Reparaturbericht über ein Oszilloskop Tektronix 454 mit 150 MHz Bandbreite und einem defekten Netzteil
Auf dem alljährlichen Amateurflohmarkt in Norrköping, Schweden, wurde ein Tektronix 454 für 100 Kronen (umgerechnet 11 Euro) angeboten. Der Zustand wurde als unbekannt bezeichnet und das Netzkabel war zudem abgeschnitten. Von einem Defekt im Oszilloskop ist deshalb auszugehen. Nachdem ich mir die Sache etwa 10 Minuten durch den Kopf gingen ließ, entschloss ich mich das Gerät zu erwerben. Der Verkäufer bekam seine 100 Kronen, bedankte sich und er war froh das schwere Gerät nicht mehr nach Hause schleppen zu müssen. Das Tektronix 454 bekam ich ohne Service-Unterlagen und ohne Messköpfe. Manchmal muss man Risiken eingehen, dachte ich mir. Apropos Risiko: In Oszilloskopen mit Kathodenstrahlröhren herrschen absolut tödliche Spannungen von mehreren 1000 Volt, die auch nach dem Abziehen des Netzsteckers anliegen. Nur wer sich auskennt, sollte ein Oszilloskop öffnen oder versuchen zu reparieren.
Das Einzige, was ich zu diesem Zeitpunkt wusste, war, dass ältere Tektronix-Oszilloskope häufig an defekten Tantal-Elkos des Netzteils leiden, die dann einen Kurzschluss erzeugen. Eine kurze Recherche im Internet ergab, dass der Tektronix 454 eine Bandbreite von 150 MHz besitzt. Über letzteres war ich sehr positiv überrascht, denn ich dachte ein 50-MHz-Oszilloskop vor mir zu haben. Um so größer war jetzt meine Motivation das Gerät zu reparieren, denn es war ja nicht zu erwarten, dass es funktioniert.
Wieviel kostete der Tektronix 454 damals als Neugerät? Der Tektronix 454 wurde ab 1966 / 1967 gebaut. Er kostete 1970 2925 US-Dollar. Zum Vergleich betrug im selben Jahr das durchschnittliche Haushaltseinkommen in den USA 8870 US-Dollar pro Jahr. Er gehörte damit zu den teuersten Oszilloskopen, die Tektronix zu dieser Zeit anbot. Das mechanisch sehr ähnlich aufgebaute 50-MHz-Oszilloskop Tektronix 453 war etwas günstiger und kostete 1970 2050 US-Dollar. Neue Tektronix-Geräte der Oberklasse sprengen das Budget der allermeisten Hobbykassen. Heute (2011) wird ein gut erhaltenes Tektronix 454 für etwa 200 Euro gehandelt. Die mehrere Jahrzente alten Tektronix-Geräte sind inzwischen eher als Sammlerobjekte und weniger als Gebrauchsgeräte ein Kaufgrund. Bitte keine defekten Tektronix-Oszilloskope auf den Müll werfen. Früher oder später findet sich jemand, der sie repariert, sie einfach nur hinstellt oder sie als Ersatzteilquelle benötigt.
Ein Tektronix 454 noch vor der Reparatur und vor der Reinigung. Der Lüfter und ein paar Lämpchen funktionieren. Aber es ist kein Leuchtstrahl zu erkennen.
Die hohe Packungsdichte und die Unmenge an Bauteilen des Tektronix 454 flößen Respekt ein. Hier wurde bereits die obere Platine teilweise entfernt, um an die darunterliegenden Gleichricher zu gelangen.
Keine Spannungen im Niedervolt-Netzteil: Nachdem ich provisorisch ein Netzkabel anlötete, kam der große Moment des Einschaltens. Der Lüfter setzte sich recht lautstark in Bewegung und ein paar Skalenlampen sowie die Hintergrundbeleuchtung des Schirms leuchteten, aber mehr auch nicht. Keine Anzeige zu sehen. Auf der Oberseite entdeckte ich eine Leiterplatte, welche laut Aufdruck für die Niederspannungs-Versorgung verantwortlich war. Leider waren keine Spannungen auf dieser Leiterplatte messbar. Die Tantal-Elkos hatten ebenfalls keine Spannung. Sie schienen aber nach dem Durchmessen mit dem Ohmmeter in Ordung zu sein. Ebenso konnte ich bei den Dioden auf der Leiterplatte im eingelöteten Zustand keine Defekte erkennen, denn sie hatten alle etwa 0,6 Volt Spannungsabfall in Durchlassrichtung. Alle Kleinleistungstransistoren auf der Platine waren steckbar angebracht. So war es ein Leichtes sie herauszunehmen und den Stromverstärkungsfaktor mit dem Multimeter zu messen. Alle schienen in Ordnung zu sein. Nun war ich ratlos.
