit einem Staubsauger an einem langen Rohr als Basis lässt sich bereits etwas geeignetes konstruieren, aber einen verwenden, der hinten nicht wieder alles rausdrückt oder zwei Pfund Staub rausdrückt. Ein wenig Ideenreichtum muss man schon mitbringen. Viele finden diese Aussagen vielleicht überzogen, ist mir ehrlich gesagt auch egal was diejenigen darüber denken. Atmungsorgane jedenfalls sollten ein Leben lang halten und Sünden am Körper werden aufaddiert, die Abrechnung kommt im Alter. Eure Konstruktionen würde ich auch hier veröffentlichen, mein Staubsauger jedenfalls ist zu langweilig.

Für Reparaturen von Leiterplatten halte ich die grundsätzliche Nutzung von Mikroskopen für sehr sinnvoll, dem bloßen Auge entgehen einfach viel zu viele wichtige Dinge. Unter dem Mikroskop erkannte man an alten belasteten Lötstellen beispielsweise bereits die ersten Anzeichen einer Trennung zwischen Bauteiledraht und Lötkegel. Auf diese Art können schwer zu findende Fehler entstehen. Insbesondere Lötstellen, die thermisch belastet sind oder auch Vibration unterliegen, sind solchen Gefahren verstärkt ausgesetzt. Das jahrelange Erwärmen und Erkalten der Lötstellen bewirkt eine mikromechanische Belastung der Lötstellen, bedingt durch unterschiedliche Ausdehnungskoeffizienten der verwendeten Materialien. Vibration ist auch ein schlimmer Feind für Lötstellen.


Abschwächer:


ein weiterer Fehler lag im Abschwächer. Der Abschwächer sorgt dafür, daß für jeden Amplituden Bereich immer ein gleich großer Signalspannungsbereich der Amplitudenregelung zugeführt wird. Der Abschwächer ist eine Kombination aus ohmschen Spannungsteilern aber auch Transformatoren. Insgesamt drei Transformatoren, die über Relais umgeschaltet werden, sorgen je nach angewähltem Frequenzbereich für die gewünschte Abschwächung.

Abschwächer

Zu sehen sind die Transformatoren, oben links, der große und rechts daneben. Auf der Leiterplatte befindet sich eine Vielzahl von Relais (weiß) und die zugehörige Ansteuerlogik.

Fehler 1 auf der Abschwächer Leiterplatte:


Genau diese Logik diese hatte einen Fehler. Ein einzelnes Nandgatter hatte an einem seiner beiden Eingänge einen Kurzschluss von 56 Ohm. Der davor geschaltete TTL Baustein kann dies natürlich nicht mehr treiben, bei logischen High Signal schaffte er es gerade die Spannung um etwa 100mV anzuheben. An diesem leichten Anheben konnte man sofort am Oszilloskop erkennen, "da will was nach oben" schafft es aber nicht. Der Ausgang ist niederohmig überlastet, Fehler war schnell gefunden, ein defekter 7438 TTL Baustein. Der 7438 ist ein quad dual input NAND mit open collector output, in dieser Schaltung wurde der Baustein genutzt um eine Relaisspule gegen Masse zu ziehen. Aus Sicherheitsgründen wurde noch zusätzlich die Freilaufdiode des Relais mit ausgetauscht, sie hätte ein möglicher Ausfallgrund für das NAND gewesen sein, war aber ganz.

Der 7438 ist ein nicht so häufig verbauter TTL Basutein, daher ist die Ersatzteil Beschaffung auch nicht an jeder Ecke innerhalb von zwei Stunden möglich. Als Alternative um sich Versandkosten zu sparen wurde ein 7408 ein quad dual input UND Gatter verbaut. Da dieses die umgekehrte Logik besitzt musste auch die Logik am Ausgang invertiert werden, diese Aufgabe übernahm ein NPN Transistor.
74ls08
Das UND Gatter wurde oben auf gesetzt, so geht der Umbau am schnellsten. Der Transistor am gegenüberliegenden IC mit einem Tropfen Klebstoff fixiert. Beim alten NAND Gatter waren die drei anderen Gatter noch intakt und konnten in der Schaltung verbleiben, bei dem viermal gleichen räumlich getrennten inneren Chip Aufbau ist es unwahrscheinlich, dass der defekte die noch drei intakten Gatter infizieren wird.

