leoniv.diod.club

Стробоскоп

Скорость вращения диска проигрывателя «Арктур-006» имеет возможность плавной регулировки с помощью переменных резисторов, расположенных на верхней панели. Поддержание скорости осуществляется аналоговым регулятором, который обладает довольно заметной нестабильностью. В результате требуется периодическая подстройка скорости, осуществляемая вручную. Для контроля скорости проигрыватель имеет встроенный стробоскоп. На внешней стороне обода диска нанесены две группы рисок: 180 рисок для скорости 33 1/3 rpm и 133 риски для скорости 45 rpm. Эти риски освещаются неоновой лампой, питающейся сетевым напряжением. Частота миганий лампы равна удвоенной сетевой частоте и составляет 100 Гц. При точной установке скорости диска соответствующая группа рисок должна быть неподвижной.

Такой стробоскоп имеет ряд недостатков. Частота сети имеет некоторое отклонение от номинального значения, что вызывает ошибку установки скорости. Яркость неоновой лампы недостаточна для использования стробоскопа в условиях сильного внешнего освещения. Скважность световых импульсов неоновой лампы не очень высокая, что вызывает размытие рисок и затрудняет их наблюдение.

По этим причинам встроенный стробоскоп часто заменяют светодиодным с кварцевой стабилизацией частоты световых импульсов. Такой стробоскоп свободен от указанных выше недостатков.

Существует еще одна проблема. Дело в том, что стробоскоп может стать источником помех. Действительно, в цепи лампы или светодиодов стробоскопа протекает импульсный ток, и если провода питания стробоскопа длинные и проходят недалеко от сигнальных проводов, возможно появление наводок. Если лампа стробоскопа газоразрядная, то она может генерировать шум в широкой полосе частот. Со светодиодами в этом плане проще, хотя из-за значительного импульсного тока они тоже могут стать причиной наводок и паразитного импульсного падения напряжения на земляном проводнике. По этой причине в некоторых проигрывателях предусмотрена возможность отключения стробоскопа.

Для устранения проблемы помех импульсные токи питания светодиодов желательно локализовать в пределах платы стробоскопа, а ток потребления платы в целом сделать постоянным. Здесь предлагается именно такой вариант стробоскопа. Он может быть установлен взамен штатного стробоскопа проигрывателя «Арктур-006», а также может быть выполнен в виде отдельного устройства. Применение микроконтроллера позволяет задать любую выходную частоту, что позволяет использовать стробоскоп с любыми проигрывателями с любым количеством рисок на диске. С помощью перемычек или переключателя можно выбирать одну из 4-х предустановленных частот, которые задаются в программе в виде констант и могут быть легко изменены. Например, можно задать набор частот, позволяющий контролировать скорость проигрывателей с количеством рисок на диске 180 и 133 (33 1/3 rpm и 45 rpm для сети 50 Гц), или с количеством рисок 216 (33 1/3 rpm для сети 60 Гц).

Для получения постоянного тока потребления использован генератор тока, собранный на транзисторах VT1 и VT2. Этот генератор тока заряжает конденсаторы C6, C7, C8, от которых питаются светодиоды VD1…VD3. Если напряжение на конденсаторах превысит некоторый порог (около 4 В), включается параллельный стабилизатор U3 (TL431), обеспечивая постоянное потребление даже без работающих светодиодов.

На графике симуляции видно, что при суммарном импульсном токе светодиодов около 60 мА общее потребление составляет примерно 16 мА, и оно постоянно.

Светодиоды могут работать со скважностью 4…16, более короткие вспышки дают более четкую картинку стробоскопических меток.

Питание платы стробоскопа можно осуществлять внешним напряжением 5 В, но для универсальности на плате установлен стабилизатор U1. В результате для питания можно использовать любое напряжение в пределах 7…20 В. Если имеется готовое напряжение 5 В, стабилизатор U1 можно исключить.

За основу стробоскопа взят один из самых маленьких микроконтроллеров ATtiny12L. Для формирования частоты вспышек светодиодов используется программно реализованный NCO (Numeric Controlled Oscillator), который обычно является одной из составных частей прямого цифрового синтезатора частоты (DDS). При этом обеспечивается шаг сетки около 0.001 Гц, что позволяет с любым кварцем получить любую выходную частоту в пределах этой точности. Это является преимуществом NCO перед простым делителем.