Die Platine für die Niedervolt-Spannungserzeugung. Alle Transistoren sind steckbar auf Sockeln angebracht, was sich bei der Fehlersuche als großer Vorteil erwieß.
Kompetente Hilfe aus dem Forum: Auf dem Wumpus-Gollum-Forum entdeckte ich ein bereits eröffnetes Thema über den Tektronix 545. Dort bat ich um Rat und Hilfe. Ein paar Minuten später meldete sich der Tektronix-Spezialist Martin und war dankenswerter sofort bereit mir zu helfen. Zuerst wurde ich aufgeklärt, dass es einen großen Unterschied zwischen dem "Tektronix 454" und dem "Tektronix 454 A" gibt. Ich besitze einen "Tektronix 545" ohne A, womit ich im Besitz des älteren der beiden Modelle bin, welches noch Nuvistoren besitzt. Nuvistoren sind winzige Elektronenröhren.
Nun sollte ich mal alle Sicherungen durchtesten. Von den vier Stück waren auch alle in Ordnung. Dann bekam ich das Schaltbild des Niedervolt-Netzteils und das Service-Manual als Datei zugeschickt. Das Netzteil für die Niederspannung besteht aus vier Teilen für 150 Volt unstabilisiert und stabilsiert für 75 Volt, +12 Volt und -12 Volt. Dafür gibt es vier getrennte Sekundärwicklungen mit vier getrennten Gleichrichtern und Siebketten. Allerdings benötigen alle Teilbereiche Hilfspannungen der anderen Netzteile. Hat nur ein Netzteil einen Defekt, gehen auch die anderen nicht richtig oder liefern keine Spannung. Da selbst an den Eingängen der Platine keine Spannungen zu messen war, vermutete Martin einen Fehler in der Gleichspannungserzeugung der 150 Volt.
Die aufgeklappte Platine, um an die dahinterliegenden Gleichrichter zu gelangen.
Von links nach rechts: Die ersten vier Dioden vor dem Austausch, danach kommen zwei Dioden, die bereits durch 1N4007 ersetzt wurden.
Vier der sechs verdächtigen Gleichrichterdioden zerfielen beim Auslöten in ihre Einzelteile.
Großaufnahme der auseinandergefallenen Gleichrichterdioden.
Wie kommt man an die Gleichrichterdioden heran? Alle Gleichrichter sind durch eine große Platine auf der Unterseite des Tektronix verdeckt. Diese Platine musste durch das Lösen einiger Schrauben demontiert werden. Die Schrauben waren zudem durch Kabelbäume verdeckt, welche vorsichtig zur Seite gedrückt werden mussten. Um die Platine ausreichend zur Seite drücken zu können, mussten noch etliche, mit Steckverbindern befestigte Kabel entfernt werden. Selbstverständlich habe ich vorher alles genau fotografiert und eine Skizze angefertigt. Ohne Skizze hat man keine Chance die Kabel wieder richtig zu montieren. Eine Schraube ist mir beim Lösen mit den Unterlegscheiben in die Tiefen des völlig verbauten Gerätes gefallen. Zum Glück habe ich wieder alle Teile herausbekommen. Sie hätten sonst durch Kurzschlüsse das schöne Oszilloskop ruiniert. Beim Lösen der Schrauben ist also äußerste Vorsichtigkeit angebracht.
