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KH523 直流电压/电流标准源 维修

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发表于 2012-5-6 19:34:03 | 显示全部楼层 |阅读模式
前段时间,维修了一台KH523,KH523是一台Precision DC Source/Calibrator,精密直流源/校准器,制造商是Krohn-Hite

A.  

Krohn-Hite公司

Krohn-Hite公司

首先初步介绍Krohn-Hite(克罗恩-海特)公司:http://www.krohn-hite.com/
Krohn-Hite,于1949年成立,主要设计、开发和生产电子仪器,当然也是生产高准确度、高稳定性的测量标准的公司,可能大家对KH比较陌生,那么EDC公司(Electronic Development Corporation 电子发展公司)也许应该有所耳闻,1998年4月,KH公司收购了EDC公司在马萨诸塞州波士顿的校准产品线,进入了校准设备市场,其产品主要覆盖DC和AC二级标准源、跨导放大器、非常稳定的低噪声放大器以及滤波器。

B.

KH523

KH523

接着介绍KH523,KH523的前生就是EDC公司的EDC521/522直流电压/电流标准源,而KH523又有别于521/522,采用了MCU控制单元,更智能化,可与PC进行通信,便于自动化生产使用,具有4Wire/2Wire、自动Temp.Offset (环境温度修正)等功能。
那么我们看看KH523的指标吧:

KH523Special

KH523Special

也许大家有点不敢相信了,这个仪器的准确度和短期稳定性这么高? 是的,起初我也不敢相信,居然和8 1/2 DMM 3458A std几乎平级(3458AStd 忽略影响分量,DCV最优点11V Range:8ppm),无论是相对不确定度还是绝对不确定度都很不错,(我之前看到了几份计量所出具的证书,居然盖上了CNAS章,一般的计量机构可没这个能力,而且量值的表示错误百出,也太不负责任了吧,发个牢骚,呵呵)。


 楼主| 发表于 2012-5-6 19:34:36 | 显示全部楼层
C.维修篇
由于是用上班的空余时间,又和KH公司反复邮件交流,所以维修的过程比较漫长,起初听管理设备的同事说,一开始是GPIB板出了问题,就有人将GPIB接口板拆下,并寄到了KH原厂维修,来回颇费周折,估计花费不小[s:28],结果当GPIB板返回后,装机仍然出现问题,结论是计量时测量结果很差,不能使用(不过现在的很多行业,都是利字打头,多数都是不负责任的),然后使用部门准备将其报废,一台KH523将近12W,就这样报废太可惜了,所以决定进行维修,借此机会可以学习一下KH523。

维修,首先从了解KH523开始,于是下载了KH523的操作与维护手册 KROHN-HITE 523 Manual.pdf (799 KB, 下载次数: 94) ,业余时间就给这个手册占领了,哈哈,仔细读Manual也是一件很美好的事...
手册看差不多了,了解到KH523可以与3458A进行外校正,KH公司对8 1/2 DMM 3458A有不少的了解,NPLC=200,Warm up=4Hours and ACAL,对测量线的要求是Low Thermal EMF,还好手边有3458A,可以随时派上用场,先用小表去查查问题,发现KH523有正极性输出,负极性无输出,Compliance Limits的LED亮,BEEP声不断,决定开盖看电路:

1.整体布局:
可以看到电源部分采用环牛变压器,但是没有相应的屏蔽措施,用了不少的铝壳功率电阻,当然也有不少的金属泊电阻,从PCB整体Layout看,布线一般。

移除顶盖

移除顶盖


2.基准部分:
显目的一个黑匣子,上面写着REFERENCE,器件编号:KHREF3,美国制造

KH523-Ref

KH523-Ref

达到KH523指标的基准芯片:LTFLU-1(不可能,这可是Linear & FLUKE 的定制芯片),SZA263(也不可能,这是Fluke向Motorola定制的RefAMP-参考放大器,早就停产),也许是LM399/399A(当然不排除LM199/299啦)、LT1021。。。,或者Cirrus Logic旗下THALER(现在Datasheet是APEX了)的VRE VRE100.VRE101.VRE102.pdf (347 KB, 下载次数: 35) 系列,当然也不排除MAX63XX,还有其他型号,由于采用注塑封装就不拆开确认了,留一点猜想。。。
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公布答案:
LM399.JPG

在这个基准模块边上有张Mark,这下基准芯片的型号基本确定:99.9% 是LM399/399A,但不知使用的是NSC( 美国国际半导体)还是Linear(凌特)的,目前也只有Linear一家了。
V ref 6.173500V 06-25-08  这应该就是出生证明了,标定电压:6.173500V,不要忽略了末尾的00,这可是代表准确度的,同时也表明了所采用的设备的能力,。。。,08年06月25日

奇怪的事情又来了:
LT1236-5.JPG
又多了一个基准,LT1236-5,5Vref,这个指标5ppm/℃的ref ,估计应该是电源部分的吧...

