leoniv.diod.club

Блок питания

Доработка штатного блока питания

Блок питания (БП) магнитофона "Электроника-004" представляет собой отдельный узел, состоящий из сетевого трансформатора, печатной платы и радиатора. Здесь же размещены регулирующие транзисторы боковых двигателей и фазосдвигающие конденсаторы.

На печатной плате находится несколько отдельных выпрямителей с конденсаторами фильтра и несколько стабилизаторов. Схемотехника стабилизаторов довольно архаичная. Используются старые микросхемы КР142ЕН1 и ЕН2, которые (как и uA723) являются ранними представителями интегральных стабилизаторов. Эти микросхемы требуют множества элементов «обвязки». Выходное напряжение стабилизаторов регулируется с помощью подстроечных резисторов.

БП обеспечивает на выходе следующие напряжения:

  • Стаб. +15 В (ток до 0.5 А) и -15 В (до 0.5 А) для питания аналоговых схем.
  • Стаб. +5 В (до 0.3 А) для питания схем управления аналоговым трактом.
  • Стаб. +5 В (до 0.5 А) для питания блока управления.
  • Стаб. +24 В (до 0.5 А) для питания ведущего двигателя.
  • Нестаб. +38 В (до 0.4 А) для питания электромагнитов.
  • Нестаб. +150 В (до 0.01 А) для питания газоразрядных индикаторов.

На рисунке ниже показано расположение подстроечных резисторов, а также точек контроля напряжения (на указанных номерах контактов разъема и на проводе номер 37). В магнитофоне эта плата установлена деталями вниз, что надо учитывать при поиске нужного подстроечника.

Надо отметить, что схемотехнически здесь заложена довольно полезная функция - так называемая «падающая» характеристика выходного тока стабилизаторов (Foldback Current Limiting), когда ток КЗ ниже максимального тока нагрузки. Это позволяет стабилизаторам выдерживать без перегрева долговременную перегрузку или короткое замыкание на выходе.

На плате БП установлены небольшие радиаторы, на которых расположены регулирующие транзисторы стабилизаторов.

Эти радиаторы с помощью алюминиевых пластин соединены с основным радиатором, расположенным сверху магнитофона. Тепло по пластинам будет передаваться туда. Это неплохое техническое решение. Благодаря небольшим радиаторам на плате БП, она может кратковременно работать без помощи основного радиатора, что упрощает ремонт магнитофона.

Кроме собственно источников питания на плате БП собрана часть схемы управления боковыми двигателями. На плату приходят провода от двигателей, фазосдвигающих конденсаторов и регулирующих транзисторов. С трансформатора подаются переменные напряжения 60 В и 100 В, для каждого двигателя имеется отдельная обмотка. Напряжение 60 В подается на двигатель через выпрямительный мост и регулирующий транзистор, а напряжение 100 В – через симистор. Принципиальная схема БП с некоторыми внешними цепями и комментариями приведена ниже (картинка кликабельна).

Недостатки разводки платы БП приводят к повышенным пульсациям и помехам. Электрическая схема магнитофона спроектирована с учетом разделения земляных проводников для разных участков схемы. Но на плате БП эти земли сведены вместе. Такая топология иногда используется, она называется «звезда». Но здесь «звезда» выполнена довольно длинными печатными проводниками, по которым протекают токи от разных источников.

Одну из проблем БП я заметил при отладке программы нового блока управления (БУ). Если нажать кнопку реверса, лента сначала должна остановиться, и только после некоторой паузы начать движение в обратном направлении. Эта пауза нужна для разгона ведущего двигателя после смены направления вращения. Штатная логика на это время выключала боковые двигатели и задействовала механические тормоза. Чтобы лишний раз не щелкать электромагнитами, я решил это время подождать в режиме электронного торможения, когда боковые двигатели создают с двух сторон одинаковые натяжения. В итоге в тот момент, когда ведущий двигатель реверсировался, я увидел сильные колебания натяжения ленты. Ниже приведены графики натяжения ленты слева и справа, когда она неподвижна. В это время я вручную переключаю направление вращения ведущего двигателя. Каждый всплеск на графике – это такое переключение.

Сначала подозрение пало на программу, но выяснилось, что дело не в ней. Оказалось, что во время реверсирования ведущего двигателя резко меняются показания датчиков натяжения ленты, даже если рычаги натяжителей при этом совершенно неподвижны. Выходные сигналы датчиков показаны на графиках ниже.

Эти резкие «ступеньки» приходили на вход PID-регулятора натяжения ленты, его реакция как раз и стала причиной выбросов натяжения.

