Reparatie en revisatie van de Microtel SG-811 sweep generator

Microtel SG-811-pe1rqm.nl-1500pxDit keer eens een iets ander verhaaltje. Ik wil jullie meenemen in een stapeling van reparaties van een leuke, maar oude sweep generator met een heel behoorlijk frequentiebereik (10MHz tot 18GHz). Een stapeling omdat na iedere oplossing van een probleem er soms wel een paar nieuwe problemen bijkwamen. Murphy’s law ten top! Maar ik zal beginnen met een korte beschrijving van het apparaat:

De Microtel SG-811 is een “swept signal generator” uit eind jaren 70 met een bereik van 10MHz tot 18 GHz (<2GHz is een optie). Het apparaat kan ook als signaalgenerator dienen. Dit is echter niet geschikt voor metingen aan smalband ontvangers, want de signaalgenerator is vrijlopend en de draaggolf heeft redelijk wat residual FM. Primair is het dus een sweeper met een groot frequentiebereik. Er zitten vier YIG oscillatoren in om het hele bereik van 2 tot 18 GHz te kunnen maken. Onder de 2GHz wordt gegenereerd door een LO van 2,3 GHz te mixen met de eerste YIG oscillator. Het uitgangsniveau wordt automatisch geleveld, om het uitgangsniveau tijdens de sweep tot in zekere mate recht te houden. Dit levelen gebeurt met twee detectors (0,01-2GHz en 2-18GHz) die via een elektronische regeling een pindiode switch/leveler sturen. Deze pindiode switch/leveler schakelt ook tussen de uitgangen van de vier YIG oscillatoren voor de banden. Er zitten ook nog twee auto tracking YIG filters in (ook weer voor 0,01-2GHz en 2-18GHz).

20130223-IMG_1314

20130223-IMG_1323

Een apparaat van 35 jaar oud met zoveel analoge regel elektronica en relais kan eenvoudig defecten gaan vertonen. En dat was dan ook zo. Laten we maar eens beginnen:

Ik heb het apparaat al enkele jaren, maar nooit was de leveling echt goed geweest. Ik had dat steeds van mij afgeschoven, want op kleine bandselecties was dat geen probleem. Ineens kwam er een reden bij om het apparaat toch maar eens onder handen te nemen. Ineens deed namelijk de sweepfunctie het ook niet meer goed. Soms sweepte hij wel even, maar dan kon het zo weer dagenlang ophouden. Er was geen patroon in te ontdekken. Ook geen temperatuureffect. Ga dan maar eens fouten zoeken… Het lastige was ook nog eens dat alle elektronica op insteekprinten zit. Een extender had ik helaas niet, dus ik kon helemaal niet makkelijk meten aan de testpunten.

Sweep generator
Sweep generator

Dus steeds de print weer verwijderen, draadjes solderen aan wat punten en meten maar. Gelukkig was een uitgebreide service manual met schema’s en beschrijvingen beschikbaar. Maar ondanks dat was de fout was heel lastig te vinden. Een in-circuit test van de componenten wees ook nog niet direct een fout aan. De spanningen waren ook in orde en zodra de schakeling stopte met werken, waren ook alle rustspanningen nog in orde. De schakeling stond gewoon te wachten leek het wel. Ik dacht dat het misschien zou kunnen komen door verlopen weerstanden. Want dat waren wel wat verouderde typen koolweerstanden, die soms wel meer dan 10% hoger waren dan de opgegeven waarde. Uit voorzorg deze allemaal vervangen (de calibratie was toch al niet goed) voor nieuwe weerstanden, maar dat loste het probleem ook niet op.

20150516-IMG_9390-PE1RQM-640px

Met de metingen kwam ik uit bij een setje FET’s en wat simpele 2N3904 en 2N3906 transistoren. Maar in-circuit leken die niet defect. De FET’s waren moeilijk verkrijgbaar, dus uit voorzichtigheid ben ik begonnen met de transistoren. Ik had kort geleden al eens een setje van beide typen aangeschaft. Dus toch maar eens proberen enkele te vervangen. Daar waar het ongeveer mis ging. En werken! De fout was opgelost. Een transistor kan dus blijkbaar ook “een beetje” kapot wezen.

