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Mittwoch, den 30. März 2011 um 08:24 Uhr

Messgeräte und Prüfmittel in der Hobby-Elektronik und für die Reparatur von Rundfunkempfängern

Welche Mess- und Prüfmittel der Hobby-Elektroniker benötigt, hängt entscheidend davon ab, wo der Schwerpunkt des Bastlers liegt. Wer nur mit NF-Technik und digitaler Steuerungstechnik arbeitet, benötigt ganz andere Messmitttel als ein Funkamateur oder Radiobastler. Allgemeingültige Aussagen sind deshalb kaum möglich. In diesem Sinne ist diese Seite als Anregung für Anfänger und Fortgeschrittene zu verstehen.

Multimeter: Digitale Vielfachmessgeräte mit LCD-Anzeige sind Massenware geworden und schon ab 5 Euro erhältlich. Es lohnt sich aus mehreren Gründen davon verschiedene Modelle anzuschaffen, um damit z.B. Kennlinien oder Ströme und Spannngen gleichzeitig messen zu können. Viele dieser Multimeter können die Frequenz im NF-Bereich, die Kapazität und die Induktivität messen. Alle können den ohmschen Widerstand messen. Einige können die Temperatur über einen Sensor messen. Dies ist besonders für die Messung an Kühlköpern bei Leistungshalbleitern sinnvoll. Sehr viele können Transistoren und Dioden prüfen. 

Ein Multimeter sollte für die Durchgangsprüfung bei Kurzschluss einen Piepston erzeugen können. Die Durchgangsprüfung ist eine wirklich sehr häufige Vorgehensweise be der Reparatur.


Multimeter verschiedener Preisklassen im Vergleich beim Messen derselben Gleichspannungsquelle. Das billigste Geräte (links 5 Euro) weicht vom teuersten (rechts, damals etwa 100 DM) nur um 4 mV bei 10 Volt ab.

Analoges Multimeter: Es hat den Vorteil, dass man bei Abgleicharbeiten das Maximum oder Minimum besser erfassen kann als bei einer digitalen Anzeige. Es benötigt keine Batterie, welche sich entlleert, wenn man mal wieder vergessen hat sein Multimeter abzuschalten. Nachteile: Vergleichsweise niedriger Innenwiderstand bei Spannungs-Messungen und eine geringere Genauigkeit, umständliches Ablesen.


Analoges Multimeter aus den 70er Jahren mit Tasche.

Signalverfolger: Das ist nicht andereres als ein NF-Verstärker, um in einer Schaltung die NF-Signale hörbar zu machen. Wird dem Signalverfolger ein HF-Tastkopf vorgeschaltet, können amplitudenmodulierte HF-Signale verfolgt und hörbar gemacht werden (Beschreibung hier).


Signalverfolger im Eigenbau.

HF-Tastkopf: Wer gelegentlich mit Hochfrequenz arbeitet, benötigt einen HF-Tastkopf in Verbindung mit einem Multimeter oder Signalverfolger, denn der Wechselspannungsbereich der meisten Multimeter funktioniert nicht mehr ich HF-Bereich. HF-Tastköpfe funktionieren bis in den UKW-Bereich hinein und zeigen schon eine Spannung im mV-Bereich an, wenn die Prüfspitze in die Nähe einer Oszillatorspule gehalten wird. HF-Tastköpfe werden auch in Verbindung mit Wobbelsendern benötigt, um durch Gleichrichtung den Frequenzgang anzeigen zu können.


HF-Tastkopf. Als Gehäuse dient das eines alten Fieberthermometers.


HF-Tastkopf mit zwei Germanium-Dioden (Daten des Tastkopfes nach Braubach). Für die Untersuchung von Röhrenschaltungen sollte C19 mindestens 300 Volt Spannungsfestigkeit besitzen.


Konstruktiver Aufbau des Tastkopfes auf einem Stück Leiterplatte.

Signalinjektor: Das ist ein kleiner Multivibrator in einem Prüfstift, um die einzelnen Stufen eines Radios systematisch untersuchen zu können. Beschreibung hier.


Signalinjektor.