Der Vorbesitzer hatte auch versucht das Gerät zu reparieren, es ist ihm zu meinem Glück allerdings nicht gelungen, sonst wäre der Kalibrator nie bei mir gelandet. Den Fehler in der Logik hatte er einfach nicht gefunden, ist zugegebener Maßen auch eine schwere Nuss gewesen. Aus dem Plan die Logik heraus zu verstehen erfordert langes Nachdenken "wo" man gezielt suchen musste. Das nächste erschwerende ging ihm wahrscheinlich so wie mir auch: "kein Leiterplattenextender vorhanden". Der Extender ist ein Stecker mit Kabel dran, der an Stelle der Leiterplatte im Motherboard eingesteckt wird, um bequem an die Messpunkte an der Karte zu gelangen . Ohne Extender muss man zuvor jedesmal eine kleine Öse oder einen Draht an der Karte anlöten um überhaupt mit dem Oszilloskop daran messen zu können. Wenn man da 20 oder 30 Punkte durchprüfen muss - viel Spaß - es kostet enorm Zeit.

Fehler 2 auf der Abschwächer Leiterplatte:


wie schon erwähnt hatte der liebe Vorgänger den Logikfehler nicht gefunden und machte sich daran härtere Maßnahmen zu ergreifen. Er hatte sicherlich festgestellt, daß der Kalibrator fehlerhaft nur im 100V Bereich arbeitete. Dieser Abschwächer arbeitet zum einem mit ohmschen Widerständen als Teiler, aber auch mit auskalibrierten Transformatoren, davon sind gleich drei Stück verbaut, jeweils für unterschiedliche Frequenzbereiche. Er vermutete den Fehler in einem Transformator - ein Trugschluß - was soll denn an so einem Messtransformator kaputt gehen?, die sind normalerweise gebaut für die Ewigkeit und nicht zum Öffnen konstruiert.

Also gut er wollte halt man reinschauen, genau das war leider der Fehler. Er wollte den Deckel vom Transformator lösen, die Schrauben geöffnet und am Deckel gezogen. Bei der Herstellung wurde der Transformator wahrscheinlich so zusammengebaut: die vielen losen sehr kurzen Drahtenden um einen Lötstützpunkt gewickelt und verlötet. Der Deckel wurde nun aufgesetzt und durch die Löcher durch eine weiße Masse gefüllt, die gummiartig aushärtet. Von außen war das nur auf den zweiten Blick erkennbar, an den Füll- und Belüftungslöchern. Beim Abziehen des Deckels rissen natürlich sofort die dünneren Wicklungsdrähte an den Lötösen ab. Ein paar hatte er schon abgerissen bis er das gemerkt hatte, dann war's zu spät - futsch. Ein Anlöten dieser Drähte war fast unmöglich diese wieder dran zu bekommen. Er hatte den Trafo wieder eingebaut und versucht durch erhöhtes Anzugsdrehmoment der Befestigungsschrauben wieder einen Kontakt zum abgebrochenen Draht herzustellen, das ist nicht gelungen. Es ist ihm aber gelungen durch das starke Anziehen eines der Schraubengewinde zu versauen. Ich denke mal danach hatte er die Lust verloren und gefrustet aufgegeben. Ein klassisches Beispiel für eine Bastelaktion, bei der letztendlich noch mehr kaputt gemacht worden ist.

Transformator mit offener Abdeckung  defekter Messtransformator  Transformator Reparatur  Transformator mit angelöteten Drähten  Transformator unter dem Mikroskop  

Das linke Bild zeigt schon das unschöne an dieser Reparatur Aktion, der Transformator ist komplett vergossen.

Stückweise werden nun die Reste der Anschlußdrähte freigelegt. Die Drähte wurden an den Enden gut vom Lackdraht gesäubert, ein Tropfen Flußmittel mit dem Pinsel drauf und mit bestem Lötzinn vorverzinnt.

Die Drahtenden sind zum erneuten Anlöten an den Ösen viel zu kurz, jetzt was tun? Abbrechen der Ösen und aufbohren mit einem 1mm Bohrer. Kurze Drahtenden in die Masse genau an der richtigen Stelle in der Masse ganz leicht einstecken, so dass sie genau durch die Bohrungen passen.

