Der Tektronix P6042 ist ein Strom-Tastkopf für DC bis 50MHz Messungen von ca. 5mA bis 10A.
Sie erschien gegen 1967 auf dem Markt. Trotz ihres Alters ist sie auch heute noch mehr als konkurrenzfähig und ein wertvolles Werkzeug.
Anders als bei ihren Nachfolgern ist der Tastkopf fest mit dem Verstärker verbunden und dieser ist in seinen Spezifikationen und Kompensation exakt auf den Kopf abgestimmt. Kern des Ganzen ist der Kopf, der aus einem geteilten hochpermeablen Kern besteht, in den ein Hall-Element eingelassen ist. Hall-Elemente können Gleichströme und niederfrequente Wechselströme erfassen. Zur Erfassung höherfrequenter Ströme ist der Kern zusätzlich mit 25 Windungen Spulen umwickelt. Im Verstärker werden beide Frequenzbereiche passend zusammengesetzt.
Um kleine Wechselströme erfassen zu können bedarf es eines hochpermeablen Kerns. Damit dieser nicht bei kleinsten Gleichströmen sättigt sensiert das in den Kern eingelassene Hall-Element die magnetische Feldstärke. Ein Verstärker setzt die Hall-Spannung in einen Strom um und speist diesen in die Sensorpulen so ein, daß der magnetische Fluß im Kern genullt wird.
Ein höher frequenter Signalwechselstrom wird unmittelbar mit der Sensorspule erfasst.
Für entsprechende Empfindlichkeit und Linearität müssen die Kerne äußerst exakt gearbeitet sein und präzise übereinander positioniert sein. Die Kernhälften der P6042A sind fein geläppte Präzisionsteile mit zusätzlicher doppelter Mu-Metall-Schirmung. Wenn der verschiebbare Schlitten der oberen Kernhälfte fast schon geschlossen scheint muß der Betätigerknopf noch etwas weiter geschoben werden. Eine kleine Zunge rastet dann in einen Schlitz im unteren festen Teil ein und über eine kleine Kugel drückt eine Federplatte die Kerne für einen kleinst möglichen Luftspalt fest aufeinander. Erst dann gibt ein elektrischer Kontakt den Tastkopf, bzw. den Verstärker frei und das rote "Probe unlocked" Lämpchen an der Frontplatte erlischt.
In den unteren, feststehenden Teil ist zusätzlich das Hall-Element eingelassen. Die beiden Gebilde sind mit Epoxy in den Mumetall-Schirmwännchen vergossen.
Leider sind diese Gebilde auch mechanisch empfindlich. Bei vielen als defekt angebotenen P6042 ist der Kern beschädigt .... und der ist leider unreparierbar. Ersatzkerne sind kaum noch zu bekommen und wenn muß man darauf achten, daß auch die für jeden Kern individuellen Abgleichwiderstände beiliegen.
Auch im Verstärkergehäuse finden sich einige sehr spezielle und viele eng tolerierte und hoch selektierte Bauteile. Aber das meiste kann immer noch geserviced werden, oder durch neue Baugruppen ersetzt werden.
Für Tektronix dieser Jahre üblich ist der getriebene Aufwand extrem. Alle Transistoren sind gesockelt, Päärchen präzise gematched und thermisch gekoppelt, die Platinen dick vergoldet. Das Gehäuse besteht aus einem Außenrahmen und einem verstrebten Einschubteil welche durch eine einzige Schraube verbunden sind. Selbst die 330µF Netzteil-Elkos haben noch über 400µF und einen ESR unter 0,3Ohm!!
Beim ersten Einschalten sah alles zunächst gut aus. Der DC-Offset ließ sich jedoch nicht gut einstellen. Zu grob und sprunghaft. Also mal das Service-Manual studiert und Testpunkte gemessen. Teils waren die Werte etwas verstellt und mssen neu kalibriert werden, aber eigentlich alles im grünen Bereich ... bis auf den Eingangsoffset des Hall-Verstärkers. Dieses Spezialteil (Bezeichnung M18) in einem OPAmp ähnlichen Gehäuse mit 12 Beinchen stellte sich dann aber doch auch als ok heraus. Also ging die Fehlersuche weiter in Richtung Tastkopf und es schien, als sei möglicherweise das Hall-Element nicht in Ordnung. Bingo! Beim bewegen des Tastkopfes gab es wieder diese Offset-Sprünge und nun war recht schnell die ungefähre Stelle am Kabel ausgemacht wo es wohl einen internen Schluß gebe musste ..... wie so oft liegt die Stelle gleich hinter der Zugentlastungs-Hülse. Das Kabel ist eine Spezialausführung für die es vermutlich auch keinen direkten Ersatz gibt. Zum Glück ist es ziemlich lang und konnte um ca. 20cm gekürzt werden.
Der Tastkopf funktioniert wenigstens jetzt erst einmal wie er soll und muß aber noch neu eingestellt und abgeglichen werden.
Als er 1967 erschien kostete der Tastkopf 625$, was ca. 4.000$ nach heutigem Kurs entspräche. Moderne Tastköpfe und Verstärker für DC und AC von Markenherstellern kosten durchaus ähnliche Summen, funktionieren prinzipiell gleich und sind kaum besser. Ihnen fehlt aber die vergeichsweise leichte Servicebarkeit und vermutlich sind sie auch nicht annähernd so langlebig.
Die weiterführende Untersuchung zeigte dann, daß die Degauss-Schaltung nicht funktionierte. Es ließ sich zu einem Elko (C65) zurück verfolgen der total platt war. Dieser Elko generiert die abklingende Amplitude des Degauss-Oszillators. Durch den Defekt war die Kollektorspannung der Oszillator-Transistoren dauerhaft abgeschaltet. Durchschneiden eines Beinchens und die temporäre Verbindung mit einem neuen 100µF Elko brachte umgehend schöne Oszillationen jedoch nur mit etwa 100ms statt der spezifizierten 200ms Dauer. Entweder gibt es noch zu findende Leckagen, oder die 100µF Elkos die TEK einsetzte wiesen eher um 200µF Kapazität auf.
Weiter zeigte sich, daß der Degauss-Schalter und der current/div Schalter mal gereinigt werden sollten und ich werde das DC-Offset- und das current/div balance Poti wohl gegen mehrgängige Typen z.B. aus Vishays 534-Baureihe oder ähnlichem tauschen.
In Kurz .... es steht eine komplette Überholung an.
Mittlerweile habe ich nicht nur die einzelnen Baugruppen in LTSpice gehackt und simuliert, sondern auch in den Tiefen der LinearTechnology App-Notes eine Ersatzschaltung von Jim Williams für die spezielle OPAmp Schaltung M18 gefunden und simuliert.
Der Ausgangsverstärker erwies sich als grundsätzlich lineare Verstärkerstufe mit sehr hoher Verstärkung. Erstaunlich wie Tek es schaffte mit im Grunde nur vier Transistoren 60dB Verstärkung bei 50MHz Bandbreite zu erzielen. Verständlich auch, daß mehrere einstellbare Kompensationsnetzwerke und stark selektierte und gepaarte Transistoren nötig wurden.
Vielleicht wird es ein zukünftiges Projekt, die gesamte Elektronik neu aufzubauen.
Mit modernen schnellen OPAmps sollten sich Verstärker mit vergrößerter Bandbreite und besseren Werten, sowie weniger Kompensationsaufwand bauen lassen. Der Taskopf selbst besitzt offenbar Potential für 100MHz Bandbreite.
Das Redesign dürfte auch Problemstellen wie z.B. die deutliche Temperaturempfindlichkeit angehen.