Historisches Präzisionsnetzteil HP 6114A

[schopi68]

"accuracy of a calibrator with brute force power"
(Hewlett-Packard Journal 11/1972)
(ab Seite 16)

Nach dem doch noch recht neuen HP E3615A möchte nun eines meiner Lieblingsspielzeuge vorstellen, welches vor ein paar Monaten den Weg aus den USA zu mir nach Deutschland fand:

Das Präzisionsnetzteil HP 6114A

Dieses Netzteil wurde von 1972 bis Ende der 80er Jahre gebaut. Meines wurde den Datecodes zufolge nach 1983 gebaut, ist also inzwischen auch schon über 30 Jahre alt.

Der Preis lag 1972 bei 525$, das entspricht nach Berücksichtigung der Inflation etwa heutigen 2500-3000€.

Die große Besonderheit dieses Netzteils ist seine immense Präzision. Mit einer Spannungsgenauigkeit (Einstellgenauigkeit) von 0,025% und einer Regelgenauigkeit von 0,0005% kann es für Kalibrierungsaufgaben eingesetzt werden.

Darüber hinaus kann es aber eine Leistung von bis zu 40 Watt abgeben. Bis zu 20V sind das 2A, bis 40V Ausgangsspannung 1A.
Dazu muß man wissen, professionelle Kalibratoren sind normalerweise zwar um mindestens nochmal Faktor 10 genauer, dafür aber um Faktor 10-100 teurer und sie liefern nur wenige mA Ausgangsstrom.

Um einen Vergleich zu haben, hier die technischen Daten des HP 6114A neben den Daten des von mir bereits genannten HP E3615A:

	HP E3615A	HP 6114A
Leistung	60W	40W
Ausgangsspannung	0-20V	0-40V
Ausgangsstrom	0-3A	0-20V: 2A, 20-40V: 1A
Ausgangsimpedanz		0,05mOhm
Temperaturbereich	0-40°C	0-55°C
Einstellgenauigkeit	n/a (Poti)	0,025% über Front-Panel
Lastausregelung (Änderung der Ausgangsspannung bei maximaler Laständerung)	0,01% + 2mV	0,0005% + 100μV
Restwelligkeit	< 200μVrms / 1mVpp	< 40μVrms / 100μVpp
Temperaturkoeffizient	< 0,02% + 500μV	< 0,001% + 15μV pro °C Temperaturänderung
Drift	< 0,1% + 5mV über 8h bei konstanter Temperatur	< 0,005% + 50μV über 8h bei konstanter Temperatur
Transient Recovery Time	< 50μs	< 50μs
Überspannungs-Crowbar	ja	ja

Beide Geräte können auf der Rückseite über Widerstände eingestellt werden und haben dort einen Ausgang mit Sense-Anschluss. D.h. über zwei zusätzliche Leitungen wird die eingestellte Spannung direkt am Ende der Ausgangsleitungen gemessen. Damit können die Spannungsverluste durch den Widerstand der Zuleitungen kompensiert werden.

Das Gerät bekam ich in einem guten Zustand, sogar noch mit einer 20 Jahre alten original Kalibrierversiegelung von HP (es war jedoch eine Neukalibrierung nötig, im Rahmen der Gehäusereinigung habe ich von daher die Reste des Kalibriersiegels entfernt).

Neben der äußeren Gehäusereinigung und der Neujustage habe ich eine Reinigung der PVC-Schläuche im Inneren vorgenommen und das 10-Gang Präzisionspotentiometer zur Stromeinstellung getauscht. Das alte Potentiometer war leider zu schwergängig geworden.

Leider sind ein Teil der Leitungen im inneren in durchsichtigen PVC-Schläuchen geführt. Auf diesem Bild ist gut eine Flüssigkeit auf dem Schlauch und an den Kanten der Metallöffnung, durch die dieser geführt wird, zu erkennen, die wie Öl aussieht. In Wirklichkeit handelt es sich hierbei aber um Weichmacher die aus dem Kunststoff ausgetreten sind. Das gleiche Bild ausgetretener Weichmacher an diesen Schläuchen hatte ich auch in einem anderen HP-Netzteil (ich werde davon später mal berichten). Mit Reinigungstüchern, Elektronikreiniger und einer Pinzette lassen sich diese Rückstände aber zum Glück gut entfernen (besser nicht an die Haut kommen lassen).

Anschließend konnte ich die Neujustage vornehmen und die angegebenen Spezifikationen überprüfen. Die Restwelligkeit konnte ich mit den mir im Moment zur Verfügung stehenden Mitteln nicht messen. Dazu muß ich mir erst noch einen passenden Vorverstärker bauen.

Was bedeuten jetzt all diese Angaben. Hierfür ein paar Messungen der eingestellen Werte:

Eingestellt sind 5 mV am kleinen Drehknopf.

10 mV, eingestellt über die Up-Down Auswahl:

10 V

Die maximale Ausgangsspannung von 40V wird durch das Auswählen von 39,99 + 10mV an der Feineinstellung eingestellt:

Der angegebene Ausgangswiderstand von 0,05 mOhm bezieht sich auf den rückseitigen Anschluß. Wenn ich dort an meinem Gerät bei voller Laständerung messe, ändert sich die letzte Anzeigestelle meines 6 1/2-stelligen Multimeters um 1-2 digits (!). Das entpricht ca. 0,02 mOhm.
Der Ausgang auf der Vorderseite des Gerätes hat nach meiner Messung ca. 2,9 mOhm. Da sind aber noch Übergangswiderstände der Stecker mit in der Messung.
Wenn ich bei eingestellten 10V mit 2A (in eine elektronische Last, rechts unten im Bild) belaste ergibt sich folgender Meßwert:

Bemerkenswert ist auch, daß die am Multimeter angezeigte Spannung stabil bis auf die letzte Displaystelle ist. d.h. nur eine Schwankung von +-1 digit an der letzten Stelle - das kann aber sogar mit rauschen im Multimeter erklärt werden.

