leoniv (leoniv) wrote,
leoniv
leoniv

Category:

Блок управления "Электроника-004" (часть 2)



Магнитофон "Электроника-004" является аналоговым источником, со всеми присущими таким источникам сигнала недостатками. Выходной сигнал содержит шумы (в основном это шумы ленты и усилителя воспроизведения) и помехи (в основном это наводки сетевой частоты). В режиме "Стоп" усилитель воспроизведения (УВ) заблокирован, шумов и помех на выходе практически нет. В режима "Пауза" УВ включен, шумов и помех становится намного больше. Сетевая наводка проникает в основном через головку воспроизведения, которую очень трудно заэкранировать от низкочастотных магнитных полей. Это наводка слышна как гудение с максимумом на частоте 50 Гц. Неприятной особенностью магнитофона "Электроника-004" является увеличение фона, когда лента начинает движение. Этот фон имеет другой характер: длинный "хвост" медленно спадающих гармоник сетевой частоты. На слух помеха воспринимается как "зудение" или "стрекотание". Спектр выходного сигнала магнитофона показан на рисунке выше. Что же является причиной этой помехи?



Как показали эксперименты, эта помеха связана с работой боковых двигателей. Если вручную поднять натяжители ленты, обесточив боковые двигатели, то помеха пропадает. Источником помехи являются предвыходные каскады управления боковыми двигателями, которые расположены на блоке управления (БУ).

Ток базы регулирующего транзистора модулируется, чтобы получить близкий к синусоидальному ток питания двигателя (про это был более подробный пост1, пост2 и пост3). В схеме магнитофона "Электроника-004" ток базы регулирующего транзистора отбирается от источника +15 В, который используется для питания всей аналоговой электроники. К тому же, топология питания сделана крайне неудачно - сначала питание ±15 В по длинным проводам поступает на плату БУ, и только затем - на аналоговые платы. На плате БУ от источника +15 В отбирается значительный пульсирующий ток, что приводит к появлению заметных пульсаций питания +15 В. Эти пульсации обсуждались на форуме, но их происхождение там не было установлено. Если проконтролировать напряжение +15 В осциллографом в режиме рабочего хода (когда работают боковые двигатели), то обнаружится следующая картина:



Размах пульсаций частотой 100 Гц составляет 50 мВ! Но самое страшное, что эти пульсации имеют форму резких выбросов, что означает их широкий спектр. Действительно, при работающих боковых двигателях на линейном выходе магнитофона слышно "зудение", которое складывается из многочисленных гармоник сетевой частоты. Если попробовать рукой поменять положение натяжителей ленты, то величина и характер этой помехи меняется. Если натяжители поднять вверх до упора, обесточив боковые двигатели, помеха исчезает полностью. Максимальная величина помехи приходится как раз на рабочий диапазон натяжений ленты. В режиме рабочего хода помеха хорошо слышна даже на фоне шумов канала воспроизведения вместе с шумом ленты. На слух, если двигать натяжители ленты, это проявляется так (канал воспроизведения включен, но ленты нет): out_orig.mp3.

Ток базы регулирующего транзистора двигателя модулируется сигналом с его коллектора, который имеет форму модуля синуса. Но форма помехи сильно отличается от такого сигнала, на помехе видны резкие выбросы. Не очень понятно, откуда они взялись.

Исследование формы сигналов в разных точках схемы при работе боковых двигателей не выявило ничего особенного, кроме одной точки: на коллекторе предвыходного транзистора наблюдались резкие выбросы большой амплитуды с частотой 100 Гц. Такой формы был и потребляемый от источника +15 В ток.



Для дальнейшего исследования схемы удобней перейти к модели:



На коллекторе предвыходного транзистора модель показывает то же самое:



Если промоделировать изменение напряжения на двигателе от нуля до максимума, то отбираемый от источника +15 В ток будет таким:



Ток имеет форму коротких выбросов, величина которых достигает 60 мА. Если рассмотреть форму тока более подробно, то увидим, что выбросы возникают в момент перехода сетевого напряжения через ноль:



Странным является то, что в других точках схемы ничего подобного не наблюдается, везде форма сигнала похожа на модуль синуса, пусть и с небольшими искажениями. Чтобы прояснить картину, временно отключил модуляцию тока базы, удалив резистор 120 кОм. В этом случае регулирующий транзистор представляет собой генератор тока, величина которого задается напряжением на его базе (оно равно падению Б-Э, плюс падение на эмиттерном резисторе, пропорциональное выходному току). Напряжение на базе поддерживается практически постоянным - это выходное напряжение ОУ, прошедшее через эмиттерный повторитель.



В данном случае нюанс заключается в том, что напряжение питания генератора тока пульсирует с удвоенной частотой сети, периодически падая до нуля. Когда напряжение на коллекторе регулирующего транзистора (красный график) оказывается ниже некоторого значения, генератор тока не может поддерживать заданный ток. Следовательно, уменьшается падение напряжения на эмиттерном резисторе (зеленый график). Вслед за ним падает и напряжение на базе регулирующего транзистора (синий график). Но ведь базу питает эмиттерный повторитель, который имеет низкое выходное сопротивление и на входе которого присутствует постоянный сигнал (выход ОУ - сиреневый график, база эмиттерного повторителя - голубой график). Эмиттерный повторитель стремится поддержать напряжение на базе постоянным, а для этого надо отдать значительный ток. Забавно то, что в отношении сигнала, поданного на эмиттер, предоконечный транзистор можно рассматривать как каскад с общей базой, так как потенциал базы фиксирован на уровне выходного напряжения ОУ (с точностью до небольшого резистора, который имеется в цепи базы). В результате небольшой "провал" напряжения на эмиттере многократно усиливается и на коллекторе видим выбросы амплитудой в несколько вольт!

