Reconstruction complète d'un oscilloscope Tektronix type 502A : réglages, étalonnage et panne





Base de temps (compensation en fréquence) : C311
Ampli Lower : dérive en température
Amplis : fréquence haute, temps de montée
Panne de lumière sur canon Upper


14. Base de temps

Etalonnage est un bien grand mot, vu que je ne vais pas vraiment utiliser cet oscilloscope pour faire des mesures précises ...
Néanmons, il faut tout de même faire quelques réglages, ne serait-ce que pour afficher une période de 5 cm sur le calibre 2mS/cm un signal de 100Hz, du moins à 1 ou 2 mm près.
De même, ce serait pénible qu'un signal d'amplitude 10V ne soit pas représenté par 2 cm sur le calibre 5V/cm.


D'autres réglages sont nécessaires, même si leur incidence sur l'utilisation n'est pas franchement évidente. C'est le cas de l'ajustable de compensation de l'entrée de l'ampli horizontal. En effet, la dent de scie est d'abord bufferisée par la triode en cathode commune V183B, puis passe par une galette du commutateur et revient par un coaxial à la grille de V324.
Ce coaxial présente une capacité non négligeable, il convient donc de la compenser par un condo série avec l'entrée de V183B, de la même façon qu'on compense une sonde atténuatrice.
Pour régler C311, il suffit de visualiser la dent de scie sur la grille de V324 :


C311 trop fort : il y a surcompensation (entouré)



C311 trop faible : les changements rapides "trainent" (entouré)
Il y a forcément un réglage correct :


C311 bien réglé : la dent de scie est parfaite


J'en profite pour relever les oscillogrammes dans l'ampli horizontal ....
Petit problème que j'avais déjà remarqué : le réglage de la position est carrément en butée, comme si l'ampli était décalé. J'ai essayé de remplacer les tubes, sans succès. Puis j'ai vérifié les résistances et les soudures ... et là, j'ai vu l'erreur : j'avais tout simplement oublié une connexion :


Connexion oubliée : R391 n'était pas en circuit !

Une fois cette connexion établie, le réglage de position est devenu normal : à mi-course, la trace est centrée !
Voici les oscillogrammes (signal du haut : grille de V324, comme précédemment):



En bas : signaux sur les anodes des drivers V324/V354




En bas : signaux sur les anodes des triodes de sortie (donc sur les plaques de déviation horizontale)
On dirait bien que l'ampli de sortie ait un gain de 5 sur chaque voie.

Pour arriver à ce résultat, j'ai du régler les gains. C'est assez simple :
On règle d'abord le cadrage manuel (position) à mi-course. Pour s'en assurer, il suffit de mesurer les tensions sur les curseurs des potards croisés R398 et s'arranger pour qu'elles soient égales (proches de -75V)
Puis on règle X1 CAL pour que la trace soit centrée
On peut alors régler le gain X20 CAL de manière à ce que la trace fasse la largeur du graticule.
En fait, il vaut mieux régler de manière à ce qu'un signal de fréquence connue soit représenté par des périodes correctes (par exemple, on visualise un signal de 10kHz, on se met sur 20µs/cm et on règle X20 CAL pour qu'une période fasse 5cm.

Bien sûr, auparavant, on aura réglé SWEEP LENGTH en visualisant la dent de scie sur la grille de V183 de manière à ce que son amplitude soit de 20V


Maintenant que la base de temps et l'ampli X sont vraiment opérationnels, je ne résiste pas à faire une photo d'une double figure de Lissajous :


Figure impossible à obtenir avec un oscillo standard, "simple canon"
Comment j'ai obtenu cette figure :
- en entrées verticales, 2 signaux sinusoïdaux d'amplitude 10Vpp, un à 10kHz (en haut) et un à 15kHz (en bas), issus du même générateur, donc synchrones
- en entrée horizontale, un signal sinusoïdal de même amplitude, de fréquence 7,5kHz, issu d'un second générateur donc asynchrone des 2 autres signaux

Le moment où la figure apparait est furtif car les 2 générateurs ne sont pas synchrones. La dérive lente en fréquence du second générateur par rapport au premier fait que ce moment ne dure théoriquement pas. Cependant, l'appareil photo permet de figer une figure.
Les rapports de fréquences sont :
- de 4/3 entre le signal du haut et le signal sur X (10kHz / 7,5kHz)
- de 2/1 entre le signal du bas et le signal sur X (15kHz / 7,5kHz)


comptage des boucles pour déterminer les rapports

Une autre figure, lorsque la phase du signal en X a varié :


La dérive en fréquence fait que la phase varie assez vite et avant que les figures soient incompréhensibles, la durée d'ouverture de l'apn fait qu'on a plusieurs traces, d'où l'épaisseur du tracé



15. Amplificateurs verticaux

J'ai remarqué que la position de la trace de l'ampli "Lower" variait en fonction du temps de fonctionnement de l'oscillo. Cette variation est importante, de l'ordre de 5 cm, soit presque les 3/4 de la hauteur de l'écran. Voici ce que ça donne (les réglages de position des 2 tracés avaient été faits à la dernière mise en route, après plus d'une demi-heure de fonctionnement) :


Mise en marche, après 1 minute de fonctionnement environ
La trace de l'ampli Lower se retrouve au-dessus de la trace de lampli Upper ! Elle est décalée de 5,6cm vers le haut, alors que la trace Upper est décalée vers le bas de 1 cm seulement.