Das HP E3615A ist hier deutlich schlechter. Da schwanken bei eingestellten 10V die letzten 3 Displaystellen wild herum. Zum Vergleich nochmal beide Geräte nebeneinander:

Diese hohe Genauigkeit des HP 6114a wird über eine temperaturkompensierte Z-Diode erzeugt. Keine Sonderschaltungen oder beheizte Referenzen, was ungewöhnlich ist - aber auch gut für die Lebensdauer.
Auch bei diesem Netzteil wurde die Verlustleistung schon begrenzt. Hierfür wird oberhalb einer Ausgangsspannung von 20V ein weiterer Transistor mit einer höheren Versorgungsspannung aktiviert (Details sind im oben verlinkten HP-Journal zu finden).

Bemerkenswert ist die einfache Schaltung des Gerätes. Es werden hier einstellbare Spannung, Strombegrenzung und Überspannungsabschaltung mit nur 10 Transistoren und 4 Operationsverstärkern realisiert.
Es ist das genaueste Netzteil, das ich bisher in meinen Händen hatte.

 

[light-wolff]

Was für ein geiles Gerät!
Wenn diese Präzision auch über normale Betriebstemperaturschwankungen hinweg erhalten bleibt, dann kommen mir vor Ehrfurcht fast die Tränen. Vor allem angesichts des Schaltungs"aufwandes".

Bemerkenswert ist die einfache Schaltung des Gerätes. Es werden hier einstellbare Spannung, Strombegrenzung und Überspannungsabschaltung mit nur 10 Transistoren und 4 Operationsverstärkern realisiert.

Wirklich geniale Dinge sind immer einfach.
So etwas konnte ein einzelner guter Ingenieur entwickeln und dann wurde es 20 Jahre lang gebaut und konnte nochmal locker 30-40 Jahre benutzt werden. Etwas, auf das man als Entwickler stolz sein konnte. Schade, dass diese Zeiten vorbei sind.

 

[Michaels]

Beeindruckend die Genauigkeit...., bei dem Alter.
Gratulation zu diesem Gerät.

 

[schopi68]

Was für ein geiles Gerät!
Wenn diese Präzision auch über normale Betriebstemperaturschwankungen hinweg erhalten bleibt, dann kommen mir vor Ehrfurcht fast die Tränen. Vor allem angesichts des Schaltungs"aufwandes".

Ja, diese Präzision ist so stabil... wie bereits beschrieben, pro °C Temperaturänderung 0,001% Änderung der Ausgangsspannung. Nach meinen Beobachtungen vor ein paar Wochen bei unterschiedlichen Raumtemperaturen liegt mein Gerät darunter (Das HP 34401A Multimeter zur Messung hat einen Tk von 0,0005%).

Achja, die 90-Tage Drift des 6114a ist mit 0,0075% + 30 μV angegeben.

Im eevblog sehe ich Berichte von Geräten, die auch 22 Jahre nach der letzten Kalibrierung noch in spec waren.

Ich habe mal die Ausgangsspannung über 50 Minuten nach dem Einschalten aus dem völlig abgekühlten Zustand heraus aufgezeichnet:

Nach dem Aufwärmen beträgt die Geräteinnentemperatur zwischen 30 und 40°C. Dennoch ergibt sich aus dieser Kurve eine Abweichung von nur 1,2 mV, entsprechend 0,006%. Das Gerät ist somit also schon direkt nach dem Einschalten in Spec für die Front-Panel Einstellung (obwohl man es auch nach Anleitung natürlich 30 Minuten warm laufen lassen soll).

Wirklich geniale Dinge sind immer einfach.
So etwas konnte ein einzelner guter Ingenieur entwickeln und dann wurde es 20 Jahre lang gebaut und konnte nochmal locker 30-40 Jahre benutzt werden. Etwas, auf das man als Entwickler stolz sein konnte. Schade, dass diese Zeiten vorbei sind.

Ich bewunsere diese alten Ingenieure schon seit langer Zeit. Vor allem aus den alten HP-Journals bekam ich immer wieder einen schönen Einblick dahingehend, was sie für Probleme lösten und wie viele Sachen sie da berücksichtigten. In diesem Fall waren da ja auch noch Leute im das Platinenlayout mit für die guten Daten verantwortlich. Auch das Gehäusedesign dieser Gerätereihe wurde von eigenen Ingenieuren gemacht.

Der Autor des Artikels im HP-Journal ist vermutlich auch einer der Ingenieure oder der Ingenieur, die für die Entwicklung verantwortlich waren.
George G. Emmermann, Studium 1969 mit "cum laude" abgeschlossen. Allerdings nach ein paar Jahren wieder die Firma verlassen um in seine Heimat zurückzukehren - schade, ich hätte gerne gewusst, was er in dem HP-Umfeld noch so zustande gebracht hätte.
Selbst Steve Wozniak wollte HP wegen des Arbeitsumfeldes und der Möglichkeiten ja eigentlich auch nie verlassen.

