AC-Millivoltmeter PM2554

Update (23.03.2023) mit  Ergänzungen von Michael Buschmann:
Das Gerät ist jetzt ungefähr 45 Jahre alt und beim Einschalten ging der Zeiger dauerhaft auf Rechtsanschlag. Es lag somit ein Fehler in der Elektronik vor und es wurden alle Elkos untersucht.

Ursache:

Der Glättungskondensator hinter dem Gleichrichter C46 mit 220 uF / 63 V war defekt (leitend) und wurde ausgetauscht.
Die Nennspannung von nur 63V bei einer Aufladung von ca. 56,5 V erschien zu niedrig und es wurde deshalb ein 100 V -Typ eingesetzt.
Interessant war, dass das Kondensator-Prüfgerät keinen Defekt, sondern nur einen Kondensator mit niedriger Kapazität anzeigte. Erst eine Prüfung mit dem Ohmmeter ergab, dass er leitend war. Wegen der Alterung der übrigen Elkos wurden alle getauscht.
Die Nachmessung ergab, dass der Kapazitätsverlust bei den meisten Elkos ganz erheblich war.

Anmerkungen zum Schaltplan:

Im Schaltplan befinden sich Fehler:
1. Die Sekundärwicklungen wurden im Schaltplan vertauscht: Die AC-Spannung, die zum Anschluss X5 führt, beträgt 10 VAC. Die Spannung zum Gleichrichter beträgt 45 VAC. Dies ist umgekehrt eingezeichnet.
2. Die Frequenz des Referenzgenerators wird mit 20 KHz angegeben. Sie beträgt tatsächlich aber nur 10 KHz, wie die Nachmessung und Nachrechnung ergeben hat.
3. Die Spannungsversorgung des Referenzgenerators mit dem HEF4047P erfolgt über eine Z-Diode mit einer Spannung von 6,5 V und nicht, wie eingezeichnet, von 10V.
4. Die Angabe der Stromstärke der Sicherung ist im Text (nicht im Schaltplan) vertauscht: Bei 220 V Netzspannung wird eine 50 mA und bei 110 V Netzspannung wird eine 100 mA Sicherung benötigt. Dies ist im Manual an einer Stelle umgekehrt angegeben.

Anmerkungen zum Referenzgenerator:

Die symmetrische Rechteck-Ausgangsspannung läßt sich (rechnerisch) zwischen 88,6 mVeff und 94,2 mVeff einstellen, wenn man für PIN 10 des Chip eine Ausgangsspannung von 6,45 V annimmt. Diese Rechteckreferenzspannung dient dazu, den Zeiger auf 100 mV abzugleichen. Hierzu muss man den Referenz-Ausgang auf der Rückseite des Gerätes mit der Eingangsbuchse verbinden und das Zeigerinstrument mit dem rückseitigen Trimmer R80 auf Vollausschlag einstellen.
Man erwartet vielleicht zunächst, dass dieses Referenz-Rechtecksignal einen Scheitelwert von 100 mV haben muss, denn hier ist der Effektivwert eines symmetrischen Rechtecksignals genau 100 mVeff.
Da hier jedoch ein Drehspulinstrument verwendet wird, welches für sinusförmige Signale skaliert wurde, muss hier beachtet werden, dass wegen des Sinus-Formfaktors von 1,111 ein Rechtecksignal mit (1 / 1,111 = 0,900) von nur 90 mV (genauer Wert = 90,0316 mV) bereits zum Vollausschlag des Drehspulinstrumentes führt. Aus diesem Zusammenhang ergibt sich auch umgekehrt, dass bei der Ausmessung eines Rechteck-Audiosignals mit dem Gerät der Anzeigewert mit dem Formfaktor 1,111 multipliziert werden muss, wenn man den korrekten Effektivwert erhalten möchte.

Anmerkungen zum "Response"-Umschalter:

Der Schalter (Doppel - Einschalter) an meinem Gerät läßt sich mechanisch betätigen, aber die Kontakte sind durch Oxydation vollständig isoliert und das Umschalten erzeugt daher keinerlei Wirkung. Zerstörungsfrei zerlegen läßt er sich leider nicht. Man könnte die verschweißten Kunststoff - Köpfe ausbohren, aber es ist unsicher, ob sich die Kontakte reparieren lassen und ob man das Kunststoffgehäuse anschließend wieder zusammenkleben kann. Also habe ich ihn durch einen kleinen, 6-poligen Kippumschalter ersetzt. Das geht zum Glück sehr einfach, weil man ihn direkt auf die Frontplatte montieren kann und der Schalter glücklicherweise auch noch in die darunterliegende Chassis-Aussparung passt. Das Anlöten der vier Leitungen ist problemlos möglich und anschließend funktioniert die Umschaltung der Anzeigegeschwindigkeit wieder tadellos. Der ausgebaute Preh - Schalter scheint nur für Netzspannung geeignet zu sein und man wundert sich, warum er an einer solch sensiblen Stelle mit geringsten Strömen ausgewählt wurde.

Anmerkungen zum Netzteil.