Die freigelegte sehr kurzen Enden wurden mit einer Zange um den Draht gelegt und  zwar so dass sie schon fast von alleine ohne Lötzinn halten. Das ist wichtig, denn falls beim Zulöten diese Lötstelle erneut aufgehen sollte, so dürfen diese Drähte nicht durch die mechnische Spannung im Draht von der Lötstelle wegfedern. Das war eine ziemliche Fummelei mit kleinen Zangen und Schraubenziehern unter dem Mikroskop. Teilweise mussten bis zu vier Drähte an der Drahtsäule angelötet werden.

Man muss sich natürlich sicher sein, dass man die richtigen Drähte an der richtigen Säule anlötet, Konzentration ist angesagt. Zu letzt nochmal mittels Schaltplan die anzulötende Anzahl verifiziert und noch die Drahtstämme auf Hochohmigkeit gegenüber dem Gehäuse kontrolliert. Ein kalibriertes Bauteil zu reparieren liefert einem eine gewisse Mulmigkeit, aber es muss sein, ist auch nicht so schlimm, da die angelöteten Drähte aus elektrischer Sicht nur sehr unwesentlich die Eigenschaften des Transformators beeinflussen. Das wäre was anderes gewesen, wenn die Transformatoren hätten müssen neu gewickelt werden müssen, oder gar erst ein Ersatzkern nötig gewesen wäre.

Den gereinigten Deckel aufgesetzt. Hierzu ist es günstig die Drahtstämme auf unterschiedliche Länge zu schneiden, so daß ein Draht nach dem anderen durch die 1mm Bohrung gefädelt werden kann. Nun können die Enden verlötet werden, auch hier wurde wieder mit Flux gearbeitet, so dass das Lot sofort mit in die Bohrung fließt. An diesem Draht sollte man nicht so lange löten, nicht solange jedenfalls, dass am inneren Ende die angelöteten Wicklungsenden abfallen. Man hätte jetzt noch zuvor den Trafo wieder an den Lötstellen ausgießen können. Hatte überlegt ob es zu tun wäre, aus mechanischer Sicht ja, aber es wäre ein Risiko gewesen, falls doch beim Zusammenlöten ein Fehler gemacht worden wäre, hätte mam sich unötig selbst bestraft und müsste erneut alles abkratzen. Aber es ist kein Problem, die obere Lötstelle entlang der Bohrung fixiert das Drahtende hervoragend.

reparierter Transformator

Bild zeigt den eingebauten reparierten Transformator. Vor dem Festlöten des Deckels an die Drahtstämme wurde der Deckel noch mit selbstverklebenden Klebeband festgezurrt. Dieses Klebeband geht normalerweise nicht mehr auf und ist nur durch Zerschneiden zu trennen. Der Transformator konnten nun wieder mit der Leiterplatte verschraubt werden, die Schrauben führen Signale. Zu erkennen ist noch der weiße Bypassdraht für das vom Vorgänger vermurkste Gewinde, das elektrisch zu unsicher gewesen wäre. Zum Abschluß wurde noch die dicke Metallplatte auf der Leiterplatten Rückseite angeschraubt, die ganz vorbildlich die Leiterplatte gegen Verbiegung stabilisiert und zusätzlich noch schrimt. Diese Trafos sind nicht ganz leicht, man muss ohne diese Platten schon ein wenig aufpassen das die Leiterplatte in der Handhabung nicht sonderlich weit biegt, den Leiterbahnen tut das nicht gut.

In Summe hat diese Aktion der Traforeparatur etwa fünf Stunden in Anspruch genommen. Der Moment des Einschalten ist danach natürlich besonders spannend. Alles funktioniert wieder, alle Bereich und Frequenzen lassen sich wieder einstellen. Die Funktion des Kalbrators war wieder hergestellt.


Weitere Karten:


Leiterplatte aus dem Kalibrator  Power Amplifier  Verstärkerteil    Kühlkörper  zeigt das Herstellungsdatum dieser Karte
Die Bilder zeigen Karten aus dem Steuerungsteil, den Oszillator und dem Spannungsverstärker, der bis zu 120 Vrms ermöglicht.


Netzteil
In einem Teil der Spannungsversorgung wurden noch Elkos gewechselt, obwohl die meisten noch sehr gut gewesen sind, jedoch lagen genug neue zu Hause, so dass der Neueinbau lediglich ein Zeitaufwand ist, die beiden großen blauen jedenfalls hatten auch nach heutigem Standpunkt noch ausgezeichnet gute elektrische Eigenschaften, es wäre eine Sünde sie zu ersetzen. Im Gerät wurde noch einiges anderes getauscht worauf ich nicht näher eingehen möchte, da sich daran die Geister der Leser scheiden würden (mehr dazu weiter unten).