Какой можно сделать вывод? В данной ситуации нельзя питать базу регулирующего транзистора источником напряжения. В те моменты, когда сетевое напряжение становится близким к нулю, поддержать постоянный ток невозможно. Увеличение тока базы здесь бесполезно, это лишнее потребление тока от источника, к тому же, импульсное. Лучше питать базу регулирующего транзистора с помощью генератора тока. Тогда ток базы будет постоянным и не будет никаких выбросов. Возможный вариант переделки предвыходного каскада показан ниже:



Вместо одного транзистора использованы два, второй является управляемым генератором тока. Поведение этой схемы существенно отличается от оригинальной: как видно из графиков, напряжение на эмиттере предвыходного транзистора остается постоянным, следовательно, от источника потребляется постоянный ток.



Эти графики получены при отключенной модуляции. Если ее включить, ток базы выходного транзистора будет иметь переменную составляющую в форме модуля синуса. Если для новой схемы промоделировать изменение напряжения на двигателе от нуля до максимума, то отбираемый от источника +15 В ток будет таким:



Как видим, выбросы исчезли, видна лишь модуляция:



Напряжение на эмиттере предвыходного транзистора (для старой схемы это был коллектор предвыходного транзистора) теперь тоже имеет плавную форму:



Практическая проверка новой схемы дала результаты, совпадающие с моделированием:



Пульсации питания +15 В значительно уменьшились, исчезли резкие выбросы:



Конечно, пульсации не исчезли полностью. Ведь схема управления по-прежнему потребляет от источника +15 В ток, содержащий переменную составляющую. Но теперь эти пульсации не являются определяющими для уровня фона на линейном выходе. Теперь при остановке двигателей уровень фона практически не меняется, что указывает на другую причину его возникновения (наводки на головку воспроизведения и т.д.).



Звучит новая версия так: out_new.mp3. Фон немного меняется, но заметно меньше, чем в оригинальной схеме.

Переделка штатной платы управления совсем несложная. Она не требует перерезания ни одной дорожки на плате, поэтому всегда можно вернуть исходный вариант.



Сначала надо выпаять штатные предвыходные транзисторы типа КТ630. В освободившееся отверстие эмиттера надо впаять вывод коллектора транзистора 2N5401 (КТ6116А), а в отверстие коллектора впаять вывод эмиттера. Вывод базы транзистора надо отогнуть вверх. В освободившееся отверстие базы надо впаять вывод базы второго транзистора - 2N5551 (КТ6117А), а вывод его коллектора и эмиттера отогнуть вверх. Затем спаять между собой базу 2N5401 и коллектор 2N5551, припаять к этой же точке резистор 2.2 кОм, который вторым выводом подключить к точке +15 В (один из выводов резистора 0.5 Вт). Эмиттер 2N5551 через резистор 220 Ом надо подключить к земле (один из выводов конденсатора 100 нФ, который включен с базы на землю). Последний штрих - замена резистора в коллекторе 2N5401 с 1 кОм на 220 Ом. Эту замену, в принципе, можно и не делать. С резистором 1 кОм будет меньше потребляемый ток, зато чуть хуже форма напряжения, питающего двигатели. Но это будет не особо заметно.



С новой схемой предвыходного каскада немного увеличивается усиление в петле регулировки натяжения. Как показала практика, это не нарушает устойчивости и даже сказывается положительно - уменьшается отклонение натяжения по длине катушки. Но после переделки надо произвести регулировку натяжения, иначе оно будет завышенным.

Можно полностью исключить влияние схемы управления двигателями. Для этого надо отказаться от ее питания напряжением +15 В. К слову, в магнитофоне Revox A-700, который являлся прообразом "Электроник" и "Олимпов", питание предвыходного каскада производится напряжением +20 В, которое снимается до стабилизаторов аналогового питания. В магнитофонах "Олимп-005" и выше проблема была устранена, там в качестве регулирующего применен составной транзистор, что требует значительно меньшего тока базы. Новая схема предвыходного каскада может быть переделана на питание от "цифрового" источника +5 В, для этого надо уменьшить резистор в эмиттере 2N5401 до 47 Ом. Так сделано в плате нового БУ на микроконтроллере. Но данная мера здесь не является обязательной, она требует перерезания дорожек платы, а уровень помех со стороны схемы управления боковыми двигателями и так ниже уровня других помех.

Tags: electronics, reel-to-reel, Электроника-004, катушечник, магнитофон
Subscribe

  • Директор на час

    Что надо для того, чтобы реализовать любой проект? Очевидно, нужны определенные ресурсы. Нужны деньги на приобретение комплектующих и материалов.…

  • Менеджмент неудач

    Что ни проект – то облом. Ничего не работает, ничего не получается. И даже если что-то работает, оно еле с духом и готово его в любой момент…

  • Чипсы

    За окном, вроде, пятница, хочется написать пост ни о чем. Технические посты, если судить по реакции, всем уже надоели. Мне всегда казалось, что в…

  • Post a new comment

    Error

    default userpic
    When you submit the form an invisible reCAPTCHA check will be performed.
    You must follow the Privacy Policy and Google Terms of use.
  • 15 comments

  • Директор на час

    Что надо для того, чтобы реализовать любой проект? Очевидно, нужны определенные ресурсы. Нужны деньги на приобретение комплектующих и материалов.…

  • Менеджмент неудач

    Что ни проект – то облом. Ничего не работает, ничего не получается. И даже если что-то работает, оно еле с духом и готово его в любой момент…

  • Чипсы

    За окном, вроде, пятница, хочется написать пост ни о чем. Технические посты, если судить по реакции, всем уже надоели. Мне всегда казалось, что в…