Danas je dobiven na popravak digitalni multimetar sa Nixie numeričkim indikatorima oznake DM 3, proizvod srpskog poduzeća Ei Niš iz 1978. godine.
Poduzeće Ei Niš vuče korijene iz 1948. godine (RR zavodi Niš), a u doba najvećeg rasta zapošljavala je 28 000 radnika u pedesetak tvornica gdje se proizvodila najrazličitija elektronička roba široke potrošnje za domaće potrebe, vojsku i izvoz. U posljednjih dvadesetak godina gotovo sve tvornice vezane uz Ei su zatvorene ili u stečaju, a samo tri su uspješno privatizirane.
Multimeter DM 3 je istosmjerni AVO metar sa 3 i 3/4 znamenke. To znači da su tri zadnje znamenke dekadske (0-9), a prva znamenka može imati samo vrijednosti 0, 1 ili 2. Time je maksimalni prikaz na displeju 2999. S obzirom na mjerne opsege, maksimalni dometi mjerenja su onda 2999 V, 2999 mA i 2999 kΩ. Displej ima također indikaciju pozitivnih i negativnih napona i struja, te prekoračenja mjernog opsega. Nisam našao nikakve podatke za ovaj multimetar pa je onda ovo jedino što se može zaključiti iz prednje ploče.
Prema opisu kvara čini se da ne rade naponski i strujni mjerni opsezi (brojevi na displeju se nasumično izmjenjuju) dok mjerenje otpora načelno radi.
Na pločici sa strane tiskanih veza vide se dva oklopljena kabla kojima se dovodi mrežni napon na mrežnu sklopku. Zajednička masa elektroničkih sklopova je ovdje odvojena od metalne šasije (kućišta) uređaja. Na šasiji je samo mrežno uzemljenje i koaksijalni opleti mrežnih žica.
Na tiskanoj pločici jasno se uočavaju tri osnovna funkcionalna bloka instrumenta: mrežni transformator i krugovi mrežnog napajanja na gornjem dijelu pločice, ulazni mjerni krugovi i diskretni ADC dolje desno, te dekadski brojači i driveri za Nixie cijevi dolje lijevo.
Nixie cijevi nose oznake američkog proizvođača elektronskih cijevi National Electronics Inc. (podružnica tvrtke Richardson Electronics, Ltd.). Oznaka Made in Japan je zbunjujuća, posebice jer je National također brend japanske tvrtke Panasonic (Matsushita). Čini se da ovdje ulogu imala hladnoratovska politika gdje je američki National Electronics Inc. stavljao svoje oznake na elektronske cijevi proizvedene u drugim zemljama. Prefiks NL se odnosi na “National Labs”. Nixie cijevi NL-5750 C osim deset znamenki sadrže i dvije decimalne točke. Za rad joj je potrebno minimalno 175 VDC napajanja, a prosječna potrošnja struje je oko 4 mA.
Testom smo potvrdili da mjerenje otpora radi ali je potrebna fina kalibracija ovog mjerenja. No, jednako tako, primijetio sam da mjerenje napona i struje također povremeno radi iako je i tu potrebna kalibracija. Štoviše, kako sam duže testirao ova tri načina mjerenja to je mjerenje bilo stabilnije, gotovo bez ispada.
U početku se činilo da do ispada mjerenja napona i struje dolazi kod promjene mjernih opsega, tako da je potrebno napraviti više uzastopnih prebacivanja da sklopka uhvati kontakt. Međutim, nakon nekog vremena to je počelo raditi bez ispada. Testiranje sam radio nakon što sam otvorio uređaj i napravio osnovna mjerenja napona napajanja. Moguće je da sam slučajno poboljšao kontakt neke žice ili lemnog mjesta, možda je nešto na sklopkama bolje sjelo na svoje mjesto. Kako god bilo, ovo je još jedan onaj najgori slučaj, kada nešto malo radi, malo ne radi i nema jasne pretpostavke zašto se to dešava. Sada mogu deset puta sve ponovno testirati i sve će raditi, no ništa ne garantira da jedanaesti put neće doći do nekog ispada. Ovo je jako teško popravljati.