Fazit:

Insgesamt wurden über einen Zeitraum von mehreren Wochen viele Stunden in das Gerät investiert. Liegt unter anderem auch daran, dass das Lesen und vor allem das Verstehen des Instruction Manuals viel Zeit in Anspruch nimmt, wollte das Gerät auch wirklich funktional verstehen. Beispielsweise die Art und Weise wie die einstellbare Referenzspannung konstruiert wurde ist ein wirklich sehenswertes Logikgrab aus den siebziger Jahren, als es die heutigen Mikrocontroller hierfür noch nicht gab. Man kann sich mit solchen Schaltungen sehr viel neues Wissen aneignen. Auch sehr schön schalten sich die verbauten Schalter, exakte Druckpunkte, die Schalter schalten lediglich Logikbausteine, die eigentliche Verstellung der Amplitude und Frequenz geschieht über kleine Relais, übliche Schalterprobleme gibt es hier konstruktiv erst gar nicht. Der Lüfter ist nicht laut.

Selbst nachdem das Gerät bereits wieder lief wurde einiges an Versuchen unternommen und hierbei die Einflußfaktoren sehr vieler verschiedener Bauteile untersucht. Hierbei wurden einige Effekte festgestellt, es passierte auch selbstverständlich die ein oder andere selbstverschuldete Panne, nach der ich das Gerät am liebsten auf den Mond geschossen hätte. Nachdem verstanden wurde was meinerseits falsch gemacht wurde, lief das Gerät wieder. Spuren dieser unfreiwilligen höheren Beschleunigungswerte sind in der Nähe des Zeigerinstrumentes noch zu erkennen. So ist das Leben; da bereits zuvor viel Zeit und Material investiert wurde, war ein Aufgeben einfach nicht drin, solange weitermachen bis er wieder exzellent läuft.

Das Schöne an dem Gerät ist, es enthält keinen einzigen Spezialbaustein, ASIC oder sonstiges Bauteil was nicht leicht ersetzbar wäre (vom Abschwächer Trafo, den Drahtwiderständen und dem Referenzelement mal abgesehen). Wurde komplett zu 100% nur aus R, L, C, Transistoren, Operationsverstärker und 74er Logikbausteinen entwickelt. Das Reparieren solch eines Analog-Monsters ist nicht gerade ein Kinderspiel, man sollte schon sehr genau überlegen welchen Handgriff man gerade tut. Mechanisch ist alles sehr leicht zerlegbar und vor allem genauso leicht wieder zusammenbaubar, da gibt es keinerlei Probleme. Eines hätte ich im Nachhinein tun sollten, mir zuerst einen Leiterplatten Extender bauen sollten. Z.B. ein Stück Leiterplatte was in die Stecker passt. Die einzelnen Leiterplatten im herausgenommen Zustand "am Verlängerungskabel"; es wäre um einiges leichter gewesen mit dem Oszilloskop daran zu messen, der Zeitaufwand sich einen Extender zu bauen wäre geringer als die Summe der Zeit aus dem ständigen Drähtchen anlöten an Messpunkten. Das Glück einem fertigen Extender zu bekommen wird man kaum haben.


getauschte Bauteile

Hier mal ein kleiner Überblick darüber was alles in diesem Gerät getauscht worden ist. Wirklich defekt waren nur der demolierte Trafo, der blaue Elko mit dem weißen Kreuz drauf und das TTL Gatter, das jetzt im Abfall liegt. Alles andere was man auf dem Foto sieht wurde getauscht aus Gründen der Vorsicht, die Elko gegen neue Generationen, die sollten die nöchsten Jahrzehnte stillschweigend erstklassig ihre Arbeit tun. Die kleinen roten werden mich auch niemals mehr ärgern. Der grüne MKT und der gelbe Folienkondensator gehörten nicht zum Gerät, die fielen nur zufällig in die Kiste mit rein.