Gleichricherdioden zerfallen in ihre Bestandteile: Die Gleichrichter sind mit einzelnen Dioden aufgebaut. Die kleineren Exemplare davon waren für die 150 und 75 Volt verantwortlich und ich wollte sie für eine Messung einseitig auslöten. Vier von den sechs Exemplaren zerfielen allerdings beim Auslöten in ihre Einzelteile. Deshalb tauschte ich sie alle gegen 1N4007 aus. Für die ursprünglichen Dioden gab es noch nicht einmal Datenblätter im Internet zu finden. Die 1N4007 ist aber für weit über 300 Volt Spannungsfestigkeit geeignet und erlaubt eine maximale Stromstärke von 1 Ampere im Dauerbetrieb. Da die 150 Volt nur mit 250 mA abgesichert waren und die Siebelkos nur 200 uF besaßen, schätzte ich die Belastung auf höchstens 200 mA. Nach einer Faustformel sollte ein Siebelko 2000 uF pro Ampere besitzen. Zudem hat die 1N4007 eine ähnliche Größe wie die ursprünglichen Dioden. Ohne das Schaltbild hätte ich übrigens keine Chance gehabt, die Bauteile zu finden.
Sind die Dioden auf Grund eines verstopften Luftfilters gestorben? Die Dioden sind wahrscheinlich auf Grund von Überhitzung zerfallen. Offenbar wurde der Luftfilter auf der Rückseite des Oszilloskop nicht gewechselt und verstopfte. Dadurch überhitzte das Oszilloskop. Danach hat man den Filter wohl ersatzlos entfernt. Als ich das Oszilloskop kaufte, fehlte er nämlich. Man sollte ein Stück Schaumstoff als Luftfilter einsetzen und regelmäßig auswaschen, damit das Oszilloskop innen nicht verrstaubt. Dem Lüfter schaden alle paar Jahre ein paar Tropfen Silikonöl oder Motoröl vorne und hinten nicht. Nachträglich stellte ich noch fest, dass auf Grund eines anderen Defekts diese Gleichrichter einer erhöhten Stromstärke ausgesezt waren, welche den Wärmetot zusätzlich förderte. Zu dem anderen Defekt komme ich später im Text, denn ich will nicht alles gleich verraten.
Falls der Lüfter defekt ist: Ein defekter Lüfter im Tektronix 454 oder oder im mechanisch fast identisch aufgebauten Tektronix 453 lässt sich durch einen handelsüblichen PC-Lüfter ersetzen, wenn er durch Feilen und Sägen in seinen Abmessungen angepasst wird. Wie das im Einzelnen geht, ist im Wumpus-Gollum-Forum in Wort und Bild genau erklärt.
Vorsicht beim Aus- und Einbau des Lüfters. Der Lüfter ist mit drei Schrauben befestigt, die in Gummiringen gelagert sind. Beim Herausdrehen der Schrauben können sich die Muttern und Unterlegscheiben von den Gummis lösen und im Oszilloskop verschwinden. Mit etwas Glück fallen die Teile durch Schütteln des Oszilloskops wieder heraus Mehr Bilder: Rückseite, Aufdruck 1, Aufdruck 2, Aussparung für den Einbau.
Reparatur mit Hilfe von Kaugummi: Nachdem ich alle sechs Dioden ersetzt hatte, musste ich vor dem ersten Probebetrieb die darüberliegende Platine wieder befestigen. Dafür nahm ich einen passenden Kreuzschlitz-Uhrmacher-Schraubendreher. Damit die nichtmagnetischen Schrauben bei den kniffeligen Bedingungen nicht vom Schraubendreher fallen können, habe ich sie mit ein wenig Kaugummi fixiert. Nur mit Hilfe von Kaugummi konnte ich die kleinen Schrauben in das Gewinde einführen. Wer hätte gedacht, dass man Tektronix-Oszilloskope mit Hilfe von Kaugummi reparieren kann!
Das Netzteil geht immer noch nicht richtig: Nachdem auch alle Kabel an ihrem richtigen Platz waren, schaltete ich das Gerät erneut ein. Nun waren wenigstens 54 Volt, wo eigentlich 75 Volt sein sollten. Wo 150 Volt sein sollten, waren nur 133 Volt zu messen. Die -12 Volt und +12 Volt fehlten völlig. Das war sehr enttäuschen. Dann baute ich diese Netzteilplatine aus, um darunter die Spannungen an den Siebketten messen zu können, welche alle vorhanden waren. Unter dieser Leiterplatte befinden sich auch fünf Leistungs-Transistoren für die Spannungs-Stabilisierung. Mit dem Multimeter konnte keine Stromverstärkung dieser Transistoren gemessen werden. Dies ist aber normal, denn das Multimeter verwendet einen zu geringen Basisstrom für die Messung des Stromverstärkungsfaktors von Leistungs-Transistors. Da alle Transistoren Schwellenspannungen von etwa 0,7 Volt aufwiesen, ging ic davon aus, dass auch diese in Ordnung waren. Der Fehler musste also irgendwo auf der Platine liegen.
