Oprava RF Generátora Marconi 2018A

Čo je to RF generátor

RF generátor patrí medzi základné prístroje každého rádioamatéra ktorý chce v oblasti vf niečo merať, nastavovať, konštruovať dolaďovať prípadne experimentovať. Je možné vďaka nemu napr. odhaliť problémy v RX časti transceiveru, zmerať a nastaviť citlivosť prípadne ak vlastníte viac TRX spraviť si obraz o tom ktorý prijímač ako a na akom pásme “počúva” a mnoho iného. RF generátor pre RX časť transceiveru je niečo ako umelá záťaž pre jeho TX časť. Je to zdroj signálu ktorý má konštantnú úroveň bez ohľadu na podmienky šírenia vonku mimo hamshack. Tak ako si nevieme predstaviť nastavenie TX časti TRXu (meranie výkonu, meranie vyšších harmonických alebo nastavovanie modulačných obvodov) bez umelej záťaže rovnako dôležitým pomocníkom je pre nás aj RF generátor. Je to nepostrádateľný pomocník pri nastavovaní každého transceiveru a pri troche fantázie s ním dokážeme o veľa o veľa viac ako by sa na prvý pohľad mohlo zdať.

Kde som ho zohnal

Keďže meracie prístroje pre vf techniku sú dosť drahé, tak nám, rádioamatérom, ktorí ich nechceme využívať na komerčné účely nezostáva nič iné iba hľadať staršie pokazené prístroje a tie si pokiaľ je to možné opraviť. Pred časom som v jednej internetovej aukcií vyhral RF generátor Marconi 2018A. V aukcií bolo síce napísané že je pokazený a na fotografii bol odfotený s poruchovým hlásením o chýbajúcej referencií 10MHz no na obrázku bolo vidieť že je ako zdroj referencie nastavený EXT čo znamená že je nutné na BNC konektor na zadnej strane prístroja priviesť 10MHz sínusový signál inak prístroj vypíše túto poruchu. Po tom ako som ho po prvý krát zapol zmenil som zdroj referenčného signálu na INT čo znamená že sa bude využívať jeho interný TCXO a porucha zmizla. Nechcelo sa mi síce veriť tomu že pre takúto triviálnu vec by ho niekto predával ale keďže sa jedná o prístroj ktorý je dnes pre profesionálne účely nevhodný z hľadiska nízkeho maximálneho kmitočtu (ktorý prevažnej väčšine rádioamatérov však bude bohato stačiť) povedal som si že pre dotyčného je možno nezaujímavý. Po prvom zapnutí teda vyzeral bezchybne ale až po čase som si všimol isté anomálie. Priznám sa že som na to neprišiel hneď a nejakú dobu som ho považoval za plne funkčný. Keďže sa jednalo o jeden z mojich prvých vf meracích prístrojov nebolo v tom čase veľa možností ako ho detailne otestovať a skutočný dôvod predaja som zistil až neskôr keď som zohnal spektrálny analyzátor.Najskôr si však povedzme niečo o základných technických parametroch tohto prístroja.

Zopár technických údajov

RF generátor Marconi 2018 vie pracovať v rozmedzí frekvencií 80kHz až 520MHz a výstupnú úroveň je možné nastaviť v rozmedzí -127dbm až +13dbm. Výstupný signál je možné modulovať AM, FM aj fázovo a tón modulačného generátora je možné nastaviť v 6 krokoch (300Hz 400Hz 500Hz 1kHz 3kHz a 6kHz) príp. je ho možné modulovať aj z externého zdroja. RF výstup je prispôsobený na impedanciu 50 ohm. RF generátor je vybavený interným TCXO ale je ho možné synchronizovať aj z externého zdroja referenčného signálu 10MHz. V nastaveniach prístroja je možné prednastaviť v akých jednotkách má zobrazovať výstupnú úroveň čo je výhodné najmä pri nastavovaní transceiverov kde výrobca raz udáva dBm inokedy dBuV príp. samotnú úroveň napätia v uV alebo mV (čo je výhodné pri meraní citlivosti prijímačov). Je možné nastaviť aj to či sa bude jednať o e.m.f. alebo p.d. takže v prípade že budete nastavovať výstupnú úroveň napr. v jednotkách dBuV nezabudnite si skontrolovať akú referenčnú úroveň výrobca mal pre 0 dBuV na mysli (staršie zariadenia Yaesu majú v servisnom manuály uvedené že 0 dBuV je 0.5 uV a to práve viete nastaviť spomínaným nastavením e.m.f. alebo p.d. Odpadá tým siahodlhé prepočítavanie a prácu s prístrojom to značne uľahčuje.

Kde bol teda problém ?