Die Operationsverstärker in dem 6114A waren übrigens damals Sonderaufträge von HP. Den wenigen noch verfügbaren Daten zufolge entsprechen sie in etwa dem banalen LM 741. Ich hoffe, sie nie austauschen zu müssen, wer weiß, in welchen Keller die Daten dann stürzen.

Hier hat übrigens jemand die Schaltung des Gerätes in ein Bild gepackt.

 

[schopi68]

Ich bin in diesem Zusammenhang übrigens gerade auf das Präzisionsnetzteil Power Designs 2005A von ca. 1964 gestossen. Ganz ähnliche Daten, aber älter und mit noch weniger Bauteilen aufgebaut (zugegebenermaßen auch weniger Funktionalität). Komplett ohne Operationsverstärker, nur 10 Transistoren.

0-20V, 0,5A. Regelgenauigkeit 0,0005%. Kalibriergenauigkeit allerdings nur 0,1%, dafür einen Einstellknopf für 1 mV (die Feinjustierung des 6114a ist für den 10mV-Bereich).

Hier gibt es Daten und Schaltung.

Das Gerät arbeitet mit einer internen Heizung. Die gesamte Platine für die interne Referenzspannung wird auch im ausgeschaltetem Zustand des Gerätes vorgeheizt.

Im Youtube-Teardown hier ist gut zu sehen, das Gerät ist noch mit Stützpunkten aufgebaut, d.h sämtliche Verbindungen zwischen den Bauteilen werden über eine Verdrahtung hergestellt.

Spätere PD-Modelle (z.B. das 2020) sind in den Daten dem 6114 dann aber wirklich so gut wie ebenbürtig (hat aber auch nur eine Kalibriergenauigkeit von 0,1% und eine höhere Impedanz). Das Gerät ist dann aber auch von 1978 und benutzt mehr ICs.
Das Design mit den Drehknöpfen macht aber auch wirklich was her.

 

[schopi68]

Was für ein geiles Gerät!
Wenn diese Präzision auch über normale Betriebstemperaturschwankungen hinweg erhalten bleibt, ...

so, jetzt habe ich nochmal ein bischen genauer gemessen.
Das Service-Manual zum 6114a gibt auch Anweisungen, wie die Einhaltung des angegebenen Temperatur-Koeffizienten und des Drifts (Ausgangsstabilität) zu überprüfen sind.

Überprüfung des Temperaturkoeffizienten:

1. Das Netzteil wird in einem Ofen (Klimaschrank) mit 30°C plaziert.
2. Nun wird das Netzteil bei maximaler Ausgangsspannung (40V) mit maximalem Strom (1A) belastet.
3. Nach 30 Minuten Aufwärmzeit wird die Ausgangsspannung notiert.
4. Die Temperatur wird nun auf 40°C erhöht.
5. Nach weiteren 30 Minuten wird nun wieder die Ausgangsspannung notiert.

Laut Testbeschreibung darf die gemessene Differenz in der Ausgangsspannung hierbei nicht größer als 0,415mV sein (Das entspricht der Spezifikation von 0,001% + 15 µV).

Überprüfung des Drifts:

1. Das Netzteil wird bei maximaler Ausgangsspannung (40V) mit maximalem Strom (1A) belastet.
2. nach 30 Minuten Aufwärmzeit wird die Ausgangsspannung für 8h protokolliert. Dabei müssen die Parameter wie Lastwiderstand, Lufttemperatur und Netzspannung konstant gehalten werden

Nach 8 Stunden darf die aufgezeichnete Abweichung nicht größer als 615mV sein (entsprechend 0,0015% + 15 µV).

Einen Klimaschrank besitze ich nicht von daher musste ich eine einigermaßen aussagekräftige Messung im Raum machen. Das hier kam dabei raus. Die obere Kurve ist die Ausgangsspannung, die untere Kurve ist proportional der Lufttemperatur (Ausgangsspannung eines K-Type Thermoelements).
Die Lufttemperatur betrug während der gesamten Messung ca. 28°C, im Zeitraum zwischen Markierung 1 und 2 habe ich (durch Öffnen der Balkontür) die Lufttemperatur auf ca. 22°C verringert. Die Temperatur ist im zweiten Teil der Kurve etwas niederiger, da ich den Temperaturfühler etwas umpositioniert habe.

Start meiner Messung ist bei völlig abgekühltem Netzteil, von daher geht die Ausgangsspannung die ersten Minuten um ein paar mV steil nach oben.

Der Temperaturabfall zwischen Punkt 1 und 2 beläuft sich also auf ca. 6°C. In diesem Zeitraum wurde ein Spannungsabfall von 1,6mV gemessen. Das verfehlt damit die im Handbuch gelistete erlaubte Abweichung von 0,415mV für eine Temperaturdiff von 10°C deutlich.

Die Drift bei konstanter Temperatur scheint hingegen die Spec locker einzuhalten.

Ich werde mich in nächster Zeit also mal damit beschäftigen, woran das liegt. Handelt es sich hierbei um einen Defekt, um einen Fehler im Meßaufbau oder um einen Denkfehler - wer weiß?

