Tektronix 2440

Frontansicht

Frontansicht

Das Tektronix 2440 ist ein altes Digitaloszilloskop, gebaut ab 1987, Neupreis 11500 $. Es überzeugt mit 300 MHz (Äquivalenzzeitabastung) oder 200 MHz (Echtzeitabtastung) Bandbreite. Eine Seltenheit ist der analoge Spitzenwertdetektor: Durch ihn werden Maximum und Minimum des Signals zwischen zwei Abtastpunkten erfasst und ähnlich wie auf einem Analogoszilloskop als Fläche auf der Röhre dargestellt – unabhängig von der Abtastrate. Der macht das DSO trotz seiner geringen Abtastrate von 500 Msps sehr angenehm zu nutzen, wenn man Alias-Artefakte ausschließen muss.

Schön ist auch die verbaute Oszilloskopröhre, weil sie keine billige Fernsehröhre ist, auf der dann Linien gezeichnet werden, sondern eine aus Analogoszilloskopen bekannte Röhre mit planer Front und geätztem, feinem Raster. Die Anzeige kann 1024x1024 Punkte auf 10x10 cm Anzeigefläche darstellen. Dagegen sehen die billigen DSOs mit 640x480 oder 800x600 Punkten immer noch schlapp aus.

Eine lustige Spielerei ist der Roll-Modus bei langsamen Zeitbasen, wodurch sich die Anzeige kontinuierlich nach links verschiebt anstatt sich komplett neu aufzubauen, wie bei diesen Vitalzeichenmonitoren in Krankenhäusern, die im Fernsehen bei jedem Herzschlag „piep“ machen. Natürlich macht das Oszi im Fehlerfall nicht einfach nur „piep“, sondern „bing“, wie eine alte Schreibmaschinenklingel. Lautsprecher statt billigem Pieper: Das sind die kleinen, netten Details, für die man das Gerät mag.

Oh, und die Bedienung! Trotz Softkeys ist die Bedienung angenehm. Nicht so toll wie beim 465B, wo es für jede Funktion einen Hebel oder Knopf gab, aber um Meilen besser als bei ausgewählter Konkurrenz. Beispielsweise löst jeder wiederholte Druck auf eine Taste eine bestimmte Funktion aus, beispielsweise wechselt man so mit der Triggertaste die Triggermodi. Dadurch sind die Hauptfunktionen ohne Softkeys schnell erreichbar. Bei einem HP 54622D weiß ich nicht, was die Entwickler geraucht haben, aber es war offensichtlich nicht gut: Für jede Pupsfunktion (Triggermodus ändern, Kopplung der Eingänge umschalten) muss man erst eine Funktionstaste und danach noch den passenden Softkey drücken, oft mehrmals, weil man die Liste hinter einem Softkey nur von oben nach unten durchgehen kann. Wechselt man immer zwischen Auto- und Normaltrigger, so drückt man sich die Finger wund: Trigger → Tipp, Trigger → Tipp, Tipp, Tipp, Trigger → Tipp, …

Die Anzeige flackert je nach Prozessorlast ein wenig, aber so weiß man gleich, dass das Gerät nachdenkt. Die Bedienung ist aber immer flüssig, nur im „AUTO LEVEL“-Modus hakt es richtig.

Wo Licht ist, ist natürlich auch Schatten: Die Wiederholrate ist verdammt gering, nicht zuletzt, weil der Prozessor und A/D-Wandler halt alt und lahm sind. Mein Tektronix 465B schafft unter guten Voraussetzungen gut 360.000 Wellenformen/Sekunde, das 2440 gerade einmal 26. Und das in der Mitte, bei einer Zeitbasis von 100µs. Bei 2 ns/div bricht die Geschwindigkeit auf 10 Wfm/s ein. Ja, das kann man ehrlich erbärmlich nennen, damit möchte man keine Glitches suchen. Leider muss man zudem einige Minuten warten, bis das Gerät warm ist. Zuvor bekommt man ein eher mäßiges Bild bei Äquivalenzzeitabtastung. Die Kalibrierung ist auch anstrengend und erfordert neben präzisen Spannungen auch eine einstellbare 250-MHz-Quelle (100 MHz tun es aber auch, Zeitbasis dann auf 500 ns stellen, um die Schwebung zu erzeugen) sowie einen Spannungspulsgenerator mit steilen Flanken (74AC-Gatter scheint zu funktionieren, aber eventuell ist meine Kalibrierung deswegen nicht perfekt). Und ich habe auch schon die Eimerkettenspeicher neu kalibriert, was das Bild leider nicht so weit verbessert hat wie ich wollte. Die Kalibrierung halbwegs einfach, solange man dem Handbuch folgt. Es werden leider nur 1024 Punkte pro Durchgang abgetastet, man kann also nicht bildschirmweise im Puffer rumsuchen, sondern muss mit der einstellbaren B-Zeitbasis im Livebild nach dem Interessanten suchen. Das war ich schon vom 465B gewohnt.

