reparatie spectrumanalyzer tektronix496 deel 1 (Toestel of techniek)

door loek , Exloo (Drenthe), 24-09-2014, 13:38 (3719 dagen geleden)

Hallo forumlezers,

Ik heb al eerder op dit forum van enkele reparaties verslag gedaan van de spectrumanalyzer type Tektronix 496

De volgende reparaties waren al uitgevoerd:

1e
Herstel van het digitale geheugen.
2e
Te lage voedingsspanningen 100 en 300 V hiervoor zijn alle voedingselco’s vervangen. Voor een deel uit preventie. Ook alle RIFA ontstoringscondensatoren zijn, naar aanleiding van reacties op het transistorforum, vervangen.

Dus na deze reparatie kon ik eindelijk eens gaan spelen met het apparaat. Je gaat dan wat kritischer kijken naar signalen. En opeens viel het mij op dat bij bepaalde instellingen van de analyzer er signalen zichtbaar werden die ik eigenlijk niet kon verklaren. Deze signalen waren onafhankelijk van het ingangssignaal of verzwakkerstanden. Dus ook zonder ingangssignaal zag je deze verschijnselen. Op de foto hieronder zie je een signaal (rechts-midden) dat niet wordt aangeboden op de ingang.

Dus er zat toch nog iets fout in de analyzer maar wat?

Een spectrumanalyzer is eigenlijk niets anders als een selectieve ontvanger (zoals een radio). Echter de selectiviteit en het afstemgebied zijn bij een spectrumanalyzer instelbaar van zeer breed tot zeer smal (bijvoorbeeld 30 Hz). En bij een analyzer wordt dan over dit frequentiegebied gesweept (kan ook afgestemd worden met de hand). Op de horizontale-as staat de frequentie en op de verticale-as staat het niveau (in dB of volts)

Je kunt bijvoorbeeld instellen dat je in één keer wilt kijken naar het gebied van 10 KHz tot 1,8 GHz. Dit is dan de horizontale as van het beeldscherm. En je kunt dan de signalen in dat gebied bekijken met een filter/bandbreedte van bijvoorbeeld 5 MHz.

Wil je bijvoorbeeld weten of er brom zit op een frequentie van 1 GHz. Dan zou je de analyzer in kunnen stellen op de frequentie in het midden van de horizontale as op 1 GHz met 5 divisions links en rechts van 100 Hz.

Als je dan gaat kijken naar signalen op deze as met een filter van 30 Hz dan zou je de zijbanden van brom kunnen zien.

Tot zover de korte samenvatting over het gebruik van een spectrumanalyzer.

Het bijzondere van dergelijke analyzers, vergeleken met een radio, is het frequentie bereik en de selectiviteit.

Om de selectiviteit te bereiken worden er drie (soms meer) modulatietrappen toegepast. Bij de tektronix 496 zijn dit er drie. Op onderstaand schema zijn de drie modulatie stappen vereenvoudigd in drie kleuren te zien.

Het meest smalle filters zitten na de laatste (3e mixer) in de 10 MHz middenfrequent (ook deels met kristallen). Daarna wordt het signaal verder verwerkt voor presentatie op een beeldbuis.

Door het gebruik van zeer smalle filters moet er dus ook voor gezorgd worden dat de local oscillatoren (LO) die voor de afstemming zorgen zeer stabiel zijn. Stel dat gekozen is voor een frequentie as van 50 Hz per divission. Dan zou een instabiliteit van 10 Hz door de eerste afstemkring al een verkeerd beeld geven van 1 division. Dat wil zeggen dat deze eerste LO een afwijking had (bijvoorbeeld) tussen 2000 000 010 Hz en 2000 000 000 Hz. Dit is eigenlijk kristal nauwkeurigheid. Toch moet deze LO ook over het gehele frequentie gebied van 2 tot 6 GHz ingesteld kunnen worden.