Als erstes werde ich mal die Spannung nicht am Geräteausgang, sondern direkt an der Z-Diode der Referenzspannungserzeugung überprüfen. Die dort genutzte Z-Diode 1N829 hat einen Temperaturkoeffizienten von maximal 0,0005% pro Kelvin (entsprechend 5ppm). Wenn es da schon nicht stimmt, muß ich wohl die Diode tauschen. Zum Glück gibt es da noch Gebrauchtbestände auf ebay. Ansonsten bleiben noch ein paar Widerstände, Transistoren und ein OPamp als Kandidaten.

Ein weiterer Parameter, der in den Specs steht: Das Gerät erreicht nach 5 Minuten aufwärmen die spezifizierten Genauigkeit von 0,025%+1mV (unabhängig von Netzspannung und Last). Das entspricht bei 40V einer Abweichung von 11 mV. In meiner Messung wird dieser Wert bereits direkt nach dem Einschalten eingehalten.

Nachtrag: ich vermute inzwischen, die Autoren des Service-Handbuchs haben einen Fehler gemacht. Sie haben vermutlich übersehen, daß in ihrem Test nicht 1°C Temperaturänderung, sondern 10°C Temperaturänderung vorgenommen werden. Statt 0,415mV wären dann 4,15mV die maximal zulässige Abweichung um die geforderten 0,001%+15µV einzuhalten.

Damit wären für meinen Test mit 6°C Temperaturdifferenz maximal 2,490mV Spannungsdifferenz die Grenze. Mit meinen 1,6 mV wäre ich also noch innerhalb der erlaubten Toleranz.

 

[schopi68]

So, jetzt habe ich mir mal die Zeit genommen, die Z-Diode die als Spannungsreferenz im Gerät dient, näher zu untersuchen.

Verbaut ist eine 1N829. Es handelt sich hierbei um eine Temperaturkompensierte Z-Diode. D.h. es wurden in einem Gehäuse typischerweise eine Z-Diode mit einer normalen Diode in Reihe geschaltet, was zu einem teilweisen Ausgleich des Temperaturkoeffizienten führt.

Diese Z-Diode hat eine Durchbruchspannung von 6,2V, sie wird bei 7,5 mA betrieben. Bei 7,5 mA hat diese Z-Diode einen Temperaturkoeffizienten von ca. 0,0005%/°C (entsprechend 5ppm), d.h. pro Grad Temperaturänderung ändern sich die 6,2V um 0,0005%. Das entspricht 0,031 mV/°C.
Zum Vergleich, eine gewöhnliche Z-Diode hat Werte um 2 mV/°C.

Kleine Abweichungen vom Betriebsstrom werden jedoch hart bestraft. Bei 8mA erhöht sich der Temperaturkoeffizient auf ca. 0,0007%/°C.

Diese Z-Diode gibt es seit über 40 Jahren. Heutige kompensierte Z-Dioden erreichen auch keine besseren Werte als 0,0005%. Bessere Werte lassen sich dann nur mit speziellen Präzisionsreferenzen, wie beispielsweise dem LM399 erreichen. Der LM399 hat einen typischen Temperaturkoeffizienten von 0,3 ppm/°C, ist also nochmal um Faktor 16 stabiler. Es handelt sich hierbei um eine Z-Diode im Gehäuse mit einer stabilisierten Heizung. Im Betrieb wird die Z-Diode damit auf ca. 90°C aufgeheizt und ist dadurch weitgehend unabhängig von äußeren Temperaturänderungen. Beispielsweise das von mir genutzte Multimeter HP 34401A hat einen LM399 als interne Spannungsreferenz.

Nun aber zum Test meines HP 6114A. Um festzustellen, wo der Temperaturoeffizient herkommt, habe ich erstmal bei sich verändernder Temperatur die Spannung an der Z-Diode mit der Spannung am Ausgang verglichen. Es zeigt sich, daß ca. 90% der Temperaturabhängigkeit aus dem Verhalten der Z-Diode resultieren.

Abgreifen der Spannungen an der Z-Diode und am Ausgang der internen Spannungsreferenz (die die Spannung der Z-Diode als Referenz nutzt).

Also habe ich in einem nächsten Schritt die Spannung an der Z-Diode gemessen, gleichzeitig mit einem feinen Thermoelement die Temperatur an der Z-Diode aufgenommen. Bei jeweils einem Grad Temperaturanstieg habe ich eine Markierung in der Kurve gesetzt.

An der ersten Markierung beträgt die Spannung 6,20449 V, an der letzten Markierung 6,20482 V. Das entspricht einem Temperaturkoeffizienten von 0,00076%/°C.
Eine weitere Messung mit neu positionierten Temperaturfühlern über einen größeren Temperaturbereich von 33-50 °C ergab 0,00079%/°C.

Nach meiner Messung fließen ziemlich exakt die geforderten 7,5mA. Ich bin noch am überlegen, wie ich die Abweichung von den angegebenen 0,0005% interpretieren soll. In den meisten Datenblättern steht kein Bereich der möglichen Abweichung, sondern eben nur die 0,0005% als "typischer Wert".

 

[light-wolff]

Nach meiner Messung fließen ziemlich exakt die geforderten 7,5mA. Ich bin noch am überlegen, wie ich die Abweichung von den angegebenen 0,0005% interpretieren soll. In den meisten Datenblättern steht kein Bereich der möglichen Abweichung, sondern eben nur die 0,0005% als "typischer Wert".

Ich habe auch keines gefunden, das den Tempco genauer spezifiziert.
Garantiert wird immer nur ein maximale Abweichung von 5mV über den gesamten Temperaturbereich -55°C - 100°C.