Der Lüfter ist verdammt laut! Mein altes 465B hat auch einen, aber den hört man nur bei totaler Stille. Dagegen ist das 2440 ein richtiger Fön und zieht dauerhaft satte 160 Watt. Glücklicherweise hört man dank des geradezu riesigen Lüfters aber fast nur das Rauschen des Luftstroms und nur sehr wenig vom Lüfter selbst.

Die Eimerkettenspeicher (EKS) sind ein Kapitel für sich: Im Englischen heißen sie wenig sagend „charge-coupled devices“, was einen wohl zuerst an die CCD-Bildsensoren denken lässt, die sehr ähnlich funktionieren. Hier werden mit 500 MHz die Abtastwerte abwechselnd in eine von vier „Seiten“ (fast identische Teile) des EKS gestopft, wo sie dann durch Steuerelektroden immer einen Topf pro Takt weitergeschoben werden. Es passen etwas mehr als 256 Werte auf jede Seite, so erhält man insgesamt seine 1024 Abtastwerte, welche nach dem dem Aufnehmen aller Werte langsam herauspurzeln, sodass sie der A/D-Wandler danach ganz gemächlich digitalisieren kann. Das ganze ist analog und muss daher mit über 5 Potis pro Kanal und einer Vielzahl von Kalibrationswerten in der Software abgestimmt werden, der Großteil wird von der Firmware erledigt und der Rest ist im Handbuch gut beschrieben. Auch, wie die diese EKS denn genau funktionieren.

Ausgangszustand

Im Frühling 2011 kam das Tektronix 2440 zu mir. Sein Vorzug lag vor allem im geringen Preis, da sein Selbsttest diesen Fehler lieferte:

  • 4000 FPP FAIL

Spezifischer: 4723 U360BT FAIL, Teil von 4700 BATT FAIL. U360 speichert die aufgenommenen Kurven zum späteren Abruf, es ist das unwichtigere der zwei verbauten NVRAMs. U644, das andere, speichert nämlich die Kalibrierungskonstanten, ohne die man erstmal einen kompletten Kalibrierungsdurchlauf durchführen darf.

Die Bilder suggerierten auch, dass das Gerät zumindest bei größeren Zeitbasen plausible Werte liefert.

Die Batterie

Hoffentlich nur eine leere Batterie. Ja, richtige Diagnose, Dr. Schneider. Doch wie kuriert man so etwas, etwa mit einer neuen Batterie? Ja, natürlich!

Wenn ich das so schreibe, ist’s wohl einfacher gesagt als getan. Tektronix kam vor einer Weile auf die Idee, statt einfacher bebeinter Lithiumthionylchloridzellen, die man auslöten und durch eine wenige Euro teure neue ersetzen kann, SRAMs mit integrierter Batterie einzusetzen, Modell Dallas Semiconductor DS1235BWL-120.

Was Tektronix einige Bauteile sparte, macht einem jetzt umso mehr Arbeit: Da die Batterie im SRAM-Modul vergossen ist, darf man entweder ein neues Modul für 45€ bei der Elektronikversandapotheke kaufen oder die alte Batterie ersetzen. Da ich nicht Krösus bin, habe ich beide RAMs ausgelötet, mit Versuch und Irrtum nach der Batterie gesucht (sie ist auf der Unterseite des Moduls) und diese herausgeschnitten:

