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„Spurious Hack“ der Spectrum Analyzer HP8568A und HP8566A

Ein kurzer Kommentar zu Beginn: Der Folgende Bereicht ist nicht von mir (Martin) verfasst, sondern stammt von Heinz und wurde mir dankenswerterweise zur Veröffentlichung übersandt. Daher eine Bitte: Solltet ihr Fragen haben, schreibt sie direkt an Heinz als Mail und nicht als Kommentar unter diesen Beitrag. 🙂

So, nun aber los:

Modifikation zur Unterdrückung unerwünschter Spurious-Signale bei (f0-10.7 MHz)

Beide Analyzer zeigen bei einem zu messenden Signal mit f0, genau 10.7 MHz unterhalb von f0, ein Spurious-Signal, das ziemlich nervt und welches eigentlich am Eingang nicht existiert und dummerweise im Analyzer selbst entsteht. Dieser Beitrag beschreibt eine kleine Schaltungsmodifikation, die diesen unerwünschten Effekt beseitigt.
Der nachfolgende Screen-Plot, Abb. 1, zeigt den unerwünschten Effekt. Hierzu wurde ein Eingangs-CW-Signal mit 100 MHz und 0 dBm eingespeist. Diesen Träger sieht man im Plot in der Mitte. 10.7 MHz unterhalb dieser 100 MHz CENTER-Frequenz sieht man das störende Signal (roter Pfeil). Dieses Signal gibt es nicht am Eingang, leider aber auf der Anzeige.

Abb. 1 Screen-Plot, 100 MHz Signal mit Spurious (roter Pfeil) beim HP8568A.

Es geht also darum, diesen Spurious zu unterdrücken.
Zunächst einmal einige Bemerkungen zu den angesprochenen Spectrum Analyzers. Der HP8568A überstreicht einen spezifizierten Frequenzbereich von 100 Hz – 1.5 GHz (und ein bisschen mehr, ab 1.7 GHz fällt der angezeigte Pegel rasch ab). Es war einer der ersten Controller-gesteuerten Analyzer und hatte für die damalige Zeit ein super-niedriges Phasenrauschen, was man auch an der kleinsten Auflöse-Bandbreite (RES BW) von 10 Hz und einer Anzeigedynamik von 100 dB ablesen kann [1]. Beim LO handelt es sich natürlich um einen Synthesizer (heute gibt es selbstverständlich auch bessere Analyzer, gegen entsprechendes Bargeld).

Abb. 2 Frontansicht des Spectrum Analyzers HP8568A/B (unten RF-Section und oben IF-Section mit Anzeige).

Der große Bruder ist der HP8566A und hat dasselbe Anzeigegerät mit IF-Section, wie der HP8568A. Die IF-Section ist auch austauschbar zwischen HP8568A und HP8566A (falls man einmal so etwas sucht). Der HP8566A überstreicht einen Frequenzbereich von 100 Hz – 22 GHz (24 GHz unspecified). Aussehen und weitere Eigenschaften sind ähnlich. Der LO arbeitet natürlich wieder als Synthesizer (von der HP8671 Generator Serie ausgehend, weiterentwickelt) mit Oberwellenmischung für die höheren GHz-Bänder. Beide Geräte wurden in großen Stückzahlen hergestellt und sind in vielen Industrie-Laboren noch heute zu finden. Sie sind ausgesprochen servicefreundlich (wer ‘mal einen Avantek-Analyzer repariert hat, weiß was ich meine…). Auch gibt es sämtliche Serviceunterlagen, z.B. [2],[3] die keine Fragen offen lassen. Bei ebay werden die Geräte im 1K EUR Bereich gehandelt. Der HP8568A etwas günstiger, der HP8566A in der Regel oberhalb von 1K. Beide Geräte gibt es auch in der weiter entwickelten B-Variante, HP8568B und HP8566B. Diese B-Variante zeigt übrigens den oben beschriebenen spurious „bug“ nicht. HP schien offensichtlich mit diesem Spurious auch nicht zufrieden zu sein (diesmal nicht nach dem Motto: „it’s not a bug, it’s a feature“). Weitere allgemeine, vielleicht hilfreiche, Bemerkungen zu diesen Geräten am Ende des Berichts.
Um heraus zu finden, woher dieser störende Spurious kommt, sehen wir uns ein sehr vereinfachtes Blockschaltbild an und betrachten die Frequenzaufbereitung und Umsetzung mit den 3 Mischern (CONVERTERs). Siehe Abb. 3.
Schwarz dargestellt sind die Frequenzen für den gesamten Frequenzbereich (FULL SPAN). Jede beliebige Eingangsfrequenz wird am Ende auf die 21.4 MHz gemischt, um dann in dieser Frequenzebene den Filtern mit einstellbarer Bandbreite (RES BW) zugeführt zu werden.
Legt man ein Signal mit 100 MHz an (blau), wie auch oben im Plot, Abb. 1 dargestellt, wird dieses in Anzeigemitte, wenn der durchlaufende 1. LO gerade die passende Frequenz hat, nämlich (blau, 2150 MHz) wieder genau auf die 21.4 MHz gemischt.

Abb. 3 Vereinfachtes Blockschaltbild mit Mischern (CONVERTERs) und LOs zur Darstellung der Frequenzumsetzung.

In einem 2. Schritt betrachten wir, wie die Frequenzumsetzung für die Stelle erfolgt, die uns interessiert: Das Spurious-Signal ist 10.7 MHz unterhalb des angezeigten 100 MHz-Signals in Abb. 1 zu sehen. An dieser Stelle hat der 1. LO eine Frequenz, die 10.7 MHz niedriger ist, als 2150 MHz, also genau 2139.3 MHz (rot). Verfolgen wir nun die Signalkette, durch alle Mischer bis zum Ende, sehen wir, dass am Ende, in der 3. IF, eine Frequenz von 10.7 MHz (rot) entsteht. Dieses Signal sollte eigentlich von den folgenden, hochwertigen, IF-Filtern restlos weggefiltert werden und somit nicht weiter stören. Bei der Weiterverstärkung des 10.7 MHz-Signals entsteht aber nun, aufgrund von Nichtlinearitäten 2. Ordnung im nachfolgenden Verstärker, insbesondere bei hoher Aussteuerung, eine störende Oberschwingung, die natürlich mit 2 x 10.7 MHz genau 21.4 MHz beträgt und nun munter von der nachfolgenden Schaltung sauber durch alle Verstärker und Filter läuft und schließlich auch auf der Anzeige (bei 100 MHz – 10.7 MHz) zu sehen ist.
Zur Lösung könnte man den Verstärker intermodulationsfester machen (sehr aufwändig, zumal auch noch eine Verstärkungsregelung integriert ist) oder aber einfach das 10.7 MHz-Signal unterdrücken, so dass auch keine Oberschwingungen mehr entstehen können. Gesagt, getan, zwischen dem 3. Mischer (C) und dem nachfolgenden Verstärker (E), in Abb. 4, wird ein Parallelschwingkreis als Sperrkreis bei *) eingefügt. Ähnlich wird übrigens in den weiter entwickelten B-Varianten (HP8568B und HP8566B) vorgegangen. Dort liegt ein Sperrkreis, als Serienkreis ausgeführt, mit vergleichbarer Wirkung, an ähnlicher Stelle, etwas weiter hinten in der 21.4 MHz-Verstärkerkette, die auch ein wenig modifiziert ist. Die nachfolgende Abbildung 4 zeigt den Originalschaltungsauszug für den HP8568A und die Stelle *) für den zusätzlichen Sperrkreis, auch Notchfilter genannt.

Abb. 4 3. Mischer und 3. IF mit 21.4 MHz-Verstärker, HP8568A, Schematic Diagram A20; Operating and Service Manual HP8568A, Spectrum Analyzer, Volume 4, RF-Section.
Abb. 5 Notchfilter für 10.7MHz, Parallelschwingkreis mit L31 und C31.
Abb. 6 Mechanische Schaltungsmodifikation, Einbau des 10.7MHz-Sperrfilters in Unit „A20 THIRD CONVERTER“.

In Abbildung 5 ist das zusätzlich eingefügte Notchfilter für 10.7 MHz dargestellt. Die praktische Ausführung zeigt Abbildung 6. Das Spulengehäuse (dicker roter Pfeil) wurde auf den Mischer aufgelötet, so dass das Abstimmloch im Spulengehäuse durch ein anzubringendes Loch (dünner roter Pfeil) in der oberen Alu-Befestigungsplatte zur Abstimmung im eingebauten Zustand erreicht werden kann. Die Induktivität, bzw. die Spule weist 4 Windungen CuL auf, die Parallelkapazität hat 1500 pF. Der Abgleich erfolgt eingebaut, im betriebswarmen Zustand. Dabei wird die Spurious-Anzeige auf Minimum eingestellt. Die Einschubeinheit „A20 THIRD CONVERTER“ befindet sich in der RF-Section des HP8568A, von der Unterseite zugänglich.
Der gesamte Effekt basiert, wie schon erwähnt, auf Verzerrungen 2. Ordnung, ist also stark aussteuerungsabhängig. Wenn das anzuzeigende Signal (in unserem Fall 100 MHz als CENTER Frequency) dicht an der oberen Referenzlinie (REF) liegt, ist der Effekt am stärksten.
Das erzielte Ergebnis zeigt Abbildung 7. Das Spurious-Signal ist nun um ca. 20 dB niedriger und je nach RESOLUTION- und VIDEO-Bandbreite kaum noch sichtbar. (Ähnlich sieht es bei den B-Versionen HP8568B und HP8566B auch aus.)
Vergleicht man diesen Plot mit Abb. 1, ist die Verbesserung offensichtlich. Mit ein wenig Arbeit und dem Einbau eines Sperrfilters wurde also das PROBLEM GELÖST.

Abb. 7 Screen-Plot, 100 MHz Signal OHNE deutlichen Spurious beim HP8568A, verbleibender Spurious, siehe roter Pfeil.

Abschließende Bemerkungen zu den Geräten und zur A- und B-Version: Alle diese Analyzer werden bei ebay regelmäßig angeboten und sind, falls man genügend Platz hat und der Tisch die Masse von ca. 30 kg verträgt, sehr empfehlenswert. Es handelt sich um professionelle Geräte, die nicht ohne Grund mehrere Jahrzehnte produziert wurden und für den Dauereinsatz konzipiert waren. Sie sind ausgesprochen reparabel, es gibt komplette Serviceunterlagen im Netz, u.a. [2], [3] und Ersatzteile gibt es auch in Hülle und Fülle. Die Platinen sind in einzelnen vollständig abgeschirmten massiven Kammern eingesteckt. Mit erhältlichen Extenderboards sind Fehler schnell gefunden, da man direkt in den Schaltungen messen kann. In aller Regel sind die Einschübe/Platinen der A- und B-Versionen kompatibel.
Möchte man einen Digitalplotter (z.B. HP7475A oder ähnliche) direkt über GPIB an den Analyzer anschließen, empfiehlt es sich die B-Variante zu kaufen (HP8568B oder HP8566B), da die A-Variante (HP8568A oder HP8566A) nur über einen Analog-Plot-Ausgang verfügt (X-Y Schreiber). Plotter-Stifte für die Digitalplotter gibt es übrigens wieder zu kaufen. Hin und wieder wird auch ein Nachrüstsatz von A nach B bei ebay angeboten („HP 8568 AB Retrofit Kit“). Sollte einmal das Display (Bildröhre, grün) „morsch“ werden, was nur selten vorkommt, es werden sog. replacement displays angeboten (Simmconn Labs). Der Umbau ist problemlos und getestet, man hat dann sogar eine farbige Anzeige (Intensität wird in Farbe umgesetzt). Preis ca. 600 EUR.
Mit einem GPIB-USB Adapter, z.B. Prologix, lassen sich alle Funktionen der Analyzer per Computer steuern und die Messdaten auslesen. John Miles, KE5FX [4] bietet auch, großzügigerweise, zahlreiche Software (freier Download) für Plots, automatisierte Phase-Noise-Messungen, Surveillance-Betrieb (Wasserfall-Spektrum-Plots), usw., die alle über GBIP gesteuert werden und auch problemlos funktionieren.
Auf jeden Fall viel Spaß bei dem „Spurious Hack“ Deines HP8568A oder HP8566A!

