Signal generator Marconi TF 2008/I


Danas je nabavljen AM/FM signal generator TF 2008/I proizvod britanske tvrtke Marconi iz 1980. godine (prvi uređaji TF 2008 proizvedeni su početkom 1970-tih godina).

 

 

Tvrtka „Marconi Instruments Limited“ (MI) osnovana je 1936. godine i održala se do 1998. godine kada je prodana američkoj tvrtki IFR Systems (današnji Aeroflex). Tijekom svojeg postojanja tvrtka Marconi težišno je proizvodila elektroničke mjerne i testne uređaje. Bila je poznata širokom rasponu generatora signala, generatora funkcija i spektralnih analizatora za sve frekvencije od audio opsega do mikrovalnih područja. Također je proizvodila i ostale mjerne instrumente poput osciloskopa, brojača frekvencije, LCR i AVO mjerača, analizatora impedancije, mjerača izobličenja, logičkih analizatora i slično. Tvrtka je uz to vodila licencirani laboratorij za kalibraciju i mjerenje u elektroničkoj industriji.

 

 

Signal generator Marconi TF 2008/I generira RF signal u frekvencijskom području 10 kHz – 510 MHz (podijeljeno u 11 opsega). Moguće je podesiti fiksnu izlaznu frekvenciju ili skeniranje frekvencijskog opsega (sweep) u maksimalnoj širini od 150 kHz do 2400 kHz ovisno o odabranoj osnovnoj frekvenciji. Izlaznu frekvenciju moguće je amplitudno i/ili frekvencijski modulirati NF signalom u rasponu 0,3 – 3 kHz. Dubina amplitudne modulacije podesiva je u rasponu 0-80% (skala je markirana u rasponu 0-95%), a FM devijacija je podesiva u rasponu 0-300 kHz. Sweep generator također se može koristiti i za generiranje frekvencijskih markera na osciloskopu (upotreba osciloskopa kao uskopojasnog spektralnog analizatora).

 

Upute za rad sa signal generatorom Marconi TF 2008/I otisnute na unutrašnjoj strani poklopca prednje ploče.

 


 

Amplituda izlaznog RF signala podesiva je u rasponu 0,2 µV – 200 mV emf. Vidimo da je izlazni atenuator kalibriran u V emf (ElectroMotive Force – elektromotorna sila) i u dBµV (pojačanje ili gušenje u decibelima s referentnim naponom od 1 µV).

Pojam elektromotorne sile (EMF) nekog električnog izvora u odnosu na izlazni napon koji mjerimo na trošilu spojenom na taj izvor često je slabo shvaćen među praktičnim elektroničarima. Zbrku unosi i sam prihvaćeni naziv “elektromotorna sila” jer ovdje zapravo i nije riječ o nekoj sili (koja bi se primjerice mjerila u njutnima) nego je riječ također o naponu (V emf), no ta elektromotorna sila ili točnije elektromotorni napon i napon izvora, iako slični, zapravo nisu (uvijek) jednaki.

Najjednostavnije rečeno, EMF je ukupna energija potrebna da se unutar nekog električnog izvora elektroni odvoje od atoma (dignu na višu razinu) i zatim kod zatvorenog strujnog kruga prisile na usmjereno gibanje kako bi se proizveo i održavao određeni napon (električni potencijal) i struja kad se na izvor spoji trošilo. EMF stoga možemo promatrati i kao omjer uložene energije i dobivene količine elektriciteta unutar nekog električnog izvora. Znamo da svaki električni izvor (baterija, akumulator, generator, transformator, elektrokemijska ćelija, termoelektrični i piezoelektrični  materijali, solarne ćelije i slično) na svojim polovima daje određeni napon ili razliku potencijala. U otvorenom strujnom krugu (kad na izvor nije spojeno trošilo) EMF i napon izvora će biti jednaki jer nakon početne uspostave električnog potencijala više nema daljnjeg kretanja elektrona i nema trošenja energije na njihovo pokretanje. Međutim, kad se strujni krug zatvori, ukoliko želimo na opterećenju održati isti izlazni napon kao što je bio na izvoru u praznom hodu, onda se EMF mora povećati jer se sada dio EMF energije mora utrošiti i na svladavanje otpora na koji elektroni kao nosioci naboja nailaze prolaskom kroz strujni krug, odnosno mora se kompenzirati unutrašnji otpor izvora kao i samog strujnog kruga.

