Датчик окончания ленты

В магнитофоне «Электроника-004» применен оптический датчик окончания ленты, выполненный в виде щелевого оптрона. В качестве излучателя применена сверхминиатюрная лампа накаливания СМН-6-80-2, в качестве приемника излучения - фоторезистор СФ2-1.

Чтобы датчик не мешал заправке ленты, излучатель и приемник сильно разнесены, к тому же, луч света направлен под значительным углом к плоскости ленты, что позволило почти полностью утопить приемник в переднюю панель.

Лампа накаливания СМН-6-80-2 имеет номинальное рабочее напряжение 6 В и ток 80 мА.

Фоторезистор СФ2-1 имеет следующие характеристики:

Лампа накаливания здесь питается напряжением 5 В, что несколько ниже номинального. Это продлевает срок службы, но все равно лампы накаливания иногда выходят из строя. Поэтому желательно лампу заменить светодиодом. Максимум чувствительности фоторезистора СФ2-1 приходится на 650 нм, это видимый диапазон (оранжевый свет). Поэтому светодиод можно применить белый или красный. Как вариант, можно применить белый светодиод в SMD-корпусе 5050 (5 х 5 мм). Он устанавливается на проволочных ножках, которые впаиваются в отверстия крепления штатной лампочки. Высота установки светодиода - примерно 12.5 мм от центра светодиода до поверхности платы. На ножки можно надеть изоляционные трубочки.

Снизу платы эти проволочные ножки подпаиваются к площадкам отверстий, куда впаивались выводы лампочки. Дорожку, идущую к выводу "3", надо перерезать и впаять в разрыв SMD резистор номиналом 1 кОм.

После такой переделки датчик окончания ленты работает, как и прежде. В некоторых случаях может понадобиться лишь подстройка порога срабатывания датчика. Это делается с помощью подстроечного резистора, установленного на плате блока управления (он там один).

Датчик окончания ленты включен постоянно, поэтому лампочка или светодиод постоянно светится. Некоторые видят в этом плюс - упрощение заправки ленты в темноте. Но я вижу в этом минус - из-под крышки блока головок пробивается свет, который нарушает нормальное восприятие дизайна магнитофона. Избавиться от этого света можно переводом датчика в инфракрасный (ИК) диапазон.

Переход в ИК-диапазон преследует еще одну цель - обеспечить надежное детектирование ракордов, чтобы для работы автореверса не приходилось делать прозрачных "окон" на ленте. Как показали измерения, в видимом диапазоне некоторые ракорды практически непрозрачны. В ИК-диапазоне ситуация иная, все ракорды имеют довольно высокую прозрачность. Но появляется другая проблема - магнитная лента тоже становится относительно прозрачной. Нет проблем только с лентами с черным обратным покрытием.

Прозрачность лент и ракордов разных типов была измерена экспериментально. Проверялись три варианта датчика: с лампочкой СМН и фоторорезистором СФ, белым светодиодом и фоторорезистором СФ, а также с ИК-светодиодом и ИК-фотодиодом (от компьютерной мыши). В таблице представлена нормированная величина выходного сигнала каждого из датчиков для каждого типа ракорда и ленты.

Те же данные в графическом виде:

Как видно, довольно сложно отличить ленту от ракорда по величине прозрачности в каком-то одном диапазоне длин волн света. В связи с этим возникает мысль, что может не просто так в датчик окончания ленты магнитофона Studer A820 ставили два светодиода - ИК и красный. Фотоприемник там тоже сдвоенный, но это понятно - лента перекрывает только один из датчиков, используя дифференциальный сигнал можно избавиться от влияния внешнего света. Насколько надежно там детектируется ракорд - неизвестно. В указанном магнитофоне нет автореверса, есть только автостоп, поэтому нет необходимости отличать ленту от ракорда.

Задачу нейтрализации внешней засветки можно решить использованием модулированного излучения для светодиода. Тогда можно реагировать только на засветку переменной интенсивности, а постоянную засветку - игнорировать. Так было сделано в некоторых магнитофонах Studer. Но при этом есть риск получить помехи из-за импульсного тока питания светодиода.

Как показали дополнительные эксперименты, если излучение ИК-светодиода хорошо коллимировать, тогда появляется надежно регистрируемая разница между самой прозрачной лентой и самым непрозрачным ракордом. Задача - сделать новый конструктив датчика. Основные недостатки штатного датчика сделующие:

• Лампочка ярко светит, из-под крышки блока головок (БГ) прорывается свет. Выглядит это очень некрасиво, особенно в темноте.
• Примененная пара лампочка-фоторезистор плохо просвечивает ракорды, в результате автостоп и автореверс срабатывают не всегда. Для надежной работы требуется делать в магнитной ленте прозрачные окна, что является неудобством.
• При снятии панели магнитофона условия работы датчика сильно меняются. В декоративной накладке есть небольшое отверстие, сквозь которое засвечивается фотоприемник. Если снять накладку, засветка резко возрастает. Это не позволяет настроить датчик при снятой панели.