Ein Transistor hatte ein zu niedriges Beta: Um kalte Lötstellen auszuschließen, lötete ich alle Lötpunkte auf der Platine nach. Danach bestand leider immer noch der Fehler. Nur nicht aufgeben, dachte ich nun und entschloss mich nun alle 8 Kleinleistungs-Transistoren auf der Platine von ihren Stecksockeln abzuziehen und nochmals nachzumessen. Die meisten hatten einen Stromverstärkungsfaktor zwischen 100 und 200. Doch ein Exemplar (Q1193 der 75-Volt-Versorsorgung) fiel aus dem Rahmen und hatte nur einen Stromverstärkungs-Faktor zwischen 50 und 60. Das hatte ich bei den ersten Messungen übersehen. Ich tauschte ihn gegen einen ganz gewöhnlichen BC550C aus und schaltete das Gerät erneut ein.
Ausschnitt aus dem Schaltbild des Netzteils: Vier Gleichrichter-Dioden wurden durch 1N4007 ersetzt. Der Transistor Q1193 hatte ein Beta von nur 50 bis 60 und wurde durch einen ganz gewöhnlichen BC550C ersetzt. Damit funktionierte das Oszilloskop wieder.
Das Netzteil funktioniert wieder fehlerlos: Alle Spannungen waren nun da! Mit den Potis stellte ich sie nach Vorschrift exakt ein. Leider war der grüne Leuchtstrahl auf dem Schirm nur sporadisch mit "Beam-Finder" zu erkennen. Manchmal war der Schirm auch komplett grün ausgeleuchtet. Schuld daran waren wilde Schwingungen in der Vertikalablenkung, worüber ich nicht erfreut war. Zum Glück verschwand dieser Fehler nach einigen Minuten von selbst. Ich vermute, dass das Oszilloskop viele Jahre nicht in Betrieb war und sich erst einige Elkos neu formieren mussten und viele Kontakte der Drehschalter verdreckt sind. Außerdem sollte man wissen, dass die Nuvistoren etwa eine Minute zum Aufheizen brauchen. In der Zeit wandert der Strahl vom unteren Bildrand in die Mitte und wird erst dann sichtbar. Der Tektronix 454 ist auf Grund seiner Elektronenröhren in den Eingangsstufen dafür recht tolerant gegen Überspannungen.
Der erste Test mit dem nassen Finger als Eingangssignal. Das gute, alte Tektroniks 454 ist wiederbelebt und funktioniert auf seinen beiden Vertikal-Kanälen.
Die Oszilloskop funktioniert im Prinzip: Jedenfalls funktionierten dann beide Kanäle der Vertikalablenkung einwandfrei. Zum Testen stellte ich mit dem nassen Finger den Netzbrumm auf dem Schirm dar. Die Reparatur war damit erfolgreich abgeschlossen. Manchmal hat man Glück. Das dachte ich jedenfalls. Aber ganz so einfach war es doch nicht.
Nahaufnahme einer Platine des Tektronix 454.
Einer der Nuvistoren im Tektronix 454.
Nahaufnahme der Leiterplattenbestückung im Tektroniks 454.
Kontakte der Wählschalter reinigen: Bei den ersten richtigen Tests zeigte die Zeitbasis ein völlig chaotisches Verhalten mit verzerrten Kurvenzügen und falschen horizontalen Ablenkungen. Abhilfe schaffte das Reinigen aller Kontakte mit einem Kontaktspray, das für Hochfrequenzschaltungen geeignet ist wie zum Beispiel Tunerspray. Insbesondere wurden alle Ebenen des großen Drehschalters für die Zeitbasis gezielt eingesprüht. Danach wurden die Kontakte mehrfach hin- und herbewegt. Nach dem Reinigen der Kontakte konnten keine Fehler mehr entdeckt werden. Ein 150-MHz-Signal wird absolut stabil dargestellt. Das Oszilloskop ist für mich wie ein Traum.