Labor-Netzgerät mit L200: Wer Schaltungen entwickelt, benötigt eine Spannungsquelle. Ich hatte mir vor etwa 20 Jahren ein Doppel-Netzgerät 2 x 5 bis 20 Volt mit zwei L200 Spannungsreglern aufgebaut. Der maximale Ausgangsstrom beträgt etwa 800 mA. Zudem lässt sich die Strombegrenzung einstellen. Dank dieser Strombegrenzung und der Kurzschlussfestigkeit ist es mein Lieblingsnetzgerät, das beim Experimentieren nahezu unverwüstlich ist und keinen großen Unheil anrichten kann. Von Nachteil ist, dass es sich nicht bis 0 Volt runterregeln lässt. Durch Vorschalten einer 5 Volt-Zener-Diode können dennoch Spannungen kleiner als 5 Volt erzeugt werden. Das Datenblatt des L200 liefert viele Anregungen für den Selbstbau.


Selbstbau-Doppel-Netzgerät mit zwei L200. Spannung und Strombebrenzung einstellbar. Die Anzeige muss mit 5 multiplizert werden. Maximaler Strom 800 mA.


Schaltbild eines Netzgerätes mit einem L200, Spannung und Strombegrenzung sind einstellbar. Es können auch andere Operationsverstärker eingesetzt werden, z.B. der TL071. Es ist darauf zu achten, dass die maximale Betriebsspannung des Operationsverstärkers nicht überschritten wird. Unter http://www.datasheetcatalog.org/datasheet/stmicroelectronics/1318.pdf gibt es das Datenblatt
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Labornetzgerät 0 bis 30 Volt mit Strombegrenzung: Unter http://www.electronics-lab.com/projects/power/001 gibt es die Bauanleitung eines Labornetzgerätes für 0 bis 30 Volt mit einstellbarer Strombegrenzung und einem Leiterplattenentwurf. Es sind die Hinweise am Schluss des Textes durchzulesen, um eine nachträgliche Begrenzung der Betriebsspannung für die Operationsverstärker einzubauen. Andernfalls können diese zerstört werden. In den nächsten Monaten (Stand 25. Dezember 2011) möchte ich dieses Labornetzteil nachbauen und darüber berichten.



Mein altes Labornetzgerät 4 bis 30 Volt, 2 Ampere: Beschreibung hier. Ich hatte es mal in den frühen 80er-Jahren gebaut.


Mein altes Labornetzgerät, das ich vor über 30 Jahren gebaut hatte, funktioniert noch immer.


Innenansicht meines alten Netzteils mit Lüftersteuerung und fast nur diskreten Bauteilen.

Oszilloskop: Nach meiner Auffassung ist ein Oszilloskop neben einem Multimeter das wichtigste Messinstrument, da mit ihm Spannungsverläufe im Zeitbereich betrachtet werden können. Ich besitze ein gebrauchtes Hameg HM 412 Zweikanal-Oszilloskop mit Triggerung und einer Bandbreite von 15 MHz. Es erfüllt die allermeisten Anforderungen bei der Reparatur und dem Bau von Empfängern bis in den Kurzwellen-Bereich. Die ZF von UKW-Empfängern lässt sich damit auch erfassen. Sicher wünsche ich mir gelegentlich eine Bandbreite von 50 oder 100 MHz, aber mein Oszilloskop zeigt ja auch noch Frequenzen oberhalb von 15 MHz an, wobei die Amplitude dann aber herabgesetzt ist.


Gebrauchtes 20-MHz-Zweikanal-Oszilloskop: Ausreichend für die meisten Reparaturarbeiten in der Werkstatt. Inzwischen habe ich es repariert und neu abgeglichen. Der Reparaturbericht steht hier.


Ein Tektronix 454 mit 150 MHz Bandbreite lässt auch bei einem ambitionierten Bastler nur wenig Wünsche offen: Wie man für etwa 10 Euro zu diesem Wunderwerk der Technik gelangen kann, steht in meinem ausführlichen Reparaturbericht über den Tektronix 454. Der Tektronix 454 war 1970 eines der teuersten Oszilloskope, welches Tektronix im Angebot hatte. Zu dieser Zeit entsprach sein Neupreis etwa 4 durchschnittlichen Monatseinkommen einer Familie in den USA.