Od nekih mehaničkih oštećenja, na tiskanoj pločici se vide neki tragovi korozije ili sličnog nagrizanja. Poučen iskustvom iz popravka Boomboxa JVC RV-NB10W i RV-NB1 (Kaboom), ovo ću očistiti alkoholom koliko to bude moguće.
Uočio sam da je stakleno tijelo jedne diode AA 131 okrhnuto, tako da bi tu diodu svakako trebalo provjeriti i zamijeniti.
Sa sklopki je ispao jedan poklopac, moguće da ih je netko već pokušao provjeravati ili čistiti. Jasno se vide i tragovi bavljenja ovim uređajem po čitavoj tiskanoj pločici. Po elementima su ispisane neke oznake, neki elektroliti su zamijenjeni.
Ono što bi svakako bilo dobro prvo provjeriti to je stabilnost napona napajanja. Pločica je u ovom dijelu napravljena prilično „univerzalno“, vjerojatno da se mogu zalemiti različiti tipovi kondenzatora ili da se mogu vršiti eventualne kasnije modifikacije filtarsko stabilizacijskih krugova napajanja.
Izvedena elektronička shema napajanja i stvarni naponi na pojedinim točkama napajanja (ulazni napon je 220 V).
Očekivano, napajanje daje stabilizirani simetrični napon za napajanje operacijskih pojačala (±10 V), napon od 5 V za napajanje logičkih integriranih krugova, te napon 170 V za napajanje Nixie cijevi.
Izbrojali smo ukupno devet operacijskih pojačala u krugu mjernih pojačala i ADC-a. Tri su operacijska pojačala opće namjene IL 709M, zatim imamo Texas Instruments TIS 26 7307A, Motorola MLM 210G 7520, dva operacijska pojačala vjerojatno talijanskog distributera SGS sa oznakama SGS 7014 i SGS 87322, te dva sa oznakama 990021 8 7531. Ovo su integrirana operacijska pojačala iz 1970-tih godina za koje je danas praktično nemoguće naći neke tehničke podatke i na osnovu toga adekvatne zamjene.
S praktične strane gledano, bez elektroničke sheme vrlo teško bi bilo pronaći kvar na ovim komponentama. Ovdje su komponente vrlo gusto nalemljene i teško je tražiti signale napamet. Neka operacijska pojačala vjerojatno rade kao strujni izvor za ommetar i DC analogno mjerno pojačalo, a druga su u krugovima integratora i komparatora ADC-a. Integrator bi mogli locirati prema karakterističnom kondenzatoru (u našem slučaju vjerojatno veći zeleni kondenzator pored sklopke) i možda pronaći signal rampe. No opet, niti znamo koji točno tip ADC-a se koristi niti koje su njegove nominalne vrijednosti.
Što se tiče digitalnog dijela, tu trebamo pronaći oscilator takta i logička vrata za brojač impulsa, te naravno dekadske brojače, buffere i drajvere za Nixie cijevi. Prema oznakama na čipovima (IDD, IDC) jasno je da su ovo originalni RIZ-ovi integrirani krugovi izrađeni u DTL tehnici (Diode-Transistor Logic), odnosno ponegdje se koristi naziv Diode-Transistor Micrologic (DTµL). Ta tehnologija je preteča TTL-u (Transistor-Transistor Logic) i najviše je korištena u 1950/60-tim godinama. Generalno gledano, DTL čipovi stabilno rade na naponu 4,5 – 5,5 V, neki još uvijek rade i na 3,3 V, no najbolje im je osigurati stabilnih 5 V. Mi smo izmjerili 4,5 V na toj liniji napajanja tako da moguće nestabilnost uzrokuje ovaj granični napon.