Om de frequentie stabiliteit te bereiken bij het instellen van een LO wordt gebruik gemaakt van phase lock technieken. Eigenlijk bestaat deze analyzer technisch gezien voor een grootste deel uit schakelingen om dit te realiseren. Hoe de phase lock werkt ga ik in dit verhaal niet in detail uitleggen. Het is in ieder geval een combinatie van spectrale lijnen maken, afgeleid van een kristal en het berekenen/regelen door een micro processor.

Er zijn ook situaties dat de extra frequentie stabiliteit minder nodig is, bijvoorbeeld als gekozen is voor een frequentie-as met een groot aantal Hz/div. Dan mag de afstemoscillator wel wat instabiel zijn omdat je dit dan niet ziet in het resultaat.

Bij deze analyzer wordt de extra stabiliteit automatisch ingeschakeld bij waarden van freq/div die lager zijn dan 100KHz.

Dus schakel je over van 100KHz naar 50KHz/div dan gaat automatisch de “phase lock” aan. Je kan dit eventueel ook weer handmatig uit zetten.

Het verschijnsel (stoor signaal zonder ingangssignaal) was alleen aanwezig wanneer de phase lock aan ging.

Uit het verhaal zoals net beschreven, zou de phase lock alleen werkzaam zijn op de frequentie stabiliteit van de 1e LO. En dus zou er nooit iets van terug kunnen komen in het te meten signaal. Het is ook nog zo dat het niveau van een LO tot op zekere hoogte geen invloed mag hebben op het uitgangsniveau van de mixers. Immers dit zijn mixers met schakel dioden en zolang de dioden maar geheel open en dicht schakelen zou het niveau van de LO niet mogen uitmaken.

Kortom tot nu toe was het nog een raadsel. Eerst ben ik veel gaan zoeken op internet en gaan corresponderen met personen die verslagen op internet hadden gezet van reparaties van deze spectrumanalyzers. Er was één eigenaar met het zelfde apparaat en deze had dit verschijnsel niet. Dus er moest iets fout zitten in mijn apparaat.

Al snel merk je dan dat bijna ieder probleem toch weer uniek is en dat er nog geen echte oplossing gevonden was. Dus dan toch maar weer zelf verder gaan zoeken.

Tot nu toe had ik wel veel ervaring met repareren van meetapparatuur echter met frequenties tot maximaal 100 MHz. Ik heb dus ook ijkapparatuur die tot 100 MHz gaat met hoge frequentienauwkeurigheid (13 cijfers achter de coma) en niveau tot op 0,1 dB.
Echter bij deze spectrumanalyzer zit je met frequenties tot 6 GHz en dan heb je toch echt ander type apparatuur nodig. Dit betekende dus dat je zeer voorzichtig moest zijn met veranderen van instellingen.

Nu genoeg over de voorgeschiedenis.

Wat zou het kunnen zijn?:
1e
Bij welke mixer ontstaat het stoorsignaal? Het staat wel vast dat het stoorsignaal niet via de ingang of ingangsverzwaker binnen komt.

2e
De LO heeft een te laag niveau? Waardoor het geheel kritisch is en de mixer dioden niet geheel open en dicht gaan

3e
Na inschakelen phase lock staat de betreffende LO in frequentie te jitteren. In combinatie met filters zou dit fasemodulatie en zijbanden kunnen geven. Dus een fout in het lock mechanisme?.

4e
Zijn de voedingsontkoppelcondensatoren op de phase lock printplaten nog in orde? Als deze niet meer voldoende dempen dan zou er ook een signaal via de voeding op een andere print terecht kunnen komen.

Het onderzoek naar de punten 1 tot en met 4:

Punt 1

Dit kon makkelijk onderzocht worden. Er zitten veel SMA connectoren in dit apparaat en je werkt dan veel met een steeksleutel. Op onderstaande foto zie je de originele 1e mixer met bedrading.