5 minutes de fonctionnement
En 4 minutes, la trace Lower est descendue de 3 cm environ, la trace Upper est remontée d'un demi centimètre


25 minutes de fonctionnement environ. Les traces sont revenues à leurs positions précédemment réglées
Je pourrais me contenter de ce défaut, en me disant qu'il suffit d'attendre 1/2 heure avant d'utiliser l'appareil (d'ailleurs c'est ce que Tektro préconise lors de l'étalonnage). Tout de même, ça fait désordre ...
Il y a forcément un (ou plusieurs) composants qui sont sensibles à la température et qui agissent sur l'offset dans l'ampli en fonction du temps de chauffe. A part les semi-conducteurs, je ne vois pas d'autres composants qui pourraient agir autant.
Or, les 2 amplis réagissent différemment. L'ampli Upper dérive peu par rapport à l'ampli Lower (5 fois moins environ). Et ce qui est différent entre les 2 amplis, c'est que sur l'ampli Upper, il y a 2 doubles transistors installés en Q453 et Q464, alors que j'ai mis 4 transistors dans l'ampli Lower.
D'ailleurs, j'ai remarqué qu'en touchant Q453A (ou B), la trace se décalait rapidement. Il suffit donc d'abaisser la température du transistor (en le touchant car à chaud, il semble tiède) pour que l'offset varie.

La solution est simple : il suffit de relier thermiquement les 2 transistors. Ainsi, leurs températures seront égales et comme les transistors sont montés en différentiels, le mode commun ne variera pas s'ils varient de la même façon.


Le coupleur est une simple languette en fer blanc repliée et soudée pour faire une sorte de ceinture de maintien
Il suffit alors d'insérer ce coupleur sur les 2 transistors Q453, après les avoir bardés de graisse thermique :


Q453A et Q453B couplés thermiquement
Je refait l'expérience de chauffe :


Mise en marche, après 1 minute de fonctionnement environ
La trace Lower est toujours en haut. Elle est même encore plus décalée. La trace Upper est toujours descendue de 1cm environ


4 minutes de fonctionnement
En 3 minutes, la trace Lower n'est descendue que de 1,5 cm environ, la trace Upper est remontée d'un demi centimètre comme précedemment. Il semblerait donc que le coupleur thermique agisse, puisque déjà, la dérive est 2 fois plus petite.


25 minutes de fonctionnement environ. Les traces ne bougent plus.
Donc : la trace Lower n'a bougé que de 2 cm en tout, ce qui est déjà bien, mais c'est encore 2 fois plus que l'ampli Upper.
Le fait de coupler les transistors Q453 font qu'à chaud, leurs températures sont les mêmes, donc sans le coupleur, elles étaient différentes. Et en effet, pas loin, il y a les résistances de puissance des collecteurs des Q414 et Q514 qui chauffent pas mal, et mécaniquement un des transistors Q453 est plus près de la première résistance que l'autre transistor.
Je décide donc d'appliquer la modif aux transistors Q464 :


Q464A et Q464B couplés thermiquement aussi
Et je règle à chaud les positions des 2 traces :


Nouveaux réglages des positions des traces
Puis je refais l'essai de chauffe, après avoir attendu une bonne heure que l'oscillo refroidisse :


1 minute


4 minutes


25 minutes
A ce moment, j'installe les carters latéraux de l'oscilloscope pour que la température atteigne sa valeur normale


35 minutes plus tard (donc 1 heure de chauffe)
On dirait bien que le problème est résolu ... Sauf que maintenant, la dérive de l'ampli Lower est devenue inférieure à celle de l'ampli Upper ! Je vais laisser en l'état l'ampli Upper, d'autant que si je devais agir ce serait ailleurs que sur ces transistors qui sont déjà dans le même boitier sur cet ampli.



Voyons maintenant la réponse en fréquence des amplis verticaux.
J'injecte sur les entrées A des deux amplis le même signal : 100kHz carré, 10Vpp
Je règle les sensibilités verticales à 2V/cm (donc 5 cm de hauteur de trace)


Base de temps : 5µs/cm. Les transitions sont bien visibles ...
L'ampli Lower semble plus lent que l'ampli Upper, il a tendance à intégrer (les paliers sont inclinés et les "coins" sont plus arrondis
Voyons cela de plus près; je règle la base de temps à 1µs/cm (dernière position) et j'utilise la "loupe", DISPLAY sur position "MAG x5". Donc 1 cm représente environ 200ns.
Je règle la position horizontale des traces pour que les transitions soient au centre de l'écran :


Front montant.
L'ampli Lower est plus lent que l'ampli Upper (à cause des transistors différents ?). Le temps de montée de l'ampli Upper est de 280ns environ, celui de l'ampli Lower de 340ns


Front descendant.
Même remarque.
Est-ce que ces temps sont le fait de l'atténuateur 100:1 qui est en service sur le calibre 2V/cm utilisé ? Il suffit de changer de calibre, en diminuant l'amplitude du signal injecté : 0,5Vpp, et 0,1V/cm (donc toujours 5 cm de hauteur de trace) :


Front montant.