Digital-Oszilloskop: Inzwischen haben brauchbare Digital-Oszilloskope für die Werkstatt eine Preisklasse erreicht, die es für die Hobbykasse erschwinglich macht. Da bei einem Digital-Oszilloskop wichtige Messwerte zahlenmäßig eingeblendet werden, erhält man auf einem Schlag auch noch einen Frequenzmesser und ein Multimeter mit dazu. Außerdem zeigt es weitere Werte wie Anstiegs- und Abfallszeit direkt an. Die meisten Digital-Oszilloskope beherrschen FFT, womit man einen einfachen Spektrum-Analyser besitzt. Außerdem haben die meisten Digital-Oszilloskope eine PC-Schnittstelle für Langzeitbeobachtungen und Screenshots. Die obere  Grenzfrequenz ist immer mit Abstrichen zu verstehen. Sie gilt nicht für Single-Shots (Speicher-Betrieb) und meistens nur für den Einkanal-Betrieb.


Video in drei Teilen über den Kauf und die Bedienung von Oszilloskopen (in leicht verständlichem Englisch).

Aufgefallen z.B. ist mir das Rigol DS1102, ein 50-MHz-Zweikanal-Oszilloskop, welches schon ab etwa ab 339 US-Dollar + Zoll + Umsatzsteuer angeboten wird. Der Zoll und die Umsatzsteuer kommen also noch hinzu. Der Clou ist, dass sich dieses Oszilloskop durch einen Software-Update von 50 auf 100 MHz Bandbreite aufrüsten lassen soll (Anleitung hier) (Video-Anleitungen: Video1, Video2). Selbstverständlich erlischt die Garantie nach solchen Manipulationen.

Passive und aktive Tastköpfe: Für das Messen im HF-Bereich mit Oszilloskope benötigt man aktive und passive Tastköpfe. Die Thema unter http://www.qsl.net/d/dh7uaf//forum/VIEWTOPIC3FC5.HTM?t=1142&mforum=afu ist dazu sehr lehrreich. Ein einfacher aktiver Tastkopf für bis etwa 50 MHz ist hier beschrieben.


Passive Tastköpfe bis 100 MHz mit 1:10-Teilern für ein Zweikanaloszilloskop. Ein Oszilloskop ist so gut wie seine Tastköpfe.


Einfacher aktiver Selbstbau-Tastkopf mit Akku für die Spannungsversorgung. Aktive Tastköpfe belasten das Messobjekt weniger kapazitiv. Sie eignen sich allerdings nur für Messspanungen bis meistens nur 200 mVs.

Funktionsgenerator: Im Zusammenhang mit einem Oszilloskop ist ein Funktionsgenerator unentbehrlich. Solche für Audio-Anwendungen lassen sich mit einem XR2206, den es immer noch für ein paar Euro im DIL-Gehäuse im Handel gibt, als Sinus-Rechteck-Dreieck-Generator mit wenig Geld aufbauen. Es gibt zahlreiche Anleitungen im Internet. Hier ein paar Beispiele:

http://www.dieelektronikerseite.de/Projects/Funktionsgenerator.htm
http://www.hobby-bastelecke.de/projekte/signalgenerator_fg.htm
http://www.loetstelle.net/projekte/xr2206/xr2206.php
http://www.elexs.de/sinus1.htm
http://elektro.wienker.org/?p=255

Die Schaltungsvorschläge sollte man so erweitern, dass man einen niederohmigen Ausgang mit Spannungseinstellung erhält. Unter http://elektro.wienker.org/?p=304 gibt es eine Schaltung eines Leistungs-Verstärkers für einen solchen Funktionsgenerator.


Mein Funktionsgenerator, welchen es Anfang der 80er-Janre als Bausatz gab, mit einem XR2206: Ich habe ihn umgebaut, so dass er eine Frequenz  bis 1000 kHz liefern kann, wobei der Sinus allerdings stark verzerrt ist. Außerdem habe ich noch über einen Vorwiderstand und ein Potenziometer die Sägezahn-Spannung des Oszilloskops eingespeist, um mit diesem Funktionsgenerator die 455-KHz-ZF von Empfängern wobbeln zu können.

Wobbelgenerator: Interessant für den Abgleich von Rundfunkempfängern. Ein Bauprojekt zur Anregung ist hier beschrieben. Ein Funktionsgenerator mit einem XR2206 lässt sich zu einem Wobbelgenerator für die AM-ZF umbauen, in dem über einen Kondensator und einen Widerstand dort eine Spannung injeziert wird, wo die Frequenz eingestellt wird.