DS1235 wird zerlegt

DS1235 wird zerlegt

Ich habe einen Proxxon-Schleifer mit den billigsten Korundscheiben verwendet. Der entstehende Staub ist verdammt fein, ein Atemschutz schadet bestimmt nicht. Man spannt das SRAM-Modul in einen Schraubstock und trägt von unten die Vergussmasse ab, bis man auf z.B. die linke Batterie und die obere Lötfahne stößt. Es gibt zwei Batterien, die linke ist aber näher am Rand dran und macht uns somit weniger Arbeit. Achtung, die Lötfahne sollte unbedingt ganz bleiben! Wenn sie ab ist, muss man nur noch mehr Vergussmasse wegfräsen, um den Minuspol anzulöten. Eigentlich ist der Minuspol in der Endversion nicht nötig, weil er identisch zum Masseanschluss des SRAMs ist, aber ein wenig Feingefühl kann nicht schaden. Wir trennen die Lötfahne mit einem Schraubenzieher von der Batterie und klappen sie weg. Nun geht es mit dem Entfernen der Batterie weiter. Leider ist sie verdammt fest vergossen, weshalb wir einen Schlitz in den Metallbecher schneiden. Dabei keinesfalls zu tief schneiden, unter der Batterie ist eine Leiterplatte mit vielen Leiterbahnen, die man nicht reparieren möchte! Oh, und wenn die Batterie noch nicht leer war, dann funkt es beim schneiden, aber wer das SRAM so malträtiert, der sollte auch davor keine Skrupel haben. Vorher trägt man links (Seite zu Pin 1, in jedem Bild markiert) etwas Vergussmasse ab, um die Kabel dort herauszuführen und besser einschätzen zu können, wie groß der Batteriebecher ist. Hat man den Schlitz gemacht, kann man den Becher mit der Zange greifen, nach innen verbiegen, so von der Vergussmasse trennen und herausziehen. Es bleibt die untere Kappe der Batterie, der Pluspol. Eh es jemand probiert: Das Material dieser Kappe ist nicht lötbar, die Kappe muss weg. Hier nutzen, dass wir schon links genug Material abgetragen haben, um mit einem Schraubenzieher unter die Kappe zu kommen und sie hochzuhebeln. Wenn nicht, mehr abtragen, immer an die Leiterbahnen darunter denken. Die Kappe von links unten hochhebeln, sodass sich die Lötfahne von ihr löst, und die Präparation ist abgeschlossen. Die zweite Batterie bleibt vergossen, für die Zukunft. Feuern wir den Lötkolben an, holen Kabel, das lang genug ist (an der Prozessorplatine abmessen, damit es passt) und löten das positive Versorgungskabel an den Pluspol (unterer, zum SRAM-Die zeigende Seite), isolieren den Kontakt mit Klebeband. Der Minuspol (obere, zu den Pins hin gerichtete Seite) wird dann angelötet und auch isoliert. Fertig ist das Modul. Ausspannen, reinigen, Pins gerade biegen, falls nötig.

Bei einem der Module habe ich natürlich in einem Moment des Träumens zu tief gesägt, rein in die Platine. Und tot war der Minuspol der Batterie, weswegen bei einem Modul nur der Pluspol herausgeführt wurde. Dass das andere Modul einen improvisierten Pin 1 hat (gelber Draht unter dem blauen Klebeband) liegt daran, dass ich die Batterie erst auf der Oberseite des Moduls vermutet und beim Entfernen der Vergussmasse diesen Pin abgebrochen habe.

Die neue Batterie bekam einen Halter, der mit einer Schraube in einem schon vorhandenen Loch befestigt wurde. Die kleine Zusatzplatine beherbergt eigentlich nur zwei Schottkydioden, einer Z-Diode mit Widerstand und Kondensatoren. So wird entweder die Spannung von der Li-Batterie oder, wenn vorhanden, eine auf 3,6V begrenzte Betriebsspannung aus dem Netzteil an den Batteriekontakt der SRAMs gegeben. Komischerweise zieht das SRAM mehr Strom, wenn es über die normalen Beinchen mit Strom versorgt und benutzt wird, als im Ruhezustand. Daher überbrücke ich für eine noch längere Batterielebensdauer einfach die Batteriespannung, wenn möglich.

Auf der Prozessorplatine gibt es an der gezeigten Stelle Lötpunkte, an denen 5V und Masse anliegen und sich auch ein Messpunkt für die Batteriespannung befindet. Die Schaltung des Geräts wird insofern zurückgebaut, dass es wieder die echte Batteriespannung messen kann. Die Drahtbrücke über der Einbaustelle der unbestückten Originalbatterie auf der Platine muss entfernt werden, und noch eine andere Drahtbrücke (hinten im Handbuch gucken, welche das ist, damit die Batteriespannung vom Oszi gemessen werden kann).

