Krohn-Hite 5400B functie generator reparatie

Krohn-Hite 5400B functie generator reparatie

Ik heb er een mooie Krohn-Hite functie generator bij:

^{alle plaatjes klikbaar voor grotere versies}

Het is een gratis aanwinst, maar hij moest wel eerst nog gerepareerd worden...

Een jaar terug stond deze generator in de V&A:

Toongenerator Krohn-Hite. model 5400B.
Is een topmodel generator maar heeft helaas een defect wat ik niet kan vinden.
Geeft geen uitgangssignaal meer..
Wie het wil mag het proberen, gratis of tegen verzendkosten.
Compleet met uitgebreide docu, beschrijving, schema, printlayout etc.

De 5400B is een prima generator, en het leek me een leuke uitdaging
Bij ophalen van de generator bleek er een zakje uitgesoldeerde torren bij te zitten...
Thuisgekomen bleken er op de print inderdaad transistoren te missen, en er ook een stuk of acht BC547 en BC557 in gesoldeerd te zitten. Kennelijk al uitgewisseld...

.

Na ruim een jaar kwam het er eindelijk van om deze Krohn-Hite op m’n werktafel te zetten.

1e stap: generator weer compleet maken
Ik begon met de losse transistoren te testen (de meeste waren goed). Fijn, want daar zaten ook een dubbel-FET en een paar dubbel-transistoren bij. Die vindt je niet zo gauw...
Vervolgens uitzoeken waar ze in de generator gezeten hadden, en weer terug monteren.
Zo heb ik de generator weer zo veel mogelijk origineel gemaakt.

Daarna zoeken naar equivalenten voor de missende torren, en bekijken wat er al aan andere torren in zit. Al zoekend bleken die BC557’s eigenlijk best een goede vervanger voor de originele MPS6518.

Bij dat uitzoeken kwam ik op de print een paartje BC557 tegen dat verkeerd om zat (Q302 en Q303). Een zeer voorstelbare vergissing aangezien de aansluitingen precies andersom zijn dan van het origineel, zeg maar EBC in plaats van CBE.

Alle torren in de foto zijn BC557B. Het rechter paartje is correct gemonteerd, en het linker paartje verkeerd om. Krohn-Hite heeft deze paartjes steeds thermisch gekoppeld (veelal long tailed pairs). Je ziet bij rechter paartje het probleem van de omgekeerde aansluitvolgorde: thermisch koppelen lukt niet meer...

Dus gezocht naar een andere vervanger. De Amerikaanse huis, tuin, en keuken 2N3906 leek een goed alternatief. Helemaal toen ik onderstaande tekst in de MPS6518 datasheet las :

En, niet onbelangrijk: de pootjes zitten in dezelfde volgorde (zelfde fabrikant, Fairchild…)

Dezelfde 2 paartjes, nu met 2N3906:

Verder miste er nog een TIS93, die als bijzonderheid een Ic_max van 800mA heeft (voor een TO-92 tor!). Ik vond in m’n voorraad een passende vervanger in de 2N4403 (IC_max = 600mA).

Daarmee had ik weer een compleet bestukte generator, en kon ik gaan kijken wat er wel en niet werkte...

.

2e stap: foutzoeken
Dat viel niet mee. De generator oscilleerde nu een beetje (in een klein bereik, rond 400Hz), en er was overal een flinke offset (zeg 10V)
Overal DC metend leek alles wel te werken, instellingen van transistoren waren geloofwaardig, maar alles hing dus wel scheef. Lastig om te vinden waar die DC offset vandaan kwam, omdat alles aan alles hangt. (Het is tenslotte een generator, dus rondgaande versterking. Alles DC gekoppeld, met meerdere terugkoppelpaden)

Verder wordt er veel warm tot heet (nog net wel/niet kunnen aanraken), bij fout zoeken wordt ik daar zenuwachtig van .

Maar dat blijkt zo te horen. Krohn-Hite houdt kennelijk van warme elektronica . Natuurlijk: grotere stromen betekend lagere impedanties, en dat levert weer grotere bandbreedte op...
En Krohn-Hite heeft wel netjes ontworpen:

Naast het koppelen van transistorpaartjes hebben hete torren een mooi koellichaampje. En warme weerstanden zijn flink over gedimensioneerd.

Een flinke periode van staren op het schema en meten volgde. Dat schema stond na verloop van tijd helemaal vol met bijgekrabbelde meetwaarden.

Na wat valse sporen te hebben gevolgd, kwam ik uiteindelijk uit bij de emittervolger van de -VC versterker, Q404. Na uitsolderen en meten bleek hij inderdaad defect. Verraderlijk want de DC spanningen rond die tor klopten wel ongeveer.
Ook voor die Q404, een 2N5087, vond ik in mijn voorraad een prima vervanger: de 2N2905A (is eigenlijk zelfs mooier).

Daarmee was de generator weer goed werkend. Maar moest natuurlijk wel opnieuw afgeregeld woeden, zeker met die vervangen transistoren...

.