PE1MUD
PE1MUD’s Tin whisker

Een raar fenomeen vond ik dat. Voor wat betreft de metalen transistoren wees David PE1MUD mij op een effect wat “tin whisker” heet. Een soort kristalvorming over de jaren heen op vertinde oppervlakten. Deze kristalvorming kunnen vervelende defecten veroorzaken zodra de dan ontstane metalen staafjes voor kortsluitingen gaan zorgen. De 2N3904/2N3906 transistoren zaten echter in een plastic behuizing. Maar ook dan kan tin whiskering voorkomen op bijvoorbeeld de pootjes. In uitzonderlijke gevallen zou het zelfs in de plastic behuizing kunnen groeien. Ik kon dat op mijn exemplaren niet ontdekken en ik kon ook niet in de plastic huisjes kijken, dus de oorzaak zal mij nooit helemaal duidelijk worden. Belangrijker was echter, dat de sweepfunctie het weer deed! De vervangen weerstanden kon ik ook als revisatie zien. Ik heb dat gelijk ook maar even in de markergenerator gedaan.

Tijdens de reparatieperiode was Murphy nog niet helemaal blij en vond het blijkbaar tijd om nog wat stuk te laten gaan. Ik merkte ineens een flinke pieptoon uit één van de relaisspoelen. Blijkbaar stond er soms wat te oscilleren. Ik heb al veel dingen gedaan om dat proberen te verhelpen en je zou denken dat dit niet zo moeilijk moet zijn. Maar het schijnt toch nog niet helemaal over te zijn. Naast de relaiscontacten zit er ook een omschakelcontact in. Op die manier kan spoel 2 alleen bekrachtigd worden als spoel 1 juist niet bekrachtigd is. Maar zodra het contact naar de spoel dus verbroken is, is de impedantie zeer hoogohmig en dan kan de oscillatie plaatsvinden. Ik heb al geprobeerd om de contacten te dempen met capaciteit, de impedantie te verlagen met wat weerstand en nog wel meer. Mogelijk is het wisselcontact wat vuil geworden, want de oscillatie komt alleen voor op het moment dat de omschakeling plaatsvindt. Dat contact is lastig schoon te maken. Wel heb ik voor de test geprobeerd om de spoelactivatie wat te vertragen. Maar dat mocht niet baten. Op dit moment is het zo, dat het apparaat enkele uren aan moet staan om warm genoeg te zijn om oscillatie te doen veroorzaken.

RF unit met transferrelais in het midden
RF unit met transferrelais in het midden

Tijdens het zoeken naar de oscillatieverschijnselen viel ineens het uitgangsvermogen weg boven 3GHz. Ik was wat aan het prikken geweest met condensatortjes en ik ben me er van bewust, dat de condensatoren altijd ontladen moeten worden alvorens je ze weer op een ander punt prikt. De lading zou anders gevoelige onderdelen defect kunnen maken (is me al eens gebeurd met een ERA-5). Dus dat deed ik ook zorgvuldig. Maar toch werd het me wel even warm om mijn hoofd. Ik zou toch niet per ongeluk de Pin-switch/leveler hebben gesloopt? Door lekkage van de oscillatie was namelijk het oscillatiepatroon ook meetbaar op de pinswitch driver. Ik heb een heel kort moment het vermoeden gehad dat de oscillatie hier vandaan kwam. Was de pin switch dan overleden? Dat is namelijk zo’n speciaal onderdeel in deze generator, dat het in dat geval denk ik toch wel het einde zou betekenen van het apparaat. Of in elk geval zou ik het apparaat in dat geval voor langere tijd achter het schot kunnen gaan zetten, want een viervoudige pin-switch/leveler tot 18GHz maak je ook niet even makkelijk zelf. Dus het blokschema erbij gepakt en gekeken hoe alles loopt. De YIG oscillatoren lopen via isolators direct naar de Pin-switch/leveler. Dus heb ik eerst maar eens gekeken wat er uit deze switch komt, door daar direct de Boonton powermeter aan te hangen. En zowaar, op alle banden kwam er keurig het volle level uit! Pfieuwww…. Dat was een grote opluchting. Dat ik trouwens niet twijfelde aan de YIG oscillatoren, kwam omdat drie banden het niet goed meer deden. Drie YIG’s in één keer stuk is niet erg waarschijnlijk. Een YIG is bovendien robuust.