RIZ-ove DTL čipove je danas već teško identificirati, treba imati originalni katalog iz toga doba. Na pločici imamo četiri takva logička čipa vjerojatno za funkciju generiranja mjernih impulsa, odnosno pretvaranja analognog vremena (rampe) u proporcionalan broj impulsa. Tu je moguće sadržana logika i za prikaz predznaka te prekoračenja mjernog opsega:
- IDD 962 (DTµL 962) – tri NAND vrata sa tri ulaza
- IDD 945M (DTµL 945, 9945) – dva J-K flip-flopa
Dekadski brojači se lakše raspoznaju i za svaku Nixie cijev uključuju slijedeće čipove:
- IDC 958 (9958) x4 – dekadski brojači (BCD)
- IDC 959 (9959) x4 – bufferi
- IDC 960 (9960) x4 – BCD/dekadski dekoderi i drajveri za Nixie cijevi
Ovi DTL čipovi prema Fairchild-ovim specifikacijama rade na naponu 3,3 – 5,5 V tako da nisko napajanje ovdje nije problem. Istina, RIZ-ovi čipovi mogu imati druge specifikacije, no brojači i pogon Nixie cijevi u našem slučaju radi bez problema tako da nas ovaj dio kruga ne treba zabrinjavati.
Nakon ove analize aktivnih elemenata nismo puno pametniji što se tiče nominalnih napona napajanja. Za većinu operacijskih pojačala je nemoguće naći osnovne podatke, pogotovo ne one koje se odnose na najniži napon napajanja. S obzirom da imamo stabilnih ±10 V preko integriranih regulatora IL 723, moramo pretpostaviti da je ova linija napajanja ispravna.
Rekli smo da DTL logički čipovi mogu raditi naponima u rangu 4,5-5,5 V, odnosno 3,3-5,5 V, a mi na toj liniji mjerimo 4,5 V. Bio bi sretniji da ovdje imam stabilnih 5 V iz nekog modernijeg integriranog regulatora napona.
Vidimo da se ovdje koristi tranzistorski regulator u serijskom spoju, no nikad nisam vidio ovakvu izvedbu. Za osiguranje struje baze tranzistora i zener diode koristi se posebni namotaj transformatora od 20 V. Ovaj napon se zatim ispravlja diodom BA 100 i filtrira kondenzatorom od 47 µF. Stvarno ne vidim praktičan razlog za ovu izvedbu jer se potrebna struja baze mogla osigurati tako da se otpornik (1 kΩ) jednostavno spoji na dolaznu liniju (kolektor tranzistora). S obzirom da je napon ovdje puno niži (7,7 V umjesto 29,6 V) za osiguranje iste ukupne struje kroz bazu tranzistora i zener diodu, otpornik bi trebao biti niže vrijednosti, oko 300 Ω.
Zener dioda za referentni napon je BZ 4 (Ei) koja prema specifikacijama može imati zener napon u rasponu tolerancije 4-5 V. Mi smo izmjerili da je zener napon naše diode čak i nešto viši te iznosi 5,17 V. Pad napona na spoju BE je očekivanih 0,66 V, a znamo da je izlazni napon onda zener napon umanjen za pad napona BE (5,17 – 0,66 = 4,51 V). To znači da zbog velike tolerancije zener diode također i izlazni napon u startu može imati toleranciju više od 1 V. Za usporedbu, na pločici je još jedna zener dioda istih oznaka BZ 4 (Ei) i ona ima zener napon od 4,62 V. Moguće da su se Ei zener diode BZ 4 (odnosno serije BZ 1 do BZ 22) testirale i sortirale nakon proizvodnje za primjenu gdje je točan zener napon bitan. Zener diode serije BZ za najveće napone, BZ 18 i BZ 22 mogu imati toleranciju raspona čak 4 V. Jednako tako je moguće da se i kroz desetljeća starenja zener napon također dodatno mijenja. Kako god bilo, da je u regulator ugrađena zener dioda stvarnog napona 4 V, onda bi izlazni napon bio svega 3,4 V što je svakako premalo za DTL čipove.
