leoniv (leoniv) wrote,
leoniv
leoniv

Category:
  • Music:

Кварц для кассетной деки



При отладке контроллера ведущего двигателя для катушечного магнитофона «Электроника-004» наткнулся на проблемы, поэтому решил пока этот проект приостановить. Чтобы неспешно подумать, что делать дальше. В целом все работает, но есть несколько нехороших моментов. Пока так и не получилось красиво стартовать двигатель. А в установившемся режиме не нравится то, что система постоянно дергает двигатель шумоподобным сигналом. Я понимаю, что фаза с датчика всегда немного дрожит, но в аналоговой системе все более спокойно. Наверное, это вопрос усиления и частотной коррекции. Хотя, конечно, тут тоже все терпимо, цифровая стабилизация работает лишь немного хуже аналоговой. Пока образовалась пауза, решил попробовать адаптировать ту же систему для кассетной деки.





В моей самодельной кассетной деке используется аналоговая схема кварцевой стабилизации скорости, сделанная по мотивам схемы магнитофона «Маяк-010». В той схеме применялся редкий кварц, которого у меня не было, поэтому переделал делители частоты для работы с обычным часовым кварцем. Частота таходатчика вместо 506 Гц получилась 512 Гц, что соответствует отклонению скорости +1.2%. На слух это не особо заметно, но все равно не очень хорошо. Да и сама схема давно устарела.



В деке я применил ЛПМ от магнитофона «Вильма» (такой же применялся и в «Маяк-010»). На мой взгляд, это лучший отечественный кассетный ЛПМ. Единственный минус – это шумные электромагниты, которые я сразу заменил электроприводом. Хотя назвать его «отечественным» можно лишь с большой натяжкой. Фактически, это копия ЛПМ магнитофона «Dual C 839».



ЛПМ этого магнитофона был не похож на другие ЛПМ, применявшиеся в те годы. Говорят, его сделала легендарная немецкая фирма Ernst Plank, но никаких точных данных по этому поводу я не нашел. На заглавном фото поста как раз такой ЛПМ – оригинальный Dual. Он имел закрытый тракт и автореверс – это довольно редкое сочетание. Кинематическая схема абсолютно симметричная: два одинаковых ведущих вала, одинаковые маховики, одинаковые ролики, одинаковая сила их прижима.

В магнитофонах «Вильма» реверса не было. В старших моделях (например, «Вильма-102») было два вала и закрытый тракт, а более дешевые модели были одновальными.



Привод вала здесь косвенный, с помощью плоского резинового пассика. В двухвальных моделях один и тот же пассик приводит в движение оба маховика.



Ведущий двигатель (ДКВ-001) весьма необычный для магнитофона – в нем используется полый ротор без ферромагнитного сердечника. Этот двигатель – копия мотора швейцарской фирмы Maxon. Эта фирма знаменита тем, что делала двигатели для марсоходов.



Оригинальные моторы имеют черный корпус и красные крышечки коллектора, в ЛПМ от Dual именно они и стоят.



Внутри маховика вклеена магнитная полоса, имеющая 100 пар полюсов. При вращении маховика в обмотке таходатчика наводится ЭДС с частотой в 100 раз выше частоты вращения ведущего вала. Еще одно преимущество такого датчика – он имеет кольцевую конструкцию, все витки и все полюса магнита работают одновременно, поэтому неточности изготовления усредняются. Это дает малый уровень джиттера на выходе датчика.



Катушка таходатчика выполнена оригинальным способом. Пластиковый каркас, на котором имеется углубление в виде змейки, покрыт гальваническим способом слоем меди. Потом лишняя медь удалена токарной обработкой, в результате на каркасе сформирована катушка в виде «змейки» из 100 сегментов.



В контроллере ведущего двигателя катушечного магнитофона есть все необходимое, даже больше. Здесь требуется устройство фактически с одним входом (куда подаются импульсы таходатчика) и одним выходом (куда подключается мотор). Остальные сигналы вспомогательные – включают и выключают двигатель, выбирают скорость, сигнализируют о захвате частоты.