Cheers, Heinz, DJ5FN

Heinz Schmiedel

schmiedel@ieee.org

Referenzen
[1] Hewlett-Packard Journal, JUNE 1978, pp. 1-23, www.hpl.hp.com/hpjournal/pdfs/IssuePDFs/1978-06.pdf
[2] KO4BB Manuals, Timing, Ham Radio, Test Equipment, www.ko4bb.com
[3] ArtekManuals, www.artekmanuals.com, ehemals Artek Media (pdf-Manuals in guter Qualität zu angemessenen, fairen Preisen)
[4] John Miles, KE5FX, www.ke5fx.com

Die schnelle Reparatur zwischendurch: Tektronix 11802 mit E5622

Kurz vor Weihnachten ist bei mir zwar kein dicker Mann mit weißem Bart stehen geblieben, aber ich bekam einen Anruf: „Du, hier steht ein bisschen Gerät rum, dass du vor dem Schrott retten kannst.“

Also gut, mal hin und ein Gerät entdeckt, auf dass ich sogar schon ein paar mal mehr oder weniger lustlos bei eBay geboten hatte: Ein Tektronix Samplingscope der 11000er-Serie.

Diese Serie von Tektronix besteht aus nur sehr wenigen Geräten und ist recht hoch spezialisiert in ihrer Anwendung: Ganz schnelle, digitale Signale. Es handelt sich um reinrassige Sampling-scopes, die keinerlei „Echtzeit“-Fähigkeit haben. Gesampelt wird mit bis zu 200 kS/s, also voll lahm.

Warum ich sowas will? Jedes China-Scope kann ja heutzutage 1 GS/s oder mehr… ja… aber… die Tektronix-Einschübe (auch die 11000er Serie ist Einschub-basiert) gehen in ihrer analogen Bandbreite unglaublich hoch. Der schnellste Einschub, der SD-32, hat eine analoge Bandbreite von bis zu 50 GHz!!

Wenn man sich z.B. mit schweineschneller Logik beschäftigt und sich ansehen möchte, ob die Pulse aus den Baugruppen so aussehen, wie man sich das vorstellt: Voila, das ist deine Kiste!

Und genau hier ist meine Anwendung, hin und wieder befasse ich mich mit dem Design einigermaßen flotter Pulsgeneratoren um Frequenzkämme bis in den GHz-Bereich zu erzeugen. Da ist es natürlich nett, auch mal die Anstiegszeit qualifiziert messen zu können. Vor dem Hintergrund bin ich, wie geschrieben, schon ein paar mal um so eine Kiste herum geschwänzelt.

Naja, jetzt ist es soweit. Einladen, heim fahren, ausladen:

Etwas Beifang ist auch noch dabei, ein HP 54111D und etwas Kleinkram.

Bestandsaufnahme:

Die Einschübe hat man mir nicht mit in den Container geworfen, welch Ärger.

Der optische Zustand ist schön, ein paar Aufkleber, die runter wollen, sonst nichts.

Es liegt eine Notitz bei, „Nicht reparierbar“ – Na, das wollen wir mal sehen.

Erster Blick: Ja, 230V sind eingestellt. Also Stecker rein und anschalten.

Nix knallt, öde.

Die LEDs der Frontplatte blinken, es klickt hin und wieder ein Relais und auf dem Monitor wird mir mitgeteilt, dass der Selbsttest läuft. Nach etwa 30 Sekunden spielt das Tek die fröhliche Melodie eines fatalen Fehlers, bleibt hängen und präsentiert: E5622

E5622 gehört zur Kategorie der schwerwiegenden Selbsttest-Fehler des Zeitbasis-Boards, man kommt aus dem extended-test-Menü nicht raus: Die Kiste bleibt stur und macht nix.

Uff…

Aber, Tante Google weiß wie so oft Rat und findet einen Eintrag aus der Tek-Mailingliste auf groups.io: https://groups.io/g/TekScopes/topic/11801_diagnostic_help/30445357?p=

Alles halb so wild, wenn der Fehler auftritt heißt das höchstwahrscheinlich die NVRAMs sind platt. Dabei handelt es sich um zwei Feld-Wald-Wiesen-RAM-Chips, die in speziellen Sockeln von Dallas stecken (Typ DS1213, gibts aber nicht mehr), die eine Batterie enthalten. Nach 25 Jahren ist die nun platt und damit auch das RAM, der Inhalt ist weg. Das ist aber wohl gar kein Problem, wird dort geschrieben. Neue NVRAMs gibt es, das ST M48Z35-70PC1. Einfach rein Stecken, ein paar mal ein und aus schalten und die Kiste läuft wieder.

Ob die NVRAMs wirklich platt sind, lässt sich ja leicht überprüfen: Da sie ja gesockelt sind, müsste ich die Vcc messen können. Hier erlebe ich eine positive Überraschung: die Cal-Aufkleber von Tektronix sind oben wie unten noch unversehrt auf der Kiste, da war also niemand drin und hat versucht irgendwas zu reparieren.

Ich weiß garnicht, wie viele völlig verpfuschte Kisten ich schon hatte. Mir ist es immer am liebsten, der Fehler ist noch jungfräulich. Das „Gewerk“ von anderen erst mal mit großem Aufwand rückbauen zu müssen, ist nun nicht gerade die helle Freude. Nicht, dass ich besser bin was Pfusch angeht, aber dann ist es wenigstens MEIN Mist… 🙂

Nimmt man den Geräteboden ab, sind die NVRAMs direkt zugänglich. Das Schlimmste ist es also, das schwere Gerät auf die Werkbank zu wuchten.

Kurz gemssen:

Gerät an 5V.

Gerät aus 1 mV.

So wird das nichts mit NV.

Hier sieht man im ausgebauten Zustand schön den Puffer-Sockel von Dallas:

Also am Sonntag den 20.12. noch schnell bei Mouser die NVRAMs bestellt. 21.12. Versand und am 23.12. morgens um 9 Uhr steht Fedex vor der Tür. Und das Paket kam aus den USA. Verrückte Welt.

Die Chips sind schnell getauscht und Tatsache, es kommt Bewegung in das Gerät: Neue Fehlermeldung T1331. Das bedeutet, dass der Inhalt des NVRAMs nicht okay ist. Welch Wunder.

Ein und Ausschalten hat bei mir nichts gebracht. Aber einmal den Selbsttest bei eingeschaltetem Gerät nochmals durchlaufen zu lassen hat alle Fehlemeldungen vertrieben. Das war’s. Gerät läuft wieder. Sogar die Uhr geht noch fast richtig.

Nun brauchte ich noch Einschübe. Wie mein Glück es will, ist bei eBay just zu diesem Zeitpunkt ein SD-26 zu einem Vernünftigen Preis drin. Der SD-26 ist ein Sampling-Kopf mit einer Bandbreite von 20 GHz und zwei Kanälen. 3…2…1… Meins.

Genau am 31.12. ist das Paket da, schaffe ich den Projektabschluss noch 2020? Feiern fällt ja eh aus, auch wenn allein das natürlich ein Feuerwerk wert gewesen wäre 😉

Flux ins Gerät damit und… voila, ich seh’ was.

Ich hab einen schnellen Puls-Generator von Leo Bodnar, der packt laut Spezifikation 28,4 ps Anstiegszeit. Mit dem SD-26 messe ich eine Anstiegszeit von 33 ps.

Zunächst etwas Verwundert fange ich an zu überlegen. Die 4-5 ps Unterschied kann ich ja so nicht auf mir sitzen lassen. Was, wenn der neu gekaufte Sampler defekt ist?

Da so schnelle Pulse und deren Betrachtung für mich Neuland sind, muss ich wiedermal etwas nachlesen und recherchieren. Nach kurzer Zeit komme ich der Sache schon deutlich nahe: Da der SD-26 aber mit der eigenen Anstiegszeit von 17,5 ps noch signifikant in das Ergebnis einspielt, muss ein etwas schlechteres Ergebnis heraus kommen. Nach etwas Rechnen, die Zeiten kann man quadriert addieren und dann die Wurzel ziehen, mit den beiden bekannten Zeiten komme ich auch genau auf 33 ps. Passt!

Das ist eine, zumindest für mich, neue Erkenntnis: Betrachte ich die Anstiegszeit von einem Puls, muss mein Messgerät nicht nur deutlich sondern sehr erheblich schneller sein, sonst verfälscht es das Ergebnis. 4-5 ps sind nicht viel, bei dem hier gemessenen Puls-Generator aber ist die Spezifikation 30+-2 ps. D.h. nach meiner Messung wäre er nicht mehr innerhalb.

Anschließend noch ein kleiner Test: Ich nutze einen HP 8671B Synthi als Quelle und Triggere auf die 10 MHz-Referenzfrequenz.

Hier zu sehen, 18,5 GHz im Zeitbereich, etwas rauschig, aber gut auszumachen. Das Rauschen ist vermutlich zu weiten Teilen der niedrige Triggerpegel (aus dem 8671 kommt die Referenz nur mit 0dBm raus).

Wunderbar. Ich bin zufrieden. Jetzt werde ich mich auf die Lauer legen, weitere Einschübe zu ergattern. Insbesondere einer der 30er wäre gut, aber die Preise sind teilweise doch recht happig.

Noch einige Worte zu diesen Geräten. Das sind wirklich ziemlich spezielle Kisten und auch ausgesprochen unhandlich in der Bedienung: Sie können prinzipbedingt nicht mehr (bzw. Nur eingeschränkt) auf das Signal triggern. Sonst bräuchte man ja eine Triggerschaltung, die auch 20 GHz oder mehr Bandbreite hat. Also mal eben ein Signal einspeisen und angucken, das geht nicht.

Hier muss man sich mit Techniken behelfen:

1) Trigger-Eingang. Um bei dem Puls-Generator von Leo Bodnar zu bleiben. Der hat einen zweiten Anschluss aus dem eine Triggerflanke kommt, die mit der steilen Pulsflanke korrespondiert. Wenn man sowas hat: Gewonnen!

2) Clock-Ausgnag: Der 11802 gibt seine interne Clock aus, wenn man also sein Messobejkt an den Takt des Messgerätes anpassen kann, ist es auch einfach.