Het signaal achter de pin-switch/leveler gaat vervolgens naar een transferrelais om een circuit bij te schakelen voor de 0,01-2GHz optie. Het signaal wordt dan omgeleid naar onderdelen zoals een mixer, filters, local oscillator, een eigen detector etc. om deze frequentieband te converteren uit de eerste YIG oscillator. In uitgeschakelde toestand (2-18GHz) zou dit transferrelais dit extra circuit moeten passeren. En dat gebeurde niet. Het hele signaal bleef hier langs gaan. Daarom zag ik ook het signaal geleidelijk aan afnemen boven 3GHz. Daar zorgde het 2GHz low-pass filter wel voor. Nu moest ik uitzoeken of het transferrelais stuk was, of de relaissturing. Er was in elk geval geen spanning meetbaar op de relaisspoel. Was er soms een kortsluiting, of was de sturing echt kapot? Of was de relaissturing kapot gegaan door een kortsluiting. Dus relais losgekoppeld van de sturing en de spoelen eens meten. Eén spoel meette een typische Ohmse weerstand, maar de andere spoel was heel hoogohmig. Aha! Spoel stuk… toch?! Maar… waarom was er dan geen spanning op de spoel? Dus dan de relais maar eens op de voeding. Het hoogohmige contact deed niets omhalen, zoals natuurlijk verwacht. Het andere contact klikte wel keurig. Voeding los en weer eens meten aan de spoelen. Nu was het precies andersom! De andere spoel was hoogohmig en nu kon ik met de voeding de andere spoel omhalen. Blijkbaar is dit een type relais, die met behulp van een schakelaartje voorkomt dat beide spoelen tegelijkertijd kunnen worden geactiveerd. Maar ook hier was ik opgelucht; geen kostbaar relais kapot en ook daar zou de zoektocht lastig van worden. De relaissturing dan maar nakijken…

20160105-IMG_0950-PE1RQM-640px

Dit was precies dezelfde relaissturing als waar de oscillatie in plaatsgevonden had, zoals ik eerder beschreven had. Hoe konden deze transistoren ineens stuk gegaan zijn? Want dat was gelijk wel duidelijk; één van de twee metalen PNP transistoren meette een kortsluiting tussen twee pootjes. De andere meette wel goed. De defecte vervangen voor iets anders, maar nog steeds niet werken! Die andere was toch goed? De NPN stuurtransistoren (2N3904) waren ook in orde en die had ik voor de zekerheid toch ook al vervangen (uit betrouwbaarheid, dezelfde als die de sweep generator plaagde). Nogmaals de andere metalen PNP transistor gemeten en nu wel een kortsluiting! Eerder beschreef ik al het Tin Whisker effect. Het is bijna met zekerheid te stellen dat dit effect heeft plaatsgevonden in deze transistoren en dat het bewegen van de printplaat ervoor gezorgd heeft, dat een Tin Whisker kristal is gaan bewegen en een sluiting heeft gemaakt. Murphy was dus echt onvermoeibaar! Uit betrouwbaarheid heb ik ook alle andere relaissturingen maar gereviseerd. Voor de metalen PNP schakeltransistoren heb ik nu plastic BC327’s gebruikt (op aanraden van David) en de 2N3904 NPN transistoren heb ik vervangen voor nieuwe. Alles deed het daarna weer goed. Opluchting nummer…. ? Ik ben de tel kwijt :)