Front descendant.
Pas vraiment de différence. Conclusion : c'est bien l'ampli lui-même qui limite la fréquence.

Voyons maintenant en sinusoïdal, à 1MHz, qui est la spécif constructeur :


1MHz, 0,5Vpp, sinus
Effectivement, l'ampli Lower est moins bon que l'ampli Upper. Celui-ci perd 2dB (4cm pour 5cm = 0,8). Celui-là perd environ 3,5dB (3cm pour 4,5cm), alors qu'il devrait perdre juste 3dB puisqu'on a juste la fréquence de coupure spécifiée.
Vu que les deux préamplis sont équipés exactement des mêmes transistors, la différence ne peut se situer que dans l'ampli. Donc les transistors dont j'ai équipé l'ampli Lower. Cependant, la différence n'est pas vraiment gênante, d'autant que je ne me servirait jamais de cet oscillo pour "voir" du 1MHz ...

J'ai trouvé ! J'avais négligé un petit détail : il y a un condo ajustable entre les 2 sorties complémentaires de chacun des amplis, sur les deux fils qui vont aux plaques de déviation. Voici où se trouve celui de l'ampli Lower :


Ajustable C496 en sortie de l'ampli Lower (entouré) au départ des 2 fils vers les plaques du tube (flèche)
Effectivement, puisque ce condo est en parallèle avec les sorties, il détermine la fréquence de coupure haute de l'ampli, donc l'effet intégrateur ou différenciateur. Autrement dit, il agit sur les dépassements lors des transitions (différenciation) ou l'inclinaison des paliers (intégration) :


Une fois C496 réglé, la trace de l'ampli Lower est quasiment superposable à celle de l'ampli Upper
Ce condo n'git pas sur le temps de montée, ça se voit : les transitions sont plus lumineuses sur la trace Lower que sur la trace Upper, preuve que celles-là prennent plus de temps que celles-ci.



16. Panne de lumière sur Upper

Et voilà, première panne ! Lors des derniers essais, j'avais déjà constaté que pour obtenir la même intensité lumineuse des 2 traces, il fallait "pousser" la balance plutôt du côté Upper. En d'autres termes, balance au milieu, la trace du haut était nettement pâle alors que celle du bas était bien lumineuse. Et puis, d'un seul coup, plus de lumière en haut, sauf à mettre en butée la balance ...
Je dépose donc les couvercles (et la traverse des poignées !) et je fais cette photo :


Réglages : intensité à 50%, balance à 50% après 5 minutes de chauffe

J'ai donc mesuré les tensions sur les cathodes et les Wenhelt du tube, histoire de dédouaner celui-ci :
- cathodes : -2905 et -2915V, donc ok, les 2 valves sont bonnes
- Wenhelts : -2980 (lower) et -3060V (upper)

Conclusion : c'est le pont diviseur qui est hs.



Entourés, points de mesure : cathodes (jaune) et Wenhelts (rouge)

J'ai donc dessoudé les résistances de 15M, formées chacune de 3 résistances de 4,7M et je les ai mesurées : une est coupée, les 5 autres font entre 6 et 9 Mohm. Moralité : ne conserver des vieilles résistances de récupération qu'après les avoir mesurées !

Vu que la tension que chacune de ces résistances est de l'ordre de 250V, n'importe quelle résistance de 1/4W convient. Il suffit seulement de prendre les précautions d'usage pour les hautes tensions par rapport à la masse : soudures "plates" , en tout cas sans pointes, éloignement le plus possible de la masse ....


Nouvelles résistances de 4,7M (entourées)

J'ai alors mesuré les tensions :
- valves : -3220 / -2915 / -2915V
- 8M2 : +125 (unblanking) / -550 / -1450 / -2330V (jonction avec les 15M)
- 4M7 : -2330V (jonction avec les 8M2) / -2550 / -2770 / -3000 (Wenhelts)

Comme on peut voir, les échelles de tensions sont cohérentes. Les 4M7 supportent chacune 220V environ, les 8M2 supportent 900V.

Essai avec les nouvelles résistances, réglages moyens de l'intensité et de la balance :


Parfait, panne réparée !

Il n'y a plus qu'à remettre les couvercles ...


Vérification : OK

J'ai réglé de nouveau le -2900V (qui était un peu fort).






à suivre : interventions diverses