Definicije EMF napona i izlaznog napona su dakle vrlo slične, no ipak nisu potpuno iste. Kao što smo opisali, ova dva napona mogu biti jednaka samo kad na izvor nije spojeno nikakvo trošilo. U zatvorenom strujnom krugu pak je postignuti napona na trošilu uvijek manji od EMF napon izvora. Možemo drugačije reći da napon na trošilu zapravo predstavlja pad EMF napona izvora kad se zatvori strujni krug.

No, zašto je skala atenuatora kod našeg signal generatora Marconi TF 2008/I kalibrirana u tim teško shvatljivim V emf, kad je s obzirom na nominalno opterećenje od 50 Ω i poznat unutrašnji otpor generatora skala mogla biti odmah kalibrirana i u voltima, odnosno onim “stvarnim” voltima koje ćemo  imati na samom trošilu spojenom na generator. Razlog za ovo leži u mogućnosti opterećivanja našeg signal generatora trošilima različitih impedancija (10-100 Ω) gdje se onda iz maksimalnog EMF napona generatora može izračunati realan napon na trošilu (pad napona) prema podacima proizvođača:

 

 

Vidimo da je kod bilo kojeg opterećenja napon na trošilu uvijek manji od EMF napona generatora i što je otpor manji to je ta razlika veća. Atenuator je podešen tako da je kod u praksi najčešćeg opterećenja od 50 Ω napon na trošilu točno dvostruko manji od EMF napona generatora čime je olakšano preračunavanje. Također je posebno dana vrijednost i za drugu najčešću impedanciju RF sklopova od 75 Ω. Kod nekih inačica signal generatora iz serije Marconi TF 2008 skala atenuatora je baždarena u stvarnim vrijednostima napona na trošilu impedancije 50 Ω, dakle umjesto raspona 0,2 µV – 200 mV emf skala je baždarena u rasponu 0,1 µV – 100 mV. S dizajnerske strane gledano teško bi bilo na skalu gumba atenuatora ugravirati napone u mV za deset ili više različitih opterećenja, no koja god skala da je ugravirana (u mV emf ili u mV) ukoliko se zna unutrašnji otpor izvora lako je preračunati stvarne vrijednosti napona na trošilima različitih impedancija.

 


 

Malo smo raspregnuli čitavu ovu priču sa naponima VF generatora, no ne bez razloga. Testiranjem našeg primjerka signal generatora Marconi TF 2008/I uočili smo dva kvara. Jedan je mehanički, bubanj sa frekvencijskim skalama se ne rotira kod promjene frekvencijskog opsega, a drugi je električki, nivo izlaznog VF signala na pojedinim opsezima je vrlo nizak (20 do 40 dBmV niži od nominalnog) dok na nekim opsezima potpuno izostaje (nalazi se ispod razine šuma). Prvo ćemo popravljati neispravan mehanizam rotacije bubnja sa skalama pa krenimo sa rastavljanjem…

 

 

Kao što se vidi sa slika, signal generator Marconi TF 2008/I je potpuno modularane i vrlo kompaktne konstrukcije. Sastoji se od 44 zasebnih modula čemu još treba dodati modul brojača frekvencije sa vlastitim napajanjem. Ovaj digitalni brojač frekvencije sa Nixie cijevima je opcionalni modul koji je ugrađen u serije TF 2008/I, dok osnovne serije TF 2008 nemaju ovaj modul već samo BNC konektor za spajanje nekog vanjskog brojača frekvencije. Brojač frekvencije je inače vrlo koristan dodatak signal generatorima serije TF 2008 je isti imaju relativno grube mehaničke frekvencijske skale sa podjelama širine 50 kHz do 1 MHz ovisno o frekvencijskom opsegu, pa je za fino podešavanje i kontrolu frekvencije svakako potreban precizni digitalni brojač frekvencije. U našem slučaju modul brojača frekvencije onemogućava demontažu drugih modula pa ga prvog uklanjamo sa šasije.

 

 

Unutrašnju montažnu konstrukciju uređaja možemo podijeliti na tri cjeline. Prvu čine elementi i moduli montirani na prednju ploču, druga cjelina je šasija sa elementima mrežnog napajanja, a treća cjelina je šasija sa oklopljenim RF modulima. Posljednje dvije šasije se poput knjige rastvaraju svaka na svoju stranu kako bi se dobio bolji pristup pojedinim grupama sklopova.

 

Šasija uređaja sa rastvorenim blokom na kojem su montirani elementi mrežnog napajanja.

 

Šasija uređaja sa rastvorena oba bloka: napajanje (lijevo) i blok sa oklopljenim RF modulima (desno).

 

Za početak možemo skinuti poklopce i identificirati elemente te module montirane na prednju ploču.

 

Pogled na elemente i module montirane na prednju ploču (sa skinutim metalnim poklopcima).