Netzwerktester (NWT) der Zeitschrift Funkamateur: Damit lassen sich von etwa 100 kHz bis 160 MHz Filterkurven  beliebiger Breite mit Hilfe eines PC und einer Software durchmessen. Selbst schmalbandige Quarzfilter lassen sich damit abgleichen. Gütemessungen von Spulen sind ebenfalls möglich. Mit Hilfe eines Reflexionsmesskopfes und Dämpfungsgliedern sind zahlreiche Messungen der HF-Technik möglich. Es handelt sich beim NWT um einen DDS-Generator und einem Gleichrichter-IC. Meine Aufbautipps des Bausatzes befinden sich hier. Unter http://www.wolfgang-wippermann.de/ gibt es jede Menge Messbeispiele.


Fertig aufgebauter NWT, den es inzwischen mit USB-Schnittstelle gibt. Links kommt das Ausgangssignal des DDS heraus, rechts geht es zum eingebauten Gleichrichter. Dazwischen schaltet man das Filter. Der Ausgang und der Eingang des NWT haben 50 Ohm Impedanz.

ZF-Filterkurven mit einem Rauschgenerator erfassen: Wobbel-Sender verändern oft zu schnell ihre Frequenz beim Wobbeln, um schmalbandige Quarzfilter durchmessen zu können. Es gibt eine andere Methode: Das Filter wird von einem Rauschgenerator gespeist. Am Ausgang des Filters wird die Frequenz mit Hilfe eines Mischers und eines Quarzes in den NF-Bereich gemischt. Das Spektrum lässt sich am Computer mit Hilfe der Soundkarte und eines FFT-Programms anzeigen. Die Amplituden des Spektrums stellen so den Frequenzgang dar. Unter http://www.qsl.net/7n3wvm/Fil_Meas.html ist ein Beispiel beschrieben.

Frequenz-Zähler bis 50 MHz: Solche lassen sich sehr einfach mit PICs und Punktmatrix-Anzeigen aufbauen. Unter http://www.sprut.de/ ... frequenz/freq.htm gibt es ein einfach nachzubauendes Projekt, das hier beschreiben ist.


Ein mal eben schnell aufgebauter Frequenzzähler mit einer Punktmatrixanzeige, welche mit Sekundenkleber auf die Polystyrol-Frontplatte geklebt wurde.

Digitales LC-Meter: Unverzichtbar in der HF-Technik, um Filter und Schwingkreise dimensionieren zu können. Es lassen sich mit geringen Messfehlern Spulen von wenigen Windungen Draht damit messen. Die Kapazitätswerte von wenigen pF bis etwa 400 pF lassen sich damit auch erfassen. Es existiert eine ausfühliche Bauanleitung mit Platinenlayout von mir.

Mit einem digitalen LC-Meter lassen sich auch recht bequem Koppel-Faktoren messen, wie es DG0SA auf seiner Seite http://www.wolfgang-wippermann.de/koppelfa.htm vormacht.

Leider ist dieses LC-Meter für die Messung von Elkos ungeeignet,  welche aber von vielen Multimetern gemessen werden können. Die Güte von Spulen und Kondensatoren lassen sich mit dem LC-Meter ebenfalls nicht bestimmen.

 


Halbleitertester- und Bauteiletester: Diese erkennen die verschiedenen Halbleitertypen wie Dioden, Transistoren, Thyristoren und FETs und liefern gleich noch die Pinbelegung. Für mich ein sehr wichtiges Hilfsmittel. Es kommt nicht auf die Messgenauigkeit an, sondern auf die Funktionsprüfung. Deshalb reichen billige Ausführungen meistens aus. Mehr darüber siehe hier.


Ein kostengünstiger Bauteile- und Halbleitertester aus China.

Röhrenprüfer: Wer Röhrenschaltungen repariert, kommt früher oder später nicht an einem Röhrenprüfer vorbei. Der Selbstbau lohnt sich hier aus Kostengründen wirklich. Mein Selbstbauprojekt ist hier beschrieben.


Mein Eigenbau-Röhrenprüfer.


Prüfung einer ECH4 aus den 1940er-Jahren auf meinem Eigenbau-Röhrenprüfer.

Zuletzt aktualisiert am Mittwoch, den 01. April 2015 um 16:17 Uhr
 

3. Februar 2017

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