3e stap: kalibratie procedure
Het manual bevat een apart hoofdstuk “Calibration”. Dat heb ik helemaal doorlopen. Het bleek een procedure met hindernissen .

Voor stap “6.6, VC matching” moet je eerst wat netwerkjes over testpunten solderen:

Voor die 10k 0,1% weerstanden heb ik dus een paar 1% weerstanden uit m’n bakje zitten matchen .
Uiteindelijk ziet het er dan zo uit:

Verder is de hele schakeling DC gekoppeld, en moet op een serie punten de offset op nul gezet worden. Binnen ±0,5 tot ±10mV. Maar op die punten staat ook AC, tot 10...30Vtt! Met een draaispoelmeter uit die tijd waarschijnlijk geen probleem, maar met een moderne digitale meter 1 mV DC meten, terwijl er ook een hoge AC spanning staat is niet zo makkelijk.

Als je niet uitkijkt ben je ongemerkt je meter ingang aan het oversturen... Maar ook als ik met manual ranging zorgde dat de ingang niet overstuurde, dan gaven verschillende meters toch een wat verschillende DC offset aan...

M'n enige meter die het correct deed was m’n Fluke 8846A. Door de meter op ACV te zetten, en het 2nd display op DCV kon ik de offset nog tot mV nauwkeurig aflezen, terwijl de meter in autoranging er zelf voor zorgde dat ook de AC spanning binnen bereik bleef:

Ook voor het controleren van de frequency response had ik precies één meter die geschikt was. Meten van 0,01Hz tot 5MHz met een nauwkeurigheid van 0,1dB lukt weinig meters. Maar m’n Fluke 8920A, met z’n thermische RMS meting kan dat wel. Natuurlijk moet je met zo’n oude meter je wel afvragen of je met deze meting de generator of de meter zelf aan het checken bent .
(Wel heb ik mijn 8920A eerder tegen andere bronnen gecheckt, en correct bevonden)

Een aantal keren kwam ik gedurende deze Calibration procedure afregelbereik te kort. De oorzaak bleek dan onveranderlijk een verlopen Allen-Bradley kool composiet weerstandje te zijn (steeds 10% tot 20% te hoog). Dat weerstandje vervangen door een metaalfilmweerstand van de correcte waarde was steeds de oplossing. (Leve de krat met weerstanden van de laatste Lichtmis)

Natuurlijk ga je je dan afvragen of je niet al die Allen-Bradley composiet weerstandjes moet vervangen. Waarschijnlijk zijn ze allemaal verlopen. Maar het zijn er meer dan 100:

Aangezien ik de generator ook zo weer prima afgeregeld gekregen heb, laat ik het maar zo...

Het echte defect was dus die Q404. De achterliggende oorzaak zou heel goed een verlopen kool-composiet weerstandje kunnen zijn.

.

Nabrander
Nadat de generator dagen had staan draaien, had ik wel weer vertrouwen in de betrouwbaarheid van deze 5400B. Ik had alle specificaties gecheckt, en de generator weer ingekast. Toen bedacht ik me dat ik nog één dingetje wilde meten, en zette de generator weer aan. En...... NIKS!! Alleen een beetje DC op de uitgang...

Allerlei vrolijke gedachten gingen door m’n hoofd: Hetzelfde wéér kapot? Is er een onderliggende oorzaak die ik over het hoofd gezien heb?
Toch wat met die warm wordende elektronica, of met die 100 verlopen Allen-Bradley weerstandjes?

.

Meteen maar gekeken, en het werd mijn snelste reparatie ooit:

Natuurlijk eerst voedingspanningen meten, de +22V rail bleek nu 0V. Dus toch een andere, nieuwe fout

De Ohmmeter over die +22V rail gezet, en gaf bijna nul Ohm… (De andere, goede -22V rail, meette een paar honderd Ohm)
Er zitten zo’n 20 tantaaltjes als ontkoppeling over de voedingsrails. Bij een apparaat uit deze periode denk je dan: kortgesloten tantaaltje?

Dus met de ohmmeter de tantaaltjes langs. Gelukkig zijn de printsporen kennelijk niet erg laag Ohmig: Er was één tantaaltje waar over de weerstand duidelijk het laagst was...
Dat tantaaltje vervangen, en de generator werkte weer .

Het defecte tantaaltje (blauw) naast z’n gele vervanger.

Krohn-Hite was kennelijk wat conservatiever dan Tektronix, en gebruikte 35V tantaaltjes op een 22V rail. Een redelijke derating dus. Ik heb er dan ook weer een 35V type voor in de plaats gezet.

Op de achtergrond zie je nog een identieke blauwe tantaal, voor de -22V rail. Die heb ik toch ook maar vervangen… (Hij meette identiek aan de nieuwe waar ik hem voor vervangen heb)

.

En daarmee heb ik er dan eindelijk een fijne functiegenerator bij:

Het pleit voor Krohn-Hite dat deze generator nog steeds ruim binnen alle (mooie!) specificaties is. Maar daar moest ik dus wel (heel) wat voor moeten doen .

groet, Gertjan.