Виновником выбросов на сигнале датчиков натяжения оказался БП. Часть земляного проводника, куда подключен датчик натяжения, использовалась в качестве проводника возвратного тока источника питания +24 В, питающего ведущий двигатель. Во время разгона двигателя его потребляемый ток сильно увеличивается (примерно до 2 А вместо 200 – 300 мА в штатном режиме). Этот ток создает заметное падение на земляном проводнике, которое суммируется с выходным сигналом датчика натяжения. Но и в штатном режиме работы выходные сигналы датчиков натяжения будут несколько искажены, на их будет влиять рабочий ток ведущего двигателя. Это серьезная проблема БП.

На плате БП есть и другие «косяки». У всех источников они однотипные – кто-то применил очень странную топологию для выпрямительных мостов и фильтрующих конденсаторов. Вместо того, чтобы использовать правильную топологию, как на картинке слева, здесь руководствовались какими-то своими идеями (картинка справа):

Фрагмент печатной платы БП показан ниже. Синими стрелками показано странное подключение фильтрующего конденсатора C18 к мосту V7. Зеленой стрелкой показаны тоненькие силовые дорожки питания +5 В и +24 В.

Ситуацию усугубляет применение аксиальных конденсаторов типа К50-29. Они хороши своей маленькой высотой, но их выводы расположены далеко друг от друга, поэтому разводка получается не лучшей, с большой площадью контура зарядного тока. У оригинала (Revox A-700) тоже применялись аксиальные конденсаторы, но разводка БП была лучше продумана. Стабилизаторы там тоже сделаны на дискретных компонентах, но надо учесть, что это 1972 год.

Раз уж коснулись конденсаторов, то хочется в очередной раз подвергнуть критике подход, когда при ремонте бездумно меняют все конденсаторы. Делать этого не надо, это лишняя работа и риск повреждения печатной платы. В моей практике пока не встречалось случаев, чтобы конденсаторы типа К50-29 требовали замены. А конкретно в этом магнитофоне "Электроника-004" 1986 года выпуска в БП вообще нет ни одного конденсатора, требующего замены. Кроме К50-29 тут используются конденсаторы К50-35, которые тоже довольно надежны. Судить об исправности конденсаторов в БП можно по уровню пульсаций, который контролируется осциллографом.

Исправить проблемы топологии печатной платы БП не так просто. Иногда советуют просто напаять на дорожки земли толстый провод или оплетку, снизив этим импеданс общего проводника. Эта мера позволяет в некоторой степени уменьшить уровень пульсаций и помех, но она не очень эффективна. Радикальный способ – перерезать некоторые дорожки на плате и создать новую топологию с помощью проводов. Это позволит полностью устранить негативные эффекты, вызванные неправильной топологией.

Для всех каналов БП надо сделать топологию вида «выпрямительный мост – конденсатор – стабилизатор - разъем нагрузки». Выходы стабилизаторов надо соединить прямо с разъемами потребителей, чтобы по дорожкам, объединяющим земли разных источников, не текли токи нагрузок.

Чтобы лучше разобраться в топологии, была составлена блок-схема источников питания магнитофона и потребителей. В середине выделена печатная плата БП. Потребители к ней подключаются с помощью 16-контактного разъема и с помощью жгута проводов. Этот жгут уходит на один из разъемов БУ, все провода в нем пронумерованы.

+15 В и -15 В - это самые критичные источники питания, которые используются для питания аналоговых схем магнитофона, расположенных в блоке маломощной электроники (БМЭ). Питание на БМЭ поступает транзитом через плату БУ (что плохо). На плату БУ оно уходит по проводам 25 и 26. Общих провода здесь два - 34 (идет на измеритель уровня) и 30 (идет на БМЭ). Очень важно обеспечить, чтобы по дорожкам платы БП, которые соединяют источники +15 В и -15 В с точками впайки проводов 30 и 34, не проходили токи других источников.

Штатный БУ использует напряжения +15 В и -15 В еще и для питания схемы управления боковыми двигателями. При этом отбирает от +15 В значительный пульсирующий ток, что приводит к появлению фона. Ситуацию можно исправить, модифицировав каскады управления регулирующими транзисторами двигателей. В новом БУ эти схемы питаются напряжением +5 В, проблема помех на линии +15 В полностью устранена.

Кроме питания БУ и БМЭ источники +15 В и -15 В питают датчики натяжения ленты через контакты разъема 8, 9, 11, 12. В качестве обратного провода используются контакты разъема 7 и 13. Тут в топологии магнитофона допущена серьезная ошибка, контакт разъема 10 использован для подключения обратного провода питания блока управления ведущего двигателя (БУВД). В результате ток питания двигателя создает падение между земляными контактами разъема, которые соединены печатной дорожкой, что приводит к сильному отклонению потенциала земли датчиков натяжения. Чтобы устранить этот недостаток, надо не только доработать печатную плату БП, но и поменять распайку ответной части разъема БП, как показано на рисунке выше (желтый кружок с восклицательным знаком).

