Mesure électronique

Réparation d’une sonde de courant HP 456A

Le 18 novembre 202318 novembre 2023

Lorsque j’ai vu une sonde de courant alternatif HP 456A sur ePay je n’ai pu me retenir d’y trouver une grande utilité. Il s’agit d’une sonde et d’un amplificateur, produisant une tension alternative proportionnelle au courant alternatif passant à travers la sonde. La sortie est de 1mV/mA, et le niveau de bruit est de 0,1mA. Le courant maximal mesuré est de 1A voir 1,5A en pics. Le tout est sorti fin 1960.

1960-07 Télécharger

Pour de faibles courant HP indique qu’il est possible de faire plusieurs tours dans la pince, le courant étant ainsi multiplié par le nombre de tours :

Cet appareil est alimenté soit par deux piles au mercure, soit par un module d’alimentation secteur optionnel. Bien entendu ces piles, de 60 ans d’âge, sont maintenant introuvables, et si elles sont restées dans les appareils ont du couler, ce qui était bien le cas dans mon exemplaire.

J’ai choisi d’abandonner l’idée d’alimenter l’amplificateur via des batteries ou des piles et j’ai donc du réaliser un circuit d’alimentation. Un petit transfo 18V DC est utilisé, suivi par un régulateur 7812 rehaussé par deux diodes 1N4148 pour obtenir 13.3V. Un 79L05 sert alors à produire une tension de 8.4V intermédiaire. Cela donne donc +5V et -8.4V relativement à la sortie du 79L05.

Concernant la partie amplificateur, le condensateur électrolytique C6 étant fuyard il à été remplacé, les résistances ont été vérifiées et étaient toujours dans leur tolérances. Le schéma est par contre mauvais : R7 est indiquée comme 300 mais fais 3.3K, R8 indiquée à 270 fais en réalité 2.7K, et enfin C2 à 680µF sur mon circuit au lieu de 200µF sur le schéma.

Cependant après quelques minutes de fonctionnement, la sortie à montré des signes de défauts avec une tension continue proche de 4V au lieu de 1V attendus. En re-testant les composants, j’ai constaté que C3 était devenu très fuyard (12 Ohms…). Par chance, les bobines de la sonde n’ont pas été abîmées par la tension continue présente à leurs bornes.

Une fois C2 et C3 remplacés par un condensateur unique de 1000µF 25V que j’avais en stock, les mesures sont bonnes !

Un dernier détail à modifier, le connecteur de sortie. C’est une sortie banane mâle encapuchonnée dans un étui métallique. Cela conviens bien aux anciens appareils HP cependant pour une utilisation pratique j’ai préféré modifier cette connectique pour une fiche BNC.

Le connecteur original remplacé par une BNC

L’alimentation réalisée rapidement, j’ai déjà fais mieux …

Pour tester la sonde avec divers appareils, j’ai assemblé rapidement une prise secteur mâle à une femelle en laissant une belle boucle sur l’un des conducteurs.

L’adaptateur pour mesurer des courants secteurs

Et en guise de charge, quoi de mieux qu’un bon vieil Apple II Europlus sous EDI Logo !

Vérifications avec une sonde moderne : 164.5mA (1mV/10mA)

Réparation d’un HP 3490A

Le 15 août 202316 août 2023

Le HP 3490A est un multimètre numérique à 5 chiffres et demi mis sur le marché en Août 1972. Il mesure les tensions continues et alternatives, ainsi que les résistances. Il dispose d’une sélection automatique du calibre, et est capable de 5 lectures par secondes. Sa spécificité à l’époque était qu’il était capable de s’auto tester.

Il est à l’honneur dans le HP Journal d’Aout 1972 :

HPJ-1972-08 Télécharger

Je l’ai reçu en bon état cosmétique mais avec un souci d’affichage, ce qui était bien montré sur les photos de la vente :

Le diagnostic : un seul afficheur fonctionne, plusieurs points décimaux sont présents, et le chiffre affiché change régulièrement :

En shuntant les fiches bananes le chiffre se stabilise aux alentours de zéro, et l’indicateur de polarité change entre les +xxx0 et les -xxx9, cela me fais suspecter un souci d’affichage.

Mauvaise surprise cependant, ce multimètre ne dispose ni de la carte Ohms ni de la carte AC. Si elles ont été cannibalisées suite au défaut d’affichage il est dommage de ne pas les avoir remplacé par les cartes défectueuses. Sans ces deux cartes je ne pourrai mesurer que des tensions continues avec cet appareil…

Le manuel de service correspondant à mon appareil se trouve aisément sur la toile, et ses schémas sont lisibles :

HP3490A-1211A Télécharger

Les tensions d’alimentation sont toutes dans les tolérances cependant trois condensateurs suspects sont changés. Intéressons nous donc à l’affichage …

Le schéma de la carte d’affichage en une page

Ce qu’il se passe à priori sur cette carte c’est que le circuit U1/R1/C2 génère une horloge (TP1) servant de source au compteur 4 bits U2 dont les trois bits de poids forts (Q1, Q2, Q3) sont décodés par U5 pour sélectionner un des afficheurs BCD (N1…N6).