В стробоскопе имеется возможность генерации 4-х разных частот, которые выбираются с помощью входов SEL0 и SEL1. Каждая из этих частот задается в исходном тексте программы в виде константы и может быть любой. Константы для кода частоты вычисляются автоматически. В качестве исходных данных надо ввести желаемую частоту вращения с точностью 0.001 rpm и количество рисок стробоскопа. Например, у проигрывателей для сети 50 Гц на диске обычно 180 рисок для скорости 33 1/3 rpm и 133 риски для скорости 45 rpm. По этим данным на этапе компиляции рассчитываются коды частоты. Для частоты вращения 33 rpm и количества рисок 180 будет установлена частота светодиодов 100 Гц. А для частоты вращения 45 rpm и количества рисок 133 будет установлена частота 99.750 Гц, что даст скорость точно 45.000 rpm.

.equ	RPM33	= 33333		;33 1/3 rpm (x1000)
.equ	RPM45	= 45000		;45 rpm     (x1000)
.equ	N33_50	= 180		;stripes number 33 1/3 rpm @ 50 Hz
.equ	N45_50	= 133		;stripes number 45 rpm     @ 50 Hz
.equ	N33_60	= 216		;stripes number 33 1/3 rpm @ 60 Hz
.equ	N45_60	= 160		;stripes number 45 rpm     @ 60 Hz

.equ	F_CLK	= 4000000	;Fclk, Hz

Обычно у проигрывателей, работающих от сети частотой 50 Гц, эта скорость равна 45.11 rpm. Возникает вопрос, должна быть скорость 45 rpm ровно, или 45.11 rpm? В стандартах NAB 1964 и RIAA 1978 фигурирует скорость ровно 45 rpm, другого значения ни в каких документах не встречал. Поэтому можно сделать вывод, что скорость 45.11 rpm появилась только по той причине, что невозможно сделать более точный стробоскоп при частоте сети 50 Гц. А вот версии проигрывателей для частоты сети 60 Гц имеют 216 рисок стробоскопа для 33 1/3 оборотов и 160 рисок для 45 оборотов. Каждая скорость получается точной при засветке рисок частотой ровно 120 Гц.

Печатная плата стробоскопа – одностороняя, размером 30 мм х 40 мм. Чтобы не сверлить вообще никаких отверстий, все детали припаяны на манер SMD. Обычные электролитические конденсаторы припаяны укороченными и чуть загнутыми выводами на контактные площадки. Штырьки для программирования запаиваются следующим образом: вначале пластмасса сдвигается вверх, штырьки припаиваются к площадкам, затем пластмасса снова сдвигается вниз.

Удобство такой конструкции стробоскопа подтвердилось во время ремонта проигрывателя Beogram 2000 фирмы Bang&Olufsen. У него на диске всего одна шкала стробоскопа, которая содержит 180 рисок. Встроенной подсветки диска нет. Для скорости 33 1/3 rpm все более-менее просто, можно использовать, например, неоновую лампу, питающуюся напряжением сетевой частоты. Но как проверить скорость 45 rpm? С этим стробоскопом все просто – добавил выходную частоту 135 Гц, которая дает неподвижные риски на скорости ровно 45 rpm. Риски на диске Beogram нанесены очень качественно, поэтому получилось проверить, как влияет скважность импульсов светодиодов на четкость изображения рисок. При скважности 4 риски довольно размыты. При скважности 8 становится лучше, при скважности 16 изображение близко к идеальному, дальнейшее увеличение скважности лишено смысла. Именно такая скважность задана в окончательной версии прошивки стробоскопа.

Стробоскоп можно как встроить внуть проигрывателя, так и выполнить в виде отдельного устройства. Во втором случае в качестве источника питания можно использовать, например, зарядное устройство от телефона, выполненное в виде сетевой вилки.

Downloads:
strobo_sch.pdf (33 kB) - принципиальная схема.
strobo_pcb.pdf (23 kB) - печатная плата.
strobo_pcad.zip (49 kB) - файлы разводки (PCAD 2006, pdf для LUT).
strobo_source.zip (6 kB) - прошивка, исходный текст (AVR ASM).
Ридико Леонид Иванович www.leoniv.diod.club e-mail: wubblick@yahoo.com