professional tube testing system (c) Helmut Weigl |
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| Probleme,
Hindernisse,
Schwierigkeiten, Unklarheiten, Fragen?
Hürden
gab es genügend. Neben
alltäglichen Problemen
auf Grund der umfangreichen Schaltung, wie Fehler im Platinenlayout,
falsche Bestückung, Kurzschlüsse und Unterbrechungen,
waren
viele weitere Probleme zu überwinden.
Im Gerät kommen sowohl hohe Spannungen (z.B. Anodenspannung -
vor
Regelung 350 V mit 600V-Bereich bis über 700V), hohe Ströme (Heizstrom
bis 5 A,
Ströme
für Relais), als auch Spannungen im Mikrovoltbereich
(Messspannungen) und Milliamperebereich vor. Alles war
kompakt
unterzubringen. Neben ausreichend dimensionierten Leiterbahnbreiten und
ausreichenden Abständen der Leiterbahnen, waren diese so zu
verlegen, daß sich die Ströme/Spannungen nicht
gegenseitig
störten. Ganz
wichtig wurde in diesem
Zusammenhang die Masseführung. Anfänglich
führte
ich
im Prototypen eine gemeinsame Masse. Die
Spannungsabfälle über die Masseleitungen verursachten
im
ersten Aufbau Meßfehler (Relaisströme
ließen Zeiger
mehr oder weniger ausschlagen). Die Lösung war eine getrennte
und ausgetüftelte Masseführung. Es war ein
hartes
Stück
Arbeit, bis alle Spannungen/Ströme/Messungen wirklich
unabhängig waren.
Ein weiteres großes Problem war die Temperaturdrift. Die
Schaltungen wurden so optimiert, daß möglichst wenig
Wärme erzeugt wird. Die Verlustleistung der gesteuerten
Netzteile
wird an einem aussenliegenden Kühlkörper
abgeführt. Die
Mosfet's sind deshalb nicht direkt auf die Platine eingelötet,
sondern über kurze Kabel am Kühlkörper
befestigt. Vor
dem genauen
Messen und Abgleich sollte die Schaltung erst einige Zeit warm laufen.
Außerdem sollte das RoeTest
nur bei Zimmertemperatur
betrieben
werden (= Normalfall).
Die Versorgungsspannung müssen absolut stabil sein, um die A/D
und D/A-Wandler auch ausnutzen zu können und keine
Messfehler
zu produzieren. Aus diesem Grunde ist für die
5-Volt-Versorgung
des Pic's, die auch als Referenzspanung für die Wandler
dient,
unbedingt ein Präzisions-Spannungswandler einzusetzen. Auch an
den
anderen Spannungswandlern sollte nicht gespart werden. Natürlich gab es auch Rückschläge. Durch selbst verursachte Kurzschlüsse während des Experimentierens wurden mehrmals etliche Bauteile abgebrannt (zum Glück ist der PC über die Schnittstelle galvanisch getrennt). Zum verzweifeln brachte mich auch eine anfangs unbemerkte Schwingneigung. Neben Messfehlern verursachten wilde Schwingungen auch Ausfälle bei den Mos-FETs und den Strombegrenzungs-Transistoren. Erst nach einigen Rätseln stellte ich Schwingungen mit dem Oszilloskop fest. Wilde Schwingungen traten vor allem bei steilen Röhren und hohen Anodenströmen auf. Schuld sind die langen Leitungen von den Spannungsquellen über die Relais bis zu den Röhrenfassungen. Die Anodenspannung/Schirmgitterspannung koppelte auf die Gitter zurück. Ein Versuch mit Feritperlen und UKW-Drosseln an den Röhrenfassungen brachte Besserung. Ab RoeTest4 baute ich keine Röhrenfassungen mehr fest ein, sondern verwendete ich steckbare Adapterfassungen. Die Verdrahtung bleibt deshalb kurz und überschaubar. In Verbindung mit der Verwendung von Feriten gibt es hier keine Schwingneigung mehr. Das Optimum: Künftig baue ich nur mehr eine Fassung pro Fassungsbox ein.Bis RoeTest3: Stabilität der Spannungen: Bei Last fallen die Spannungen, insbesondere die Heizspannung, trotz der Stabilisierung, etwas ab. Dies wurde mit einer Softwarenachführung der Spannungen kompensiert, so daß die Meßspannungen ziemlich konstant sind (ab RoeTest4 gibt es eine elektronische Stabilisierung, so daß die Spannungen exakt konstant bleiben). Ab RoeTest5 wurde nochmals eine bessere Schaltung verwirklicht, die alle vorherige an Genauigkeit übertrifft.