La gestion des points est faite par les circuits logiques U3, U6, U7 et la gestion de la polarité par U3, U7, U8. U4 et U10 semblent servir à désactiver le dernier digit en combinaison avec l’option sample/hold qui n’est pas présente dans mon unité.

Toutes les connexions à cette cartes sont effectuées par un connecteur plutôt large, il est aisé d’y connecter un analyseur logique et d’en capturer une trace :

Les chiffres affichés sur le digit allumé au moment de la capture étaient 5 et 9 comme décodé en bas de la trace. La plupart des signaux semblent corrects, hormis les signaux SCAN A, SCAN B et SCAN C qui semblent n’avoir aucune activité. Les trois lignes à zéro sélectionnent via U5 le seul digit fonctionnel.

Confirmation à l’oscilloscope :

Sonde jaune sur TP1, Sonde turquoise sur SCAN A

Ce n’est guère mieux, aucun signal sur SCAN A n’apparaît, U2 semble ne plus compter.

Il s’agit donc d’un 74161N, je n’ai pas ce composant sous la main mais je dispose de la version « LS » qui devrait être compatible. Le déssoudage de A3U2 ne pose pas de problème et un 74LS161 est inséré à sa place :

Après avoir laissé le multimètre branché un moment, plusieurs essais montrent que le calibrage semble meilleur que celui que je pourrai faire, inutile donc de toucher aux réglages.

Réparation d’un voltmètre HP 419A

Le 7 août 20227 août 2022

J’ai trouvé sur la baie un Hewlett Packard 419A DC Null Voltmeter. Il s’agit d’un voltmètre analogique à zéro central, pouvant mesurer des tensions continues positives et négatives, de 3µV à 1000V pleine échelle. Une source de tension interne permet de mesurer des tensions par comparaison ce qui rend théoriquement son impédance infinie dans ce mode. Il peut également mesurer des courants continus de 30pA à 30nA. Il aurait été mis sur le marché en 1965.

Ce modèle était utilisé en interne chez HP pour calibrer les voltmètres et comparer les références de tensions.

Le chapitre 5 de la note d’application 69 « Which DC Voltmeter » évoque son utilisation dans le laboratoire de calibrage de HP :

an_69

Principe de fonctionnement

Il était à l’époque plus simple de construire un amplificateur alternatif qu’un amplificateur continu : la construction des amplificateurs en composants discrets engendre des tensions d’offsets et donc des erreurs de mesure en continu, qui sont annulées en alternatif. C’est pourquoi le 419A utilise un hacheur optique.

Le hacheur est un bloc plein au sein duquel deux néons éclairent chacun deux photo-résistances alternativement. Cela forme un modulateur continu vers alternatif et un démodulateur alternatif vers continu.

État de l’appareil

Le vendeur avait indiqué « S’allume mais ne mesure pas ». Cet appareil disposant de batteries qui servent au filtrage de l’alimentation ainsi que d’une pile pour la référence interne de tension, il est sujet aux coulures de batteries. Un autre problème récurrent sur cette série d’appareils est l’usure de néons du hacheur optique qui ne se déclenchent plus alternativement.

Une fois le colis ouvert, pas de doutes, les batteries ont coulé, et une fois l’appareil sous tension, pas de doutes non plus, l’aiguille file à droite hors échelle, le hacheur ne fonctionne probablement pas …

Un test rapide des condensateurs de la carte principale révèle que les électrolytiques sont en piteux état, leur résistance en continu descends pour certains à 20k …

Réparations

Pour les coulures une seule solution : retirer les composants abîmés, nettoyer, neutraliser toute trace d’oxydant, réparer les composants/pistes.

Pour les condensateurs, pas de mystère un changement s’impose :

La carte A4 avec ses condensateurs changés

Le problème des néons à déjà été résolu de deux manières différentes :

Dabbledoo Electronics utilise un circuit auxiliaire qui pallie à l’usure des néons
Mr Carlson remplace les néons par des LEDs

La solution de Mr Carlson, l’emploi de LEDs, me plaît beaucoup plus que de conserver des néons. Contrairement à lui, je dispose de la plaquette d’origine pour implanter deux LEDs « Super bright » en lieu et place des néons. Il est nécessaire de rendre les LEDs diffusantes en les ponçant légèrement. Pour les alimenter en avec un Arduino en 5V, les résistances de 20K doivent êtres changées pour des résistances de 100 ohms, et on peut ponter l’emplacement des diodes.