 

Bolji pogled na promjenjivi kondenzator VFO-a i buffer pojačalo FMO oscilatora (lijevo) i modulacijski oscilator (desno).

 

Izlazni RF atenuator.

 

Sklopka za odabir frekvencijskog opsega i sklopka za odabir FM devijacije (lijevo) te FM modulacijsko pojačalo (desno).

 

AM modulacijsko pojačalo i detektor (lijevo) te pojačalo sweep generatora i generatora markera (desno).

 

Pogled na rotirajući bubanj sa skalama nakon što se skine zaštitni lim. 

 

Otvori preko kojih se može donekle pristupiti mehanizmu rotiranja bubnja sa skalama koji se sastoji od sistema kolutura, sajle i zatezača. U našem slučaju problem je bio u vijcima koji se nalaze ispod sklopke za odabir mjernih opsega do kojih je dostup moguć samo preko malog otvora na bočnom dijelu šasije i to samo uz pomoć specijalnog imbus-ključa.

 

Nakon što smo demontirali sve lako odvojive dijelove šasije oko bubnja još uvijek imamo premalo prostora da bi nesmetano mogli pristupiti mehanizmu okretanja bubnja. Sam bubanj je preko sistema kolutura i sajle spregnut sa osovinom sklopke za odabir frekvencijskih područja. Da bi dobili dobar pristup ovom mehanizmu potrebno bi bilo rastaviti čitavu prednju ploču i gotovo sve montažne dijelove šasije, uključujući i module montirane na prednju ploču. Prije nego se upustimo u nešto ovakvo, pažljivim promatranjem našli smo da problem leži u nedovoljno stegnutim vijcima koji spajaju kolutur sajle sa osovinom sklopke. Naravno, kako to obično biva, upravo ovi mali imbus-vijci nalaze se na najteže dostupnom mjestu ionako općenito nedostupnog čitavog mehanizma. Nekako smo uspjeli djelomično odvojiti dio nosača kojim su sklopke za odabir frekvencijskog opsega i FM devijacije montirane na prednju ploču, tako da smo dobili kakav-takav uzak pristup koluturama i sajli koja je iskočila iz ležišta. Nakon 2-3 sata petljanja pincetama, odvijačima i različitim priručnim sredstvima, iz pedesetog pokušaja napokon smo uspjeli nekako vratiti sajlu na koluture.

Sklopka za odabir frekvencijskog opsega sastoji se od nekoliko višepolnih i višepinskih segmenata od kojih su neki na prednjoj ploči, a drugi unutar posebnog odvojivog bloka sa modulima. Svi segmenti međusobno su povezani rastavljivom osovinom sklopke i to preko mehaničkih kompenzacijskih i kardanskih sistema kako bi se kompenzirale male tolerancije nasjedanja osovine koja povezuje dva odvojiva bloka šasije. Da skratimo priču, prilikom rastavljanja uređaja treba biti vrlo oprezan da se ne pomiješaju (zakrenu) razdvojivi segmenti sklopke jer će kod ponovnog sastavljanja osovina lako leći na svoje mjesto u bilo kojem položaju, čak i ako pojedini segmenti sklopke nisu pravilno poravnati, no to će u konačnici rezultirati pogrešnim preklapanjem sklopova.

Na kraju smo morati izraditi i poseban imbus ključ (vrlo tanak i vrlo dugačak) kako bi napokon pritegnuli taj kolutur za osovinu sklopke. Ovaj imbus ključ bi bio ionako potreban jer bez njega je nemoguće izvršiti to završno pritezanje. Za namještanje sajle doduše imate dva izbora: rastaviti i sastaviti kompletnu šasiju ili čačkati uz pomoć priručnih alata kroz uske otvore unutar šasije nadajući se da ćete iz nekog pokušaja uspjeti sve postaviti na svoje mjesto. Ovdje izraz “smotan ko sajla” dobiva na svom doslovnom značenju, jer kako istu namjestite i namotate na jedan kolutur tako ona ima povećanu tendenciju odmotati se sa drugog kolutura i smotati oko svih drugih dijelova u blizini.

Naravno, kad ste jednom i uspjeli namjestiti i napeti mehanizam kako treba, nije isključena mogućnost da čitav postupak ponovite ispočetka jer u toj poziciji ne možete u potpunosti uskladiti rotaciju sklopke sa ispravnim prikazom odgovarajuće skale. Nijedan crtež iz servisnog priručnika neće biti dovoljno precizan da vam pomogne u tim nastojanjima.