3) Delay-Line: Der 11802 hat im Gegensatz zum 11801C/CSA802 nur eingeschränktere Software-Funktionen. Dafür hat er aber in seiner aqusition-unit zwei delay-lines. In diesen ist auch ein Leistungsteiler, der auf den Triggereingang gelegt werden kann. So kann auf das Signal getriggert werden, dies geht aber nur für Pulse (schnelle Flanke, moderate Wiederholrate), nicht für CW-Signale. Die Bandbreite der Delay-Lines ist natürlich beschränkt.

Das gilt alles natürlich nur für richtig flotte Signale. Ein 100 kHz Sinussignal speist man einfach in den Triggereingang parallel mit ein, fertig. Aber ein 11000er ist nun wirklich nichts, um sich einen 100 kHz Sinus anzugucken. Das ist wie mit dem Prosche einen Umzug zu machen, geht, ist aber irgendwie blöd.

Reparatur und Restauration eines SMDU

Heute wollen wir uns mal mit einem richtigen Oldtimer beschäftigen: Dem SMDU Messsender/Funkmessplatz von Rohde und Schwarz.

Einleitung

Der SMDU wurde im Jahr 1976 als Nachfolger des SMDA eingeführt und hatte eine phänomenal lange Produktionszeit: In meinem Katalog von 1987 ist er nachwievor gelistet. Das hängt vermutlich damit zusammen, dass der SMDU bei Behörden und Bundeswehr zur Messausrüstung gehörte und dort eine lange Verfügbarkeit gewünscht (und bezahlt) wird.

Den SMDU gibt es in zwei Varianten: Der „Universal-Variante 04“ und der „Sprechfunk-Variante 06“ (und einige Weitere…). Die 06er-SMDUs haben einen erweiterten Modulations- und Demodulationseinschub, der auch z.B. Klirr-Messungen des NF-Signals erlaubt. Für Funkgerätemessungen ist also der 06er das, was man möchte.

Darüber hinaus ist die Option B1 (Syncro) ausgesprochen wichtig: Damit wird der frei schwingende Oszillator des SMDU mit einem Quarz diszipliniert und auf ein einstellbares Kanalraster gezogen. Das will man heutzutage auf jeden Fall, sonst driftet der Messender stärker als das Messobjekt.

Fügt man nun noch einen der Vorsätze SMDU-Z1 oder SMDU-Z2 hinzu, hat man einen Funkmessplatz beisammen.

Die SMDUs sind auch heutzutage noch ausgesprochen beliebt, viele Funkamateure haben sie noch in Nutzung. Dies schlägt sich auch im Gebrauchtpreis wieder, ein SMDU in gutem Zustand wird oft teuer angeboten.

Für den Gebrauchtkäufer ein wichtiger Hinweis: Was ich hier tue, sind mitunter ganz typische Alterserscheinungen an den Kisten. Nahezu jeder Besitzer wird sich über kurz oder lang damit konfrontiert sehen. Geräte, die noch nicht überholt und aufgearbeitet werden, sind daher grundsätzlich als defekt/überholungsbedürftig anzusehen.

Eine Sache ist ein großes Manko an den Geräten: Die stufenlose Eichleitung. Das ist eine Kohleschleifbahn, wenn die durch ist, dann ist sie durch. Wer nicht zufällig noch ein Ersatzteil hat, kann die vergessen, irreparabel. Also immer gucken, ob die noch sauber durchläuft!

Mein Weg zum Gerät

Persönlich wollte ich einen SMDU eigentlich nie wirklich haben. Das ist mir doch eine Spur zu alt und zu groß. Zumal, wie bereits erwähnt, die SMDUs teilweise (selbst unrestauriert) für erstaunlich viel Geld angeboten werden. Und, bei aller Liebe: Über 500€ für ein Gerät, das spätestens mittelfristig eine komplette Wundertüte an Problemen darstellen wird? Nein.

Nun begab es sich, dass im Dezember 2019 Marc so ein Ding vor die Füße gefallen ist und eine fröhliche Diskussion über die Restauration losging. Irgendwie wirkt so ein Oldtimer doch ganz charmant…

Und, wie der Zufall es so will, sehe ich im Januar 2020 dann plötzlich ein sehr günstiges Angebot für einen SMDU „04“, defekt zum Selbstabholen. Und dann auch noch genau auf der Strecke gelegen, die wir zwei Wochen später in den Skiurlaub nehmen wollen: Okay, ich werde wohl Oldtimerfreund.

Unter dem hochbegeisterten Blick meiner Frau wechselt der SMDU im süddeutschen Raum den Besitzer und landet in meinem Kofferraum.

Frisch angekommen, Patient und Proviant für den Job

Dieses Foto stammt vom Tag der Rückreise beim Ausladen in der Garage. Nachdem die Frage eh kommen wird: Die zwei Kisten Bier haben mich in etwa so viel gekostet, wie der SMDU. Ohne Pfand.

Das ist okay, immerhin weiß ich zu dem Zeitpunkt nicht, ob das ganze Gerät nicht ein Fall für den Wertstoffhof ist und wirklichen Bedarf habe ich ebenfalls nicht. Es ist ein Spaßprojekt aus reiner Freude am Basteln. Die Parallelen zum Oldtimer werden immer mehr.

Bestandsaufnahme

Das Gerät war, wenig überraschend, defekt. Schaltet man es ein, tut sich einfach gar nichts.

Die Feinsicherung ist durchgebrannt und brennt zuverlässig bei jedem Einschalten auch wieder durch: Irgendwo befindet sich ein Kurzschluss.

Das Gerät hat viele hässliche Aufkleberreste auf der Front- und Rückseite. Der Kleber hatte jetzt 40 Jahre Zeit sich einzuarbeiten, das abzubekommen wird Arbeit.

Mehr ist von außen nicht zu erkennen.

Das Netzteil

Wie so oft geht es am Anfang immer im Netzteil los. Das Netzteil nimmt etwa die Hälfte der Rückwand ein und besteht auf einer großen Platine und einem recht schweren Trafo. Mit etwas (okay, reichlich) Fummelei kann man es ausbauen ohne das ganze Gerät zu zerlegen.

Auf den ersten Blick fällt auf, dass die Gleichrichter-Dioden offensichtlich extrem warm geworden sind: Das Board ist dunkel verfärbt. Auch ist optisch schon klar, dass die nicht mehr in Ordnung sein können:

Die haben es wohl hinter sich…

Und hier ist auch der Grund für die defekte Sicherung: Die Diode ist keine solche mehr, sondern ein Kurzschluss.

Ich löte alle defekten Dioden aus, und ersetze sie provisorisch. So kann ich das Netzteil am RT-5 langsam hochdrehen und weitere Diagnosen durchführen.

Genauere Untersuchung des ausgebauten Netzteils

Es zeigt sich: Drei Spannungen sind nicht da: +15V (A), +15V (B) und +5V (digital). Diese werden durch Linearregler erzeugt, die allesamt defekt sind.

Kleine Anmerkung: Aus dem Netzteil kommen sonst auch 32V und 60V raus. Da kann man beim Messen an der Pfostenleiste hervorragend Funken ziehen. Obacht!

Nachdem ich weiß was fehlt, möchte ich erstmal einen Test machen, ob ich morgen zum Wertstoffhof fahre: Die drei Spannungen werden extern eingespeist und der Rest vom Netzteil selbst versorgt. Tue ich dies, erwacht der SMDU zum Leben:

Es ist noch Leben drin….

Kurze Prüfung mit dem HP 11096B: Es kommt HF aus der Kiste raus! Große Freude.

Die Modulationsanzeige zuckt und reagiert. Die PLL rastet meistens. Nur der Zähler zeigt absolut garnichts an: Immer 0 Hz.

Der Wertstoffhof rückt in weite Ferne. Es lohnt sich also, hier Zeit zu investieren. Gut.

Das Netzteil wird wieder ausgebaut und das Hauptgerät kommt zunächst mal ins Regal.

Was wissen wir? Keine 5V, keine 15V.

Was sehen wir: Alte Röderstein-Elkos aus den 70ern, abgebrannte Gleichrichter-Dioden.

Defekt sind beide 7815 im TO-3 Gehäuse und ein MC1569/MC1469. Der MC steuert zwei Leistungstransistoren, die stellen sich am Tektronix 576 aber als vollkommen okay heraus.

Die Linearregler finde ich als NOS-Ware und bestelle sie. Das wird ein paar Tage dauern.

Die Gleichrichterdioden sind etwas komplizierter. R&S hat hier N4007 verbaut und die sind offensichtlich ganz schön heiß gelaufen. In späteren Geräten wurden stattdessen BY-251 verbaut, die können laut Datenblatt 3A, während die N4007 nur mit 1A spezifiziert sind. Man war sich also bewusst, dass das nicht so ganz optimal war (auch wenn es immerhin 40 Jahre funktioniert hat).

Ich habe mich hier für „viel hilft viel“ entschieden und nach Marcs Tipp (er hat die auch genutzt) BY-255 eingebaut. Die haben nochmal ein etwas größeres Gehäuse und sollten Wärme gut abführen können.

Schaut etwas gequetscht aus, ging aber leicht versetzt alles rein.

Die Rödersteins werden alle überprüft, haben aber auch nach 40 Jahren noch ihre Nominalkapazität. Da ich kein Fan von pauschalen Bauteil-Tauschorgien bin, bleiben sie im Netzteil. Mir ist klar, dass die ROEs nicht grundlos einen schlechten Ruf haben, manche sind aber auch vollkommen okay. Daher handele ich immer so: Wenn mindestens ein Elko Defekt ist, werden auf dem Board gleich alle getauscht. Wenn keiner Probleme macht, dürfen sie bleiben.

Die Auflösung der ESI ist hier natürlich leicht übertrieben.

Nachdem die Halbleiter eingetroffen sind, werden sie eingebaut. Dabei fällt mir auf, dass die Wärmeleitpaste mittlerweile nur noch ein grünlicher, harter, kristalliner Belag auf der Glimmerscheibe ist. Die Halbleiter wurden im Betrieb auch unangenehm warm. Daher werden alle Leistungshalbleiter ausgebaut, gereinigt und mit frischer Wärmeleitpaste wieder eingebaut. Dadurch verschiebt sich die Erwärmung doch merklich von den Halbleiter-Gehäusen hin zum Kühlkörper, so soll es sein. Generell wird das Netzteil aber schon arg warm.

Schönes Detail: Die Halbleiter sind alle unterhalb des Kühlkörper gesockelt, man muss sie nur losschrauben und kann sie rausziehen.

Eine Überprüfung zeigt: Das Netzteil funktioniert wieder genau so, wie es soll: Sehr schön.

Beim Zusammenbau passiert mir leider noch ein dummer Fehler: Dadurch, dass es alles etwas fummelig ist, stoße ich gegen einen der Durchführungsfilter des Verstärkermoduls und breche ihn ab: Mist!

Die Metallkante auf dem Foto gehört zum Netzteil-Modul. Ist alles reichlich eng da drin.

Nach dem Einbau startet der SMDU brav und alles scheint grundsätzlich wieder zu gehen. Jetzt kann ich das Gerät vernünftig in Betrieb nehmen und die Bestandsaufnahme vertiefen. Diese weitere Prüfung ergibt nun folgende offene Punkte:

  • Der NF-Oszillator lässt sich nicht verstellen (Regler sitzt fest).
  • Der Zähler geht mal, mal nicht.
  • Umschaltung der Frequenzbereiche ist nicht ganz problemlos.
  • Manche Schalter rasten mal, mal nicht.

Das sind alles bekannte Probleme der SMDUs und werden in den folgenden Abschnitten behandelt.