Wenn der Tempco des Netzteils hauptsächlich an dieser Diode hängt, könnte es sich lohnen, ein paar neue 1N829 zu besorgen, altern und dann vermessen.

 

[schopi68]

Ich habe auch keines gefunden, das den Tempco genauer spezifiziert.
Garantert wird immer nur ein maxiale abweichung von 5mV über den gesamten Temperaturbereich -55°C - 100°C.

Wenn der Tempco des Netzteils hauptsächlich an dieser Diode hängt, könnte es sich lohnen, ein paar neue 1N829 zu besorgen, altern und dann vermessen.

Ich vermute stark, das Netzteil wurde mit 10ppm angegeben, um die Streuungen der 5ppm-Diode zu berücksichtigen.

In den Datenblättern der 1N829 sind auch Diagramme, die zeigen, daß sich mit dem Diodenstrom oberhalb 7,5 mA der Temperaturkoeffizient erhöht, unterhalb von 7,5 mA verringert.
Eine Verringerung des Diodenstroms auf ca. 6mA reduziert demnach Temperaturkoeffizienten um ca. 7ppm. Damit wäre ich dann nahe Null - ich denke, ich werde mal versuchsweise einen Widerstand parallel zur Diode schalten um den Diodenstrom zu verringern und dann beobachten wie sich der Temperaturkoeffizient verhält.

Ein paar neue 1N829 habe ich schon herumliegen, doch ich möchte nicht die alte Diode beim auslöten quälen um dann festzustellen, daß die neue keine besseren Daten hat. Auch kam ich noch nicht dazu, mir einen passenden Differentialverstärker zu entwerfen um auch Ripple und Rauschen des Netzteils messen zu können. Nicht daß ich die bessere Temperaturkonstanz durch eine Verschlechterung an anderer Stelle erkaufe.

Eine meiner neuen 1N829 habe ich schon durchgemessen, ich kam da auf einen Tk von 5ppm. Wobei "neu" relativ ist... soweit ich das sehen konnte, werden von dieser Diode nur noch Restbestände verkauft.

Interessant ist in diesem Zusammenhang auch noch der Unterschied zwischen den Netzteilmodellen: die Version mit dem Push-button-switch (die ich habe), ist mit einem Tempco von 10ppm angegeben, die Version mit dem Zehngangpotentiometer hingegen mit 50ppm. Diese Widerstände können leider nicht wie die anderen Komponenten im Gerät von der Regelung ausgeglichen werden, da sie diese ja bestimmen.

Ich hatte mir schon überlegt, ob es Sinn macht, die 17 Präzisionswiderstände (0,01% für die 10er Stellen bis 0,1% an den hundersteln) an den Wählschaltern auszutauschen, doch hier noch genauere Typen mit niedrigem Tk zu kaufen, würde ein paar hundert Euro kosten...

Hätte ich noch einen 6114A zum basteln, würde ich mal anfangen, die Referenz auf der Basis des LM399 zu modifizieren. Sollte mit wenig Aufwand gehen. der LM399 hat vier Anschlüsse, zwei für die Z-Diode und zwei für die Heizung. Der LM399 kann direkt mit den zur Verfügung stehenden 16V der Referenz betrieben werden (bzw. mit dem 28V vor der Regelung), für den Komparator in der Regelung müsste ich nur ein paar Widerstände anpassen um von 6,2 auf 6,95V umzustellen.

Doch ein Oldtimer ist andererseits halt dann am wertvollsten - zumindest ideell gesehen - , wenn er originalbelassen ist.

 

[schopi68]

Hätte ich noch einen 6114A zum basteln, würde ich mal anfangen, die Referenz auf der Basis des LM399 zu modifizieren.

So. Problem gelöst. Ich habe mir gerade in der Bucht für 221$ inkl. Shipping und Zoll in USA ein weiteres 6114a geschnappt.

Jetzt nur warten bis es da ist, dann mit Restaurieren und Testen beginnen.

P.S. wofür brauche ich eigentlich die vielen Netzteile?

 

[Maiger]

P.S. wofür brauche ich eigentlich die vielen Netzteile?

Gibt es denn kein Netzteil-Forum?

 

[schopi68]

Gibt es denn kein Netzteil-Forum?

Home of the Powerholics?

 

[schopi68]

So, habe die erwähnte Messung an der Z-Diode mit 6mA Strom durch die Diode nun abgeschlossen. Ergebnis: Der Tempco ist von 7,9ppm/°C auf 6,7ppm/°C gesunken. Also nicht die erwarteten 0ppm/°C.

Einzig die Spannung an der Z-Diode ist durch die Stromabsenkung um 12,3mV gefallen.
Das brachte mich dann gleich noch drauf, den Vorwiderstand der Z-Diode näher zu betrachten. Dieser ist mit einem Temperaturkoeffizienten von 25ppm angegeben, das entspricht bei 10°C Temperaturänderung einer Stromänderung durch den Widerstand und somit durch die Z-Diode von ca. 1,8 µA.
Wenn nun 1,5 mA Stromänderung in meinem Test 12,3mV Spannungsänderung an der Z-Diode ergaben, erzeugen die 1,8µA grob eine Spannungsänderung von 14,76µV, also vernachlässigbar gegenüber den gemessenen gut 500µV Spannungsänderung an der Z-Diode bei 10°C Temperaturänderung.

