El voltímetro de corriente alterna con lectura de precisión y gama extendida HP-400H es un ejemplo del aparato especializado para laboratorio electrónico; no por casualidad este modelo fué anunciado para "extreme accuracy measurements". Existen, sin embargo, dos versiones diferenciadas con denominación 400H, lo que causa cierta confusión. Hay un primer modelo 400H que es casi igual al modelo 400D, y luego un 400H final, más modificado, que es el que se describe en esta página.

El primer modelo 400H es de 1956, y es un 400D (1954) con modificaciones repartidas en distintas unidades bajo la letra H, se podría decir que es el "modelo 400H/D". Incluso hay un manual de 1957 que muestra los dos modelos pero no aclara diferencias entre ellos, sólo indica que las válvulas V1 y V2 (6CB6) han sido cambiadas por 6DE6 por "apparent superiority with respect to microphonics", pero en el modelo final vuelven a ser 6CB6. La intención de diseñar en tan poco tiempo un nuevo modelo era ofrecer un voltímetro de más precisión, el 400D ofrecía una precisión del 2% y el "400H/D" del 1%. La diferencia del 1% en precisión transformaba $225 en $325, 45% más caro. Parece ser que el precio estaba claro, lo que no lo estaba es el diseño. En resumen, el modelo 400H inicial es un modelo en evolución de diseño, pero final en precio.

Desde inicios de los 50 hp ya introdujo circuitería de circuito impreso complementando la circuitería punto a punto. De ello resultaba un concepto circuital híbrido dentro de la tecnología de aparatos a válvulas. Este tipo de circuitería a veces da como resultado que la localización de los circuitos impresos en el chasis complica la reparación, y eso sucede aquí. El 400H lleva 3 placas de circuito impreso, una doble marcada 400D75G, con componentes de la fuente de alimentación electrónica por un lado, y por el otro componentes de las líneas de alimentación al amplificador; otra marcada 400D75F con la sección rectificadora del medidor y componentes del circuito de contrarreacción del amplificador; y la última marcada 400D75C lleva los componentes del atenuador de entrada. La referencia común '400D' de las placas indica claramente que el circuito del 400H es heredero directo del modelo 400D.

El segundo modelo 400H es de 1960, el diseño diferencial está consolidado, y la diferencia de precio ahora ya está más justificada. El instrumento medidor ha sido optimizado para mejorar la precisión de lectura, ahora cada instrumento se calibra individualmente, revelando con ello que el nivel de precisión utilizando instrumentación electromecánica tenía sus límites. El paso de entrada de señal está también optimizado, y se añade tensión bias (R119) a las tres últimas válvulas de la cadena amplificadora, incluyendo además ajuste de respuesta a frecuencias muy bajas (R118). Los paneles frontales y esquemas de los dos modelos 400H se pueden ver abajo. Ambos tienen una salida OUTPUT que sirve para utilizar el aparato como un preamplificador de audio de banda ancha dando a fin de escala unos 0,15 VCA de salida de señal a una impedancia de 50 ohmios, el nivel de salida depende del nivel de entrada, y se evidencia en la lectura del instrumento.

Reparación Hewlett-Packard 400H voltímetro de precisión para CA

La unidad que se muestra corresponde al modelo final de 1960 y proviene de la filial de hp en Alemania. Por la fecha de las válvulas originales (1962) debió de fabricarse en 1963. Las fotos de las tres primeras líneas son del proceso de reparación, y los gráficos de la línea de abajo muestran el esquema del HP-400H final, la publicidad que demuestra la evolución del modelo, y el panel del HP400H/D junto con su esquema. En cuanto a localización de ajustes, en la placa de contrarreacción se puede ver R107 (nivel de contrarreacción en frecuencias medias-bajas) y C102 (trimer de compensación en frecuencias altas); en la placa del atenuador C4 (trimer de compensación de frecuencia) y R101 (nivel de entrada); sobre el blindaje del conmutador están los trimers C14 y C16 de compensación de muy alta frecuencia; y sobre el chasis los ajustes de muy baja frecuencia R118 y BIAS R119.

Esta unidad, al estar muy usada, es un buen ejemplo para constatar los problemas que se encuentran reparando aparatos antiguos de estado muy usado, que además casi siempre han tenido reparaciones previas. Al ser aparatos de metrología no se pueden reparar en plan "ir por faena", requieren atención completa y pueden dar bastante trabajo. El que sean antiguos no justifica que sean imprecisos, y aunque es imposible que aparatos analógicos den niveles de precisión digital, la lectura por aguja tiene ventajas que la lectura por número no tiene, como por ejemplo evaluar graficamente variaciones respecto a una posición. En cuanto a la reparación, sumando tiempo transcurrido a uso intensivo, lo normal es que estos aparatos, aunque fuesen de muy alta calidad, tengan ahora una buena cantidad de averías repartidas entre evidentes y ocultas.