Getauscht wurden auch fast alle Operationsverstärker, dazu muss man ganz klar sagen der Hersteller hatte zum Zeitpunkt der Entwicklung ohne Zweifel bereits das Fortschrittlichste eingebaut was er zum damaligen Zeitpunkt verbauen konnte, dazu teilweise noch Edelversionen, die er an manchen Stellen wahrscheinlich sogar noch zusätzlich selbst selektiert hatte. Nur mittlerweile hat sich unsere Welt viele male weitergedreht, diesen Zeitfaktor und dem Gewinn an Performance durch moderne Bauteilen wollte ich selbstverständlich nutzen und habe versucht für die jeweilige schaltungstechnische Funktion einen optimalen Ersatztypen zu finden.

Bei solch einer Aktion ist es selbstverständlich und zwingend nötig den Schaltungsteil zuvor zu analysieren, es muss unbedingt zuvor verstanden werden was die Schaltung macht. Ohne diese Kenntnis ist ein Austauschen sinnlos, zum Teil sogar gefährlich, ich bin hierbei ein paar mal "auf die Schnauze" gefallen, obwohl ich bei der Erstauswahl meinte es müsste so gehen, von wegen Banane. Bis nach meinem Verständnis ein geeigneter Typ gefunden wurde verging richtig Zeit, manche Schaltungsteile in diesem Teil haben es wirklich in sich, Respekt. Die verbauten Typen möchte ich nicht nennen, es gehen viele aber nicht alle, das müsst ihr schon selbst rausfinden "wer wo was" verbessern kann. Man kann bei so einer Aktion wenn es dumm läuft mehr kaputt machen als verbessern, genau deswegen sag ich nichts. Die Kalibration ist nach dem Tauschen eines OP sowieso im Eimer, aber nach dieser Reparatur war es sowieso nötig neu zu kalibrieren. Aber wie gesagt selber die Schaltung ansehen und tief nachdenken. Für Gewerbliche sind diese Aktionen nichts, die dafür verbohrte Zeit, da kann man sich nach deren Ermessen sowieso bereits bald einen neuen kaufen. Jedenfalls die investierte Zeit nahm heftige Dimensionen an, der Gewinn dabei ist die Erfahrung und die kann niemand irgendwo kaufen.
Wie schon gesagt er läuft jetzt wieder tadellos und das wird er garantiert noch lange so tun.

Ersteinstellung:


Gerät im 10 Volt Bereich
Das Foto zeigt hier den 10 Volt Bereich. Zur Erstkalibration wurde ein 34401A als Standard missbraucht. Die Kalibration benötigt eine gewisse Zeit, ist aber an sich recht einfach (wenn das nötige Equipment vorhanden ist, ansonsten ist es sinnlos auch nur an einem Potentiomer zu drehen). Die Einstellvorschrift ist ausführlich beschrieben. Baldwird das Gerät auf einen 540B Thermal Transfer hin kalibiriert, das sollte dann genügen.


Erstkalibration:


erstes genaueres Einstellen

hier wurde erstmalig das reparierte Gerät ein wenig genauer justiert. In Verwendung ein 343A und ein 540B, (der Thermal Transfer befindet sich hier noch nicht im umgebauten Zustand). Verwendet wurde beides mal die Sense Anschlüsse, diesmal mit RG58. In die Gehäuse Oberseite des Kalibrators werde ich mir noch zwei Löcher bohren um an die beiden wichtigen Potis zu gelangen im verschraubten Zustand.

1. Nachmessung:



erste Messergebnisse
Die Nachmessung eine Woche später brachte dieses Ergebnis. Im oberen Diagramm aufgetragen Messwert gegen Sollwert des AC-Kalibrators. Durch die Messwerte wurden eine Gerade gelegt. Man sieht gleich das Potentiometer für die Y-Achsenverschiebung sollte noch ein wenig um ca. 500µV angehoben werden. Das Potentiomer für die Steigung der Geraden ist bis jetzt ganz gut getroffen. Leider sind beide Einstellungen immer etwas interaktiv zueinander, eine Einstellung beinflusst die andere, daher kan man sich nur langsam dem Ziel nähern. Die Standardabweichung der Messwerte der Regressionsgeraden ist erfreulich. Mit einer mittleren Linearität von 66 ppm läßt sich gut leben, das spricht klar für den Kalibrator, aber auch dafür dass bei der Reparatur mehr richtig als falsch gemacht worden ist. Hingegen mit der Überprüfung mit Digital Multimetern war die gemessene Linearität erwartungsgemäß um einiges schlechter.