Pressé de vérifier le fonctionnement du chopper, j’ai câblé un Arduino Uno pour faire clignoter les LEDs et vérifier si l’appareil montrait des signes de vie. L’alimentation étant démontée j’ai alimenté, à l’aide de mon alimentation HP 6237B, le voltmètre en +13/-13 et l’Arduino en +5V.

Le programme de l’Arduino Uno est simplissime la seule contrainte étant sur les timings que l’on trouve dans le Service Manual, Figure 5-4, page 23. On y constate qu’un cycle complet fais 6ms, soit 166Hz, et qu’un cycle comporte l’allumage de chacun des deux néons avec une pause entre deux allumages. Ce qui amène à des pauses de 1ms et des temps d’allumages de 2ms.

Ayant monté les LEDs à l’envers, j’ai du inverser les sorties.

Premiers essais :

Les résultats sont prometteurs, il reste à nettoyer les contacts du sélecteur de calibre, refaire une alimentation car les accus utilisés sont introuvables, remplacer la pile qui sert de référence pour le null, et empêcher la dégradation du cadran qui commence à se décoller.

Manuel de service

HP_419A_DC_Null_Voltmeter Télécharger

Une autre version, moins propre mais plus récente :

419A Télécharger

Le code de l’Arduino Uno

const int LED_0 = 8;
const int LED_1 = 9;

// Service Manual, Figure 5-4, page 23 :
// DELAY_ON + DELAY_OFF + DELAY_ON + DELAY_OFF = 6ms => 166Hz 

const int DELAY_ON = 2;
const int DELAY_OFF = 1;

void setup() {
  pinMode(LED_0, OUTPUT);
  pinMode(LED_1, OUTPUT);
}

void loop() {
  digitalWrite(LED_0, 1);
  digitalWrite(LED_1, 1);
  delay(DELAY_OFF);
  digitalWrite(LED_0, 1);
  digitalWrite(LED_1, 0);
  delay(DELAY_ON);
  digitalWrite(LED_0, 1);
  digitalWrite(LED_1, 1);
  delay(DELAY_OFF);
  digitalWrite(LED_0, 0);
  digitalWrite(LED_1, 1);
  delay(DELAY_ON);
}

Démontage du Metrix TX909A

Le 6 février 20226 février 2022

Le tiroir

Comme évoqué dans l’article précédent, le Métrix TX909A est doté de tiroirs. L’interconnexion entre le tiroir et l’appareil se fait via un connecteur 25 broches :

Coté tiroir, ce n’est pas le circuit imprimé qui sert de connecteur mais un connecteur soudé et riveté sur le circuit imprimé :

La partie bleue s’enlève aisément en dévissant deux vis sur le dessous du tiroir et laisse apparaître le circuit, qui comporte deux diodes et des résistances. Le support 14 broches se retire et est monté sur un support 16 broches, un détrompeur empêche d’insérer le support du mauvais coté :

L’appareil

Le démontage se fait en retirant les deux cotés noirs ainsi que le fusible. Derrière la partie plastique de gauche, le châssis comporte des éléments de l’alimentation :

L’appareil comporte plus d’électronique que ce que j’imaginais. Deux cartes reliées par des fils soudés, le clavier de sélection de fonction, un transformateur. Le galvanomètre reste attaché au dessus du châssis.

Testeur d’amplificateurs opérationnels

Le 4 février 20224 février 2022

Description générale

Je me suis procuré un Metrix TX-909A. C’est un appareil permettant le branchement de différents tiroirs pour tester des composants. À priori deux types de tiroirs sont supportés au vu de la sérigraphie :

des tiroirs pour tester les amplificateurs opérationnels (AOP)
des tiroirs pour tester les régulateurs de tension

L’appareil que j’ai eu dispose d’un tiroir permettant de tester des µA709C. C’est un AOP assez ancien et plus très courant. Il existe en différents boitiers, le plus grand étant un 14 broches, ce qui correspond à la taille du support du tiroir. Il existe d’autres AOP qui ont un brochage équivalent à la version 8 broches du 709.

Le TX-909A comporte pour ses sorties un assez grand galvanomètre à zéro central et une sortie BNC en face arrière. Les entrées sont un interrupteur rouge permettant la mise en marche, 6 sélecteurs de fonctions (5 blancs et un noir), et un bouton noir permettant la mesure du gain.