 

 


 

Nakon uspješno riješenog mehaničkog problema sa skalama slijedi popravak premalih izlaznih razina RF signala na pojedinim frekvencijskim opsezima. Primijetili smo da su filtarski kondenzatori napajanja u vrlo lošem stanju (vidljivo curenje elektrolita) te smo prije svega morali zamijeniti ove dotrajale elektrolite jer nikako ne bi bilo dobro da nam eksplodiraju u lice dok vršimo testiranja na otvorenom uređaju.

 

 

Mjerenjem izlaznih razina RF signala došli smo do slijedećih rezultata:

 

 

Vidimo kako je na pet opsega amplituda RF signala stabilizirana na -13 dB (zeleno), kako i treba biti, dok je na ostalim opsezima amplituda signala premala da bi mogla biti stabilizirana na istu vrijednost (crveno). Za kontrolu i stabilizaciju amplitude izlaznog RF signala (s obzirom na odabir atenuatora) ugrađen je poseban regulacijski krug (ALC) sa negativnom povratnom spregom. Ovim krugom se prati jačina signala na izlazu i prigušuje na zadanu vrijednost. To znači da neregulirani signal mora uvijek imati nešto veću vrijednost od one na koju će biti reguliran. Na prednjoj ploči uređaja imamo indikacijski instrument s oznakom Carrier level error. Ako je RF signal dovoljne jačine i ako ALC regulacija radi dobro onda kazaljka mora biti na sredini skale što označava da je izlazni RF signal stabiliziran na zadanu vrijednost. To je kod nas i slučaj za pet ispravnih opsega, dok je za preostale opsege kazaljka ispod središnjeg markera na skali, što znači da je RF signal preslab i ne može se regulirati na zadanu veću vrijednost.

Da bi vidjeli u čemu je problem, prvo moramo nacrtati blok shemu krugova koji sudjeluju u generiranju RF signala.

 

 

Vidimo da se svi frekvencijski opsezi dobivaju višestrukim miješanjima i umnožavanjima frekvencija dobivenih sa tri temeljna izvora:

  • VFO (fiksna frekvencija)/VCO (sweep), oscilatori promjenjive frekvencije u opsegu 18 – 22,5 MHz
  • FMO, frekvencijski modulirani oscilator koji ujedno služi i kao osnovni oscilator na 22,5 MHz
  • kristalni oscilator na 90 MHz

Također, na blok shemi lijepo uočavamo dva nezavisna kruga dobivanja frekvencijskih opsega, jedan koji počinje sa modulom A1 i proizvodi frekvencije za 4., 6., 8. i 10. frekvencijski opseg te drugi koji počinje sa modulom A17 i proizvodi frekvencije za 3., 5., 7., 9. i 11. frekvencijski opseg. Upravo ova druga grupa frekvencija je kod nas neispravna što znači da kvar moramo tražiti na modulima od A11 do A17.

 

 

Izveli smo dio elektroničke sheme koja uključuje module sa pretpostavljenom greškom. Naravno, ne možemo očekivati da ćemo na ovakvoj shemi dobiti podatke o nominalnim razinama RF signala na pojedinom modulu, no na izlazu iz aktivnih modula svakako trebamo očekivati signale iste razine ili jače od ulaznih, dok ćemo na izlazu iz pasivnih modula (dvostruko balansirani mješači) dobiti oslabljene RF signale. Uglavnom greška može biti u bilo kojem modulu koji iz nekog razloga previše oslabljuje signal u lancu, bilo da je to pad pojačanja selektivnih RF pojačala ili neispravnost neke pasivne komponente koja onda previše prigušuje RF signal.

 

 

Većina modula je uniformno i kompaktno smještena unutar metalnih oklopa, koji su zatim u tri reda poslagani unutar zajedničkog metalnog kućišta. Naši moduli A11 do A17 nalaze se u središnjem redu.

 

 

 

Otvaranjem poklopaca modula A11 do A17 dobivamo pristup strani tiskanih vodova i lijep pristup krajevima koaksijalnih kablova kojima se RF signal uvodi i odvodi iz pojedinog modula. Time se pomoću analizatora spektra (VF osciloskopa ili VF voltmetra) može vrlo lijepo i praktično mjeriti ulazni i izlazni signal na svakom modulu.

 

S desna na lijevo, moduli A11 do A17 sa skinutim poklopcima metalnih kućišta.

 

Moduli A11 do A17 koliko ih je moguće izvući iz oklopljenih kućišta.

