Einmal im Jahr und immer bei Bedarf überprüfe ich die Funktion meiner Mess- und Prüfgeräte. Diesmal war der ELV-Frequenzzähler FC7008 an der Reihe:
Das Messsignal kommt von einem Heathkit IG-18 Sinus-/ Rechteckgenerator, einem Selbstbau aus den 70er Jahren, als es noch die Firma HEATHKIT gab, die mit Bausätzen für Hobbyelektroniker lange erfolgreich war. Das Gerät ist > 50 Jahre alt.
Es gab Probleme beim Einrichten der simplen Messung. Das Sinussignal wurde anscheinend vom Zähler nicht sauber getriggert. Ständig kamen unsinnige Werte, dann wieder mal der erwartete Wert, hier für 50,000 kHz (der Zähler zeigt hier 50,000 70, also noch 0,70 Hz in den letzten beiden Stellen.) Die Anzeige ist perfekt, wenn ich das Rechtecksignal des IG-18 verwende, das er selbst per Schmitt-Trigger erzeugt.
Fehlersuche
Zunächst schaute ich mir am Oszilloskop das Sinussignal an und erlebte eine Überraschung. Der 50 kHz-Sinus war von einem deutlichen 100 Hz-Sinussignal moduliert und ebenfalls nur mit Mühe triggerbar. Bei „100 Hz“ macht es immer gleich „Klick“ und die Stromversorgung gerät in Verdacht. Wenn ein Elko > 50 Jahre seinen Dienst getan hat, dann trocknet er schon mal aus. Also ging die Fehlersuche im Netzteil des IG-18 Signalgenerators weiter.
Ein Pluspunkt der Heathkit-Dokumentation war immer deren detaillierte Darstellung jedes Details der Bausätze incl. mechanischer Abmessungen, Montagehinweisen, elektrischen und sonstigen Eigenschaften sowie einer ausführlichen Funktionserklärung. Hier der Schaltplan des Netzteils:
Heute baut man Spannungsregler ein, damals war der Emitterfolger (Q10 – ein RCA 40389) mit einer Zenerdiode (VC43) das Mittel der Wahl. Einfach und zuverlässig. Am Punkt 42 liegt gegen Masse die Ausgangsspannung von 42,5 V, die den Generator versorgt. Also messe ich erst einmal mit dem Scope (Eingang auf „AC“ eingestellt) die Brummspannung am Punkt 42. Ich muss nicht lange suchen, denn die „Brummspannung“ sieht so aus:
Wir sehen das Signal mit einer Amplitude von 450 mVpp und 100 Hz Frequenz. Aber was ist denn das? Da ist ja noch eine höhere Frequenz überlagert! Wenn man die Ausgangsfrequenz des Generators verändert, verändert sich auch die höhere Frequenz. Wenn man sie auf 100 Hz einstellt, sieht man lustige Überlagerungen. Da ist doch etwas oberfaul im Bauch des IG-18. Wie kann die Signalfrequenz mit 450 mVpp in seiner Stromversorgung sichtbar sein?
Um ein klares Bild zu gewinnen, messe ich die „Ripples“ an C1 und C2. Dort treten keine hochfrequenten Anteile auf:
U an C1: 48 V mit 1,5 Vpp Ladespannungsabfall in 10 ms
U an C2: 48 V mit 0,12 Vpp Ladespannungsabfall in 10 ms
Hier stimmt noch alles. Die Amplitude der „Ripples“ ist im erwarteten Rahmen bei der geringen Belastung des Netzteils (ca. 100 mA). C1, R27 und C2 bilden vor Q10 ein RC-Filter, das die Brummunterdrückung besorgt. In der Theorie:
C1: ΔU ≈ I/(f·C) ≈ 3,3 Vpp.
C2: etwa 5 V / 9 ≈ 0,36 Vpp.
Nun messe ich an der Basis von Q10, ob dort eine saubere Zenerspannung anliegt. Das ist nicht der Fall. Dort finde ich das gleiche Bild, wie oben: Ein 100 Hz-moduliertes Generatorsignal.
Damit ist endlich klar, wo das Problem liegt: Die Basis von Q10 hängt mehr oder minder in der Luft. Eigentlich sollte es so sein:
R28 (2,4 kΩ) und C3 (300 µF) bilden einen Tiefpass mit etwa 0,2 Hz Eckfrequenz. Die Basis von Q10 hängt also an einer ruhigen Zener-Referenz. Der Emitterfolger gibt seinen Ausgang als Zenerspannung minus Vbe ab. Die Brummunterdrückung dieser Stufe ist gut, solange Q10 im aktiven Bereich bleibt und die Zenerdiode ihren Nennstrom führt.
Der Basisknoten besteht aus C3 (300 µF) parallel zur Zenerdiode D7. Die Zenerdiode hat bei ca. 2 mA Strom einen dynamischen Widerstand von vielleicht 50 bis 150 Ω. Alles hängt also an C3. Vermutlich ist dieser Kondensator defekt.
Wie kam das Fehlerbild zustande?
Die Stromaufnahme des Generators schwankt mit der Amplitude des Ausgangssignals. Der Ausgangsverstärker arbeitet auf eine 600Ω Impedanz. Da die Basis von Q10 viel zu hochohmig war, denn C3 war ohne Funktion, konnte Q10 diese Schwankungen nicht ausregeln. Auch C4 half dabei nicht mehr viel.
Kondensator ausgetauscht
Mit dem Austausch des Kondensators waren alle Probleme behoben. Es wurde ein 220µF / 63V Elko eingebaut und ein Folienkondensator 0,1µF parallel geschaltet. Jetzt ist keinerlei Rückwirkung durch die schwankende Stromaufnahme des Generator mehr zu sehen. Das Signal lässt sich wieder einwandfrei auf dem Scope und am Zähler triggern. Die phantastische Langzeitstabilität der Wienbrücke des IG-18 macht wieder Spaß.
Überprüfung des defekten Elkos
Zunächst wurde der ausgebaute, defekte Elko an ein einfaches Prüfgerät angeschlossen. Von den 300 µF Kapazität waren noch rund 12 nF übrig geblieben:
Nur zum Spaß wurde er noch an ein LCR-Prüfgerät angeschlossen, um den ESR zu ermitteln. Der liegt bei stolzen 15 kΩ 🙂 Dieser Elko hat seinen Ruhestand redlich verdient. Zum Vergleich: Der neu eingebaute 220µF-Elko hat einen ESR von 0,23 Ω.
Fazit
Die Reparatur von Mess- und Prüfgeräten erfordert recht genaues Hinschauen und verlässliche Messgeräte, um den Fehler ein zu kreisen. Anfangs hatte ich den Verdacht, dass der Zähler nicht richtig arbeitet. An anderen Generatoren lief er aber problemlos.
Dann bin ich den beschriebenen Weg gegangen. Das bestätigt eine alte „Weisheit“: Immer erst die Stromversorgung genau anschauen. Und dann auf die Kondensatoren schauen, denen man ganz oft ihren Gesundheitszustand nicht ansieht.