Relaissturing na revisie
Relaissturing na revisie

Ik wilde een nieuwe calibratie gaan doen. Het servicemanual is redelijk duidelijk en met mijn Boonton RF powermeter kon ik de levels goed afregelen. Het ging simpel; RF meter op voorkant afstellen met de RF output potmeter op 0dBm. Vervolgens meten met de powermeter en het uitgangsniveau met een potmeter afregelen op 0dBm. Op dat moment staat de eigen RF meter en het werkelijke uitgangsniveau gelijk. Dat moest je voor alle 5 banden doen. De servicemanual was echter vergeten te vermelden (stomme Murphy alweer) dat je het niveau van twee banden (4-8GHz en 8-12 GHz) ook moet afregelen en welke potmeter daar dan bij hoorde. Ik zag de afwijking natuurlijk wel op de powermeter. Het was maar ca. 2dB, maar ik stoorde me er toch aan. Toen ik het schema eens goed bekeek, zag ik twee potmeters precies voor deze banden. Dus ook maar gelijk even afgeregeld. Wat stond alles nu weer mooi recht!

20160106-IMG_0952-PE1RQM-640px

20160115-IMG_0969-PE1RQM-640px

Alleen de eigen interne RF level meter (analoge VU meter) bleef maar afwijken qua lineariteit. Zodra ik zeg maar de 0dBm aanduiding goed had gezet, week de meter weer af op bijvoorbeeld +10dBm en visa versa. Tussen de detector en de RF level meter zit een “meter amplifier”. Een opampje. De servicemanual was echter niet zo duidelijk over het feit, dat de balans tussen het begin van de meter en het einde van de meter kon worden ingesteld met twee afregelpunten. Punt 1 en 2 stonden in compleet verschillende paragrafen en daar kwam ik pas later achter (had ik Murphy al eens genoemd?). Ik had zelfs al een poging ondernomen om de versterking van de opamp te verlagen. Dat hielp wel iets, maar al snel kwam je dan weer spanning tekort om de VU meter voldoende te doen uitslaan. Helemaal perfect balanceren was eigenlijk niet te doen op deze manier. Maar ik kon wel een nieuw effect waarderen; de meter kon ook een iets groter bereik weergeven. Normaal gesproken loopt de aanduiding van ca. -5dBm tot +15dBm. Ik kon met een nieuwe meter achtergrond natuurlijk ook mijn eigen aanduiding maken. En dat heb ik dan ook gedaan. Deze liep van -10dBm tot +13dBm en de 0dBm weergave zou dan precies in het midden van de meter komen te liggen:

SG-811-meter-indication-new-(PE1RQM)

Intussen had ik ook de andere paragraaf gelezen en was het des te makkelijker om mijn  zelfgemaakte meterschaal goed af te regelen. Een mooie verbetering vond ik zelf! Overigens is het wel geprint op een sticker van papier. Ik maak me wel wat zorgen om de vergeling de komende tijd, maar dat gaan we wel even zien. Het is redelijk eenvoudig te vervangen. Op onderstaande foto ben ik nog aan het aftekenen:

20160117-IMG_0976-PE1RQM-640px

Overigens zijn ook zaken afgeregeld met betrekking tot de interne LF generator en modulatiegenerator.

De sweep generator is nu weer beter dan hij in jaren is geweest. Het was een stapeling van problemen en dit was dan ook geen 5 minuten klusje. Maar leerzaam was het weer wel. Wat een mooi apparaat is dit zeg! Ik werd ook vaak wel geplaagd door stommigheden. De aanhouder wint! Helemaal klaar ben ik echter nog niet, maar dat komt een andere keer wel weer. De volgende problemen moet ik namelijk nog een keer bekijken:

  • De markergenerator lijkt het niet te doen. De sweeptrace zou na inschakelen moeten worden gemodificeerd en dat zie ik niet terug op de oscilloscoop.
  • Een oscillerende transferrelaissturing is er nog steeds als het apparaat warm is.

 

Een reactie plaatsen