Frontplatte

Das Reinigen der Front war wirklich nötig. Diese ganzen hässlichen Kleberreste verschandeln den eigentlich recht guten Zustand des Gerätes. Die üblichen Methoden wie Erwärmen, Spüliwasser und Ähnliches sind bei solch eingebrannten Resten leider nicht immer erfolgreich. Ich habe mich dazu entschieden, die ganz hartnäckigen Stellen mit Isopropanol zu behandeln. Ich weiß, dass es auch den Lack der R&S Fronten angreift, aber nur langsam und minimal. Den Kleber wiederrum sehr schnell. Also her mit der Radikallösung! So war ich in der Lage, den Großteil der Reste abzubekommen. Einige Schatten sind leider geblieben, aber gelohnt hat es sich in jedem Fall.

Sieht doch wieder ganz manierlich aus.

Alle Drehknöpfe und Schalter habe ich entfernt und einzeln gereinigt. Die Frontplatten der Einschübe (Modulator, Syncro) habe ich ebenfalls abmontiert und einzeln geputzt.

Für die Reparatur musste ich den Einschub eh zerlegen

Alles in allem, bin ich sehr glücklich über das Resultat. Eine deutliche Aufwertung.

NF-Oszillator

Der NF-Oszillator ist ein einfacher Schwingkreis mit einem großen Drehko, um die Frequenzen von 15 Hz bis 150 kHz zu erzeugen. Ein bekanntes und klassisches Problem ist verharztes Fett in der Mechanik.

Auf keinen Fall sollte man mit Kraft am Drehknopf drehen! Die Achse besteht aus Pertinax und die Madenschrauben fressen sich einfach nur durch das Material. Wenn der nicht wirklich leichtgängig ist, muss man da ran.

Natürlich ist es so, dass man an die mechanische Durchführung im Drehko muss und natürlich muss man dafür zunächst den kompletten Modulatoreinschub zerlegen.

Diese Achse sitzt bombenfest.

Nach dem Entfernen der Federringe kann man (theoretisch) die Durchführung aus der Gleitlager-Buchse herausziehen. Praktisch ist da Einiges an Kraft nötig. Auch Vorsicht an dieser Stelle: Das Zahnrad im Drehko ist mit einer Feder vorgespannt. Wenn man die nicht entfernt, fliegt sie einem entgegen!

Ich habe die Durchführung dann einige Zeit in Petroleum eingelegt um das braune, verharzte Fett zu entfernen. Nachdem alles entfettet ist, wird neues Fett aufgetragen und es geht wieder an den Zusammenbau. Danach war der Oszillator wieder verstellbar und funktioniert tadellos.

Weitere Arbeiten

Das Problem mit dem Zähler war keine wirkliche Reparatur. Ich habe alle Stecker abgezogen, die Stiftleisten etwas geputzt und dann die Stecker ein paar Mal draufgesteckt und abgezogen. Das hat das Problem bereits behoben. Eine leichte Reparatur.

Auch die Probleme mit den ganzen Druckschaltern waren bei mir(!) leicht gelöst:

Durch vielmaliges Bestätigen wurde die ganze Mechanik wieder etwas gangbarer und alle Kontakt- und Umschaltprobleme lösten sich in Luft auf. Das muss so aber nicht sein und wird auch bei mir keine Dauerlösung darstellen: Irgendwann werde ich mal die Zeit nehmen, alle Druckschalter zu zerlegen, zu reinigen und neu zu schmieren. Das ist eine Schweinearbeit, vor der ich mich so lange wie möglich drücken werde. Betätige ich die Schalter eine Weile nicht, fangen sie auch wieder an zu hängen. Das Thema ist also immer latent vorhanden.

Wenn Ihr Euch die Sprechfunk-Variante „06“ oder „56“ anlacht, seid Euch sicher: Der hat noch viel mehr von diesen Druckschaltern. Wenn die „reif“ sind, und Ihr da richtig ranmüsst: Da könnt Ihr Stunden verbringen! Fragt mal den Marc… 😉

Bonusaufgabe: Syncro-Anzeige

Eine kleine Sonderaufgabe hielt mein SMDU noch für mich bereit: Die Spannungsanzeige des Syncro geht nicht. Nach genauerem Hinsehen war klar: Der Zeiger hängt mechanisch. Ganz links ist er frei (man sieht einen Spalt), aber ab etwa der Mitte stößt er an der Oberseite der Skala an und klemmt fest:

Also baue ich das Instrument aus und nehme es auseinander. Sofort fällt auf, dass der Zeiger vollkommen lose ist und daher vornüber hängt. Hier wurde ein Klebstoff genutzt, der sich mittlerweile in Brösel verwandelt hat. Ich kann den Zeiger einfach herausziehen. Unter dem Mikroskop gelingt es mir, den Zeiger wieder an Ort und stelle zu kleben und das ganze Instrument auch wieder zusammenzubauen. Dafür müssen teilweise Kupferdrähte, dünner als ein Haar, ab- und angelötet werden. Auch die Rückholfeder muss ausgebaut werden (fehlt noch in dem Foto, eine klassische Spiralfeder).

Am Ende ist alles zusammengebaut und freigängig. Das Instrument geht wieder und darf zurück ins Gerät.

War da noch was?

Beim Einbau des Netzteils habe ich ja dieses Filter abgebrochen. Zum Glück habe ich bei eBay eine Baugruppe gefunden, in der mehrere dieser Filter verbaut sind:

Angebotsbildchen von eBay

Da sie nur 3€ gekostet hat, habe ich einfach mal zugeschlagen.

Eine Messung ergibt, dass die Filter beide 3 nF haben (ob das auch der nominelle Wert ist? Im Handbuch sind die nicht genauer Spezifiziert), also froh ans Werk:

Das gebrochene Filter
Ersatz eingebaut

Das neue Filter ist etwas kürzer als das Original, aber es macht sich da ganz gut. Das Signal ist eh nur ein Schalt-Signal (ob AM oder FM moduliert werden soll), die Filterung ist also nicht so kritisch.

Mit der Reparatur kann ich leben.

Test

Damit ist der SMDU fertig.

Ich habe ihn grundsätzlich geprüft und bin soweit zufrieden. Der Ausgangspegel ist reichlich hoch, vielleicht hat hier mal jemand repariert und es etwas zu gut gemeint. Ich messe etwa 6 dB mehr als er laut der Skala machen sollte. Da muss ich vielleicht nochmal ran und den Verstärkerzweig neu abgleichen.

Messplatz

Frequenz stimmt erstaunlich gut.

Rest FM liegt laut CMTA bei etwa 10-11 Hz.

Störstellen sind bei unter -90 dBc.

Phasenrauschen -110 dBc @1kHz.

Modulation geht auch:

Ich glaube, die Spezifikationen sind in einigen Punkten noch etwas besser.

Es ist also schon so, dass mein SMDU nachwievor nicht perfekt ist, aber ganz sicher bin ich mir nicht. Ich habe ein sehr frühes Modell und die ganzen Spezifikationen, die man so im Netz findet, sind deutlich jünger. Da sich zwischen 1976 und 1987 doch etwas in der Elektronik weiterbewegt hat, kann ich mir gut vorstellen, dass spätere Modelle mit moderneren Transistoren bessere Werte haben. Wenn jemand ein Datenblatt der 04er Serie von 1976 hat, wäre ich Daran sehr interessiert.

Die Eichleitung lässt sich auch noch ohne Aussetzer oder Sprünge durch kurbeln.

Es ist alles gut genug, um damit ernsthaft messen zu können. Von daher habe ich mich dazu entschlossen, die Restaurierung an dieser Stelle zu beenden. Es kann ja auch gut sein, dass ich nur Geister jage.

In Zukunft nehme ich vielleicht nochmal die Oszillatortrommel auseinander und fette die Lagerung neu. Die ist bei mir aber noch recht gängig, daher lasse ich davon erst mal die Finger. Ich habe schließlich schon genug Defektes repariert, da muss ich nicht auch noch etwas reparieren, dass überhaupt nicht defekt ist. Das und ein Abgleich der Ausgangsleistung kommen auf die Liste für den nächsten langen Winter oder Covid-Lockdown.

Zuletzt möchte ich mich noch bei Marc bedanken. Diese Parallel-Restauration der zwei SMDUs mit den vielen Diskussionen hat viel Freude gemacht.

Und selbstversändlich bei meiner Liebsten, die einen weiteren Zentner Schrott im Haus zu erdulden hat 🙂

Adding LCD back-light to a HP 3457A

I have had the same problem as all owners of a HP 3457A: The LCD is hard to read under bad lighting-conditions. Apparently at the time, when HP developed the 3457A, there were no LCDs available that feature back-lighting (that is what I have heard).

Cylindrical LEDs

Recently, I found in my LED-Box a pile of perfectly cylindrical 3mm LEDs that have a diffuser at the tip and wondered if they would make a good Display-Illumination. Opening the unit, I saw a gap between the LCD-Module and the case. Fortunately, the LED fits perfectly on one side and on the other side they fit with a bit of filing on the LEDs. This is good as my goal is to add the back-light but do not make permanent alterations on the unit. Generally, all that is shown here can be removed to its original state.

After adding 4 LEDs per side, the gap is filled up. I did put them all in series to have high voltage, but low current. After digging through the pile of transformers, I found one that fitted my needs. I did not want to add it to the PSU of the unit, to keep it fully separated.

I took a small piece of prototype-board (you can get them very cheap off eBay in various form-factors) and build up a very primitive PSU: Transformer, full-bridge rectifier, current-limiting-resistor. Using PCB-standoffs, I glued the PCB to a shielding-element (I used epoxy). By thus, I avoided drilling holes. Epoxy should break off the metal without leaving residue, if necessary.

I did put the small PSU in parallel with the mains-transformer of the DMM. I just soldered the wires onto the connector on the main-board. So, the light is also being switched by the mains-switch. Of course, if you now change the voltage-setting on the mains-voltage, the light will either not work, or go boom. So be careful on that.

After assembly the result looks like this:

And in total darkness (camera is exaggerating of course, it is not that bright – but still readable!):

Of course, no super-bright and uniform light. But in comparison with before (no light at all) a massive improvement. Even in total darkness it is at least readable. The whole LCD-Module was never intended for adding a light. So it is no surprise, the results are a bit limited.

So, if you do it, do not expect results of a proper backlit Display. This is helping, but properly backlit displays are constructed differently. For starters, I call it a backlight, but it actually isn’t. It comes in somehow from the side, with no diffuser placed inside the LCD-Module. So, its a compromise… but one I’m happy with. 🙂

I am considering, to do this mod also with my 3478A, but I’m not sure if its possible in a compact unit like that. As that unit is a) rarely used and b) has it’s home on my well illuminated bench (while the 3457A is stuck with the cal-equip in a corner), it is not a real priority at the moment.

If anybody does such a retrofit, I’d love to hear about the results.

Defekter 2,92 mm (K) Steckverbinder, was nu?

Do not try this at home 🙂

Richtige HF-Steckverbinder, also alles ab 3,5 mm, sind ja so ‘ne Klasse für sich. Man braucht sie nun mal, aber die meisten Menschen sind froh, wenn sie nichts damit zu tun haben müssen. Während man bei N oder gar PL schon “voll Gorilla” an den Stecker ran gehen muss, um irgendwas kaputt zu machen, reicht bei denen schon eine Kleinigkeit aus und alles ist im Eimer. Und genau davon handelt dieser Beitrag.