Die Konstruktion sieht leider nicht so schön wie erhofft aus, aber sie funktioniert hervorragend. Also, äh, bis auf die Billigfassungen, in die ich die SRAMs anfangs steckte.Ich hatte noch die Stimme des netten Segor-Verkäufers im Ohr, der erzählte, wie er damals Massen alter Billigfassungen wegen Kontaktproblemen durch Präzisionsfassungen ersetzen musste. Doch dazu später. Deswegen startete das Oszi anfangs nicht oder schmiss die komischsten Fehlermeldungen. Das Nachbiegen der SRAM-Beinchen half erstmal.

Schaltung für Batterie

Schaltung für Batterie

Platine dazu

Platine dazu

Prozessorplatine

Prozessorplatine

Der Kalibrator

Kein Rechteck

Kein Rechteck

Leider liefert der Kalibrator bei der höchsten Frequenz (5 MHz) kein Rechteck, sondern nur diese komische Wellenform (siehe Bild). Entweder ist Q831 oder U831 defekt, für U831 müsste man die untere Platine mit den Eimerkettenspeichern ausbauen, da hatte ich bisher wenig Lust drauf. Aber wahrscheinlich komme ich nicht drum herum.

Die Ausschaltanomalie

Wenige Sekunden nach dem Ausschalten blitzten die LEDs und der Bildschirm noch einmal kurz auf. Also für die Bauteile ist das bestimmt nicht gesund, aber das Problem wurde auf später verschoben.

Ein Samstag im August 2011

Ein Fehler kommt selten allein

2440 stellt sich tot

2440 stellt sich tot

Gestern noch benutzt und nach langer Spielerei mit dem Kabelradar ausgeschaltet, heute angeschaltet und es passiert: Nichts.

Als wäre das nicht genug, hat sich in zuvor am gleichen Tag auch noch mein Bastelrechner und ein Tischmultimeter verabschiedet.

Hmpf, ratlos das Wartungshandbuch rausgekramt, nachgeschlagen und stundenlang befolgt. Ergebnislos, natürlich. Bis auf blöde Tippfehler im Handbuch funktionierte alles wie es sollte.

Es lebt wieder!

Es lebt wieder!

Wieder die Stimme des Segor-Verkäufers im Ohr, also die SRAMs raus aus den Fassungen, Spannung abschalten, gelöschte SRAMs einstecken, anschalten. Geht. Juchu. Hmm, entweder ein Wackelkontakt, oder das Oszi weigert sich, mit korruptem SRAM-Inhalt zu starten. Die Korruption kann ja durch diese Ausschaltanomalie kommen.

Egal, raus mit den Billigfassungen und die SRAMs wieder direkt eingelötet. Oszi startet immer noch.

Netzteil

So, wenn wir das Ding schon offen und halb auseinandergenommen haben, können wir uns auch gleich um diese Ausschaltanomalie kümmern. Das nervt mich jedes Mal, und jetzt ist das Netzteil fällig.

10 Schrauben und Bolzen gelöst, die Netzteilplatine rausgenommen, in einen Halter eingespannt und mit dem Trenntrafo versorgt. Immer schön Abstand halten, höchstens mit einem Finger anfassen. Messen, den Schaltplan verfolgen, bunt anmalen, nachdenken, messen, weiter nachdenken.

Wenn ich den Schaltplan richtig deute, dann wird dieses Aufblitzen nach dem Ausschalten auch durch nichts verhindert. Vielleicht habe ich auch irgendeine Feinheit im Schaltplan und damit den eigentlichen Fehler in meinem Netzeil übersehen.

1/4W-Widerstand reingelötet

1/4W-Widerstand reingelötet

Jedenfalls bricht die Hilfsspannung des Schaltnetzteils nach dem Ausschalten zusammen, dadurch stellt es die Arbeit ein, aber die Pufferelkos am Eingang sind noch auf 150V geladen. Dadurch laden sie C244 der Hilfsspannungsversorgung über R223 wieder auf, bis die Hilfsspannungsversorgung sich und damit das restliche Schaltnetzteil wieder aktiviert. Das sieht man. Danach ist die Spannung der Pufferelkos gering genug, dass die Hilfsspannung nicht mehr genügend hoch wird.

Die einfachste Lösung ist also, die Hilfsspannung im Leerlauf etwas mehr zu belasten, sodass die 150V der Pufferelkos nicht ausreichen, um die Hilfsspannung ausreichend aufzubauen.

