W. Schuh GmbH & Co
ASM 5007 Multimeter
Die Vorgeschichte
Das ASM 5007, entworfen und produziert von Dipl. Ing. W. Schuh, ist in erster Linie ein Multimeter für Servicewerkstätten. Im Gegensatz zu herkömmlichen Multimetern hat das ASM 5007 drei große Vorteile:
- Spannungsfestigkeit bis 50.000V
- Automatische Messbereichsauswahl
- Einspeicherung des letzten Messwertes (sample & hold)
Besonders die Bereichsautomatik und die sample & hold Funktion sorgen für Erleichterungen im Arbeitsalltag. Und die Spannungsfestigkeit sorgt für ein praktisch unkaputtbares Multimeter. Trotz dieser Voraussetzung liegen vor mir zwei defekte ASM 5007 und warten auf ihre Reparatur.
(Nachfolgend ist ein bereits repariertes Gerät zu sehen.)
Die Fehlerquellen
Während meiner Reparatur sind mir folgende Fehlerquellen aufgefallen (der Häufigkeit nach sortiert):
1. Defekter Transistor (2N22) der 5V Spannungsversorgung
2. Defekte Elektrolyt-Kondensatoren der Spannungsversorgung
3. Defekte Hauptschalter
4. Defekte Transistoren der +14V (2N22) und -14V (2N29) Spannungsversorgung
5. Defekte in der Logikschaltung (hier behandelt: fehlendes Taktsignal)
Der weitere Artikel ist der Behebung dieser Fehler gewidmet.
Fehlerquelle 1 - Defekte 5V Spannungversorgung
In den mir zu Verfügung stehenden Geräten wird die 5V Spannungversorgung stark belastet. Fast schon zu stark. Die großen und alten 7-Segment Anzeigen und die Vielzahl an integrierten Schaltkreisen (IC's) benötigt im Betrieb reichlich Strom. Folglich ist es nicht verwunderlich, dass viele Bauteile im Netzteil an thermischen Versagen zugrunde gehen. Ein besonders auffälliger Vertreter ist der 2N22 NPN Transistor der mithilfe einer 5V Zenerdiode einen linearen Spannungsregler (Längsregler) bildet.
Der Transistor im TO-39 Gehäuse ist mit einem kleinen Aluminium Kühlkörper ausgestattet, welcher nach 40 Jahren Betrieb nicht mehr ausreicht. Aus diesem Grund habe ich nach Austausch des Halbleiters in beiden Geräten größere Kühlkörper verbaut. Das nächste Bild zeigt einen erneuerten Kühlkörper Marke Eigenbau.
Fehlerquelle 2 - Defekte Elkos
Wie oberhalb zu sehen sind die Elektrolyt-Kondensatoren nahe an den Leistungstransistoren angeordnet. Aber nicht nur die Transistoren, sondern auch einige Dioden des Netzteils werden sehr warm. Die heißesten Bauteile haben sogar die Platine verschmort. Dies bezüglich ist die zu erwartende Lebensdauer der Kondensatorrsn relativ kurz, da die flüssigen Elektrolyte austrocknen. Es ist daher empfehlenswert die Glättungs-Elkos des Netzteils auszutauschen.
Fehlerquelle 3 - Defekte Hauptschalter
Zum Beginn meiner Reparatur der ASM 5007 ist mir sofort eines der Bedienelemente, der Hauptschalter, negativ aufgefallen. Dieser Druckschalter zum Ein- und Ausschalten der Geräte war in beiden Geräten nicht mehr komplett funktionsfähig. Der eine Schalter ist nicht mehr in der Ein-Position eingehakt, und der zweite Schalter tat dies erst nach mehreren Versuchen. In Folge der Reparatur habe ich die Hauptschalter komplett ausgetauscht. Ich konnte keine baugleichen Ersatzteile finden, weshalb ich die originale Schalterplatine durch ein Stück Lochrasterplatine ausgetauscht habe. Die neue Platine bietet Platz für den neuen Schalter und dem Summer. Das nachfolgende Bild zeigt diesen Aufbau.
