Réparation entrées BNC Oscilloscope TEKTRONIX TDS220

21 novembre 2013

Réparation entrées BNC Oscilloscope TEKTRONIX TDS220

Réparation entrées BNC Oscilloscope TEKTRONIX TDS220

1   Le problème
2   Les démontages
3   La réparation
4   Essais et conclusions

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Avant propos

J'ai eu l'opportunité d'acheter un oscilloscope ("oscillo") TEKTRONIX TDS220 en bon état et pas trop cher, mais j'avais quelques problèmes avec les embases BNC des entrées 1 et 2 qui remuaient et donnaient parfois des signaux bizarres et aléatoires.
(pour les novices, un oscillo est un appareil qui permet le déverminage des problèmes électroniques, et lorsqu'il est lui-même la source d'autres problèmes, alors ça devient assez insupportable et une perte de temps non négligeable.
J'ai donc pris le taureau par les cornes !...)

J'avais d'abord incriminé une sonde, mais il a fallu se rendre à l'évidence, c'était bien interne à l'oscillo !
Alors après en avoir eu assez de ce manque de fiabilité qui énerve, je me suis décidé à risquer le tout pour le tout.
C'est toujours ainsi que cela se termine quand le bénéfice devient plus important que le risque…

En effet les mesures surprenantes avec une masse qui "titille" se traduisent par des anomalies qui peuvent laisser à penser à de véritables problèmes sur le montage en essais….
Cette opération étant un "tantinet" risquée, j'ai décidé d'en faire un petit article pour que ceux qui ont le problème puissent mieux se débrouiller et éviter ainsi de mettre un bon appareil "au rancard".

Certes tout bon électronicien ne manquera pas d'ouvrir l'appareil, mais au vu de l'affaire et de la compacité, j'avais abandonné une première fois, car j'avais jugé que c'était tout de même une opération risquée.
Alors c'est principalement pour éviter de refermer l'appareil tel quel, que je rédige cet article.
C'est une opération seulement minutieuse mais sans véritables difficultés.

ATTENTION : Pour éviter toute détérioration de l'appareil par des décharges électrostatiques, veuillez fixer votre potentiel par rapport à la terre en vous raccordant par un bracelet à la terre.
(Bien entendu vous devrez débrancher et retirer le câble secteur avant toute chose !)

1 Le problème

Les embases BNC femelles des entrées 1 et 2 bougeaient et cela occasionnait de faux contacts et des pertes de référence de masse et donc des signaux anormaux et aléatoires.
J'ai d'abord pensé à un écrou desserré à l'arrière d'embases BNC à vis et écrou.
Aussi pour vérifier, quoi de mieux que de démonter, et surtout de démonter sans rien casser, car c'est comme dans les voitures, avec des clips plastique qui peuvent casser à la première manipulation….

Mais ça s'est bien passé et de ce point de vue, c'est une bonne conception avec du plastique de qualité, mais c'est tout de même une erreur assez impardonnable pour de grands constructeurs !

(Une connexion BNC ne peut pas à mon sens être réalisée directement sur un CI, car les efforts répétés sont trop importants pour qu'il n'y ait pas de problèmes ultérieurs).

Qui ne s'est pas pris les pieds dans uns sonde un peu longue ? Alors cet à-coup sévère ne devrait pas pardonner à de telles pièces si fragiles ! C'est ce qui a dû se produire !

Avec cet appareil de génération numérique, on est juste surpris du poids plume de l'appareil ainsi que de son très petit volume, et faible poids... Mais c'est le progrès !

Mon vieux TEKTRO 535 à lampes et pesant 40 Kg, et le plus récent, le 454, transistorisé à 95%, font figure de monstres préhistoriques.

Tous les deux sont morts par "tachycardie THT" et je les regrette beaucoup. Cet appareil récent de 2x100 MHz, n'a pas la finesse, mais surtout pas le réalisme de représentation d'un signal comme le 454 ou le 535.

Le progrès est-il un leurre ? C'est le prochain sujet au bac philo 2014 !

Sans aller jusque là, il y a tout de même des avantages au numérique, une synchro qui marche à tous les coups, une grande ergonomie, avec des affichages clairs et précis, mais aussi une consommation fortement réduite, ainsi que la mémorisation du signal et ses caractéristiques.

(Encore qu'il aurait été judicieux de prévoir une alimentation sur batterie, car la masse est obligatoirement connectée à la terre secteur, et c'est parfois gênant pour des mesures non référencées directement)

Mais, lors des signaux lents, comportant des impulsions ultra courtes, les "analogiques" n'ont pas leur pareil pour les représenter correctement, alors que les numériques donnent des images parfois "assez surprenantes"…Bref c'est hors sujet, mais si je trouvais une THT de 454 à bas prix, je ferais tout de suite l'opération de réparation.

Revenons donc au sujet qui est donc caractérisé par la coupure ou le mauvais contact de la masse des fiches BNC des entrées 1 et 2.
La borne d'entrée Trig est en général peu utilisée et de ce fait n'a pas souffert. Elle ne sera donc pas modifiée, mais une attention particulière sera observée pour ne pas se prendre les pieds dans les fils des sondes, que ce soit sur une entrée V ou le Trig.