Все эти недостатки предстоит устранить. Чтобы решить проблему независимости работы датчика от установки накладки панели, было принято решение поменять местами излучатель и приемник. Излучатель поставить внизу, а приемник – вверху. В качестве излучателя можно взять ИК-светодиод диаметром 3 мм, тогда его можно будет слегка высунуть через отверстие накладки. В таком случае накладка влиять не будет.

Спроектировать новый датчик оказалось непростой задачей. Чертежей магнитофона нет, все размеры, в том числе угловые, приходится снимать. Луч света направлен под углом к оси ленты, причем под углом сразу в двух плоскостях. Сама лента тоже движется под некоторым углом, причем разным в режиме рабочего хода и перемотки. Стол головок снизу тоже срезан под некоторым углом. В пластмассовой накладке имеется углубление для датчика, которое тоже расположено под некоторым углом в двух плоскостях.

Пришлось вырезать из бумаги модели деталей, которые потом прикладывал к панели и переводил на бумагу точки крепления. В результате сделал несколько эскизов конструкции, но в основном пришлось работать "по месту".

Узел датчика окончания денты решил сделать сборным для упрощения его реализации. Основой бедет служить несущая плита, а к ней отдельными деталями будут крепиться излучатель и приемник. Их можно отрегулировать по месту, а если что, любую из деталей можно переделать. Несущую плиту решил прикрепить к столу головок строго вертикально.

В качестве заготовки несущей плиты изготовил брусок из алюминия размером 35 х 20 х 8 мм. Теперь несущую плиту надо закрепить на столе головок. Штатный датчик крепился одним винтом М2 через пластиковую подкладочку, в которой есть выступ, входящий в специальное отверстие. Хоть тут формально есть две точки крепления, но такая конструкция не очень надежна. В новой конструкции винт будет только прижимать плиту, а устанавливаться она будет своими бортиками и штифтом, входящим в отверстие. Стол головок имеет некоторый угол, поэтому требуется фрезеровать углубление под углом.

После нескольких примерок плита установилась на стол головок.

Теперь можно приложить накладку и наметить место для излучателя.

В качестве заготовки для держателя светодиода взял кусочек толстостенного алюминиевого уголка. Получилась деталь, почти не имеющая прямых углов. Зажимать ее было тяжело.

Светодиод входит с трением под нужным углом. Держатель будет крепиться к плите винтом М2, от поворота его будет защищать пластиковая вставка, в которой будут проходить выводы светодиода. Вставку выфрезеровал из полистирола фрезой диаметром 0.6 мм.

В качестве фотоприемника решил использовать сдвоенный фототранзистор от компьютерной мыши.

Держатель для приемника нужен еще более хитрый. Приемник должен быть поднят, так как луч идет под углом вверх. Еще приемник должен быть наклонен, чтобы луч падал по нормали к поверхности. В качестве заготовки опять взял алюминиевый уголок.

К несущей плите держатель будет крепиться двумя винтами М2. Фотоприемник будет подпаян к небольшой плате, которая тоже будет крепиться винтом М2. Резьба для этого винта как раз попадает в полку уголка, поэтому просверлил технологическое отверстие, чтобы было проще нарезать резьбу.

Выводы светодиода будут впаиваться в печатную плату, которая привинчивается к плите снизу. На ней будет разъем подключения датчика к магнитофону. А к фотоприемнику плата подходить не будет, его придется подключать как-то по-другому. Для этого решил использовать тонкие провода с фторопластовой изоляцией. Для проводов потребовалось профрезеровать в плите специальный канал. Места очень мало, провода выбрал тонкие. Ширина канала – примерно 1.3 мм.

Для выхода проводов из канала на торце площадки под углом просверлено отверстие 1.5 мм, которое точно попадает в канал. В площадке сделаны выборки для разъема и для пластиковой вставки. Также запрессован стальной штифт.

В конструкции датчика используются две небольшие печатные платы. Плата для фотоприемника совсем простая, имеет размер 9 х 6 мм и одно отверстие диаметром 2 мм для крепления. Выводы фотоприемника припаиваются к площадкам на плате.

Плата излучателя немного сложнее, ее контур пришлось фрезеровать.

Наносить рисунок печатных плат решил с помощью цапон-лака. Сначала надо покрыть платы лаком полностью, а затем выцарапать зазоры между проводниками.