Až keď som časom zohnal spektrálny analyzátor všimol som si jednu vec a to že raz je výstupná úroveň o pár dB menšia alebo väčšia ako inokedy. V prípade že som ju priamo zadal z klávesnice bola väčšinou rovnaká ale problém vznikal hlavne pri krokovaní tlačidlami UP a DOWN a to tak že ak som krokoval na nejakú požadovanú úroveň z nižšej hodnoty tzn. že som postupne pridával tlačidlom UP tak po dosiahnutí želanej úrovne bola jej hodnota iná ako v prípade že som sa k nej krokovaním dopracoval z vyššej úrovne stláčaním tlačidla DOWN. Nestávalo sa to však pri každej hodnote výstupnej úrovne ale iba pri niektorých. Tento jav však bol opakovateľný takže ak som to zopakoval na hodnote na ktorej sa to dialo stalo sa tak vždy. Nebol to teda studený spoj ani oxidácia na kontaktoch relé príp. niečo podobné. Snažil som sa v tom nájsť nejakú logiku a tak som si prešiel celé pásmo výstupných úrovní od -127 dBm do +13 dBm v krokoch +-1dBm a zistil som zaujímavú vec. V celom rozsahu bolo niekoľko okien v ktorých prístroj nereagoval a výstupná úroveň zostala bez zmeny niekoľko dB. Vznikal však zaujímavý jav a to že ak som napr. krokoval smerom nahor tak v prípade natrafenia na takéto hluché okno (napr. počas troch krokov výstupná úroveň nereagovala) ale po jednom stlačení krokovania nadol sa zrazu zmenila na správnu hodnotu. (podobne sa to chovalo aj v opačnom prípade pri krokovaní z hora nadol). Všimol som si ešte že sa zmena úrovne dostala do normálu vždy po akustickom cvaknutí nejakého relé. Tieto okná sa opakovali vždy po 10dB. Tieto pozorovania poukazovali na to že s tým má pravdepodobne niečo spoločné hrubý atenuátor, ktorý je tvorený niekoľkými relé a vie atenuovať práve v krokoch +-10dB. Marconi 2018 má ale 2 atenuátory a to jemný a hrubý. Jemná atenuácia (v desatinách dB) je robená elektronicky a vie pokryť niečo viac ako 10dB (nepamätám sa už presne ale mám pocit že 16dB. Hrubý atenuátor je tvorený niekoľkými relé a jeho najmenší krok je spomínaných 10dB. Kombináciou hrubého a jemného atenuátora je možné dosiahnuť akúkoľvek hodnotu výstupnej úrovne v rozmedzí -127dBm až +13dBm vo veľmi jemnom rozlíšení. Kombináciu relé hrubého atenuátora a elektronického útlmu jemného atenuátora ovláda mikroprocesor ktorý aby zamedzil častému cvakaniu relé používa algoritmus využívajúci to že jemný atenuátor má väčší záber ako krok hrubého atenuátora (teda viac ako 10dB) preto pri krokovaní smerom nahor cvakajú relátka hrubého atenuátora na iných hodnotách ako pri krokovaní smerom nadol. Posledným zaujímavým zistením bolo že RF generátor nedokáže dosiahnuť vyššiu výstupnú úroveň ako +4 dBm takže v poslednom atenuačnom kroku hrubého atenuátora kde vlastne už neatenuje pretože je prepnutý do polohy 0dB je spomínaný jav nie v šírke 6dB ale až 9dB (13dBm – 4dBm). Hrubý atenuátor som teda vylúčil a začal som sa venovať jemnému atenuátoru ktorý nie je tvorený relátkami ale je čiste elektronický. Po preštudovaní schém som zistil že on to ani tak nie je atenuátor ale skôr sofistikovaný široko pásmový zosilňovač ktorého zisk je riadený mikroprocesorom a regulácia je zabezpečená spätnou väzbou z jeho výstupu čím sú kompenzované ako tepelné tak aj straty zosilnenia či už výstupných tranzistorov alebo ostatných prvkov vplyvom napríklad stárnutia a pod. Zistil som že vstup do celého komplexu zosilňovačov a modulátorov ktorými je táto časť tvorená je vo všetkých krokoch v poriadku ale výstup už vykazuje spomínané anomálie. Po detailnejšom premeraní som začal upodozrievať tranzistor TR1 v doske AC5 (amplitúdový modulátor) ktorá aj napriek tomu že nebudeme chcieť signál amplitúdovo modulovať je zapojená v zložitom procese cesty signálu a práve na nej bolo meraniami zistené že tu sa spomínaná anomália začína. Ak by tento tranzistor stratil svoje zosilnenie nastal by dej podobný presne tomu čo som meraniami zistil a síce že do určitej hodnoty žiadanej výstupnej úrovne si s tým spätno väzobná regulácia ešte poradí no po dosiahnutí maximálneho akčného zásahu už veľkosť výstupného signálu naďalej nebude stúpať čo by vysvetľovalo max výstupnú úroveň +4 dBm a taktiež aj spomínané hluché okná v ostatných častiach požadovaných úrovní. Tento tranzistor som vymenil avšak problém naďalej pretrvával. Tranzistor TR1 je budený dvojito vyváženým zmiešavačom X2 ktorý som pevne dúfal že bude v poriadku a ten je budený vf zosilňovačom v púzdre hybridného integrovaného obvodu IC1 s označením OM345. Tento obvod nefungoval správne a nedosahoval zosilnenie ako by mal dosahovať. Dobrá správa je že datasheet k nemu nebol problém zohnať no zlá správa bola že sa už nevyrába a je problém ho zohnať.