Формирователь таходатчика здесь нужен другой. В двигателе ДБ-95 от магнитофона «Электроника-004» установлена магнитная головка, дающая высокий уровень сигнала. А тут на выходе таходатчика сигнал всего лишь 5 – 7 мВ от пика до пика. Его надо сначала усилить, а только потом компарировать. Новый формирователь собрал на любимом сдвоенном ОУ LM358.



Первый ОУ усиливает сигнал примерно в 80 раз. Заодно он выполняет роль фильтра. Входной разделительный конденсатор C1 вместе с входным резистором R8 образуют фильтр, отсекающий низкие частоты. Например, наводки 50 Гц. Ослабление на этой частоте не такое больше, всего -10 дБ, но это лучше, чем ничего. Конденсатор C5 параллельно резистору обратной связи снижает усиление на высоких частотах, отсекая высокочастотные помехи и шумы. АЧХ первого каскада показано на графике. Курсор расположен на номинальной частоте тахогенератора 506 Гц. Ход АЧХ не очень крутой, поэтому система вполне будет работать на частотах вдвое выше или вдвое ниже номинальной.



Второй каскад – это компаратор с гистерезисом. Величина гистерезиса задана делителем R12R14. На второй вход компаратора подается постоянная составляющая входного сигнала, которая выделяется цепочкой R13C10. Это обеспечивает автоматическую центровку порога срабатывания относительно входного сигнала.

Даже самые простые схемы скрывают в себе неожиданные сюрпризы. Тут ничего серьезного нет, но весьма забавно. На первый взгляд не совсем очевидно, что время старта схемы (время вхождения в рабочий режим) будет минимально, когда постоянные времени цепочек R11C1 и R13C10 будут равны. Посмотрим процесс старта:



Видно, что в первый момент ОУ U2:1 находится в насыщении. Это логично, так как конденсатор C1 разряжен, на инвертирующем входе ноль, а на неинвертирующем –половина питания. Когда конденсатор C1 зарядится, формирователь начинает работать.

Теперь сделаем на первый взгляд довольно безобидную вещь – увеличим емкость C10 в два раза. Вроде, станет только лучше, улучшится фильтрация сигнала. Снова посмотрим старт:



Теперь после зарядки C1 формирователь работать не начал – на C10 все еще слишком низкое напряжение. График уходит вправо, если посмотреть дальше, то окажется, что задержка включения выросла в 10 раз!

Теперь попробуем уменьшить C10 в два раза по сравнению с первоначальным. И снова посмотрим старт:



Опять в пределах времени симуляции формирователь не заработал. Здесь ситуация чуть лучше, но все равно задержка включения растянулась во много раз.

Дело в том, что оба конденсатора (C1 и C10) заряжаются от одного источника – выхода ОУ U2:1. И зарядиться они должны до одного напряжения – примерно до половины питания. Пока ОУ U2:1 находится в насыщении, зарядка идет быстро. Когда на выходе ОУ появляется сигнал, зарядка замедляется. Поэтому лучше всего, если оба этих конденсатора одновременно достигнут нужного напряжения. Они не обязательно должны иметь одинаковую емкость. Главное, чтобы постоянные времени RC-цепочек были равны.

Чтобы крутить коллекторный двигатель достаточно просто подать на него напряжение питания. Поэтому та часть схемы, которая коммутировала обмотки бесколлекторного двигателя и определяла положение ротора, здесь просто не нужна. Вместо этого нужен выходной усилитель. При номинальной скорости ленты 4.76 см/с двигатель потребляет примерно 35 мА при напряжении 4.5 В. На холостом ходу – 20 мА при 3.5 В. Напряжение питания всей схемы здесь 9 В, желательно иметь возможность подавать на двигатель почти всё для быстрого разгона. Использовать ОУ в выходном усилителе я не стал. Он только мешает получать на выходе полный размах напряжения. К тому же, LM358 не терпит по входу напряжение 5 В при таком же питании. Один сдвоенный ОУ в схеме уже есть, не хочется ставить еще.