3.金属泊电阻:
采用了N 多的Alpha Electronic的金封金属泊电阻 AE HC HD HG Ultra-Precision Resistor.pdf (276 KB, 下载次数: 22) AE HK HL Zero-TCR Ultra-Precision Resistor.pdf (265 KB, 下载次数: 18) 和Vishay的塑封金属泊电阻,群里的都知道,就不班门弄斧了...

AE ZoilR-1

AE ZoilR-1


AEZoilR-2

AEZoilR-2


AE ZoilR-3.JPG

4.运算放大器:
LTC1250.JPG
在基准下面: LTC1250,超低噪声零漂移运算放大器,看看Datasheet:
Very Low Noise: 0.75µV[sub]P-P[/sub] Typ, 0.1Hz to 10HzDC to 1Hz Noise Lower Than OP-07Full Output Swing into 1k LoadOffset Voltage: 10µV MaxOffset Voltage Drift: 50nV/[sup]o[/sup]C MaxCommon Mode Rejection Ratio: 110dB MinPower Supply Rejection Ratio: 115dB Min
不难看出,这是用于基准芯片LM399A的6.1XV到10V的变化OP,附近也采用了金封金属泊电阻和塑封金属箔电阻

OP497.JPG

AD的OP497,精密、皮安级输入电流、四通道运算放大器,极低失调电压(小于50µV)和低漂移(小于0.5µV/°C),共模抑制CMR超过120dB,电源抑制比PSR超过120dB,开环增益超过2000 V/mV,在25°C时的输入偏置最大值为150pA。
整个电路中运算放大器用了很多,ADI,Linear,TI的。。。

5.放大器部分:
采用了Cirrus Logic旗下的APEX公司PA15,对于Audio的发烧友,Cirrus Logic应该不陌生,著名的动态范围达到120dB/24bit/192kHz 采样率的DAC-CS4398就是出自这家公司。
PA15是功率放大器IC PA15FLU_G.pdf (581 KB, 下载次数: 24)

KH523-Amp

KH523-Amp


6.DAC部分:
DAC.JPG

比较奇怪的是:采用了两款DAC,其中一款是Linear的LTC1446-双12bit的轨至轨(带运放Rail-to-Rail)的DAC,另一款是MAXIM的MAX541-串行输入电压输出型16bit DAC,估计16bit的是控制电压的DAC,而12bit的控制电流。。。
DAC-2.JPG
这下把前面5Vref的LT1236-5找到了,原来用5V电压其实是给DAC芯片供电

7.电流取样电阻Shunt:

Shunt.JPG
采用Vishay威仕公司的VHP-3 电阻,阻值100ohm,准确度0.01%
VHP-3.JPG
这款电阻老大文章有详细介绍,在100ohm阻值时指标很不错,温度系数5ppm/℃

电路了解到此结束...
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起初的维修总是围绕着Compliance Limits亮和BEEP声, 电路中管理这部分的是一个TL071运放,电路构造是一个电压比较器,好在采用插座安装,换了一个TL071故障依旧,后来想想不对,负极无输出才是问题关键,查电源电路,PA15直接查起

PA15.JPG

Pin5是负极供电,用表一测,居然没电压,OK,主要问题找到了,电源故障就好修多了,可是没有发现有问题的器件,也没有任何异味,一时没了时间,无意间到KH官网发了Email给service@krohn-hite.com,一场Email开始了,老外很是热心帮助的...
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 楼主| 发表于 2012-5-6 19:34:58 | 显示全部楼层
D。校正篇
8  1/2 DMM 3458A预热4Hours,早上进单位先溜去使用部门(TE/TD),和同事说好,帮忙看着设备,中午吃完饭真好差不多3458A达到均热,中午休息时间进行外校正,测量线采用C50宇航级铁氟龙线,2根双芯屏蔽,香蕉头采用MC的可拆卸式,便于转换VHP-4、3458A与KH523直接接线。

-----占位

先发张图片。。。

finished

finished
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 楼主| 发表于 2012-5-6 19:35:26 | 显示全部楼层
E。心得与感谢篇

--------------------占位
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发表于 2012-5-6 19:40:00 | 显示全部楼层
占位,学习
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发表于 2012-5-6 19:43:03 | 显示全部楼层
听课学习
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发表于 2012-5-6 19:50:36 | 显示全部楼层
进来学习。
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发表于 2012-5-6 20:29:51 | 显示全部楼层
不错,有玩的目标了
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发表于 2012-5-6 21:09:01 | 显示全部楼层
小高,,处理给我算了!!
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发表于 2012-5-6 21:11:13 | 显示全部楼层
高手啊!小辈学也学不会
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发表于 2012-5-6 21:19:12 | 显示全部楼层
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发表于 2012-5-7 00:45:17 | 显示全部楼层
感觉里面的做工和惠普的不能比
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发表于 2012-5-7 13:29:10 | 显示全部楼层
公司里面也有这东西,没坏~~~嘎嘎
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