2 Les démontages

En premier lieu, retirer la poignée en jouant sur l'élasticité du plastique, c'est une obligation, pour accéder aux deux vis qui tiennent le capot arrière.

Si on a un adaptateur LPT ou RS232 il faut préalablement le retirer (En tirant vers le haut et en enfonçant le verrouillage)

Ensuite on dévisse les deux seules vis situées en haut de l'appareil (derrière la poignée maintenant démontée).

Puis, on joue sur les clips de couleur beige situés à ras du pied repliable, pour ouvrir l'appareil et enlever le boîtier de fond de l'appareil.
On a maintenant l'accès interne et on est surpris du grand vide, car tout est ramassé et résolument "concentré".

J'avais été "affolé" lors de ma première ouverture du capot, par le ressort cuivré (Photos ci-dessus et ci-contre) et j'avais conclu hâtivement sans bien observer, à un système sophistiqué de protection des signaux faibles… Erreur !

C'est simplement une façon habile de réunir les masses des capots métallisés au point de masse unique proche de la cosse de masse.
Ce ressort s'enlève très facilement en tirant simplement dessus !

Retirer ensuite la nappe blindée de l'afficheur en tirant simplement et en prenant garde de ne pas arracher tout lorsque les contacts se libèrent. (Prendre des appuis pour limiter le geste)

Enlever le connecteur noir juste à côté de la masse (Appuyer sur le petit taquet qui dépasse un peu).

Enlever ensuite le deuxième connecteur noir et nappe blanche qui traverse le plastique et va vers le panneau avant portant les boutons et les switchs.

Retirer enfin la cosse de masse en ayant eu soin de se mettre soi-même à la masse avec un bracelet conducteur réuni à la terre.
(Je ne le fais pourtant que très rarement, mais lorsque c'est un appareil non raccordé au réseau, être pieds nus (ou en chaussettes par terre -sauf sur sol plastique ou parquet (sols isolants)- me semble suffisant pour écouler les charges statiques, mais ...faites comme je dis et non pas comme je fais !)

Je conseille pourtant de se raccoder à la terre, car c'est beaucoup plus prudent, vu que les tensions électrostatiques peuvent largement dépasser 10 KV et que les CMOS n'aiment pas du tout cela !

Vous avez pu constater dès l'ouverture du boîtier qu'il n'y a malheureusement pas d'écrou à resserrer et qu'il s'agit de borne BNC soudées.
Il faut donc extraire la carte portant ces embases BNC….Bref il faut tout "déboutiquer" !

Il faut retirer la face avant et pour cela tirer simplement sur les 7 boutons des réglages rotatifs associés à leurs encodeurs rotatifs de quadrature.
La face avant "tombe" alors et les nombreux switchs sont de type caoutchoutés surmoulés et tous attachés ensembles. (On ne risque donc pas de perdre l'un ou l'autre... ouf !)

Cette fois la carte peut légèrement basculer vers l'avant si on a pris soin au préalable d'écarter les deux clips plastiques qui la retiennent. L'inclinaison avant permet d'échapper aux doigts de positionnement (Encoche dans le CI tombant dans un ergot plastique du support général plastique) puis de retirer la carte (En écartant les clips de verrouillage).

3 La réparation

On a maintenant le CI des entrées en main et les fiches BNC de marque AMP sont effectivement sans écrou et ont été cassées probablement par accident en tirant sur les sondes de mesure .

On remarquera aussi le porte à faux important avec une partie non solidaire du CI très importante au vu de la longueur totale.

A cette fin, le porte à faux est légèrement compensé par le fabricant, par un emprisonnement partiel (mais insuffisant) dans le plastique du support général.

La solidité mécanique de ces embases n'est pas au rendez-vous et il fallait bien une petite erreur de conception, car cela arrive même aux plus grands, et c'est tout à fait le reflet des électroniciens qui ont souvent de piètres notions des principes mécaniques et qui n'ont pas compris la fragilité de ces embases BNC au niveau de la fixation de la masse par de simples picots incapables de résister à un effort un tant soit peu important.
C'est malheureusement le talon d'Achille de cet appareil !
Les deux fabricants ont donc été "légers" tant en conception qu'en application !

Le problème se corse un peu car il y a un blindage en tôle étamée, soudée en de multiples points du CI et le dessouder risquerait très certainement de détériorer ce CI multicouches.

(Si l'on devait dessouder cette tôle, je pense qu'il faudrait la chauffer près de chaque point par le dessus, sans vouloir attaquer à la soudure sur le CI directement. De plus la chaleur générale devrait permettre de dessouder plusieurs point à la fois. A voir !)

(Le dessoudage de la broche centrale serait peut-être possible sans retirer le blindage, mais très délicat en tous cas, car il y a peu de place ).

Remplacer ces embases BNC ?
Pour quoi faire ? Et commander un matériel identique (Si il existe encore ? ce qui reste à prouver !) et tout aussi fragile ?