Jetzt warte ich dann mal auf die Lieferung des heute Mittag ersteigerten Netzteils zum Basteln.
Wobei ich schon vermute, das Netzteil wird stark verbastelt sein - die Anschlussbuchsen auf der Vorderseite sind auf dem ebay-Foto nicht mehr Original. Mal sehen, was sonst noch alles im inneren faul ist oder repariert werden muß. Wenn das Netzteil sich als gut herausstellt, investiere ich vielleicht sogar die 40€ in Original-Anschlußbuchsen. Mit den falschen Teilen sieht das einfach aus als hätte jemand seinen Hummer pink lackiert.

Bis dahin werde ich mal an der Vorstellung meins nächsten Netzteilbabys arbeiten. Das gute Stück steht ja schon seit Wochen fertig repariert rum, die Fotos sind auch gemacht... es wartet nur noch darauf, hier von mir hier vorgestellt zu werden. Nur soviel vorweg: es stammt aus der gleichen Ära wie das HP 6114a

 

[schopi68]

Ha, mein Tag ist gerettet.

Ich hatte die letzten Tage schon begonnen, nach den nötigen ICs für einen breitbandigen Vorverstärker (Mikrovoltbereich) zu suchen um endlich den Ripple des 6114A messen zu können. Wurde bisher aber noch nicht wirklich fündig um etwas bis 20 Mhz bauen zu können.

Und siehe da, heute lacht mich ein steinaltes Millivoltmeter in der Bucht an. -3dB Punkt bei ca. 35 Mhz, das reicht mir aus. Und es hat einen Ausgang aus dem das Signal 40dB verstärkt ausgegeben wird.

 

[schopi68]

So... die erste Lieferung ist da. Die Spannungsreferenz.

Laut Datecode vermutlich produziert 1989.

jetzt fehlen nur noch Millivoltmeter und das Powersupply für den Umbau.
T(Und das Kaspersky den LTSpice-upgrade nicht mehr als trojaner erkennt.. *hmpf*)

 

[schopi68]

Und siehe da, heute lacht mich ein steinaltes Millivoltmeter in der Bucht an. -3dB Punkt bei ca. 35 Mhz, das reicht mir aus. Und es hat einen Ausgang aus dem das Signal 40dB verstärkt ausgegeben wird.

Tja... war wohl nix mit dem HP 400e. Hergestellt 1969 (konstruiert 1966) verkauft bis in die 80er Jahre.
Verkäuferbeschreibung "generalüberholt".
Das Gerät aus der Bucht riecht nach jahrzehnten Kellerlagerung, klebt an den Oberflächen und hat gelb-braune Flecken (die nach einfachem Putzen weggehen würden... eine Reinigung gehört aber eigentlich zum Angebot Generalüberholt).

Es hat nicht wie von HP angegeben <15 μV Rauschpegel, sondern eher 20 mV (vermutlich ein Fehler oder Defekt im Endverstärker, das Rauschen ist in allen Meßbereichen gleich). Dafür hat zeigt es nach Filtern des Rauschens 20 μV eigenen Ripple, also fast soviel wie das, was ich aus dem Netzteil messen möchte. Auf dem Instrument zeigt es die Pegel zwar genau an, aber am Ausgang wird ab 1 MHz der Sinus zu irgendwas... Gegenüber dem oben verlinktem PDF Seite 5 kommt ein eingespeister 1 MHz Rechteck mit 30% Überschwingen hinten aus dem Gerät raus (10 Mhz).

kurzum - geht zurück und ich baue mir doch besser selber was. *seufz* Dauert also noch ein paar Tage.

 

[schopi68]

Nr. 2 ist da... und Nr. 2 lebt!

Die erste Reinigung habe ich ihm schon angetan, auf dem Foto sieht es aber immer noch gruselig aus, wie ich feststelle. Und uups. den Dezimalpunkt am Einsteller habe ich gestern Abend im Halbdunkel weggeputzt.

Ist immer wieder gruselig zu sehen, wie gelb die Reinigungstücher werden, wenn man die Bedienknöpfe an den alten Geräten reinigt. Auch hier muß der Drehknopf noch ins Ultraschallbad (man beachte die dunklen Rillen... Jahrzente an Hautfetten) und die Druckknöpfe haben immer noch braune Beläge.

Mit den drei Anschlußterminals muß ich mir noch was einfallen lassen. Irgendwer hat da diese poppig-bunten Billigteile eingebaut. Das Kupfer ist schon gut korrodiert und die Sense-Leitungen innen sind an den falschen Stellen angelötet.

Auf jeden Fall können jetzt die Experimente beginnen. Auch wenn's mir in der Seele wehtut: Ich musste beim ersten Check schon feststellen, das Gerät ist bereits perfekt justiert und zeigt auch sonst das gleiche Temperaturverhalten wie mein erstes Gerät. Nur die Elkos muß ich noch checken.

Achja: Gebaut wurde es 1974, vor fast 40 Jahren. Seriennummer 1349A00378. Das schlüsselt sich bei HP wie folgt auf:

Erster Teil vor dem "A" ist der Zeitpunkt der letzten technischen Verbesserung.

13 - Jahr. Gezählt wird ab 1960. Also 1974.
49 - Woche 49
A - steht für USA
00378 - ist die eigentliche Seriennummer des Gerätes. Das erste Gerät in der Serie hatte die Nummer 101.

Es handelt sich also um das 277. Gerät das überhaupt gebaut wurde.