Kompromisse: Wie überall im Leben gibt es Kompromisse. Wünschenswert wären Spannungen mit mehreren Tausend Volt und Ströme im 100-Ampere-Bereich um alle Arten von Röhren abdecken zu können (Senderöhren). Die von mir getroffenen Entscheidungen bezüglich der Messspannungen und -Ströme und des Bauteileaufwands sind ein sinnvoller Kompromiß mit dem die meisten üblichen Röhren gemessen werden können. Als weitere Einschränkung gilt: Mein Gerät arbeitet ausschließlich mit Gleichspannungen/-Strömen, auch für die Heizung. Problem sind hier die direkt geheizten Wechselstrom-Röhren. Ein Vergleich mit den Herstellerdaten bei Wechselstromheizung wäre für wechselstrombeheizte Röhren nicht möglich. Aus diesen Grunde wurde per Software eine Simulation der Wechselstromheizung realisiert, so daß ein Vergleich mit den Herstellerdaten wieder möglich ist. In den meisten Fällen kann so auf eine Wechselstromheizung verzichtet werden. Röhrendaten: Nicht für alle Röhren sind Röhrendaten verfügbar. Dies betrifft vor allem die Röhrendioden. Bei welchen Messspannungen muß welcher typische Strom fließen? Notfalls kann man eine Röhre mit unbekannten Daten aber einfach im manuellen Modus testen. Ist eine Wechselstromheizung für die Röhren möglich? Das RoeTest selbst erzeugt "nur" eine Gleichstromheizung. Es ist möglich eine externe Wechselstromheizung anzuschließen. Als weiteres Feature kann eine Wechselstromheizung auch simuliert werden. Eine externe Wechselstromheizung wird damit überflüssig. (Siehe auch meinen Bericht: Simulation Wechselstromheizung). Ich habe keine Hardware und die Software getestet, dabei zeigt diese seltsame Messwerte an? Ohne Hardware läuft die Software im Test/Demo-Modus. Hier werden nur zufällig berechnete Werte angezeigt. Die Messungen des RoeTest stimmen nicht mit der Messung anderer Röhrenmessgeräte überein?
Läuft die Software unter Windows Vista oder Windows7 ? Bei mir läuft die Software unter XP und Windows7 (Vista konnte ich leider selbst nicht testen, sollte aber auch funktionieren). Angeblich soll die Software auch unter Linux lauffähig sein, was ich aber nicht selbst getestet habe. Ein User betreibt die Software sogar auf einem Tablet-PC unter Windows. Dies habe ich aber auch nicht selbst getestet.