Les mesures permises par ce testeur (avec ce tiroir) sont :

le courant entrant par Vcc+ (sélecteur en position 1, I+)
le courant sortant de Vcc- (sélecteur en position 2, I-)
la tension d’offset de l’AOP (sélecteur en position 3, Voffset)
le courant d’entrée de l’entrée non inverseuse 4, V+ (sélecteur en position I1)
le courant d’entrée de l’entrée inverseuse 5, V- (sélecteur en position I2)
et enfin, le gain de l’AOP (sélecteur en position 6, Mémoire, puis appui sur le bouton 7, G)
l’amplificateur opérationnel semble être alimenté en +15V/-15V

Le tiroir ne comporte aucun organe de commande, simplement un support 14 broches qui semble de très bonne qualité. L’insertion se fait absolument sans force, mais contrairement a un support ZIF, il n’y a pas de levier de blocage.

Le marquage inférieur du galvanomètre en % (de -150% à +150%) se réfère à l’indication sous le sélecteur de fonction, ainsi en position I+, une indication de 100% équivaut à -6,7mA. De même, en position Voffset une indication à 100% équivaut à 7,5mV.

Le marquage supérieur du galvanomètre est sans unité car il mesure le gain de l’AOP, il part de 5×10^2 et se terminé à 10^6. Cela correspond à une échelle de gain en tension de 20log(5×10^2)=54dB à 20log(10^6)=120dB. C’est ce qu’en physique appliquée mes professeurs appelaient un gain infini…

Je n’ai réussi à trouver ni la documentation ni les schémas de cet appareil, j’ai donc interprété son fonctionnement à l’aide de la sérigraphie et de quelques observations.

Vérifications de fonctionnement

A l’allumage, en position I+, le galvanomètre se déplace de part et d’autre et se stabilise sur le zéro. C’est bon signe.

Avant d’insérer un composant dans le support du tiroir il n’est pas superflu de vérifier l’alimentation. L’appareil permettant la mesure du courant I+ et I- il est facile d’insérer une résistance entre les broches Vcc+ et Vcc-. Pour une résistance de 10k environ, on devrait avoir 3mA de consommé soit un peu moins de la moitié de -100% sur le galvanomètre en position I+.

En I- on devrait avoir le même résultat, mais de sens opposé.

Le résultat est cohérent, mesurons la tension Vcc+ en CC et en CA.

Verdict : l’alimentation me semble en assez bon état pour tester un AOP sans que la fumée magique ne s’échappe…

Mesure d’un AOP

Je trouve donc un AOP dont le brochage est compatible. Il s’agit d’un 741 de récupération. D’après la documentation il devrait consommer aux alentours de 1.7mA soit, dans le calibre I+, 100*1.7mA/-6.7mA=-25%.

Les mesures de I+ comme de I- semblent correctes, aux alentours de 25%.

La tension d’offset, dans la doc du 741 est donné pour typiquement 1mV. Dans le calibre Voffset cela donnerait 100*1mV/7.5mV=13%

Le résultat est bien inférieur aux 13%, on peut se demander si cette mesure est bien réalisée (un faux contact ?) ou si l’AOP testé n’a tout simplement pas assez d’offset pour être mesuré avec cet appareil.

Pour I1 et I2 la documentation du 741 nous parle de dex paramètres, « Input offset current » et « Input bias current ». La somme des deux valeurs typique étant de l’ordre de 100nA, dans le calibre I1 ou I2 cela serait donc un affichage de 100*100nA/1.75µA=6% de déviation max.

Le résultat est encore une fois bien inférieur et ne permet pas de conclure à la fiabilité de la mesure.

Enfin, mesurons le gain de cet AOP. La documentation indique un paramètre Avd « Large-signal differential voltage amplification » qui devrait être entre 20V/mV et 200V/mV. Autrement dit entre 20000V/V et 200000V/V soit un gain de 20000 à 200000, soit entre 2×10^4 et 2×10^5.

Pour cette mesure il faudra positionner le sélecteur sur la position Mémoire, puis appuyer sur le bouton G pendant la lecture.

Le résultat obtenu, environ 10^5, est bien dans la plage de mesure attendue.

Il y a une indication sous le sélecteur Mémoire indiquant 10mV. Je n’ai pas compris cette indication/mesure. J’ai tenté de mesurer le signal de sortie et d’entrée lors de la mesure du gain mais la mesure semble perturbée par l’impédance du multimètre.

La sortie enregistreur

La prise BNC arrière semble sortir un signal correspondant à la déviation du galvanomètre. Je n’ai pas mesuré sa plage de fonctionnement.

Test avec un 741 moderne

J’ai également testé un circuit plus récent, acheté sur eBay. Les paramètres sont similaires au 741 mesuré plus haut, hormis le gain qui semble bien plus important et donnerait raison à mon ancien prof de physique appliquée …