Fehlerquelle 4 - Defekte ±14V Versorgungs Transistoren
Ähnlich wie in der Fehlerquelle 1, versagen auch die Transistoren der ±14V Spannungsversorgung. Auch diese Halbleiter fallen der thermischen Belastung zum Opfer. Diese Versagensursache ist jedoch ziemlich selten, da die werksmäßigen Kühlkörper die Transistoren ausreichend kühlen.
Fehlerquelle 5 - Defekte IC
Selten auftretende Fehler sind Defekte in der Steuerelektronik der Multimeter. Jedoch können Spannungsspitzen während des Ausfalls der Versorgungsspannungen (siehe Fehler 1 und 4) die IC's der Steuerung zerstören. In einem meiner zwei reparierten Multimeter waren gleich 5 Schaltkreise defekt. Da kein Schaltplan der ASM 5007 Geräte zur Verfügung steht, war es nicht so leicht den Fehler zu finden. Beim Vergleich des defekten Gerätes zum funktionsfähigen Multimeter ist mir aufgefallen, dass kein Takt erzeugt wird. Die Überprüfung der an der Takterzeugung Mitwirkenden Bauteile wird im folgenden beschrieben.
Die Takterzeugung
Der Systemtakt wird mithilfe des VCO's (voltage controlled oscillator), dem CD4046, erstellt. Dieser IC erzeugt mithilfe eines RC-Scwingkreises eine 500kHz Schwingung. Diese "hohe" Schaltfrequenz wird mithilfe von BCD-Zählern vom Typ CD4518 verkleinert. In der ersten Stufe erfolgt eine Verringerung um den Faktor 100 auf die Frequenz von 5kHz und in der zweiten Stufe auf 50Hz. Das entstandene Taktsignal wird an die restliche Schaltung weitergegeben und zum VCO zurückgeführt. Im VCO wird nun der entstandene Takt mit der 50Hz Netzfrequenz verglichen, welche mithilfe eines 10kOhm Widerstandes von einer Sekundärwicklung des Versorgungstrafos agegriffen wird. Der Abgleich der zwei Frequenzen sorgt für eine Stabilisierung des Taktsignals. Unterhalb sind die genannten 500kHz, 5kHz und 50Hz Frequenzen an den Messpunkten 6, 8 und 5 zu finden.
Die 50Hz Haupttaktfrequenz wird für einen Großteil der verbauten Logikelemente verwendet. Nicht jedoch für die Messwertaufnahme. Mithilfe eines 4:1 Teilers (CD4017) wird der Takt auf 12,5Hz heruntergebrochen und anschließend von 5Vpp auf einen höheren Pegel verstärkt. Die Messpunkte 1-4 zeigen dieses Verhalten.
Reparatur der Takterzeugung
Bemerkt habe ich den fehlenden Takt indem ich Spannungssignale am Messeingang der zwei Multimeter verglichen haben. Der Unterschied im Messpunkt 1 (siehe oben) habe ich sofort bemerkt und bis zum CD4046 zurückverfolgt. Anschließend habe ich den fehlenden 50Hz Takt extern mit einem Funktionsgenerator eingespeist, um die Funktion der restlichen Schaltkreise zu überprüfen. Durch die externe Einspeisung konnte ich einen defekten CD4011 (NAND-Gatter) und CD4017 (1:4 Teiler) finden. Im nächsten Schritt habe bei ausgebautem VCO eine Frequenz von 500kHz an die entsprechende Stelle eingespeist und somit einen defekten CD4518 (1:100 Teiler) finden. Im Anschluss habe ich den CD4046 (VCO) ersetzt, wodurch die Takterzeugung wieder teilweise funktionierte. Nach ersetzen der IC's wurde das Taktsignal nur an zufälligen Zeitpunkten erzeugt und war ansonsten aus. Das Problem ist auf einen CD4027 (J-K-Flip-Flop) zurückzuführen, welches die Takterzeugung blockieren kann. Diese Funktion wird normalerweise für den Sample & Hold Modus genutzt. Nach dem Austausch des IC's funktioniert die Takterzeugung weitestgehend normal. Es treten nur noch nebenbei kleinere Schwankungen auf, die auf ein gealtertes Bauteil zurückzuführen sind.
Galerie
Hier sind einige Bilder der ASM 5007 zu finden.
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