Non, je crois qu'il faut réparer à minima pour assurer à la fois le contact électrique mais aussi une amélioration de la fixation mécanique sans risquer de "matraquer" le CI multicouche.

Comment faire alors ?

J'ai pris le risque après vérification électrique des 2 côtés du CI et examen des pistes visibles, que l'on pouvait percer à ras des embases avec peu de chance de couper quelque piste interne de ce CI multicouches.
Ce risque s'est avéré raisonné et une bonne solution.
J'ai donc utilisé du fil multibrins, et c'est important, on verra pourquoi. Ce fil entoure chaque embase et est retenu par deux soudures côté "soudures" du CI.

Ne faites pas comme sur la photo et étalez les brins au maximum (sans les torsader) sur le dessus de l'embase pour limiter l'épaisseur. Cette simple précaution vous évitera peut-être de devoir tailler dans le plastique de guidage.
Pour ma part c'est fait et je n'y touche plus !

Ce fil devra aussi être placé le plus possible vers l'arrière de l'embase, car il devra passer à ras du plastique de guidage. (C'est un peu dommage car les picots de masse de l'embase sont un peu plus vers l'avant, ce qui a tendance à faire relever l'embase si elle n'est pas parfaitement plaquée : Y veiller !)

J'ai légèrement limé le dessus des embases, juste avant de placer les fils, pour pouvoir faire une fine soudure (faible épaisseur) sur le dessus entre le fil multibrins et l'embase. (Cette opération se fera seulement après la soudure des deux extrémités du multibrins sur le CI côté soudures)
Le fil multibrins sera placé tous les brins à plat (détorsadé) sur le dôme de l'embase ainsi que mentionné en rouge ci-dessus et soudé ainsi (Rapidement pour éviter de fondre le canon isolant).

Parallèlement la soudure au sommet des embases doit être très fine également.
En effet sans cette opération, "cutter", il n'est pas possible de remettre en place le CI sans forcer.
(Le procédé pourrait peut-être être amélioré avec du clinquant cuivre très fin qui couvrirait l'embase et serait soudé par deux fils rigides eux mêmes soudés comme précédemment du côté soudure du CI. A chacun d'extrapoler...)

Lors de la soudure du fil multibrins côté soudures, il faudra faire attention au débordement de soudure trop près du bord de CI, car cela pourrait aussi empêcher de replacer le CI dans la goulotte basse (Chanfreinée et détrompée au plus juste). Mettre le volume de soudure dirigé vers le centre du CI

Dans tous les cas, il faut bien regarder ce qui peut bloquer et au besoin tailler soit la soudure soit la partie avant de la feuillure (ou goulotte) basse.

Un nettoyage à la "soufflette" est nécessaire pour enlever toute poussière lors du perçage des trous de 1mm de chaque côté des embases BNC.

Le remontage est exactement identique à l'inverse du démontage et en plaçant la cosse Faston de terre en premier.

Ne pas oublier le ressort boudin cuivré à recaler comme il était, et qui assure la masse tant pour la face avant que le capot arrière.

4 Essais et conclusions

C'est une opération un peu minutieuse, qui ne peut être réalisée que par des gens de métier, mais là je n'ai pas trop de craintes, car pour posséder et utiliser un tel appareil, il faut être du métier !
Normalement ça remarche du premier coup si l'on a été méticuleux, et c'est un vrai plaisir que de retrouver des entrées sans faux contacts.
(On reverra cet écran témoin prochainement car il concerne le nouvel enregistreur et témoigne du bon fonctionnement après réparation de l'oscillo)

Cet oscillo qui est issu d'une vente d'entreprise est encore en bel état, mais ses entrées BNC étaient le point faible de l'appareil, tout comme les THT étaient le point faible des vieux oscillos !

Alors les nouveaux appareils de la marque auront-ils encore de tels points faibles ? C'est tout de même dommage pour si peu de choses d'avoir à faire de telles opérations chirurgicales à risque élevé, qui dévalorisent tout de même un bel appareil.

Si vous ne vous sentez pas d'attaque pour effectuer cette opération, alors il vous reste à placer des petits bouts de bois (genre cure-dents) en partie haute de l'embase et contre la face avant, de façon à ce que le contact des picots cassés des embases puisse tout de même se faire en partie basse contre le CI côté soudures. (Mais cela reste tout de même un peu "bidouille" !)
Le solder-resist étant un parfait isolant, les embases posent dessus, mais ne sont pas électriquement en contact. Une épargne de solder aurait certainement amélioré le sujet sans pour autant l'avoir résolu.

Voilà l'opération à réaliser, alors à vous de voir, à l'aide des quelques photos pour comprendre où vous allez et ce que vous faites, et si vous vous décidez ou non ?

Encore un détail oublié…Les petits cercles concentriques aux picots de fixation des embases et à ras de celles-ci semblent seulement des épargnes thermiques permettant la soudure manuelle des embases. Vous utiliserez l'un d'eux pour percer à 1mm pour le passage de vos fils de fixation multibrins.

Bonne "bidouille" pour remettre à flot ce bon appareil numérique.