Ich habe gebraucht zwei Inmet 6 dB Dämpfungsglieder gekauft. Leider kam die Enttäuschung direkt nach Erhalt des Umschlags: Eines der Beiden war beschädigt (= im Eimer):

Der Verkäufer hielt die Präzisionsstecker für SMA und hat, nehme ich mal an, diese auch mit SMA-Kabeln getestet. Ein schönes Beispiel, wieso niemals SMA-Stecker in 2,92 mm Stecker rein gehören! Wahrscheinlich war der Pin des Test-Kabels etwas länger und hat die Kontaktfedern verbogen bzw. abgebrochen. So ein Mist! Die Rückabwicklung mit dem sichtlich zerknirschten Händler war kein Thema, aber nun hatte ich einen defekten Abschwächer, was also tun?

Das was man nie tun darf, oder soll: Am Stecker rum biegen! Zunächst aber eine Bestandsaufnahme. Transmission am VNA von 2-40 GHz, klar zu erkennen zwei ziemlich üble Resonanzen bei ~15 GHz und über 30 GHz. Die über 30 ist ja nicht so wild, aber 15 ist schon sehr ärgerlich, zumal so eine Resonanz durch Fehlanpassung, je nach Kabellänge, gerne auch nochmal etwas wandern kann.

Der augenscheinlich unbeschädigte Abschwächer sieht da erheblich besser aus. Der darf so in die Adapterbox.

Nachdem nun klar ist, dass der defekte Abschwächer so für nix mehr zu gebrauchen ist, habe ich vorsichtig mit einem Zahnarzt-Werkzeug die verbogenen Kontaktfedern ganz langsam zurück gebogen, hier ist Fingerspitzen-Gefühl gefragt.

Und tatsächlich, zumindest die Resonanz bei 12 GHz konnte ich reproduzierbar weg bekommen. Die Anpassung (leider nicht fotografiert 🙁 ) war auch wieder im Rahmen. Bei 30 GHz ist der Pegel bereits etwas abgefallen. Der Messaufbau war wie abgebildet: Port-Kabel -> 2,92 mm m-f-Adapter (“connctor-safer”) -> EUT -> f-f-Adapter -> Port-Kabel.

Klar ist: Das ist Pfusch allererster Güte! Sowas macht man nicht!

Klar ist aber auch: Zumindest bis 26,5 GHz müsste man den Abschwächer so wieder gut einsetzen können. Ich werde wohl einen “connector-safer” mit etwas Loctite an den Abschwächer dran machen, dann ist die kritische Verbindung fest und mit fixem Drehmoment angezogen. Für Hobby-Niveau also durchaus nicht verloren. Letzten Endes war es aber eher ein Experiment, so richtig vertrauen mag ich dem Abschwächer immer noch nicht.

Rohde & Schwarz CMTA 84, die (fast) unendliche Geschichte

Eine Geschichte in fünf Akten

Hier mal ein Reparaturbericht, der wirklich die Redensart „was lange währt, wird endlich gut“ verkörpert. Vor einigen Jahren habe ich einen CMTA 84 aus einer Gitterbox gezerrt. Von dem Gerät wusste ich, dass es defekt war und ich wusste, dass es vorher jahrelang bei einem Elektroniker auf dem Tisch herumstand und er es nicht wieder zum Laufen brachte. „Irgendwas im Netzteil“, das wusste ich, mehr nicht. Außer: „Keine Unterlagen, keine Ahnung“, das gab man mir noch mit auf den Weg.

Nachdem ich ja nun mittlerweile vor dem einen oder anderen R&S Netzteil gesessen habe, dachte ich, das wird schon irgendwie machbar sein (was habe ich mich da geirrt).

Bestandsaufnahme:

Das Gerät ist vollständig (gut! Was nicht da ist, kann nicht repariert werden).

Das Gerät hat alle verfügbaren Optionen verbaut (sehr gut!):

B5 – Automatische Tests,

B6 – Nachbarkanal-Leistungsmesser,

B8 – RF-Millivoltmeter und

B9 Duplex-Synthesizer & Modulation-Meter (ist beim CMTA84 serienmäßig).

Lediglich B12 und 13 fehlen, das sind spezielle Software-Optionen für die C-Netz-Simulation und -Analyse, das kann ich verschmerzen (aber nur gerade so ? ).

Steckt man das Gerät ein, leuchtet die Stand-By LED (gut!).

Schaltet man es ein, geht die LED aus, es klickt kurz im Gerät und die LED geht wieder an. Sonst passiert nichts (nicht gut!).

Dieses Verhalten zeigt, dass das Netzteil einen Fehler detektiert hat und in den Power-Fail-Modus geht. Die Schutzschaltung tut also auf den ersten Blick was sie soll.

Weitere mögliche Fehler im Gerät sind nicht auszumachen, da ohne Strom der CMTA natürlich gar nichts tut.

Das war 2012, jetzt haben wir 2019. Das sollte einen Vorgeschmack geben, auf das Maß an Sturheit, das hier nötig war. Natürlich habe ich nicht konstant fast 7 Jahre an dem Gerät gebaut. Aber über all die Zeit immer dann und wann mal wieder. Die ganze Geschichte findet sich in diesem Basteltagebuch. Hin und wieder habe ich Jahreszahlen eingestreut, um eine Vorstellung zu vermitteln, was wann passiert ist.

Vorbemerkung: Der CMTA

Der CMTA 54/84/94 stellte damals, Anfang der Neunziger, das oberste Segment der Funkmessplatz-Generation von Rohde und Schwarz dar. Die drei Geräte unterscheiden sich in den heute relevanten Funktionen nicht:

CMTA 54: Analoger Funk

CMTA 84: Analoger Funk + C-Netz (und internationale Konkurrenten)

CMTA 94: Analoger Funk + GSM (hier sind die Infos sehr vage, kam wohl recht spät im Produktzyklus)

Die CMTA-Reihe ist der große Bruder zum recht verbreiteten CMT. Rohde und Schwarz hat die Geräte wie folgt unterschieden (Auszug aus einem Datenblatt):

GeneraI-purpose radio tester CMT

Its range of measurement facilities makes the CMT ideal for radio testing in production, simple development tasks and in mobile or stationary service. Applications also include maintenance and fast go/nogo testing for incoming inspection.

High-tech radio tester CMTA

CMTA provides radio measurements of the highest quality. It contains all the facilities required for precision measurements. Its unusual variety of measurement capabilities provides exceptional test depth. This means that the CMTA will mainly be used in development, quality assurance, type approval and acceptance testing.”

Dementsprechend findet man CMTs recht oft (werden auch europalettenweise von der Bundeswehr ausgesondert), CMTAs hingegen sind sehr selten.

Ich habe keine Preisinfos (das ist bei R&S ja traditionell alles schwer zu finden), aber ich gehe davon aus, dass die knapp 10 Kilo mehr Gerät einen stattlichen Aufpreis hatten.

Was kann man mit einem CMTA alles machen? Im Grunde alles. Das ist ein „Funk-Multimeter“.

Kurz zusammengefasst ist es:

  • ein Messender mit weit reichender Eichleitung (Empfindlichkeitsmessung!) und den üblichen Modulationsarten (AM, FM, PM und auch SSB!)
  • ein Leistungsmessgerät 5mW bis 50W
  • ein Modulationsmesser (AM, FM, PM)
  • ein Frequenzzähler
  • ein Audioanalyzer (RMS-Pegel, Klirr, SINAD, Spectrum-Analyzer)
  • ein selektiver Pegelmesser
  • ein Spectrum-Analyzer (sehr rudimentär!)
  • ein Digital-Oszi (sehr rudimentär!)
  • ein DTMF-Geber und Auswerter/Zweiton-Messungen
  • komplett duplex-fähig
  • Anschlüsse für URV-Messköpfe

Alles in einem Gerät.

Da ich ihn im Netz nirgendwo finden konnte, habe ich die Broschüre (oder Datenblatt, Datasheet) eingescannt und ihr könnt es hier als Download finden:

Erster Akt: Das Netzteil

Nachdem klar war, dass die Reparatur mit dem Netzteil anzufangen ist, gilt es auch hier eine Bestandsaufnahme zu machen. Und hier kommt der erste Schreck: Es fehlen Bauteile auf dem Board!

Spätestens jetzt ist ohne Unterlagen nichts mehr zu wollen.

Zum Glück kann ich zumindest für die Netzteilbaugruppe eine Schaltungsbeschreibung mit Schaltplänen auftreiben.  Die augenscheinlich fehlenden Bauteile (ein paar SMD-Dioden) sind schnell ersetzt. Es wurde aber auch V112 ausgebaut. Der Bezeichner ist passend (da hatte wohl jemand den richtigen Humor), dabei handelt es sich um eine eher rustikale 28V Zener-Diode (BZY93/C30R) im 24V-Zweig. Das ist die letzte Rettungsebene. Wenn die Spannung zu sehr steigt, schließt sie das Netzteil kurz und erzwingt so ein Abschalten, um das Gerät zu retten. Sie ist ausgebaut… Ohje.

Im Blockschaltbild sieht man, wie das Netzteil im Grunde arbeitet. Alle Spannungen werden von der Überwachungslogik überprüft und wenn auch nur eine davon nicht rechtzeitig da ist, knipst diese das gesamte Netzteil aus und geht auf „Power-Fail“.

Wenn man die Unterlagen mal hat, wird schnell klar, dass das Netzteil sehr service-freundlich konstruiert ist. Es gibt diverse Jumper, mit denen die Schutzschaltung deaktiviert und der Leistungszweig vom Netzteil getrennt werden können.

Tut man dies, und schaltet das Netzteil ein, so rennt der Controller los und das Netzteil in Betrieb, allerdings nur bis zu den Treiberstufen. Dann kann man bequem alles durchmessen. Dabei ist das Resultat, dass der Treiberzweig komplett in Ordnung ist und auch die Regelung eigentlich ziemlich genau das tut, was sie soll. Also muss der Fehler weiter hinten liegen.

Trocken geprüft, sind die Leistungshalbleiter okay. Nun mal im Betrieb.

Erstes Resultat: Mit einem leisen Klack, verabschieden sich die Leistungs-FETs V12 und V13 ins Halbleiter-Nirvana. Ups. Beim Ersetzen der FETs sehe ich, da war ich vielleicht nicht der Erste. Laut Handbuch müssten da BUZ41A verbaut sein, es sind aber tatsächlich IRF840A eingelötet. Ob das nun ab Werk so war, oder das ein Reparaturversuch gewesen ist, weiß ich leider nicht. Das ist der Nachteil an „verbastelten“ Geräten. Eine Überprüfung der Freilaufdioden ergibt, dass diese auch kaputt sind, ob nun dabei gestorben, oder ob sie die Leistungstransistoren „gerichtet“ haben, ist unbekannt.

Laut Netz soll ein IRF830 (nicht 840) der passende Ersatztyp für den BUZ41A sein, also ersetze ich bei der Aktion beide Transistoren durch solche. Damit ist der komplette Leistungszweig einmal mit neuen Halbleitern bestückt.

Leider läuft es immer noch nicht rund. Der Zündkoppler sollte eigentlich ca. 6,5V machen, es kommt aber nur etwas in der Größenordnung von 1V raus. Nach kurzer Suche stellt sich der Treibertransistor V9 als Übeltäter aus, BE-Schluss. Dieser treibt den Leistungs-FET V13.

