Hewlett Packard

Réparation d’une sonde de courant HP 456A

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.

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 :

Plusieurs 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.

L’alimentation de substitution

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 !

Le test avec la sonde HP : 165mA
Vérifications avec une sonde moderne : 164.5mA (1mV/10mA)

Réparation d’un HP 3490A

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 :

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 :

Une des photos de l’annonce

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 :

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
Le placement des composants

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 :

Vue d’ensemble
Connexion à TP1 sur la carte
Instrumentation du connecteur
La trace capturée

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 :

Le nouveau composant sur support
Le problème d’affdichage est résolu
Vérification rapide du fonctionnement

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

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 :

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 :

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.

La carte du hacheur optique

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 :

1mV sur le calibre 1mV
1mV sur le calibre 3mV
3mV sur le calibre 3mV

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

Une autre version, moins propre mais plus récente :

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);
}