Ungenauigkeiten: Bei käuflichen Geräten - gleich welcher Art - kann man selten etwas über Ungenauigkeiten, Nachteile oder Unzulänglichkeiten lesen. In den Werbeprospekten werden immer nur die Vorteile des Produkts hervorgehoben. Dabei weiß jeder, daß die glänzenden Prospekte oft nicht das halten, was sie versprechen. Nur wenn man die genauen Probleme kennt, kann man diese auch bei der Interpretation der Messergebnisse berücksichtigen. Aus diesem Grunde nun zu den Ungenauigkeiten: In vielen Vergleichen zwischen Röhren- und Transistortechnik wird davon gesprochen, daß Halbleiter viel linearer als Röhren seien - von wegen!! Auch Halbleiter sind nicht immer linear. Beispiel: Für die verwendeten I²C-Bus-D/A-Wandler gibt der Hersteller im Datenblatt eine max. Abweichung von 0,5% an. Digitale Ungenauigkeit: Die gesteuerten Netzteile arbeiten mit einer Auflösung von 8 Bit. Dies sind 256 Stufen. Bei einer Anodenspannung von 306 V entspricht dies einer Auflösung von 1,2V. Möchte man z.B. eine Spannung von 250 Volt einstellen, kann stattdessen entweder 249,6 oder 250,8 Volt eingestellt werden (das RoeTest verwendet den nächstliegenden Wert, also 249,6 Volt). Die digitale Abweichung kann also maximal die Hälfte der Auflösung betragen (hier 0,16%). Bei den wichtigsten Spannungsbereichen (Heizung, Anodenspannung und G1-Spannung) gibt es deshalb einen zweiten Spannungsbereich mit besserer Auflösung (z.B. G1-Spannung 0-51 Volt - Auflösung 0,2 Volt, 0-5,1 Volt - Auflösung 0,02 Volt). Dadurch ergibt sich eine um mehr als 3 Bit bessere Auflösung in den kleinen Bereiche (also bei den Spannungsbereichen 11 Bit +x, bei den Messbereichen 15 Bit +x - neuer 12-Bit A/D-Wandler ab Firmware 5.2). Eine
weitere Beschränkung findet
sich in der
Auflösung der
Meßbereiche bei sehr kleinen Strömen. Man sollte die
Kennlinien nicht mit dem Lineal
nachmessen. Hier ist
mit nicht glattem Verlauf der Kennlinien zu rechnen. Aus
diesem
Grunde kann die Kennlinie per sehr kleinen Strömen automatisch per
Software geglättet werden. Mit den neuen Pic's ab Firmware
5.2 hat sich dieser Problem entschärft. Bei
kleinen
Offsetströmen kann man in der Software eine Korrektur
einstellen
("Kalibrierung"). Ein kleiner Wehrmutstropfen dabei ist, daß
dann
Ströme unterhalb des Kalibrierwertes nicht angezeigt werden
(werden weggerechnet). Die Berechnung des Klirrfaktors sollte nicht zu ernst genommen werden. Kleine Wackler im Kennlinienverlauf gehen in die Klirrfaktorberechnung voll ein. Die einzelnen Ungenauigkeiten können sich addieren. Ingesamt ist die Meßgenauigkeit ausreichend und entspricht meinen Vorstellungen. Es werden bessere Werte als mit vielen alten Röhrenmeßgeräten erreicht (in Bedienungsanleitungen alter Geräte habe ich von Meßfehlern von 2% je Spannung/Meßinstrument und 5% Gesamtfehler gelesen, hinzu kommt die Ableseungenauigkeit der analogen Meßinstrumente. Auch dürften viele der oft über 40 Jahre alten Geräte, auf Grund der Alterung, höhere Abweichungen aufweisen ). Dazu kommt, daß ja auch die Heizspannung bei den Uraltgeräten ungeregelt ist. Abweichende Heizspannungen ergeben aber abweichende Messergebnisse. Ich schätze die Gesamtgenauigkeit des neuen RoeTest V5 auf besser als 1% (Summe der Spannungs- und Messfehler). Ungenauigkeit der Röhre selbst: Misst man eine Röhre mehrmals hintereinander, können die Ergebnisse leicht voneinander abweichen (bei einem Röhrenmessgerät mit analogem Messinstrument merkt man dies wahrscheinlich gar nicht). Die Messergebnisse hängen nämlich auch davon ab, was vorher mit der Röhre gemacht wurde. Liegt diese schon länger unbenutzt herum? Hat man diese vorher mit hohem Strom voll beansprucht? Wie lange heizt man die Röhre auf? Manche Röhren werden beim längeren Prüfen leicht besser. Andere wiederum lassen mit der Zeit nach. |