De entrada podemos hacer la prueba más sencilla: comprobar la tensión de línea (230V 50cs) y ver si la fuente de alimentación estabilizada responde correctamente a variaciones (no lo hacía). En cuanto a las válvulas se puede esperar que funcionen, pero estarán más bién gastadas (lo están). Luego hay que ver si tenemos los habituales fallos de contacto de conmutador (los había), y comprobar el posible calentamiento de algún condensador electrolítico por años de no uso, o lo peor: por muchísimo uso; pero muchos electrolíticos se salvan (consultar "Evaluación de condensadores en electrónica antigua"). El más problemático era el condensador de entrada de filtro de 2x20 µF (de un cuádruple de 4x20 µF) que se calentaba bastante por fuga evidente. En la parte amplificadora, la sección del dual de 2x1500 µF que quedaba arriba de V3 estaba seca, ya había sido reparada sustituyéndola por un condensador externo (no es buena idea colocar un electrolítico de manera que reciba de lleno todo el calor de una válvula). Hay dos electrolíticos de 50 µF de bajo voltaje que estan exudados y se sustituyen. Todos los trimers cerámicos de compensación de frequencia habían perdido mucha capacidad con la consecuencia muy grave de no poder llegar a la capacidad operativa. Se sustituyen C14 (de 5 a 20 pF) y C16 (de 7 a 45pF) montados en una regleta remachada al panel de blindaje (ver foto), lo que no es precisamente una buena idea, ya que tal como indica el manual eso implica desoldar cables para acceder al conmutador. Aprovechando el cambio se sustituye la regleta, que ahora es más compacta porque los nuevos trimers son más pequeños, y al sujetarla con un tornillo ahora es posible acceder facilmente al conmutador sin tener que desoldar nada. Se sustituye el trimer de contrarreacción de alta frecuencia C102 (de 4 a 50 pf) que estaba totalmente sin capacidad, y por el mismo motivo el trimer de compensación de frecuencia C4 (de 1,5 a 7 pF), pero no ha sido necesario quitarlo, como la pérdida de capacidad lo ha dejado convertido en un simple aislante se ha podido utilizar de soporte para montar encima el nuevo (ver foto), evitando así el considerable engorro de desmontar la placa de circuito impreso del atenuador de entrada. El condensador de 47 KpF 600V que aísla la CC de la AC en INPUT estaba cruzado. Todas las válvulas estaban bastante usadas, para las del amplificador se ha ideado un procedimiento para aprovecharlas (ver ajuste), las más sensibles para un funcionamiento correcto son las de la fuente de alimentación. Aunque la rectificadora era perfectamente aprovechable se ha sustítuido para bajar el tiempo de carga del aparato (ver descripcion abajo). El condensador dual de 2x1500 µF 15 V montado en chasis con una sección seca fue sustituído por dos condensadores modernos, mucho más pequeños, que se montaron en una regleta por debajo del chasis dejando ahora espacio libre por arriba (ver fotos). Aprovechando ese espacio se montan en paralelo 2 condensadores de 16 µF sustituyendo así la sección dañada de 2x20 µF, con lo que el al aparato queda con una apariencia interna similar al primer modelo 400H(D). Las láminas de contacto del conmutador fueron limpiadas, previo desmontaje parcial del conmutador, usando palitos de algodón impregnados con limpiametales Tarni-Shield de 3M (ver ejemplo con/sin arriba), luego hay que lavar con palitos humedecidos con agua y secar con otros humedecidos con alcohol. Finalmente la unidad fué reajustada (ver descripcion abajo).

Con todo este trabajo el aparato ha quedado perfectamente preparado para uso actual, si no se hace implica tenerlo sólo para ocupar espacio y acumular polvo. El escalado del conmutador es excelente y sin fallos de contacto, la respuesta de frecuencia homogénea, y la precisión muy buena (la posición de la aguja en el instrumento de medida es gráficamente equivalente al número dado por un digital), sólo existe una ligera inestabilidad a indicación cero que muy probablemente se deba al envejecimiento de V7 y/o V9 (las dos únicas válvulas que no se han podido comparar con nuevas). La señal en OUTPUT es excelente, pero invertida en fase con relación a la de INPUT y a la del medidor, lo cual es totalmente correcto porque la señal procede de la salida de cátodo de V5, no de su placa.