Dvije zener diode BZ 4 (Ei) ugrađene u uređaj, gdje jedna ima stvarni zener napon od 4,62 V dok je kod druge zener napon 5,17 V.
Maksimalna struja koju treba osigurati ova linija od 5 V je 380 mA. Upotrijebljeni tranzistor 2N3055 montiran na hladilo je dobar izbor jer kad radi kao linearni regulator napona (konstantno opterećenje), ne bi se trebao opterećivati stalnom strujom većom od 1 A. Iako mu je deklarirana maksimalna kolektorska struja od 15 A, stalno strujno opterećenje stvara veliku disipaciju snage, odnosno pojačano zagrijavanje koje je teško kontrolirati pasivnim hladilima.
Nestabilan ili prenizak napon napajanja logičkih čipova svakako može uzrokovati probleme u radu digitalnog dijela voltmetra. U našem slučaju svakako ne bi bilo loše postojeću zener diodu stvarnog napona 5,1 V zamijeniti nekom modernom zener diodom niske tolerancije i standardnog napona 5,6 V. No možda bi bilo najpametnije izbaciti ovakav serijski regulator, te jednostavno ugraditi gotov integrirani regulator 7805 serije koji bi osiguravao točnih i stabilnih 5 V napona.
Nakon čišćenja korozivnih naslaga na tiskanoj pločici i koliko je bilo moguće kontakata preklopnika, ovaj Nixie multimetar definitivno radi na svim opsezima. Za kalibraciju se ističe pet preciznih višeokretnih potenciometara, no to nikako jednostavna kalibracija gdje bi svaki potenciometar bio za jedan mjerni opseg. Treba je namjestiti ADC (oscilator i rampu) tako da DMM na svim opsezima paralelno pokazuje ispravne vrijednosti.
Na prednjoj ploči se vidi pozicija CAL i trimer ZERO, no bez ikakvih uputa ne mogu shvatiti kako se, čime i za što vrši ova kalibracija. Trimerom ZERO se pokazivanje nule može ugoditi na svim vrstama mjerenja i svim mjernim opsezima. Ne znam da li je potrebno vršiti ovu kalibraciju ponovno za svaku vrstu mjerenja.
Pomoću internih trimera uspio sam dobiti relativno ispravno i usklađeno pokazivanje instrumenta na svim vrstama mjerenja i svim opsezima, a za posve precizno ugađanje bi ipak morali imati tvorničke procedure koje to opisuju. Također, ne znamo ni kolika je točnost ovog instrumenta. Karakteristična promjena zadnje znamenke za ±1 je ovdje svakako izražena, no ovo je rani primjerak digitalnog multimetra čiji diskretni ADC se ne može mjeriti sa današnjim integriranim rješenjima.
Vidjeti ćemo s vlasnikom ovog instrumenta da li želi zadržati izvornu originalnost (što uvijek preporučam) ili krugove napajanja zamijeniti modernim regulatorima i novim filtarskim kondenzatorima. Osim osiguranja preciznog i stabilnog napona napajanja, malo što drugo se može poboljšati na ovom instrumentu. Sklopke sigurno nitko neće mijenjati i prilagođavati nekim današnjim tipovima, DTL čipove ovdje nema praktičnog smisla mijenjati sa TTL ili CMOS ekvivalentima, a specifična operacijska pojačala u ADC-u su jednako tako teško zamjenjiva. Ako se pošto-poto želi od ovoga dobiti ispravan, funkcionalan i pouzdan Nixie multimetar, onda je najbolje kompletno analogno sklopovlje sa ADC-om zamijeniti nekim gotovim modernim rješenjem.