Schirmbild einer Zweikanal-Darstelllung eines 20-kHz-Signals, welches von einem XR2206-Funktionsgenerator erzeugt wurde. Typisch für das IC XR2206 sind die Spitzen auf der Sinuskurve. Deutlich zu sehen sind auch die abgerndeten Ecken des Rechtecksignals auf Grund der fehlenden Oberwellen, welche der XR2206 nicht erzeugt. In Wirklichkeit ist der Kontrast des Schirmbildes übrigens viel besser.
Einsatz im Alltag? Allerdings möchte ich den Tektronix 454 nur in Ausnahmefällen einsetzen. Auf Grund seines hohen Alters und der großen Anzahl der Bauteile, die zum Teil schwer beschaffbar sind, halte ich einen erneuten Ausfall für nicht unwahrscheinlich. Der Tektronix 454 enthält zum Glück keine speziellen Tektonix-ICs, welche sehr schwer zu erhalten sind. Für mich ist der Tektronix 454 ein schönes Beispiel kommerzieller Messtechnik aus einem längst vergangenen Jahrzehnt und damit ein Teil der Technikgeschichte geworden. Ich hoffe nur, dass diese Zeilen dazu beitragen mögen diese wunderbaren, alten Tektronix-Oszilloskope der Welt noch eine Weile zu erhalten.
Frontseite gereinigt mit 20 Wattestäbchen, einer Zahnbürste gegen den Dreck an den Drehknöpfen und Glasreiniger. Die Drehknöpfe wurden nicht ausgebaut.
Das reparierte und gereinigte Tektronix 454 erstrahlt betriebsbereit im neuen Glanz.
Tastköpfe: Diese waren leider nicht beim Kauf dabei. Unter http://www.reprise.com gibt es Hinweise, welche Tektronix-Tastköpfe (probes) zum Tektronix 454 passen. Natürlch gehen auch andere mit entsprechend hoher obererer Grenzfrequenz
DC-Balance der Eingangsverstärker abgleichen: Damit der horizontale Strahl sich beim Verstellen des Abschwächers nicht nach oben oder unten verschiebt, ist für beide Kanäle getrennt ein DC-Balance-Abgleich notwendig, der unter http://www.reprise.com beschrieben ist.
Gehäuse reinigen: Für die Frontseite Glasreiniger und viele Wattestäbchen verwenden. Der Dreck aus den Rillen der Drehknöpfe wird mit Glasreiniger und einer alten Zahnbürste entfernt. Anschließend wird mit Wattestäbchen nachgewischt. Die Drehknöpfe müssen auf diese Weise nicht ausgebaut werden. Die weißen Schriftzüge auf den Knöpfen kommen wieder zum Vorschein.
Die beiden Deckel wurden entfernt und mit einer weichen Bürste in einer Seifenlauge (Flüssigwaschmittel für die Waschmaschine) abgebürstet, damit der Dreck aus den Poren des Strukturlackes gelöst wird. Nach dem Spülen und Trocknen wurden der Strukturlack, der eigentlich eine Kunststoffbeschichtung ist, mit Cockpitspray auf Silikonbasis eingerieben. Dieses Cockpitspray wird für die Fahrzeuginnenpflege verwendet. Zur Sicherheit habe ich auf der Unterseite einen Test vorgenommen, da Cockpitspray manchmal einen weißen Schleier hinterlässt. In meinem Fall haben die beiden Deckel einen wunderbaren Glanz und Geruch erhalten, der das Gerät – abgesehen von den Kratzern und Dellen – wie frisch aus der Fabrik erscheinen lässt.
Klebereste von Klebeband und Aufklebern entferne ich mit hochreinem Lampenöl oder flüssigen Grillanzünder auf Paraffinbasis. Mit der Zahnbürste und den Fingernägeln kann nachgeholfen werden. Die Reste und das Öl werden anschließend mit Glasreiniger entfernt. Nach der gleichen Methode habe ich den Dreck vom Metallrahmen beseitigt.
Keinesfalls dürfen Gehäuse mit Metallgegenständen, scharfen Klingen, Stahlwolle oder selbt der rauen Seite eines Haushaltsschwamms misshandelt werden. Dies alles erzeugt nur Kratzer. Gebürstet darf nur dann, wenn Flüssigkeit als Gleitmittel vorhanden ist. Ebenso sind Spiritus, (Etanol), Benzin, Aceton, Äther und andere aggressive Lösungsmittel verboten, da sie Lacke, Kunststoffe und Beschriftungen angreifen.
