电与磁的极致艺术~1968年的HP9100A晶体管计算器(机)-3
作者：罗老师
链接：https://weibo.com/ttarticle/p/show?id=2309404449815453892876
来源：新浪微博EE_Archeology
本文经罗老师授权转载到本专栏 。
本文共分三篇，这是第三篇，讲述罗老师对HP9100的修理。
下面是修理过程。 其实修理这台机器也是充满着艰辛和无奈，断断续续花了近一个月。要说修理的开端，还得从我犯得一个SB错误开始。 当机器全部清理完毕后，我一时脑抽，驱动显像管的两块偏转板直接就插反了。这台机器别的地方都设计很完美，然而两块偏转电路板却没有防呆设计......于是，上电后，一阵青烟冒出，我想这下坏了......
事实证明，确实坏了，随后的检查中，发现磁芯内存禁止板上有一个烧焦的电阻..... 进一步检查发现，与之相连的大个头三极管，以及后面放大器的输出极，和紧挨着的寄存器板上同一路的三极管，都被短路了。 实际上，插反偏转板后，导致200V的偏转板供电通过一个电阻进入了逻辑电路电源，所以逻辑电路紧接着都遭殃了......
原装的三极管几乎无处可寻，而且这机器用的三极管基本上都是惠普自家的型号。迫不得已，只得拿现代的三极管试着代替。
这些都是换下的三极管和损坏的元件。200V电压就是通过最下面那个电阻进入逻辑供电系统的，所以它看上去烧的最惨...... 此时，我内心是崩溃的，估计这是我目前为止拆机犯下最严重的错误了......
将损坏的三极管，NPN用8050代替，PNP用8550代替后，为确保安全，我并没有安装显像管，同时也断开了4000V高压电源。取而代之，使用示波器作为计算器的显示输出。 由于这台机器最终给显像管的是垂直和水平偏转信号外加消隐信号，将示波器调到X-Y模式，并把这些信号接到示波器的X Y和Z输入，就能完美用示波器代替原机的显像管。 替换完元件后，上电，果然示波器有反应了...... 然而这些是什么鬼......
又检查了一番，最终发现垂直扫描板上有一个坏三极管没有发现。替换后，终于可以看到正常的显示了。
HP9100一共有三行显示，这主要是因为计算器使用了RPN输入模式(参见我的HP45计算器拆解帖)，而三行显示则分别对应了三个寄存器。惠普给他们起了高大上的名字，从下往上分别是keyboard(键盘输入)、accumulator(累加器)和temporary(临时寄存器)。实际使用计算器时，所有键盘输入的数字会被放在最下行的键盘寄存器中，而计算结果会被放在第二行累加器中。第三行则可以放一些计算的中间值。三个寄存器之间，可以自由交换数据。
然而，机器还是不正常，显示多出了莫名其妙的字符，实测可以计算乘法，不能输入数字(算乘法是通过调取内部存储的数据测试的)，加法一算就会跑飞......
就这么过了两个星期，三极管也换了好几个型号，依然不管用。最终偶然意识到，触发器板上坏掉的三极管其实是触发器的一个臂。作为严格对称的结构，触发器需要保证两边的三极管性能参数相差不大，这样才能确保翻转正常。抱着试一试的态度，替换了板子上的三极管，然后奇迹发生了......
乱码消失了，这是件好事。然而，现在按任何键都会直接跑飞啊...... 这下真蒙逼了，一度怀疑机器其他地方有问题，甚至把底板上700多个二极管都量了一遍。就这样拖拖拉拉又过了两个星期。
最后，买了个逻辑分析仪，打算分析机器的时序来排除问题。就这么发现了之前坏掉的一路磁芯内存放大器，其实一直都没有输出 (之前换的三极管没有起作用么?) 。于是又试了9012 3906等三极管，都无济于事。
最后无可奈何，从寄存器板上拆了两个原装的三极管，用来替换放大器上坏掉同样型号的三极管；而用3906替换了寄存器上的三极管(之前已经试了这是可以替换的)。于是，奇迹再次发生了~ 机器终于正常工作了~~ 这张图显示的是计算器调取了自带的Pi值。
此时，是将机器整体复原，换回原装显像管的时候了。 然而装上显像管，接上了高压电路电源后，显像管并没有如期显示出文字。 测量后，高压部分并没有输出电压。又经过一番检查，最终问题落在了高压发生板上的功率三极管上。
就这个三极管，与高压变压器中的绕组组成了一个非常简单的自激振荡器。不幸的是，这个三极管已经光荣就义了。
综合了很多资料，最后找来手上有的TIP41C，替换原来的三极管。
然后，显像管上终于出现了应有的图像......
结合显像管上的烧伤，我分析，之前机器的高压稳压电路很可能失效了，因此显像管的亮度一度非常亮。且由于加速电压非常高，显像管上烧伤的图像显示字符也被压缩得很小。最终，高压三极管寿终正寝，机器也再也没有显示了。
换过三极管后，我有小心调整了高压电压，确保稳压电路并没有失效。 最终整理完毕的机器内部，是不是又焕然一新了呢~ 一台机器，经历了快50年风雨，依然在努力地计算着，真是无比欣慰的事情了。
合上盖子，一种古典而科幻的感觉扑面而来。至于损坏的键盘面板，有机会再修复吧。顺便请教下大家，用什么胶修复这样的塑料比较好呢?
下面看看简单的试机过程。 这是在定点显示模式下，显示e、pi和100.0123的效果。此时设置的小数点位数为4位。
切换成浮点表示后，数据将自动变成科学计数法，显示数据位和10次幂数。
这是编程模式，此模式下计算器会记录用户按下的每一个键。HP9100不仅支持数字输入和数学运算，还包含了条件跳转功能，因此算得上是一台完整的可编程计算机了。此时显示其左边显示的1c代表当前程序步数，右边的31则表示这一步用户程序对应的按键编码。
这台机器来的时候自然是没有带程序存储磁卡，原装的磁卡也非常难找，即使在ebay上偶尔出现卖的也是天价。
不过幸运的是，这种磁卡很容易就可以用磁带和普通的硬纸板自制。我做了几张磁卡，并且按照说明书中的程序表，给一张卡写了完整的自检程序。最终测试结果是1 2 3，表明机器已经完全通过了检验，各项功能都运行正常。
就此拆机和修理过程全部结束~ 因为这台机器的意义非凡，复杂程度也远超之前拆过的所有机器，所以本帖破天荒用了240多张图，各位看官也辛苦了哈~ 让我们再一次向前辈科学家和工程师致敬吧......
————————————————The End——————————————— ————————————————————————感谢阅读———————