Erstaunlicherweise wird der Gleichrichter mit einer hohen Wechselspannung von 45 Vac versorgt, was zu einer mittleren Spannung am Glättungskondensator von immerhin ca. 56 V führt. Die beiden benötigten Versorgungsspannungen für die Elektronik betragen aber nur +15 V und - 15 V (Regler mit diskreten Transistoren). Somit wird 56V - 30V = 26V "verschenkt". Mit einer derartigen Wahl der Transformatorsspannung hat man den Kosten-Vorteil, dass infolge des hohen Innenwiderstandes der Wechselspannungsquelle der Glättungskondensator mit 220 uF relativ klein gewählt werden kann. Außerdem verbessert sich durch den hohen Innenwiderstand im Trafo die Glättung am Kondensator. Trotzdem bleibt der Verdacht, dass große Mengen dieses Transformator-Typs auf Lager waren, die verbaut werden mussten...
Wenn man mit dem Oszilloskop - Spannungen des Millivoltmeters messen möchte, wird man feststellen, dass viele Signale mit einem hohen Brumm-Anteil überlagert werden, obwohl die Elektronik des Philips-Gerätes galvanisch vom Netz getrennt ist (Versuchen Sie z. B. einmal die Ausgangsfrequenz des Referenz-Generators hinter dem Kondensator am Oszilloskop darzustellen). Die Störungen entstehen wohl deshalb, weil das Oszilloskop über seine Eingangsbuchse, die ja mit dem Schutzleiter verbunden ist, ein Bezugspotential zum Schutzleiter herstellt. Diese Störungen treten nicht auf, wenn ein Batterie-Oszilloskop verwendet wird. Da die Entfernung des Schutzleiters an einem netzbetriebenen Oszilloskop gefährlich ist, habe ich keine weiteren Versuche angestellt.

Im Übrigen ist die Masse der Philips-Stromversorgung nicht mit dem Philips-Gehäuse verbunden. Wählt man den Minuspol des Glättungskondensator (C46) als Nullpunkt, so liegt der Nullpunkt der Versorgungsspannung des Millivoltmeters bei ca. 40 V, die + 15V - Versorgungsspannung liegt bei ca.56 V und die 15V - Versorgungsspannung liegt bei ca. 24V! Die von außen zugänglichen Metallteile des Gerätes sind aber mit dem Schutzleider der 220 Vac Stromversorgung verbunden, sodass das Gerät sicherheistechnisch in Ordnung ist.

Anmerkungen zum Abgleich:

Prüft man den Abgleich gemäß Abgleichvorschrift nach, stellt man fest, dass die Werte trotz des Alters ziemlich gut eingehalten werden. Trotzdem ist es so, dass der eine oder andere Wert nachjustiert werden sollte, weil sie ein wenig außerhalb der Spezifikationen liegen.
Wenn man allerdings versucht, an den Trimmern geringfügig nachzustellen, so ist dies wegen der massiven Trimmer-Lackierungen mit Schraubensicherungslack nicht möglich. Man könnte vorsichtig versuchen, den Lack zu entfernen. Ein Test zeigte jedoch, dass dies nur schwer möglich ist und wenn es gelingt, dann gibt der Schleifer keinen ausreichenden Kontakt mehr, zumal der Lack sich teilweise auf der Widerstandsbahn des Trimmers befindet. Es empfiehlt sich daher, vor dem Abgleich neue Trimmer einzubauen, damit man sie ohne Probleme einstellen kann. Ich verwende hier hochwertige Keramiktrimmer von Cermet.

Achtung: Einstell oder Abgleichversuche ohne Montage der diversen Schirmbleche sind sinnlos, weil die Annäherung der Hand in bestimmten Messbereichen bereits ein Verstimmen der Spannungen und Ausschlag des Zeigerinstrumentes erzeugen kann.

Anmerkung zum dB-Wert am Gerätes und dessen Ablesung:

Auf der Skala findet man folgende Information: "0 dB = 1 mW bei 0,775V und 600 Ohm". Dies ist der Audio-Standard, der auch mit "dBu" bezeichnet wird und der Norm-Pegel beträgt hier 0,775 V ( = 0 dBu).
Möchte man mit einem Multimeter (z.B. HP34401A) den dB-Wert des Millivoltmeters überprüfen und mit der Anzeige des Philips-Gerätes vergleichen, so muss das Multimeter vor der Messung zunächst auf 600 Ohm eingestellt werden (beim Einschalten des HP-Multimeters wird ansonsten immer automatisch 50 Ohm eingestellt). Das Philips-Millivoltmeter zeigt immer den Effektivwert der angelegten Sinus-Spannung an.

Die Ablesung des dB-Wertes am Zeigerinstrument des Millivoltmeters erfolgt wie folgt:

Ablese-Beispiel 1:
Das Millivoltmeter ist auf den Messbereich "100 mV / -20 dB" eingestellt. Zeigt der Zeiger dann auf +1 dB ist der dB-Ablesewert wie folgt zu errechnen: +1dB - 20 dB = -19 dB ( = 86,9 mVeff).

Ablese-Beispiel 2:
Das Millivoltmeter ist auf den Messbereich "1 V / +0 dB" eingestellt. Zeigt der Zeiger dann auf +1 dB ist der dB-Ablesewert wie folgt zu errechnen: +1dB + 0 dB = +1 dB ( = 869,1 mVeff).

Nach der Reparatur:
Es ist erstaunlich, über welche Genauigkeit dieses Philips AC-Millivoltmeter PM2554 auch noch nach fast 50 Jahren verfügt, bevor es neu abgeglichen wurde: Ein Vergleich verschiedener Geräte ergab folgende Werte:
Die Frequenz bei allen Messungen betrug 10 KHz.
Keine Terminierung der Messleitung.
Einstellung des Multimeters bei der dBm-Messung auf 600 Ohm (wie dies die Philips-Skala auch fordert).

Marconi 2955B    Multimeter 34401A         Philips PM2554
100.  mVeff      99,758 mV                 100 mV
774.  mV         -0,0069 dBm (600 Ohm)       0 dB (600 Ohm)
 77,4 mV        -20,018  dBm (600 Ohm)     -20 dB (600 Ohm)

Gerald Lippert, 05.Mar.24

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