 

Modul A11 – kristalni oscilator 90 MHz

 

Modul A12 – mješač 67,5 MHz

 

Modul A13 – pojačalo 67,5 MHz

 

Modul A14 – mješač 22,5 – 31,5 MHz

 

Modul A15 – modulacijsko pojačalo 22,5 – 31,5 MHz

 

Modul A16 – pojačalo 22,5 – 31,5 MHz (detektiran neispravan tranzistor 2N5179)

 

Modul A17 – udvostručivač frekvencije 36 – 45 MHz

 

Vrlo brzo smo otkrili da problem u modulu A16 gdje pojačalo prigušuje umjesto da pojačava ulazni signal. Problem je u neispravnom tranzistoru TR1 koji bi prema shemi trebao biti tipa BSX20, no u našem modulu je ugrađen 2N5179. Ovo su po karakteristikama dva vrlo slična tranzistora i sasvim sigurno će oba dobro raditi u krugu ovog pojačala.

Naravno, u privatnim zalihama nemamo ni jedan od ovih tranzistora, a nemoguće ga je više naći ni u domaćim trgovinama. Preostaje opet naručivanje izvana preko interneta, a to znači višestruko veća cijena zbog poštarina i tjedni čekanja da isti stigne na adresu. Najgore je što čitavo to vrijeme uređaj mora stajati rastavljen na radnom stolu jer ga se ne isplati sad sastavljati pa opet za nekoliko tjedana cijelog rastavljati.

S druge strane, vrlo je moguće da će i neki drugi VF tranzistori ovdje dobro raditi, no kako odabrati onaj odgovarajući. Odmah ćemo dati jednostavan odgovor – teško. Iako posjedujem nekoliko desetaka različitih VF tranzistora koji s obzirom na radni napon i struju mogu bi biti ugrađeni u ovo pojačalo, svaki od njih će imati različitu frekvencijsku karakteristiku pojačanja i za svaki je potrebno podesiti odgovarajuće prednapone za dobivanje optimalne radne točke. Tvornički podaci za pojedine tranzistore često su vrlo šturi i opisuju samo maksimalne električne karakteristike pojedinih tranzistora bez priloženih grafova sa snimljenim njegovim dinamičkim karakteristikama. Čak i ako imamo sve te tvorničke podatke, opet se pojedini tranzistori iste oznake mogu međusobno dosta razlikovati glede karakteristike frekvencijskog pojačanja, pogotovo oni starije generacije. S konstrukcijske strane gledano, naši moduli imaju dvostruke tiskane pločice i svi elementi su zalemljeni sa svinutim krajevima tako da je njihovo izlemljivanje prilično teško i lako se ošteti tiskana veza. Kao što vidimo na slikama, svi moduli su međusobno povezani koaksijalnim vodovima i vodovima za napajanje, pa iako dužina poveznih vodova dopušta određeno fizičko zakretanje pločica, stalna manipulacija tijekom višestrukih testiranja na kraju će neminovno dovesti do pucanja vodova i oštećenja tiskanih veza što svakako želimo izbjeći.

Ovdje svakako dolaze u obzir samo VF tranzistori velikog pojačanja na frekvencijama do 32 MHz i CE naponu 18 V, dakle nije riječ o nekom standardnom signalnom VF tranzistoru opće namjene, tako da je ipak najbolje naručiti originalni tip. Za probu smo stavili tranzistor BF242 kojim smo dobili dovoljno pojačanje na svim opsezima osim na dva posljednja gdje je signal još uvijek oko 10 dBmV, odnosno 20 dBmV slabiji od potrebnog.

 


 

Signal generator Marconi TF 2008/I daje na svom izlazu čiste sinusne RF oscilacije sa vrlo dobro potisnutim harmoničnim frekvencijama u čitavom opsegu rada. To ne čudi jer je ipak riječ je o profesionalnom uređaju koji daje stabilne i kalibrirane izlazne RF signale kako po frekvenciji tako i po amplitudi. Isto vrijedi i za AM/FM modulaciju osnovnog (nosećeg) RF signala koju je moguće precizno regulirati po frekvenciji i dubini/jačini. Iako s početka 1970-tih godina riječ je o potpuno tranzistorskom uređaju koji je za to doba napravljen po najvišim standardima RF tehnike. Stoga je ovakav generator signala još i danas sasvim iskoristiv u elektroničkoj radionici za popravak radio i TV te drugih RF uređaja koji rade na frekvencijama do 500 MHz. No prije toga, morat ćemo se strpjeti da stigne zamjenski tranzistor kako bi (i) ovaj signal generator ne baš malih gabarita nekako ugurali na policu sa ostalim mjernim i testnim uređajima u aktivnoj službi 🙂

Leave a comment

Vaša adresa e-pošte neće biti objavljena.