Hallo forum lezers,

Hierbij het reparatie verslag van de HP LCR meter type 4271A.
Met deze meter kan je C/L en R metingen doen op de frequentie van 1 MHz
Het bereik van C is opgedeeld in 4 bereiken van 10.000 tot 10.000 nF (max 19000 overrange)
Het bereik van L is ook opgedeeld in 4 bereiken van 1000.0 nH tot 1000.0uH

Een forum lezer had al zoveel verslagen gelezen van meetapparatuur reparaties . Hij had een LCR tester al jaren (8) in zijn bezit met een defect. De vraag was of ik een poging zou willen doen om het apparaat te reparen. Zelf hoefde hij het apparaat niet te houden maar hij was wel benieuwd of het apparaat nog tot leven gebracht kon worden. Het apparaat had dienst gedaan in Stadskanaal bij de Philips fabriek die dioden maakte.
Op woensdag 22 juli was het dan zover. Er was een prachtig service boek bij met uitvouwbladen per printplaat.

Ook stond er een zeer uitgebreide storing analyse boom in per print plaat. Ook beide extenders zaten in het apparaat. Je zou denken dat wordt een makkelijke reparatie.

Wat deed het apparaat nu wel/niet.

Eigenlijk werkte alle schakelaars en ook alle displays. Ging je een condensator meten dan werd er wel een waarde weer gegeven. Maar niet de juiste soms een derde van de werkelijke waarde. Maar soms ook , bij lage capaciteit van 22pF een aanwijzing die dicht in de buurt kwam.
Had je op het laagste bereik alle nulpunten ingesteld dan wijzigde dit bij de bereiken 2,3 en 4. En deze afwijking was niet meer weg te draaien. Dit zelfde was ook het geval bij de spoel metingen.
Kortom een meetapparaat dat niet “dood” was maar ook geen juiste waarden gaf.

We hebben samen een hele dag metingen gedaan in dit apparaat maar het werd steeds duidelijker dat dit een zeer complex meetapparaat was.

Ook hielp de documentatie niet echt. Er staat bijvoorbeeld staat op dit punt een signaal volgens
Figuur X.

De tijd as van de scoop werd er dan nog wel bij gegeven. Maar hoe hoog het signaal moest zijn dat stond er niet bij. Dat was/is ook wel een gemis gebleven in het verder zoeken naar de fout.

Uiteindelijk is de eigenaar naar huis gegaan met de belofte van mij dat ik hem op de hoogte ging houden van de reparatie.

Het is nu 20 augustus en ik kan gerust stellen dat deze reparatie een behoorlijk lastige klus was. Ik ben er bijna iedere dag wel een paar uur mee bezig geweest.

Nu kan ik het signaal “fout meester” geven.

Als eerste een korte uitleg hoe dit apparaat werkt.

Op het blokschema zijn twee hoofd schakelingen te herkennen. Een brug deel en een meetdeel.
In het brug deel is het te meten onderdeel aangesloten via 2* 2 draden. Aan de ene kant van de brug is een referentie signaal van 1 MHz. Aan de andere kant wordt ook een 1Mhz signaal in tegenfase aangevoerd. Dit signaal wordt net zo lang verhoogd tot dat het geheel in evenwicht is . Dit wordt waargenomen door een nulpunt detector.

Je hebt dan dus een bekend signaal (de referentie) en het aangepaste signaal dat de waarde vertegenwoordigd van het te meten object.

Het meetgedeelte bewerkt deze signalen via allerlei trucs zo dat je het imagenaire deel en het reële deel kan meten.

Om dit te bereiken is onder andere 28 keer een 1 Mhz transformatoren toegepast. Er zitten meerdere fase verschuivers van 90 graden in. Er zitten bijvoorbeeld synchronous rectifier in.
En vele mosfet schakelaars.
Eigenlijk is het zo dat de theorie van de condensator en de spoel in combinatie met wel/geen weerstand, je weet wel alle vectoren, in dit apparaat allemaal herleid worden . Je ziet eigenlijk de formules terug komen in veel schakelingen. Met als resultaat een capaciteit met D en G factor en een zelfinductie met L en d en R getallen.