Also einen Widerstand, 27kΩ und ¼ Watt, rein, und nach dem Ausschalten ist Ruhe. Der Nachteil sei nicht verschwiegen: Durch die zusätzliche Last braucht das Oszi drei Sekunden länger bis es angeht.

Übrigens ist dieses Phänomen kein Fehler meines Geräts, sondern eine Eigenschaft der Baureihe, wie mir im mikrocontroller.net-Forum bestätigt wurde.

Fazit

Wenn etwas repariert wird, dann richtig: Finger weg von den Billigfassungen. Wenn einem ein Fehler auffällt, sofort beheben. Ansonsten rächt es sich.

Mehr Bilder

Auf der Oberseite sitzt die Grafik- und Zeitbasiserzeugung, darunter unsichtbar die Prozessorplatine. Die Mittelebene liefert einen Blick auf die teilweise mit einer Metallplatte verdecke Netzteilplatine und die Röhre im Metallmantel. Das dünne, ungeschirmte Flachbandkabel links ist transportiert das Grafiksignal zur Ansteuerung der Röhre (Platine im Bild unten quer montiert, unsichtbar). Die Unterseite wird links von den vielen roten Wima-Markenqualitätskondensatoren dominiert, links unten sind die Verstärkerzellen, die die Ladungspakete der EKS verstärken. Diese befinden sich rechts unter den horizontal gerippten Kühlkörpern und werden so heiß, dass sie im Betrieb zwingend aktiv gekühlt werden müssen – deswegen bläst ihnen der Lüfter unten viel Luft zu. Darüber befinden sich die Extremalwertdetektoren und die Vorverstärker der beiden Eingänge. Man kann also den Signalweg sehr gut nachvollziehen. Ganz rechts oben versteckt sich der Vorverstärker für die beiden externen Triggereingänge. Rechts der EKS steckt ein Triggermodul für die beiden Eingänge. Unterhalb der blauen Potis zur Feinjustage der EKS-Eigenschaften sitzen noch die Triggerlogik und ein Modul zur Takterzeugung für die EKS unter schwarzen Kühlkörpern.

Oberseite

Oberseite

Mittelebene

Mittelebene

Unterseite

Unterseite

2015-01-25: Kurzschluss

Arbeitsverweigerung auf Elektronisch

Arbeitsverweigerung auf Elektronisch

Nach bestimmt einem Jahr schaltet man mal wieder sein Oszi ein, will loslegen – doch 10 Sekunden später bricht das Bild zusammen. Na toll. Die Stimmung sinkt.

Die Selbstdiagnose blinkt beim Start den Fehler:

2120 DCOK U654

Aha, DCOK. Versorgungsspannung nicht OK. Würde erklären, warum das Bild nicht bildschirmfüllend ist. Ich habe erst einmal das Netzteil in Verdacht gehabt, weil alle Spannungen für den Analogteil bei ±0,7 Volt lagen. Aber irgendwie schien da alles zu funktionieren, wenn man einige Platinen abgeklemmt hat. Also doch nicht das Netzteil? In der Tat, die +15-Volt-Schiene zeigte mit < 1Ω einen Kurzschluss, der von Platine A11 (Zeitbasis/Grafikerzeugung) verursacht wurde. Solche Fehler lassen sich am schnellsten thermisch finden, also flugs ein Netzteil an die Schiene angeschlossen und die einzelne Platine, ohne jede Verbindung, mit 3A bei ca. 1,5V beaufschlagt. Leider wurde trotzdem erst einmal nichts warm. Also abwarten und mal im Handbuch gucken, was so alles zwischen der 15-Volt-Schiene und Masse hängt. Aha, nur Kleinkram, der einfach zu bekommen sein sollte. Aber es wird noch immer nichts auf der Platine warm. Kein Stück. Ein Blick aufs Netzteil offenbart, dass der Strom auf Null gesunken ist. Der Fehler ist also weg. -.-

Ob es ein Tantalelko, ein normaler Elektrolytkondensator oder Whisker auf der Platine war – ich weiß es leider nicht. Doch wenn der Fehler wiederkommt, weiß ich, wo ich anfange zu suchen. Dann werde ich vielleicht doch Kondensator für Kondensator prüfen. Bisher bleibt nur zu sagen: Das Tek 2440 funktioniert – bis zur nächster Macke. :-D