 

[light-wolff]

Auch wenn ich nicht jedes Mal antworte oder danke: mir gefällt Dein "Blog" und ich freu mich über jeden neuen Beitrag, inbesondere wenn er neue technische Erkenntnisse bietet.

Gerätereinigung: als ich noch alte Taschenrechner gesammelt und restauriert habe (BJ 1973-1983), hat sich Platinenreinigerschaum sehr bewährt: Electrolube SWA Safwash 2000. Nicht nur für Platinen, sondern auch Gehäuseteile. Bei Aufdrucken muss man aber aufpassen, nicht zu lange enwirken lassen. Es ist unglaublich, was das Zeug aus den letzten Ritzen holt. Aufsprühen, kurz einwirken lassen, vielleicht noch mit einer Zahlbürste drüber, mit Wasser abwaschen, grob trockenblasen, Saferinse 2000 drüber, trockenblasen, abtrocknen lassen: wie neu. Schalter muss man dann aber neu schmieren. Potis sollte man damit wohl besser nicht behandeln, gab's auf den Rechnern aber nie welche.

Übel vergilbte Tasten kann man mit einem kurzen (!) Wisch Aceton sauber kriegen, da muss einfach die oberste Schicht weg, reinigen alleine hilft nicht. Alternativ 1200er Schleifpapier nass. Geht natürlich beides nicht bei bedruckten Tasten, sonst ist der Aufdruck weg. Die alten Rechner hatten aber alle 2K-Spritzguss, also kein Problem. Wenn die Tasten vom Aceton leicht matt geworden sind: mit Displex (Politur für damalige Kunststoff-Handydisplays) wieder poliern. Ist eine mords Arbeit bei 40-50 Tasten, aber sieht dann aus wie neu.

Ansonsten: Microfasertuch, Spülmittel, Zahnbürste, Wasser. Erfordert aber immer Totalzerlegung.

 

[schopi68]

Danke für die Infos, auch wenn ich vielleicht nicht alle Infos direkt nutze, so setzt sich doch alles zu einem Bild zusammen und führt zu einer stetigen Verbesserung in meinem Tun.

Die Drehwahlschalter auszubauen und zu reinigen ist leider nicht so einfach. Sie sind auf die Platine mit den Präzisionswiderständen aufgelötet und haben einen nur an Stiften angeschweißten Deckel, womit das Trocknen zum Problem wird. Im eevblog habe ich gesehen, hat sie einer zum Reinigen geöffnet, musste dann das gesamte Paket aber mit Schrauben wieder zusammenfügen.
Solange die Schalter einwandfreien Kontakt geben, möchte ich das vermeiden.

Als ich vor knapp einem Jahr mein 40 Jahre altes HP-Oszilloskop restauriert habe, habe ich mir dazu noch einen "richtigen" (und scheißteuren) Ultraschallreiniger zugelegt. Seither kommt alles was demontierbar ist, einfach ins Ultraschallbad und ist danach bis in die feinste Ritze sauber. Fast keine Arbeit, schnell und kommt auch an die Innenseiten.

Vor kurzem habe ich damit sogar mal ein 10-Gang Präzisionswendelpoti - zerlegt - gereinigt, das gesamte alte verharzte Fett war draussen und nach dem Zusammenbau waren auch alle vorherigen Kontaktprobleme beseitigt. Allerdings waren die Metallklammern zum Zusammenhalten nicht mehr in der ursprünglichen Chromfarbe.

Ich hätte das Ultraschallbad besser nicht auf 60°C einstellen sollen.

Dieses Poti war übrigens eines der Defekte im hp 8727A aus dem anderen Thread. Ich habe dann doch besser ein neues eingebaut (beim Zusammenbau verbog sich auch einer der Schleifer im innern leicht, wird also sicher nicht mehr die nächsten 20 Jahre überstehen).

Allerdings bekommen die alten Kunststoffe auch dabei gerne mal einen weißlichen Belag.

Für das Auffrischen der Kunststoffe habe ich mir einen Kunststoff-Tiefenpfleger (Armor All seidenmatt) zugelegt, damit wird alles dünn eingerieben.

Für die heftigeren Verschmutzungen habe ich alle möglichen Reiniger, beginnend mit Isoprop+Wasser, dann diverse Elektroreiniger (Kontakt 61, Tuner 500, Teslanol Spezial-Feinreiniger (riecht wie Aceton) und wenn alle Stricke reißen kommt das Waschbenzin.

Die Gehäuse eigentlich aller HP-Meßgeräte die älter als 10-20 Jahre sind, musste ich bisher immer reinigen. Die Bleche an den Seiten sind mit einem Kunststoff beschichtet, der mit den Jahren völlig klebrig wird (ich tippe mal auf Weichmacher). Da bleiben dann ganze Staubflocken dran hängen und die Finger kleben nach jedem Anfassen des Gerätes. Mit Aceton oder Waschbenzin geht das aber problemlos weg.

Ein Platinenreiniger wäre aber auch noch eine gute Idee fürs Platinenreinigen an sich, ich habe sie bisher aber immer verworfen, da die Platinenverbindungen bei diesen alten Geräten zu 100% gelötet sind. Leider sind auch immer Potis drauf - und bei den Netzteilen auch noch immer welche mit geringem TC bei denen man nicht weiß, wie gut sie gekapselt sind.