Auf dem Foto sieht man auch „schön“ die eigentümlichen Veränderungen im Netzteil, warum dieser Draht da eingelötet wurde (und die PCB dafür so unschön verkratzt) ist mir bis heute unklar.

Außerdem unterwegs noch V11 gefunden, oder zumindest die Hälfte. Ich will sie zum Testen auslöten, da kommt mir bereits eine halbe Diode entgegen:

Das ist die Suppressor-Diode, die V9 schützen soll. Es ist in diesem Netzteil wohl von Anfang bis Ende alles einmal „durch“ gegangen.

Nachdem das alles gelöst ist, kommt sogar Strom aus dem Netzteil. Aber so richtig wollen, will es immer noch nicht. Es geht an, die Spannungen kommen für ein paar zehntel Sekunden hoch und dann säuft das Netzteil gleich wieder ab, „Power-Fail“.

Erste Messungen legen den Verdacht nahe, dass das Gerät zu viel Strom zieht, das habe ich auch befürchtet. Die ausgebaute V112 schwirrt mir da immer noch durch den Kopf. Aber wirklich sicher bin ich mir zu dem Zeitpunkt auch nicht. Schließlich belaste ich ein sicher defektes Netzteil mit einem potentiell defekten Gerät. Wer da nun welchen Einfluss hat, ist immer schwer zu sagen, ich kann ja nicht in einem „eingeschwungenen Zustand“ gemütlich vor mich hin messen, sondern habe ein Gerät, dass vielleicht eine knappe halbe Sekunde zuckt und dann wieder aus geht.

Das ist der Punkt, an dem ich erst mal die Klamotten in die Ecke werfe und es gut sein lasse.

Zweiter Akt: Das Netzteil

Das Drama zieht sich bis dahin bereits etwa ein halbes Jahr hin. Nach knapp einem Jahr Pause, Anfang 2014, hat mich der CMTA dann wieder gejuckt. Das Netzteil lief ja immer noch nicht richtig. Hier muss also systematisch nochmal alles hinterfragt werden.

Um derartige Experimente nicht am Gerät selbst durchzuführen, muss eine Dummy-Load her. R&S gibt im Manual Werte an, um eine eben Solche zu bauen. Einmal „minimale Last“ und einmal „maximale Last“ für die abschließende Kontrolle. Meine sieht so aus:

Oben maximale Last, unten minimal, links ein Schalter für Stand-by

Ja, es nicht so schön wie der Prüfstand, den Marc (http://www.bymm.de/) sich gebaut hat. Sogar fast zeitgleich, wie ich später aus seinem Bericht zum FSEM erfahre. Aber immerhin ähnlich erfolgreich, wie sich letzten Endes herausstellt.

An jeder LED kann man sehen, ob die entsprechende Spannung da ist oder nicht.

Dabei kommt nach einigem Suchen heraus:

Die von mir bestellte und eingebaute V112 ist keine BZY93/C30R, sondern eine BZY93/C30. Das R bedeutet, dass die Polarität umgedreht ist. Ich habe also das Netzteil die ganze Zeit unwissentlich kurzgeschlossen. Nach Überprüfung ist klar: Ich habe eine C30R bestellt, aber eine C30 bekommen. Ein Jahr später muss ich da aber nicht mehr reklamieren. So ein Mist!

Immerhin heißt das, dass nicht zwangsläufig ein Kurzschluss im Gerät vorliegen muss.

Pause: Ich ziehe um

Ich wollte den CMTA eigentlich vor dem Umzug (Mitte 2014) fertig bekommen, aber das hat leider nicht geklappt. Also baue ich das defekte Gerät vollständig zusammen und verpacke ihn. Unnötige Arbeit.

Dritter Akt: Das Netzteil

Mit einer nun „richtig gepolten“ C30R, springt das Netzteil an, ein Erfolg!

Der CMTA gibt Lebenszeichen von sich, bootet aber nicht durch, kein Erfolg!

Auch verhält es sich nach wie vor komisch:

Einschalten, „Power-Fail“, ausschalten.

Einschalten, „Power-Fail“, ausschalten.

Einschalten, „Power-Fail“, ausschalten.

Einschalten, Netzteil springt an!

Das ist der Punkt, an dem ich endgültig die Nase voll habe, mittlerweile ist es 2015. Ich habe keine Ahnung, warum das Netzteil manchmal startet, manchmal nicht. Es kann sein, dass es irgendwas mit den „Verbastelungen“ zu tun hat: Es wurde an diversen Stellen in der Schutz- und Regelelektronik geprüft, gelötet, gearbeitet.

Wenn das Netzteil anspringt, bootet der CMTA, wie gesagt, immer noch nicht:

Der Lüfter läuft an, es leuchten diverse LEDs und die Display-Beleuchtung auf, sogar der Monitor zeigt etwas an (Testbild – wird vermutlich angezeigt, solange der Video-Controller nicht angesprochen wird). Aber weiter kommt das Gerät nicht.

Zwischenspiel: Der Organspender

Kurz nachdem ich die Lust am Netzteil verloren habe, hat Helmut Singer in Aachen einen CMT52 als „ungeprüft ab Stapel“ im Angebot. Dort schlage ich zu: Ein neues Netzteil und, sollte etwas an meinem Gerät defekt sein, ein Organspender.

Kurze Zeit später trudelt das Gerät bei mir ein. Zusammen mit einer herben Enttäuschung: Obwohl die Geräte Geschwister sind, ist das Netzteil-Modul unterschiedlich. So ein Mist. Der CMT wandert in’s Regal und ich komme nicht weiter.

Ja, richtig, ich habe aufgegeben.

Leise rieselt der Staub auf dieses Projekt. Ich habe endgültig die Lust am CMTA verloren. Massenhaft Bauteile, viel Zeit, Recherche und dann noch ein nutzloser Organspender waren irgendwann zu viel. Das Gerät wandert zu seinem kleinen Bruder in die Ecke. Bis dann, eines Tages Ende März 2018…

Vierter Akt: Das neue Netzteil

…ich bei eBay zufällig ein Netzteil erblicke. Hoffnung keimt auf, mit einem nachweislich funktionierenden Netzteil-Modul, ist zumindest diese Variable aus dem Weg. 3-2-1-Meins, stecke ich wieder einmal Geld in dieses Projekt.

Das neue Modul ist da, und der CMTA bootet damit… natürlich nicht, was denkt ihr denn? ?

Damit ist auch das Interesse an diesem Gerät wieder da. Aber 2018 ist ein „messtechnisch arbeitsreiches“ Jahr bei mir. Viele neue Geräte halten Einzug, unter anderem ein komplettes HP 8510C 40 GHz VNA-System. Die sind natürlich auch alle mehr oder weniger defekt und benötigen erst einmal etwas Zuneigung. So bleibt der CMTA in seiner Ecke neben der Werkbank stehen, die er nun seit dem Umzug 2014 bewohnt.

Bis ich dann das erste Mal beim Funkmessplatz in Kassel (https://funkmessplatz.info/) aushelfe, April 2019. Da noch als „Praktikant“ ohne eigenen Messplatz. Es wird aber klar: Ein weiterer, richtiger Messplatz ist sinnvoll, um den Ansturm zu bewältigen und ich darf beim Messplatz-Team mitspielen. Nun richtet sich mein Augenmerk wieder auf den CMTA.

Fünfter Akt (Finale): Das CPU-Board

Etwas besorgt bin ich ja schon, ihr erinnert euch an V112, als ich den Messplatz Mitte April 2019 wieder auf den Tisch hieve. Was ich bis jetzt weiß:

Das neue Netzteil funktioniert.

Der CMTA startet, das Scope zeigt ein Testbild, aber er bootet nicht.

Also deutet alles auf einen Fehler in der CPU-Baugruppe oder ihrer Peripherie hin. Sonst würde das Gerät ja zumindest irgendetwas tun und sich beim Selbsttest aufhängen. Es tut aber gar nichts.

Ich habe keinen Extender für die Karten des Gerätes, aber das CPU-Board ist zum Glück das Hinterste. Baut man das Netzteil aus, hat man Zugang. Dafür hatte ich mir schon vor einiger Zeit entsprechende Kabel aus PC-Stromkabeln hergestellt. R&S nutzt die gleichen Molex-Stecker. Dass ich mir damit selbst ein dickes Ei gelegt habe, weiß ich zu dem Zeitpunkt noch nicht.

Und ich dachte, es sei eine gute Idee

Die erste Maßnahme war das Sichern der EPROMs. Anhand der Prüfnummern gab es zumindest hier Entwarnung: Alle EPROMs haben noch den korrekten Speicherinhalt. Das entspannt ungemein, schließlich bedeutet das auch, dass zumindest nicht alles durch eine Spannungsspitze des Netzteils „gegrillt“ worden sein kann. Die 5V_D werden ohne weitere Regulierung direkt vom Netzteil-Modul geliefert, die EPROMs hätten also jede Überspannung sofort abbekommen. Es kann also nicht alles tot sein.

Leider habe ich immer noch keine Service-Unterlagen zum CMTA 84. Selbst Fabian Filbert (ex. Rainer-Förtig) hat keine, nur für den CMTA 52/54.(*)

(*) Im Nachgang habe ich gesehen, dass sogar die zu meinem Gerät zugehörigen Originalunterlagen zwar auf dem Ordner CMTA 84 stehen haben, aber im Inneren auch “nur“ CMTA 52/54 sind. Mit Ausnahme des extra Ordners für die CR-Simulationen: Das ist der Unterschied zwischen einem 54 und einem 84 – Wer also sein C-Netz (oder die internationalen Konkurrenzstandards der pre-GSM-Ära) durchmessen will, braucht einen CMTA 84.

Jetzt kommt mir aber doch der defekte CMT52 zugute: Ich ziehe die CPU-Karte raus und halte beide Karten nebeneinander. Trotz unterschiedlicher Nummer, sind sie hardware-mäßig 1:1 identisch. Unterlagen vom CMT habe ich, das müsste also hier gut passen. Glück gehabt. Und ich kann ihn also doch als Teilespender nutzen.

Links CMT, rechts CMTA

Erste Überprüfung an der CPU: Spannung ist überall da, der Clock-Generator erzeugt eine 5 MHz Clock aus dem 10 MHz Referenz-Signal. Das ist übrigens wichtig zu wissen, wenn man die CPU-Karte testen will: Die Clock wird aus dem 10 MHz OCXO generiert und der sitzt in einer anderen Baugruppe. Die CPU hat keinen eigenen Taktoszillator! Ist das entsprechende SMB-Kabel nicht aufgesteckt, macht die Baugruppe nichts.

Was nicht geht: Kommunikation. Der Bus-Treiber für die Fronteinheit mit Tastatur und Display bekommt kein Chip-Select. Es ist also nicht verwunderlich, dass dort nichts angezeigt wird. Seltsam: Manchmal geht die Beleuchtung der Displays an, manchmal nicht. Manchmal leuchten alle LEDs, manchmal nicht. Sehr komisch.