Aparato en línea con la producción sofisticada clásica hp de los años 50. La "ultima moda" en sofisticación técnica de esa época eran las fuentes de alimentación con filtrado y estabilización electrónica. Habría que preguntarse si la inclusión de este tipo de fuente de alimentación contribuye realmente a ofrecer un resultado diferencial decisivo, bien ajustadas son muy eficaces, pero también muy calurosas y susceptibles a desgaste valvular, significando este concepto que una válvula debe reemplazarse antes de envejecer porque el circuito requiere la prestación de diseño. La fuente de alimentación clásica a filtro self/condensador y válvulas reguladoras es menos susceptible de desgaste y realiza su trabajo con eficacia muy similar. Muchas fuentes de alimentación modernas son la extensión de la misma idea pero con la ventaja de utilizar circuitería "fría".

Un diseño casi idéntico fué utilizado por Collins en la fuente de alimentación del receptor militar R-390 (pasar el mouse sobre el esquema), para luego volver a la fuente de alimentación clásica en el modelo R-390A. Las diferencias entre ambos esquemas radican en que los componentes usados en el R-390 son para dar más potencia ya que el consumo del receptor es muy superior al del voltímetro.

Esta fuente de alimentación sustituye la self de filtro y el electrolítico de salida por un circuito electrónico aplanador de la CC pulsante. Esta compuesta de 4 válvulas:

1. 6AX5 (V6), rectificadora de onda completa, más un condensador de filtrado de 2 x 40 µF, que es la parte de entrada de un filtro clásico.
2. 12B4A (V7), constituye un regulador serie que sustituye a la self de filtro. Esta válvula soporta toda la intensidad de consumo del aparato, y actúa como una resistencia variable en serie con el circuito de carga cuyo valor óhmico depende la la tensión de su rejilla de control. La resistencia shunt R57 deriva de V7 una pequeña parte de la intensidad de consumo protegiendo una excesiva disipación de V7, por ello hace un poco de "trampa" en la regulación, pero queda compensada por la existencia del condensador de entrada de filtro C30.
3. 5651 (V9), reguladora de tensión, proporciona una tensión de referencia fija a V8A (6U8, parte triodo).
4. 6U8 - ECF82 (V8), que es la válvula controladora, y se compone de dos partes:
• Esta es la parte triodo de V8 y conforma el detector de variaciones de tensión a la salida de la válvula reguladora V7. La tensión de su rejilla la proporciona V9, y es una tensión siempre fija. La tensión de su placa es la salida de tensión de V7, la cual puede variar. La tensión en su cátodo se crea mediante una resistencia en serie com masa R60 (18 Khoms) cuyo valor se calcula para que V8A trabaje dentro de las características de diseño de tensión entre placa y cátodo, y de tensión entre rejilla y cátodo (polarización, 87 - 90 = -3 V). La diferencia entre las tensiones de rejilla y cátodo controlan el punto de trabajo de V8B, pero como la tensión de rejilla de V8A es fija, sólo cuando la placa varíe variará la tensión en el cátodo, el cual esta conectado al catodo de V8B. La resistencia R63 y el condensador C35 conectados a su rejilla forman un filtro pasabajo que evita que el ruido (señal de CA) generado por V9 llegue a la rejilla de V8A.
• Esta es la parte pentodo de V8 y conforma el regulador de tensión de rejilla de la válvula V7. Cualquier variación en el cátodo de V8A afecta a su cátodo, lo que producirá una corrección de polarización de su rejilla, y por lo tanto una variación en la tensión de su placa, la cual esta asociada a la rejilla de V7. Esta tensión se calcula para polarizarla correctamente, y corresponde a la diferencia entre la tensión que llega a su rejilla (placa de V8B) y la que sale por su cátodo (tensión de salida). El rizado de la tensión de salida constituye una corriente alterna que se neutraliza inyectándola en la rejilla de V8B a través de C36, y saliendo por la placa en fase opuesta, la cual está conectada a la rejilla de V7, y R62 es la resistencia que proporciona la tensión diferencial de polarización con el cátodo, 88 - 90 = -2 V. R62 y R64 forman un divisior de tensión con el que se puede ajustar la tensión de salida del circuito ya que ese divisor controla la polarización de V8B. R55 y R56 es el divisor de tensión que alimenta la rejilla pantalla de V8B. R59 es una resistencia que forma parte de la carga total de placa, y R67 es una resistencia filtro de entrada para V7.