Платы после травления:

На плате излучателя устанавливается всего один SMD-компонент, это ограничительный резистор 330 Ом для светодиода. Выбрал его размера 1206, чтобы было легче провести под ним дорожку.

Датчик в сборе:

Заднюю крышку фотоприемника изготовил из пластика. Начел подходящую полистироловую деталь, которую можно использовать в качестве заготовки. Фрезеровкой подогнал крышку так, чтобы она надевалась на кронштейн фотоприемника. Для крепления крышки задействовал тот же винт, который используется для крепления печатной платы фотоприемника.

После установки нового датчика на магнитофон потребовалась настройка порога срабатывания. Фототранзисторы сборки датчика включены параллельно, в результате получается высокая чувствительность. Нагрузочный резистор на плате БУ пришлось снизить со штатных 47 кОм до 10 кОм. После чего порог нормально настроился.

Специально для настройки датчика окончания ленты в новом БУ заложена сервисная функция: светодиод «Стоп» горит только в том случае, если датчик "видит" ленту. Т.е. у магнитофона без заправленной ленты этот светодиод гореть не будет. Это позволяет настраивать чувствительность датчика. Можно пробовать разные ракорды и по светодиоду контролировать, срабатывает ли датчик. По возможности надо настроить его так, чтобы с любой магнитной лентой светодиод горел, а с любым ракордом - нет.

Программная обработка сигнала датчика в новом БУ выполняется таким образом, что на дефектах рабочего слоя ленты он не срабатывает. Автостоп сработает только в том случае, если обнаружена непрерывная прозрачность длиной не менее 2 см.

В результате были решены все задачи: датчик сквозь щели не светится; датчик отличает любой ракорд от ленты; работа датчика и его регулировка не нарушается при установке декоративной накладки.

Можно значительно проще изготовить датчик окончания, работающий в ИК-диапазоне. Для этого надо изготовить новую печатную плату, по форме аналогичную штатной. Но вместо лампочки и фоторезистора установить ИК-светодиод и фототранзистор. Конструктивно проще светодиод установить снизу (на место фоторезистора), а фототранзистор - сверху. Это связано с формой корпуса этих приборов. Фототранзистор можно применить от компьютерной мышки. Там он сдвоенный, имеет три вывода. Половинки можно запараллелить. А можно взять одиночный фототранзистор в похожем корпусе, например, SGPT4045 (ссылка на магазин будет приведена ниже). Он монтируется так, чтобы центр линзы находился на высоте 13 мм над платой, высота трубочки на ножках получается 8 мм. Светодиод - любой инфракрасный диаметром 3 мм с длиной волны 940 нм. Например, GNL-3014IRAB-1. Перед монтажом выводы изгибаются на расстоянии 6 мм от корпуса, высота трубочки на ножках - 3.5 мм.

Закрепляется новый датчик на плите блока головок точно таким же образом, как и штатный. Используется штатная пластиковая подкладка толщиной 3 мм и винт М2х8.

Подключается новый датчик с помощью разъема. Штатный датчик разъема не имел, провода впаивались прямо в плату. Порядок подключения следующий:

• Контакт разъема 1 (серый провод) - выход датчика. Подключается к проводу номер 9, который на штатной плате подключался к точке 2.
• Контакт разъема 2 (красный провод) - питание + 5 В. Подключается к проводу номер 29, который на штатной плате подключался к точке 1.
• Контакт разъема 3 (черный провод) - земля. Подключается к проводу номер 30, который на штатной плате подключался к точке 3.

Номера проводов в жгуте магнитофона указаны на кембриках, которые на эти провода надеты. Лучше всего провода штатного жгута магнитофона сразу заделать в ответную часть трехконтактного разъема.

Новый датчик имеет повышенную чувствительность, что позволяет просвечивать ракорд и отличать его от магнитной ленты. Это требуется для корректной работы автореверса. Но штатный БУ автореверс не поддерживает, поэтому повышенная чувствительность датчика может даже мешать. Если лента заправлена таким образом, что напротив датчика находится ракорд, аппарат не будет стартовать. В этом случае чувствительность датчика надо уменьшить, чтобы он реагировал на ракорд как на ленту. Для регулировки чувствительности на штатном БУ имеется подстроечный резистор.

В некоторых случаях эта регулировка может оказаться слишком грубой, тогда можно или добавить постоянный резистор 10 - 20 кОм с выхода датчика на землю (между серым и черным проводом), или заменить подстроечный резистор на БУ более низкоомным (например, 10 кОм).

1. Фототранзисторы SGPT4045

end_sens_pcad.zip (197 kB) - файлы разводки платы (PCAD 2006, pdf для lut).