Hier rächt sich mein Verlängerungskabel. Zwei der Leitungen haben statt 0,2 Ohm über 1 Ohm Serienwiderstand. Und statt der +5V (Analog), +15V aus dem Netzteil, kommen dann nur noch 3V und 11V auf dem Mainboard an. Ab in den Müll damit, so bringt man sich selbst auf’s Glatteis. Nachdem das Verlängerungskabel entfernt ist, ist die Frontplatte (wie zu erwarten) reproduzierbar leer, nichts leuchtet.

Intern passiert aber einiges auf der Karte. Ich habe mir nicht die Mühe gemacht, Datenströme zu analysieren. Ich habe immer nur geprüft, ob auf einem Bus „Party“ ist oder nicht. Diese Info ist für mich zunächst ausreichend.

„Party“ ist auf den Adress- und Datenleitungen. Kein Interrupt klebt hoch. Power-Fail und Reset tun das, was sie sollen.

Aber von den EPROMs werden nur zwei, D12 und D13, angesprochen. Der Rest bekommt kein CS. Das ist sehr eigentümlich. Ich vermute hier, dass die 1:4 DEMUXe (D7 und D14) defekt sein könnten. Diese de-multiplexen das Signal der CPU in die Chip-Selects der EPROMs und der RAM-Chips. Ich habe jetzt zwei Alternativen: Mit einem Logic-Analyzer zu prüfen, ob der DEMUX nur so angesprochen wird, dass nur zwei der sechs EPROMs CS bekommen… oder ihn einfach stumpf auszutauschen. Ich entscheide mich für Letzteres und pflanze D7 aus dem CMT beim CMTA ein. Keine Änderung. Da ich aus Gewohnheit ICs, die ich tausche, immer in Sockel stecke, kommt das Original wieder zurück.

In eine weitere Sackgasse stolpere ich bei der Read/Write-Enable-Logik. Hier verhält sich ein NOR-Gatter nicht wie Eines (D41 III). Natürlich erst nachdem ich es ausgetauscht hatte, bemerke ich, dass dort ein Fehler im Schaltplan vorliegt. Ein 74LS32 ist ein OR-Gatter, es ist aber als NOR-Gatter eingezeichnet. Also kommt auch hier der Original-Chip wieder zurück auf’s Board.

Fehler im Schaltplan

Also nochmal ein Schritt zurück, es gibt im Manual eine „Trouble-Shooting“-Anleitung, die gehe ich ein weiters Mal durch, vielleicht habe ich ja was übersehen (habe ich…. ?):

+5V und V_BU? Check.

Clock? Check.

X20, X21, X27 (das sind interne Jumper) verbunden? Check.

Power-Fail Ok? V_BU, CSRB, RESET? Che… Moment! Was ist CSRB?

CSRB ist ein Signal, dass die RAM-Chips, um die Lithium-Batterie zu schonen, in Tiefschlaf versetzt bzw. sie aufweckt, wenn das Gerät eingeschaltet wird. Dieses Signal hatte ich völlig übersehen und auch beim ersten Durchgehen der Checkliste nicht bemerkt.

Und tatsächlich CSRB bleibt low.

Das Signal wird aus einem RS-Flip-Flop aus zwei NAND-Gattern (D48) erzeugt. Der eine Eingang ist über einen Pullup-Widerstand auf 5V gezogen. Ein kleines DIP-Relais (K1) soll den !S Eingang auf GND ziehen und damit wird das Signal high am Flipflop. Es gibt aber keinen Pulldown, also kippt das Flip-Flop auch nicht.

Das Relais wird über D43 angesteuert. Dieselbe Schaltung regelt auch das Umschalten von V_Bat auf V_BU für das RAM und das funktioniert. Also das Relais ausgebaut und etwas ungläubig geprüft, schließlich ist das ein Board voller empfindlicher Bauteile und dann soll es ein ganz profanes Relais sein, was ja auch nur einen Schaltzyklus pro Ein/Aus-Schalten sieht, also nicht gerade belastet ist?

Aber ja: Der GND-Pull !R des Flipflops wird weg geschaltet (Pin 1 an K1). Pin 14 wird aber nicht auf GND gezogen, das Relais schaltet also nicht vollständig „durch“. Also K1 aus dem CMT gerupft, kurz getestet (geht!) und rein in den CMTA.

Der Übeltäter?

Immer noch skeptisch (das soll’s jetzt sein? Unmöglich!) schalte ich den CMTA ein. Alle LEDs der Frontplatte leuchten auf, die Eichleitung spielt ein kurzes Schlagzeugsolo und nach wenigen Sekunden erscheint „Selftest“ und dann „CMTA OK“ im Display. YEAAAAAHHHHHHHHHH!

Erfolg! 🙂

Abspann

Nach dem erfolgreichen Selbsttest begrüßt mich der CMTA aber mit „CAL D1 D30“. Ohje, doch etwas kaputt im Analogteil?

Ein kurzer Blick in das Betriebshandbuch verrät aber, dass das einfache Kalibrier-Routinen des Gerätes sind.

D1 ist der Nullabgleich des Power-Meters. Einfach nichts an die Eingangsbuchse anschließen, „D 1 SEPC“ eingeben und drei Sekunden warten, weg ist die Meldung.

D30 ist der Offset-Ausgleich des RMS-Voltmeters. Hierzu soll eine möglichst genaue Spannung von 40 mV (R&S empfiehlt +-0.1%) mit 800 Hz in die „AF Voltmeter“-Buchse eingespeist werden und anschließend „D 30 SPEC“, nach 5 Sekunden ist auch diese Meldung verschwunden.

Das war’s. Fertig. Nach fast sieben Jahren und unendlichem Maße an Frustration hat dieses Projekt ein gutes Ende gefunden. Der CMT ist immer noch hier und ich überlege mir, was ich damit mache. Außer ganz weniger (leicht beschaffbarer) Komponenten fehlen ihm ja keine Teile. Er ist eben auch defekt. Als Teilespender bleibt er in jedem Fall erst mal erhalten. Genauso, wie das originale, „verbastelte“ Netzteil.

Was lernen wir? Hartnäckigkeit kann sich auszahlen.

Prost!

Der Kurzfilm nach dem Abspann

Beim Testen fiel mir auf, dass der RF Spectrum-Analyzer stocktaub ist. Großer Schreck!

Laut Blockschaltbild kann aber nicht der Mischer kaputt sein, es ist für alles der Gleiche. Dann wäre das Gerät immer taub und unbrauchbar. Lediglich eine andere Eichleitung wird benutzt, die 0/10/20/30dB Eichleitung statt des VGA, der für alle anderen Messfunktionen genutzt wird. Dort waren zwei Kabel vertauscht, das Eingangssignal ging in’s Nirwana. Nachdem es richtig angeschlossen wurde, geht das jetzt auch. Puh!

Ein kompletter Abgleich steht jetzt an, dieser wird in einem weiteren Beitrag beschrieben.

Jetzt aber endgültig Prost!

Stilllegen eines Racal-Dana 2101 Microwave Counter

Letztes Jahr habe ich mir einen neuen Zähler gegönnt. Der war schon länger auf der Wunschliste. Es ist ein 2101 der Firma Racal-Dana, die ja für Frequenzzähler durchaus bekannt ist. Durch ein großes Glück bekam ich einen mit der Option 04E, das ist der “Ultra Stability” OCXO, der stabilste Referenzoszillator für den 2101. Für einen Zähler, der bis über 20 GHz messen kann, ist das sehr wünschenswert.

Um die hohe Stabilität zu nutzen, sollte der Ofen natürlich dauerhaft laufen. Intelligenter Weise hat Racal dem Gerät einen harten Netzschalter und eine Standby-Taste verpasst. Das finde ich sehr löblich. Bei vielen Geräten ist der vermeintlich harte Netzschalter auch nur eine Standby-Taste, für die man etwas mehr Muskelkraft benötigt. Ein echtes Abschalten ist entweder gar nicht vorgesehen, oder der Schalter ist unpraktisch auf der Rückseite angebracht.

Leider haben sie dem Gerät einen Lüfter der Sorte “übler Nervzwerg” verpasst und natürlich wird dieser nicht im Standby abgeschaltet!

Der Lüfter ist vorne auf der linken Seite des Gerätes

Selbstverständlich führte das dazu, dass der Zähler ein paar Tage im Standby war und mich dann so genervt hat, dass ich ihn komplett abgeschaltet habe. Das ist ja nun nicht im Sinne der Erfinders. So rächt sich dann auch der OCXO, denn ein TCXO ist zwar bei Weitem nicht so stabil, aber dafür sofort auf der Sollfrequenz. Ein Ofen muss natürlich erst mal warm werden. Racal-Dana gibt für den 04E-OCXO fünf Stunden Anheizzeit an! Das ist schon sehr unpraktisch, also habe ich mir ein kleinen Umbau überlegt, um die Kiste zum Schweigen zu bringen.

Achtung: Dies ist natürlich kein autorisierter Umbau! Eventuelle Einflüsse auf Messgenauigkeit und Betriebssicherheit muss jeder für sich und sein Gerät abwägen.

Das Ganze ist jetzt kein technisch hoch anspruchsvoller Bericht. Es dient eher der Dokumentation, dass es (zumindest bei meinem Gerät) problemlos möglich ist, den Lüfter still zu legen.

Ausgangssituation

Zunächst habe ich mir den Luftstrom angesehen. Dabei fällt auf, dass der Strom am Ofenquarz minimal ist. Ist ja auch sinnvoll. Die Luft strömt an der Eingangssektion vorbei in das Gerät und tritt an den Spannungsreglern wieder aus. Sonst ist das Gehäuse komplett geschlossen.

Luftstrom durch den Zähler

Wenn man den Lüfter nun im Standby stilllegt, ist der kritische Punkt der Netzteilbereich mit den Spannungsreglern. Diese sind an ein Kühlblech an der Gehäuseseite geschraubt. Etwa da, wo der blaue Pfeil das Gehäuse verlässt. Ich habe den Zähler daher ohne Lüfter etwas stehen lassen und die Temperatur kontrolliert. Im Betrieb werden sie merklich warm, aber im Standby nicht einmal “handwarm”. Das ist beruhigend.

Umbau

Baut man den Lüfter aus, sieht man die zwei Lötpfosten 7 und 8, an denen der Lüfter mit Strom versorgt wird.

Lüfter demontiert

Davon habe ich einen abgelötet und einen IRF530N eingebaut. Der FET war gerade greifbar und ist hinreichend überdimensioniert. 😉 Den FET habe ich dann an das Gehäuse geschraubt. Er sitzt jetzt direkt vor dem Lüfter, dort ist er gut aufgeräumt und fliegt nicht lose irgendwo rum.

FET an endgültiger Position

Nach kurzer Suche habe ich eine Spannung gefunden, die im Standby abgeschaltet wird. Hier habe ich über einen 12k Widerstand direkt an einen Elko (C46) “angezapft”.

O’zapft is!

Und fertig ist es schon. Funktioniert wunderbar. Im Standby herrscht herrliche Ruhe. Dieser Umbau ist jetzt einige Wochen her und der Zähler läuft seitdem. Bedenkliche Erwärmung oder Ähnliches konnte nicht beobachtet werden. Das Gehäuse erwärmt sich gerade so fühlbar an der Stelle, an der die Regler sitzen und beim OCXO. Aber auch dort entsteht kein derartiger Wärmestau, dass ich einen “Temperaturschock” für den Oszillator erwarte, wenn der Lüfter anspringt.