Este bucle de retroalimentación produce una tensión corregida en la salida de cátodo del triodo regulador serie que corrije las variaciones de CC, ondulación, y efecto de carga. Para que todo ello se produzca con la suficiente rapidez la ganancia del pentodo controlador (V8) debe ser alta. Este diseño tiene la ventaja que se evita el peso de la self de filtro, pero el inconveniente que tiene desgaste y genera más calor. El osciloscopio da a salida del filtro una linea casi totalmente horizontal, lo que prueba la eficacia de estas fuentes de alimentación, padres de las actuales.

Ajuste del HP-400H final.

Nota: Como se ha dicho, hay dos versiones de este voltímetro. En los manuales para la versión final con bias (ésta) se describe un procedimiento basado en el uso de aparatos especializados de fabricación propia, lo que resulta actualmente impracticable, pero para el ajuste de la versión sin bias se refiere a procedimientos más standard de ajuste. Leer ambos procedimientos da como resultado una cierta confusión, por lo que el procedimiento definido más abajo no es ni uno ni el otro; con la base de ambos se ha diseñado uno nuevo para que el ajuste actual de este aparato pueda realizarse sin complicaciones. El procedimiento permite usar un HP-400H hasta el límite de sus válvulas, es decir, sin tener que sustituírlas cuando queden situadas fuera del rendimiento máximo; hacer grandes desembolsos en aparatos muy usados no sale a cuenta.

Este voltímetro debe tener cubrimiento de frecuencia hasta 4 Mcs, y tiene un diseño similar al amplificador de vertical de un osciloscopio, por ello resulta mucho más complejo de ajustar que el Heathkit AV-3, que sólo cubre hasta 400 Kcs. Se debe de disponer de un generador de BF y otro de RF, ambos con calibración de salida (se han usado el Metrix 814, descrito en esta sección, y el URM-25, descrito en la sección EN).

El voltímetro esta dividido en dos grupos internos de tensiones: bajo, que va de .001 voltios a .3 voltios, y alto que va de 1 a 300 voltios. Estos grupos tienen su propia escala de voltaje de 6 posiciones en panel, izquierda y derecha, que forman las 12 posiciones del conmutador. El grupo alto (1-300) requiere un atenuador a la entrada para que así pueda ser tratado posteriormente como si fuese una entrada de grupo bajo (.001-.3). Este atenuador que se inserta en la entrada del grupo alto conforma una sonda divisora por capacidad, que es muy similar a la de entrada de vertical de los osciloscopios, y lleva corrección de frecuencia mediante C4 y R101. Cada grupo se distribuye en dos escalas de medidor: 0-1, y 0-3.

El 400H final tiene 8 ajustes:

1. R107 en el bucle de realimentación negativa. Ajusta ganancia del amplificador por realimentación negativa en frecuencias medias y bajas, y corrige distorsión.
2. C102 HIGH FREQ COMP en bucle de realimentación negativa, se combina con R107 en paralelo. Ajusta ganancia del amplificador por realimentación negativa en muy alta frecuencia (4 Mcs).
3. C4 en el atenuador de entrada. Ajusta el atenuador en alta frecuencia para el grupo alto al quedar incluído en serie con la entrada (1-300, afecta a las posiciones de conmutador a la derecha). Viene ajustado aproximadamente a media capacidad (sombra media luna vertical hacia la derecha).
4. R101 en el atenuador de entrada. Ajusta el atenuador en baja y media frecuencia para el grupo alto (1-300). Va en paralelo con la entrada y forma un divisor resistivo de CA con C4.
5. R118 LOW FREQ RESPONSE es el ajuste exclusivo para frecuencias menores de 100 Cs. Actúa en el paso amplificador V4 - V5 interviniendo el desplazamiento de fase del condensador de paso a frecuencias muy bajas. Cuando el desplazamiento de fase se incrementa, la contrarreacción a la frecuencia disminuye, y por lo tanto la ganancia para esa frecuencias se incrementa.
6. R119 (BIAS positivo). Afecta la transconductancia de V3, V4, y V5, ajusta ganancia por ancho de banda y limita la respuesta en alta frecuencia.
7. C14 en el selector de entrada es la compensación de muy alta frecuencia para la posición .003 que también queda conectado en posición 3.
8. C16 en el selector de entrada es la compensación de muy alta frecuencia para la posición .01 que también queda conectado en posición 10.

El HP-400H/D (modelo inicial) no tiene R119 (BIAS), ni R118 (LOW FREQ RESPONSE), ni R101 (nivel BF atenuador).