Feine Kratzer auf der Kunststoffscheibe entfernen: Die Kunststoffscheibe, die vor dem Bildschirm angebracht ist, zeigt bei meinem Oszilloskop leider eine Unzahl ganz feiner Kratzer, welche über die vielen Jahre des Betriebs entstanden sind und die das Bild leicht verschwommen erscheinen lassen:
Über die vielen Betriebsjahre sind unzählige, feine Kratzer auf der Kunststoffscheibe, welche vor der Oszilloskopröhre angebracht ist, entstanden. Sie lassen sich ganz einfach in fünf bis 10 Minuten herauspolieren.
Die meisten der feinen Kratzer sind nach der Politur selbst bei noch stärkerer Vergrößerung nicht mehr sichtbar.
Diese feinen Kratzer lassen sich entfernen. Mit Autolackreiniger (keine Autopolitur) werden durch Materialabtrag die vielen kleinen Kratzer herauspoliert. Dieser Autolackreiniger wird auf Englisch "Rubbing" genannt. Dazu reicht ein dicker Tropfen von der milchigen Flüssigkeit auf einem alten Socken aus Baumwolle oder Baumwollmischgewebe. Dieser Tropfen wird auf der Kunststoffscheibe verrieben. Wenn er trocken gerieben worden ist, wird er mit einer sauberen Socke weggewischt. Diesen Vorgang wiederholt man zwei- bis dreimal, bis die feinen Kratzer verschwunden sind. Das dauert nur fünf bis zehn Minuten. Ein paar größere Kratzer sind leider geblieben. Trotzdem ist der Effekt verblüffend. Leider ist es mir nicht gelungen die Scheibe auszubauen. Damit man besser an die Ecken kommt, kann man aber den inneren, schwarzen Kunststoffrahmen leicht enfernen. Dazu drückt man das untere Teil des Rahmens mit zwei Fingern nach unten gegen eine verdeckt angebrachte Blattfeder. Dann kann das Oberteil des Rahmens nach vorne geklappt werden und der Rahmen entnommen werden.
Öffnen des Gehäuses: Das ist ganz einfach. Das Oszilloskop auf die Hinterfüße stellen, den Tragegriff nach oben klappen und dazu die beiden Gelenke desselben nach innen drücken, dann die beiden großen Rändelschrauben auf der linken und rechten Seite lockern. Jetzt können die beiden Halbschalendeckel entfernt werden. Für das Entfernen des rückwärtigen Bleches sind die vier Schrauben an den Ecken zu entfernen. Falls notwendig, kann jetzt auch der hintere Metallrahmen aus Aluminiumdruckguss entfernt werden. Dazu sind auf den beiden Seiten jeweils vier Schrauben am Rahmen zu lösen. Vorher ist noch die Verbindung zum Z-Eingang abzulöten. Es ist ein kurzes, schwarzes Kabel, welches zu einer schwarzen Bananenbuchse auf der Rückseite führt.
Ein Tektronix 454 ist mit einem DDS-Generator FA-NWT verbunden, welcher innerhalb von 10 Sekunden von 100 kHz bis 150 MHz ein Sinus-Signal durchsweept. Das Oszilloskop ist mit 50 Ohm abgeschlossen und über 30 cm RG58 mit dem NWT verbunden.
Bilder in hoher Auflösung vom geöffneten Tektronix 454:
– Frontseite
– Oberseite
– Unterseite
– Rechte Seite
– Linke Seite
– Rückseite, Metallrahmen demontiert
– Frontseite, gereingt
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Links zum Tektronix 454:
– Zusammenstellung der 400er-Serie von Tektronix
– Tektronix 454 im Tektronix-Wiki
– Tektronix 454 in Radiomuseum.org
– Bill´s Tektronix 453 and 454 Page
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Betriebsanleitung, Reparaturanleiung, Manual und Schaltbild des Tektronix 454:
http://bama.edebris.com/download/tek/454/tek%20454.pdf (25,7 MByte)
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Weitere Betriebsanleitungen und Manuals alter Tektronix-Geräte:
http://bama.edebris.com/manuals/tek/
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