Hier zur Vervollständigung nochmals die Messwerte. Anmerkungen dazu: Raumtemperatur 18°C, aus Zeitgründen wurde jeder Messwert nur einmal mit dem 540B ermittelt, das entspricht noch nicht der empfohlenen Vorgehensweise mehrfach Messwerte zu nehmen, als auch die DC Polarity zu wenden. Für die Ermittlung in welche neue Richtung die Potentiometer zu verdrehen sind reicht das aber zunächst völlig aus. Auch wurde bei dieser 1. Nachmessung im Gegensatz zur Erstkalibration keine Sense Leitungen verwendet, weder am AC noch am DC Kalibrator. Man sollte sich eigentlich angewöhnen ständig den selben Satz an Messleitungen zu verwenden und versuchen die verschiedenen Randbedingungen immer gleich zu halten.


Zweitkalibration:


Vierzehn Tage später, wurde das Gerät nochmals nachgestellt. Hierzu wurden die beiden Potentiometer (y=mx+b)für Nullpunkt und Verstärkung bestmöglich eingestellt. Es ist sinnvoll solche Messungen mehrmals zu wiederholen, aus den zeitliche Abstände lässt sich oft eine Tendenz des Gerätes feststellen, man lernt seine Geräte so besser einzuschätzen.

Hier wurde zuerst eine Stunde warmlaufen gelassen bei einer Raumtemperatur von 16°C. Danach beginnend mit der 1 V Einstellung, der Thermalkonverter danach nochmals ca. 20 Minuten. Es wurden beide DC Polaritäten am 540B im Wechsel ermittelt und der Mittelwert genommen. Der Unterschied zwischen DC Polarity gedrückt und nicht gedrückt beträgt ca. 4 Teilstriche im High Sensitivity Bereich des Galvanometers, egal in welchem Messbereich. Der direkte gemessene Unterschied zwischen gedrück und nicht gedrückt beträgt immer etwa 40-50ppm. Der Taster 0.01% am Galvanometer bewirkt einen Ausschlag von ca. 8 Teilstrichen. Meine Bewertung der Messergebnisse sagt mir, bei nicht gedrücktem DC-Polaritiy Schalter ist der angezeigte Messwert etwa 23ppm zu hoch, bei gedrücktem DC-Polarity Schalter etwa 23ppm zu niedrig. Während der Messung hat sich die Raumtemperatur von ca. 16°C auf 18°C erhöht.

Bei der Abwärtsmessung wurden aus Zeitgründen auch nicht mehr alle Messwerte genommen (nur noch 1, 2, 3, 5 und 10V) - Spannungen den Messbereichen entsprechend, die den Thermal Konverter zu 100% aussteuern. Er hat da die volle Empfindlichkeit und er ist bei jedem dieser Messwerte thermisch immer fast auf der gleichen Temperatur, das heißt die Einschwingzeiten bei einem dieser Messwertewechsel sollte klein sein.



Man kann mit dem Ergebnis sehr zufrieden sein, die Steigung wurde nach langer Beobachtungszeit eingestellt, ebenso der Nullpunkt. Im Nachhinein ist es ungünstig gewesen dem Gerät nur eine Warmlaufzeit von 1h zu gönnen, er hat den internen Temperaturendwert noch nicht erreicht. Ebenso hat die Raumtemperatur sicherlich ihren nicht unerheblichen Einfluss. Die Tendenz des Gerätes ist mir jedoch so langsam bekannt, mit steigender Gerätetemperatur sinkt die Ausgangsspannung, das ist schon mal wichtig zu erkennen. Mit den Temperaturen des kommenden Sommers und weiteren Messungen läßt sich eventuell ein Temperatur Koeffizient in erster Größenordnung angeben. Auch die Aufzeichnung des Einschaltvorgangs wäre mal interessant, direkt nach dem Einschalten jedenfalls sind die Spannungswerte deutlich höher. Es ist klar, für maximale Präzision müßte der Kalibrator andauernd eingeschaltet (Stand By) in einem klimatisierten Raum stehen. Insgesamt bisher schöne Ergebnisse, die Einstellung denke ich ist bis jetzt gut getroffen, bin immer zufriedener mit dem Gerät.


Hier geht es zu dem Reparatur Bericht den Marc freundlicherweise verfasst hat, er ist sehr lesenswert, spannender kann man Technik nicht beschreiben.


www.amplifier.cd

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