Ako som problém vyriešil

Po hľadaní na internete som sa dozvedel že tento obvod s obľubou používali Marconi Instruments aj v iných svojich výrobkoch a že dosť často bol zdrojom problémov. Natrafil som však na článok šikovného rádioamatéra Miguela EA4EOZ ktorý tento obvod podrobil detailnému skúmaniu a zistil že vo väčšine prípadov sa v tomto hybridnom obvode preruší jeden rezistor 3K9 ktorý však nie je možné ľahko vymeniť pretože celý tento obvod je zaliaty v keramickej hmote. Rezistor síce nie je vyvedený priamo na piny hybridného obvodu OM345 ale pripojením rezistora 4k7 paralelne k pinom 1 a 5 ako tak dosiahneme podobné zapojenie ako je v originálnom zapojení avšak keďže sa jedná o alternatívne zapojenie je možné že obvod nebude dosahovať presne také parametre ako v originálnom zapojení. Na skúšku to však bohato stačí a tak som piny 1 a 5 prepojil rezistorom 4k7. Obvod skutočne začal zosilňovať tak ako by mal a generátor dosiahol hravo max výstupnej úrovne +13 dBm a spomínané hluché okná v ostatných výstupných úrovniach skutočne zmizli. Miguel však išiel vo svojom bádaní ešte ďalej a pokúsil sa odstrániť keramiku z hybridného obvodu v miestach kde je práve spomínaný prerušený rezistor. Keďže som detailista neuspokojil som sa s náhradným riešením a taktiež som odstránil postupným odškriabavaním jednotlivých vrstiev keramickej hmoty tú časť ktorú popisoval Miguel až som sa dostal k spomínanému rezistoru. Keďže keramika drží naozaj pevne nebolo to jednoduché a ani samotné prispájkovanie nového rezistora 3k9 bolo dosť obtiažne (keramika na pôvodnom rezistore zanechala akýsi oxid na ktorom nedrží dobre cín a treba ho dôkladne odstrániť). Pôvodný prerušený rezistor som nechal na svojom mieste a prispájkoval som na neho paralelne nový v SMD púzdre 0805. Experimentálny rezistor 4K7 z pinov 1 a 5 som samozrejme odstránil. Po odskúšaní prístroj fungoval ako má avšak neviem či by bol rozdiel keby som použil alternatívne zapojenie 4k7 na piny 1 a 5. Teraz z odstupom času vidím že to bolo dosť riskantné pretože sa celý hybridný obvod počas odstraňovania časti keramiky mohol poškodiť a kde by som zohnal druhý to naozaj neviem. Ak by ste tento problém niekedy riešili odporúčam alternatívne zapojenie externého rezistora 4k7 na piny 1 a 5 je to určite bezpečnejšie a stojí za to vyskúšať to nechať v tomto zapojení.

Ak by si chcel niekto prečítať spomínaný článok od Miguela EA4EOZ tak uvádzam link (v čase písania tohto článku bol funkčný a dostupný) https://ea4eoz.blogspot.com/2017/09/repairing-om345-hybrid-module.html

Na záver

RF generátor je od tohtto okamžiku funkčný avšak keďže je v jeho zapojení použitých viac VF zosiľňovačov typu OM345 som pripravený že po čase sa môže ohlásiť ďalší z nich keďže táto porucha je v týchto obvodoch dosť častá. Na konci vo fotogalérií je zopár fotografií rozobratého prístroja. Je konštruovaný sendvičovím typom takže ako z hora tak aj zo spodu sa postupným uvoľňovaním odklápajú jednotlivé dosky. Skupiny jednotlivých poschodí nesú označenie AA AB AC za ktorým nasleduje číslo dosky. Spomínaný obvod OM345 je umiestnený na doske AC5 ktorá je umiestnená zo spodnej časti prístroja. Na fotografiách sú zachytené aj dosky z hornej časti no v prípade že sa chcete dostať priamo k doske AC5 nemusíte rozoberať hornú časť ale postaviť si prístroj na stôl dolu hlavou a začať rozoberať spodné časti. Na fotografiách je vyznačená pozícia dosky AC5 a aj priamo obvod IC1 (OM345)

Ak som niekomu s týmto článkom pomohol tak ma to teší. Ak by ste sa chceli niečo opýtať príp. podeliť o svoje skúsenosti alebo ak ste podobný problém riešili napíšte mi o tom do komentárov v spodnej časti článku.

Veľa šťastia a úspechov Vám praje

Igor OM4IK