Nachdem ich heute den Preis eines Händlers für den benötigten Differenzverstärker mit 20 MHz Bandbreite bekommen habe (~2k€), muß ich meinen Selbstbau nun doch forcieren.

Diesen Vorverstärker benötige ich, bevor ich Umbauversuche am 6114A vornehme um den Ripple+das Rauschen zu messen. Sonst habe ich keinen Vorher-Nacher-Vergleich.

Den - hoffentlich - passenden OPAmp habe ich schon auf dem Tisch liegen, ein LT6200-10 (1,6 GHz BW mit ca 1,5 nV/Hz^(1/2) Rauschen) - macht bei 20 Mhz noch 35 dB Verstärkung, ich baue dann zwei mit je 20 dB hintereinander, damit sollte der mV-Bereich am Scope alles gut anzeigen.

Mal sehen... so einen Verstärker bastle ich auch zum ersten Mal, könnte spannend werden. Hätte ich mir aber schon öfter gewünscht.

 

[Photon]

Bei Kunststoffen verwende ich nach Spülmittel und Zahnbürste ganz normalen (Auto-)Lackreiniger, wenns schön werden soll, noch mit Hartwachs ein-/abreiben. Zum Fett/Öl lösen nur Testbenzin (bei Aceton ist Vorsicht angezeigt!). Beim Schallbad drauf achten, daß möglichst keine zueinander beweglichen Teile in Behandlung sind und die Teile nicht den Wannenboden berühren. Worst-Case Szenario wäre ein Kugellager darin. Das läuft dann, als wäre feiner Sand dazwischen.

Gruß
Volker

 

[schopi68]

Beim Schallbad drauf achten, daß möglichst keine zueinander beweglichen Teile in Behandlung sind und die Teile nicht den Wannenboden berühren.

Gegen die Bodenberührung habe ich dann einen Siebeinsatz und für Kleinteile einen 600ml Glaseinsatz. Das spart dann auch Reinigungslösung. Manchmal nehme ich auch nur ein Schnapsglas und stelle das dann (mit dem Siebeinsatz) ins Wasser.

Bevor nur aber jeder heiße Augen kriegt: Ultraschall ist keine Wunderwaffe. Man bekommt nicht alles damit sauber. Wo ich beeindruckt war, war der Scherkopf meines Bartschneiders. Blitzblank und sauber. Allerdings war nach dem Ultraschall auch die vorher nicht erkennbare Beschichtung der Bodenfläche ab. Seitdem rupft der Rasierer aber weniger.

 

[schopi68]

Ebay ist hier wirklich eine interessante Quelle: gerade sehe ich ein Angebot mit der Seriennummer 2938A-060xx (habe die letzten zwei Ziffern verborgen).

d.h. Das Gerät wurde auch 1989 noch hergestellt, bis zu diesem Zeitpunkt (Seit 1972) wurden also über 5900 Stück gebaut.

Erstaunlich, daß das Internet noch voll von Angeboten ist. Offenbar gehen die Teile nicht kaputt. Und drei davon gehören schon mir.

p.s. an anderer Stelle gesehen: s/n 3104A-062xx.
Also bis 1991 über 6100 Stück. Von 1989 bis 1991 immerhin noch 200 Stück.

 

[schopi68]

Der aktuelle Erkenntnisstand wächst und wächst.

1. Wie ich aus alten schwarzweiß-Fotos im Service-Manual und hp-journal sehe, waren die Geräte wohl am Anfang der Produktion ab Werk mit den poppig-bunten Anschlußklemmen versehen.
2. Bin gerade über den HP-IB Power Supply Programmer HP 59501A gestolpert. Das Gerät kam 1973 auf den Markt. Mit diesem Gerät kann über den HP-IB Bus (den auch die heutigen Geräte alle noch haben, das ist quasi der Standardanschluss um Meßgeräte zu programmieren. Wird auch unter den Namen GP-IB, IEE488 und IEC-Bus geführt) das Power-Supply computergesteuert über die rückseitigen Anschlüsse programmiert werden.
   Hier gibt es ein paar Informationen dazu.
   Mit dieser remote-Programmierung geht jedoch einiges an Genauigkeit verloren, da der Programmer das Netzteil über eine Spannung programmiert, aber nur mit 0,1% Genauigkeit angegeben ist.

 

[schopi68]

Jetzt bin ich doch gerade vom Stuhl gefallen. Ich sehe auf ebay ein Foto eines hp 6114a mit einer Seriennummer von 1996. (Ser. 3601A070xx) Das würde heißen, dieses Gerät wurde auch 24 Jahre nach Produktionsstart noch hergestellt und verkauft.
Von 1991 bis 1996 demnach (sofern meine Annahmen stimmen) noch über 800 Stück.

An anderer Stelle konnte ich inzwischen ein paar weitere Katalogpreise finden:
1992: 525$
1975: 560$
1980: 895$
1986: 1650$

Nachtrag... ich habe mir gerade die alten Produktkataloge von HP angesehen. 1997 enthielt der Katalog zum letzten mal das HP 6114A und auch das HP 6827A aus meinem anderen Thread.
(Interessanterweise ist dort noch ein großer Teil der alten HP 6xxx Netzteile gelistet. Ab dem drauffolgenden Jahr hatte jemand aufgeräumt).

 

[schopi68]

So... das 6114A von 1996 gehört jetzt mir und liegt im Kofferraum.
Das Beste: auf dem Gerät war sogar ein CE-Aufkleber, dementsprechend problemlos verlief es beim Zoll.