Bij het uitsplitsen van al deze signalen en uiteindelijk weer samen brengen in een meetresultaat zouden allemaal fouten kunnen ontstaan door verschillen in versterking/verwerking. Om dat te voorkomen doorlopen de verschillende signalen allemaal de zelfde versterker wegen. Dit wordt weer bereikt door veel mosfet schakelaars. Op veel meetpunten zie je dus alle signalen van de verschillende meetwaarden (L/C/R/D/G/) achter elkaar op de scoop. De TTL logica zorgt er dus voor dat een specifiek signaal ergens op het juiste moment terecht komt.
Tot zover de zeer korte uitleg.

Nu verder de reparatie:
Na zeer veel gemeten te hebben en nog steeds niets fout gevonden had. Besloot ik eens af te wijken van de oscilloscoop plaatjes zoals deze in de documentatie stonden.

Op punt 1 van onderstaande schema deel zou

volgens de documentatie het signaalmoeten staan volgens onderstaand plaatje.

Bij het oprekken van het signaal zag je in een paar blokken een sinusvormig signaal. En in één blok stond een vervormd signaal. Dit stuk schakeling is dus zo’n voorbeeld van twee mosfet schakelaars (A en B)
Alles rondom deze schakeling is nagemeten en daar was niets mis mee. De mosfets zelf waren lastig te meten en uiteindelijk heb ik mosfet A vervangen. Helaas had ik geen gegevens van de mosfet omdat dit een speciale HP uitvoering is. Ook waren er geen data gegevens dus een vervanger zoeken was lastig. Het was een N-channel dus tijdelijk een BF245 er in gezet. En ja hoor het signaal werd een stuk beter. Maar nog niet goed. Zou dit komen door dat toch nog een verkeerde mosfet gekozen was.

Dus eerst maar een paar type besteld met lage weerstand bij geleiding en lage capaciteit tussen gate en source.

Na een paar dagen de goede fet (type J111)in het apparaat en helaas de sinus was weer vervormd. En een deuk in mijn zelfvertrouwen doordat een onderdeel vervangen was dat NIET defect was.

Maar er ging toen wel een “lampje” in het hoofd aan. Dus als ik een fet er in zet met een hoge weerstand (de BF245) dan wordt het beter. Het lijkt er dus op dat er twee signalen tegen elkaar in gaan.

Zou het stuursignaal voor het schakelen soms verkeerd zijn. In deze richting had ik totaal nog niet gekeken . Ik was er vanuit gegaan dat de fout niet in de digitale TTL-besturing zat .

Uiteindelijk bleek dat de mosfet A niet op de juiste tijd aan gezet werd. En dus aan ging op het moment dat ook mosfet B aan was. Dat signaal is gedeeltelijk in tegenfase en daardoor komt de vervorming.

De foutoorzaak zat in onderstaande digitale deel

Van IC u18. was een poort defect. Dit was een standaard 7403 (open collector).

Na vervangen kwam er goed leven in het apparaat.

Hij ging normale meetwaarde aangeven.
Ik heb hem zo goed mogelijk afgeregeld. Wat me daar ook bij opviel was dat je bijna alle potmeters kan verdraaien zonder dat dit echt veel gevolgen heeft. Vaak was het geheel dan nog binnen de specificaties.

Al met al een prachtig apparaat. Wie wil er nou niet een condensator van 1 pf met 3 cijfers achter de komma meten. En dan ook nog de D en G factor zien met 3 cijfers achter de komma? Of wat denk je van 10 nH?

Ik hoop dat jullie het een leuk verhaal hebben gevonden.

Als iemand wat zeer nauwkeurige condensatoren heeft van bijvoorbeeld 1/10 /100/1000/10000pf tolerantie beter dan 0,5 % dan heb ik daar wel interesse in.

Met vriendelijke groet,

Loek