Задача может быть решена на двух транзисторах. Делителем R19R20 усиление подобрано таким, чтобы при максимальном входном сигнале (а это 5 В) на выходе было что-то близкое к 9 В. Лучше, если будет легкое ограничение. В результате получился усилитель с усилением K = 2. При этом отношение резисторов довольно далеко от K-1, но в транзисторных схемах это обычно так. Здесь нет той идеальности, как в схемах на ОУ. Усиление будет зависеть от многих факторов, в частности, от нагрузки. С реальной нагрузкой оно близко к 2. В данном случае этот усилитель находится в петле обратной связи, поэтому его стабильность не имеет значения.

Кроме усиления, схема должна осуществлять фильтрацию ШИМ-сигнала. Как было сказано в предыдущих постах. здесь ШИМ-сигнал состоит из 8-разрядного ШИМ с частотой 62.5 кГц, плюс небольшая добавка SDM со спектром от 1 кГц и выше. Фильтр структуры Sallen-Key можно построить на чем угодно, классически они строились на эмиттерных повторителях. Но можно взять любой неинвертирующий усилитель. А это как раз наш случай. С расчетом поможет FilterPro от TI, где можно указать коэффициент передачи фильтра. В данном случае указываем 2. На схеме указаны номиналы для фильтра Баттерворта 2-го порядка с частотой среза 350 Гц.



На частота 1 кГц фильтр имеет затухание -20 дБ, на частоте 60 кГц – около -50 дБ. Поведение фильтра в полосе заграждения не совсем красивое, но оно вполне устраивает.

Соединив все вместе, включил питание. К моему удивлению, даже с коэффициентами от ДБ-95 система запустилась и двигатель вышел на нужную скорость. Немного поигравшись с коэффициентами, сделал вполне красивый старт. Здесь все намного легче, чем с катушечником.



В кассетных магнитофонах используется скорость 4.76 см/с. В диктофонах можно встретить скорость 2.38 см/с и даже ниже. Некоторые любители магнитной записи повышают скорость ленты до 9.53 см/с и вместе с высоким качеством кассетных лент получают качество лучше, чем у катушечников. Можно остановиться на чем-то промежуточном, скажем, 7.62 см/с. Поскольку для катушечного варианта у меня были предусмотрены в программе 4 скорости, я не стал это выкидывать и для кассетника. Сделал полный набор от 2.38 до 9.53. В алгоритме PID у меня учитывается его период дискретизации (пропорционально увеличивается вес коэффициента I и уменьшается D), поэтому с одними и теми же коэффициентами нормально работают все скорости.



Для интереса сравнил колебания частоты с датчика скорости для аналогового (левая часть графика) и цифрового (правая часть) регуляторов. Масштаб графиков увеличен в 100 раз. Характер колебаний немного разный, у цифровой системы они более быстрые. Но пиковые значения примерно одинаковы.



Можно утверждать, что система вполне работоспособна, хотя программу еще можно шлифануть. Лучшие коэффициенты для установившегося режима не совсем подходят для переходных режимов, все-таки и тут процесс разгона надо делать отдельно. Хочется верть, что и для катушечного магнитофона регулятор тоже получится.

Схему, прошивку, сервисную программу, исходники для микроконтроллера и компьютера можно скачать тут.

Tags: cassette deck, electronics, магнитофон, микроконтроллер
Subscribe

  • Путь к рынку

    Это очень долгий путь, поэтому будет длинный пост. Добро пожаловать под кат. 2. Недалеко от дома находится конечная остановка (диспетчерская…

  • Сказка на ночь

  • Охота

    Сегодня все утро перед окном кухни черный кот охотится за белкой. Кот влезает довольно высоко на дерево, а белка по тонким веткам перебирается на…

  • 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.
  • 33 comments

  • Путь к рынку

    Это очень долгий путь, поэтому будет длинный пост. Добро пожаловать под кат. 2. Недалеко от дома находится конечная остановка (диспетчерская…

  • Сказка на ночь

  • Охота

    Сегодня все утро перед окном кухни черный кот охотится за белкой. Кот влезает довольно высоко на дерево, а белка по тонким веткам перебирается на…