Bei der Gelegenheit sollte man gleich dieses Schaffner FN370-2 Filter tauschen, wenn es einem noch nicht hochgegangen ist. Als ich meinen bekommen habe, war schon ein Neues drin. Braune Flecken am Gehäuse verrieten auch wieso. 🙂

Viel Spaß beim Basteln, 73

Reinigung und Pflege von HF-Steckverbindern

Da ich gerade ein neues, altes Cal-Kit für den (ebenfalls neuen, alten) VNA bekommen habe, kam das Thema Reinigung, Pflege und Wartung von hochwertigen HF-Steckverbindern auf meine Tagesordnung. Speziell bei höheren Frequenzen kann eine solide Dreckschicht das Messergebnis schon signifikant beeinflussen. Insbesondere bei empfindlichen Messungen, wie der Reflektion eines recht guten Abschlusswiderstandes, kann der Einfluss gut sichtbar sein.

 

 

 

 

 

 

HF-Stecker haben die Eigenschaft mit der Zeit so eine schwarze Dreckschicht anzusetzen. Woher die genau kommt, ist mir unbekannt, es ist aber irgendwie immer diese schwarze Pampe. Vermutlich ist es Staub, Metallabrieb und Hautfett. Wohl auch ein Grund warum an nicht wenigen Vektor-Netzwerkanalysatoren Handschuhpflicht herrscht.

 

Als Grundlage dieses Artikles kann man die (uralte) Application-Note 326 von HP sehen. Dort gibt es ausführliche Beschreibungen zu einzelnen Steckertypen. Als bestes Reinigungsmittel wird flüssiges Freon (FCKW) empfohlen, damit bewirbt man sich aber nicht gerade als Umweltengel. 🙂

Alternativ wird Isopropanol genannt. Das ist auch meine Wahl: Leicht zu bekommen (auch hochrein), nicht giftig und auch zu Hause händelbar.

Anritsu, der Hersteller meines Cal-Kits, empfiehlt “Denatured Alcohol”, also Brennspiritus. Diese Wahl finde ich persönlich etwas seltsam, denn a) ist Brennspiritus meines Wissens nach etwas aggressiver als Isopropanol und b) enthält er irgendwelche Additive zur Vergällung, die dann auf den Kontaktflächen verbleiben oder chemisch reagieren. Ich habe mal gelesen, dass diese Additive auch korrosiv wirken können, weshalb Brennspiritus generell nicht für die Reinigung von Elektronik empfohlen sei. An anderer Stelle stand, dass teilweise Aceton mit drin ist, und das will ich nun wirklich nicht an meinen Bauteilen haben. Aceton greift viele Kunststoffe in sehr kurzer Zeit an und die Halterungen der Innenleiter von Steckverbindern mit Luftdielektrikum sind soweit ich weiß nicht aus Teflon. Hier bin ich aber gerne auch für Korrekturen zu haben, vielleicht mache ich ja mit Isopropanol auch alles falsch und riskiere Schäden an Geräten und Bauteilen?!

Hier sieht man einen 3,5 mm Testport meines VNA

In 3,5 mm-GND-Kontaktfläche hat sich dieser dunkle Dreck abgesetzt, dies gilt es zu Reinigen.

Nach einer vorsichtigen Reinigung sieht die Kontaktfläche dann so aus:

Man sieht gut, dass der Dreck recht gut ab gegangen ist und nun das Metall wieder frei liegt.

Nur wie wird sowas gemacht? HP empfiehlt spezielle Tücher und Wattestäbchen, die man bei Ihnen kaufen konnte. Die Dinger gibt es bestimmt auch heute noch bei Keysight, nur für den Heimbastler zu wohl eher wenig attraktiven Preisen. Wattestäbchen hat aber auch hierzulande jeder zu Hause und die Dinger sind netterweise gegen erstaunlich viele Lösemittel resistent. Also eigentlich gut geeignet, aber:

So wird das nichts 🙂

Ich behelfe mir mit einem kleinen Trick, ein Wattestäbchen, ein Zahnstocher und etwas(!) Isopropanol.

Von dem Wattestäbchen wird mit den Fingern ein bisschen was abgezupft.

Hier sollte man Handschuhe tragen, um die Watte nicht beim Hantieren mit Hautfett zu verunreinigen.

Die abgezupfte Watte kann man dann, wie Spagetti mit der Gabel, auf die Spitze des Zahnstochers aufwickeln, zwischen den Fingern etwas drehen zum Verfestigen, und schon hat man sich ein Mini-Wattestäbchen gebaut:

(Zweihändig geht’s besser 🙂 )

Ein ganz kleiner Dip ins Isopropanol, die Watte soll nur feucht sein. Ich habe mir mal so eine Pumpflasche gekauft, die ist für sowas wirklich praktisch, in der Kappe bildet sich nach einem Pumphub ein kleiner See in den man das Wattestäbchen eintunken kann. Kann ich absolut empfehlen, die Dinger kosten nicht die Welt.

Mit dem feuchten Wattestäbchen dann vorsichtig kreisend den Stecker reinigen. Aber höllisch aufpassen nicht den Innenleiter zu verbiegen.

Quillt eine Menge Isopropanol aus der Watte, war es zu viel. Das Beste ist, wenn gar kein Reinigungsmittel in den Stecker eindringt. Erstens könnte das Lösemittel irgendwas beschädigen und zweitens wird der Dreck im Zweifel nur in den Stecker rein gespült und bleibt dort für immer. Daher würde ich auch nie irgendwelche Sprays direkt in den Stecker sprühen, da rutscht der Dreck auch nur tiefer ins Innere und verursacht letzten Endes nur noch mehr Ärger.

Ich nehme immer den Stecker in die linke Hand und den Zahnstocher in die Rechte und lasse den Zahnstocher dann zwischen den Fingern kreisen. So kann man sehr schön am Rand entlang fahren und rotiert gleichzeitig die Watte.

Wichtig: Den Zahnstocher sehr vorsichtig und gerade einführen. Niemals schräg in den Stecker rein, dann läuft man Gefahr unabsichtlich den Innenleiter zu verbiegen.

Hier ein Beispiel von der Menge an Dreck, die ich aus einem Satz des Cal-Kits heraus geholt habe. Man sieht, es hat sich gelohnt, da sammelt sich schon einiges an. Die Kontaktflächen sind alle wieder blank. Man sollte dann etwas warten, dass alles Reinigungsmittel sicher rückstandslos verdunstet ist, bevor man die Plastikkappen wieder aufsteckt.

Die Gewinde außen reinige ich immer mit einem Pinsel und etwas Isopropanol, einfach den Dreck heraus bürsten. Wie man sieht, verschwindet der schwarze Dreck auch vollständig und die schöne, vergoldete Oberfläche kommt wieder zum Vorschein.

Bei keinem der beiden Reinigungsvorgänge sollte man irgendwie Kraft aufwenden. Es ist eine Aufgabe, die durchaus etwas Geduld erfordert. Aber wenn man sich den Wert eines einzelnen Bauteils mit 3,5 mm/2,92 mm Steckern vergegenwärtigt (selbst ein einfacher f-f Adapter kostet schnell über 50€!), was sind da schon fünf Minuten mehr oder weniger bei einer Reinigung, die vielleicht einmal im Jahr nötig ist.

Ich hoffe, dass dies für den einen oder anderen hilfreich ist.

Bis dahin beste 73.

 

 

Gasableiter im Tektronix 576

Beim Aufräumen sind mir ein paar Gasableiter untergekommen. Diese kleinen, weißen Pillen, die ganz gerne auch mal in Schaltnetzteilen drin sind. Ich bin beileibe kein Experte auf dem Gebiet, aber ich meine, das ist die gröbere Kelle zum MOV, der wieder die gröbere Kelle zur Schutzdiode (Zener) ist. Daher ist ein Überspannungsschutz immer mehrstufig Gasableiter-MOV-Zener. Im Überspannungsfall zündet erst die Diode, dann der MOV und dann der Gasableiter. Sollte das Unsinn sein, bitte ich um einen Kommentar unten. 🙂

Nun besitze ich ja seit kurzem einen wunderbaren Tektronix 576 Kennlinienschreiber. Dieser ist auch in der Lage ziemlich hohe Spannungen (bis 1500V!) an den Prüfling zu geben und müsste also locker ausreichen einen solchen Gasableiter kontrolliert durchzuzünden. Also rein mit dem Teil in den Tek und vorsichtig Gas geben. Und tatsächlich erkennt man schön die “Kennlinie” des Ableiters.

Einschub: IV-Kennline

Wer noch nie mit einem Kennlinienschreiber zu tun hatte, braucht an dieser Stelle vielleicht ein paar erklärende Worte. Der Kennlinienschreiber gibt die IV-Kennline eines Bauteils wieder, also Strom über Spannung.

Betrachten wir hierzu einmal eine Diode: Eine Diode Leitet wenn sie “vorwärts” mit Strom versorgt wird und sperrt wenn sie “rückwärts” mit Strom versorgt wird. Auf dem Kennlinienschreiber sieht das dann so aus:

Die X-Achse ist die Versorgungsspannung, die Y-Achse ist der Strom. Im Beispiel ist 0V in der Mitte des Monitors.

Anhand der Einstellungen sehen wir, die Versorgungspannung der Diode steigt mit jedem Skalenteiler von links nach rechts um 500 mV. Jeder Skalenteiler in Y-Richtung entspricht einem Strom von 5 mA.

Man sieht hier also von -2,5 V bis etwa 0,25 V passiert nichts, es fließt kein Strom. Ab 0,25 V (also kurz nach der Mitte) aber steigt der Strom sehr schnell an, die typische Diodenkennlinie entsteht. In dem Fall von einer Germaniumdiode.

–Einschub Ende— 🙂

 

Zurück zu unserem Ableiterchen:

Bis zur Zündspannung sehen wir keinerlei Stromzunahme. Hier ist die Spannung am EUT bereits auf 200V aufgedreht. Nach Datenblatt soll der Ableiter bei etwa 230V durch zünden.

Und tatsächlich, bei ziemlich genau 230V zündet der Ableiter und fällt auf eine Brennspannung des Lichtbogens von ca. 75V herunter. Die steile vertikale Line zeigt an, dass der Spannungsfall am Gasableier unabhängig vom Strom ist (Impedanz im Arbeitspunkt nahe Null). Das ist auch sinnvoll. Denn das heißt unabhängig von der Energiemenge, die in mein Gerät rein kommt, muss ich es (oder die weiteren Schutzstufen) nur so designen, dass es dauerhaft nur die 75V Brennspannung ab kann. Ob da nun 10 mA oder 1A durch den Gasableiter fließt, ist mir egal (okay, irgendwann geht der natürlich auch kaputt).

Wenn man der Sache ein bisschen mehr Bumms verpasst, kann man den Überschlag auch schön im Keramikgehäuse leuchten sehen und anhand der organgenen Färbung jetzt über das Gasgemisch rätseln.

Das Foto ist etwas hässlich, da durch die geschlossene Schutzabdeckung des Tek gemacht.

Ich war mir nicht 100% sicher, ob es den Gasableiter nicht doch irgendwann zerlegt und das wollte ich im Zweifel nicht abbekommen 🙂

Und natürlich ist da auch Strom drin. Mit einem Kennlinenschreiber wie dem 576 kann man sehr einfach lebensgefährliche Spannungen und Ströme erzeugen. Ein solches Gerät sollte immer mit Umsicht genutzt werden.

 

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