+150 В - этот нестабилизированный источник, который используется для питания газоразрядных индикаторов в измерителе уровня. По экранированному проводу 28 питание поступает сначала на БУ, а дальше - на измеритель уровня. Экран провода подключен к точке 32, но тока он не несет. В качестве обратного провода используется провод 34, как и для источников +15 В и -15 В.

+5 В - это питание БУ. Оно поступает по проводу 37, в качестве обратных используются провода 29 и 31.

+5 ВА - второй источник +5 В, который задумывался как питание логических схем в звуковом тракте, где они используются в роли ключей. Это питание поступает на БМЭ через БУ по проводу 27. В качестве обратного провода используется те же провода, что и для источников 15 В и -15 В. Данный источник невозможно полностью отделить от "цифрового" +5 В, потому что они используют одну обмотку трансформатора, общий выпрямитель и конденсатор фильтра. Поэтому у них довольно протяженная общая часть земли. Несколько спасает использование отдельного стабилизатора.

Кроме питания БМЭ источник +5 ВА используется для питания датчика окончания ленты (ДО) и датчика движения ленты. Питание на них поступает через контакты разъема 14, 15, 16, обратный провод - контакты 7, 10, 13. Как было сказано выше, контакт 10 надо освободить от тока питания ведущего двигателя.

Самое плохое, что этот источник используется и для питания цифровой части БУВД. В связи с применением в "Электроника-004" ведущего двигателя ДБ-95, появился еще один существенный потребитель питания +5 В. Чтобы не перегрузить источник питания БУ, был использован источник питания БМЭ. Поступает питание через те же контакты разъема 14, 15, 16, которые на ответной части объединены. В качестве обратного провода используется общий провод основного питания двигателя +24 В. В результате питание +5 ВА получает помехи от цифровой схемы БУВД, использование его для аналоговой части выглядит не очень подходящим. Решить проблему поможет новый БУВД, у которого потребление цифровой части резко снижено, что позволило ее питать через собственный стабилизатор от источника +24 В.

+24 В - основной источник питания ведущего двигателя. Поступает на БУВД через контакты разъема 2 и 3. Обратный провод - через контакт 1. В оригинале для обратного провода был задействован еще контакт 10, но это приводило к "загрязнению" земли датчиков натяжения.

+38 В - источник питания электромагнитов ЛПМ. На электромагниты оно поступает через контакты разъема 4, 5 и 6. А обратный провод здесь длинный. Второй вывод электромагнитов приходит на электронные ключи, расположенные на БУ. Там они подключены к силовой земле, которая приходит с БП проводом 33. На БУ силовая и цифровая земля разделены. У штатного БУ силовая земля зачем-то использовалась для заземления кнопок управления. Совершенно непонятный ход, который может приводить к снижению помехоустойчивости логики управления.

Контур тока питания электромагнитов получается очень большим, что вместе с пульсациями тока питания электромагнитов (источник + 38 В ведь нестабилизированный) может приводить к появлению помех. В новом БУ ситуация улучшена путем стабилизации тока питания электромагнитов. Но все равно ключи электромагнитов прямо просятся на БП.

Общие провода всех источников на плате БП должны быть объединены, чтобы привязать потенциалы источников к одному уровню земли. Но по этим объединяющим соединениям в идеале не должен протекать ток нагрузок (эти соединения на рисунке выше показаны штриховыми линиями, которые соединяются в точке G).

С учетом всего сказанного топология платы БП была переработана. Всего на плате надо добавить 12 перемычек и разрезать дорожки в 10-ти местах (картинка кликабельна).

Устранен и совсем «детский» косяк: конденсатор фильтра источника +38 В не имел никакого тока разрядки после выключения аппарата. В результате даже на обесточенном аппарате был риск что-то повредить, случайно замкнув заряженный конденсатор на какую-то цепь. Например, при демонтаже электромагнитов. Параллельно конденсатору обязательно должен стоять разрядный резистор, который разработчики не предусмотрели. Пришлось этот резистор добавить.

После доработки уровень пульсаций на входах стабилизаторов уменьшился, а проблема с дерганьем натяжения ленты во время реверса ведущего двигателя полностью исчезла:

Как уже отмечалось, повышенные пульсации напряжения питания аналоговых схем в этом магнитофоне – вина не только БП. Дело в том, что схема управления боковыми двигателями потребляет от «аналогового» питания +15 В импульсный ток частотой 100 Гц, что приводит к появлению пульсаций уровнем до 50 мВ!

Эти пульсация хорошо слышны как фон и в канале воспроизведения, и в канале записи. В этом, конечно, есть и часть вины аналоговых схем, которые имеют недостаточный коэффициент подавления пульсаций питания, но в первую очередь это ошибка организации питания разных узлов магнитофона. Вся борьба с фоном в виде экранирования практически сведена на нет этим неудачным схемотехническим решением. Причем у оригинала (Revox A-700) питание схемы управления боковыми двигателями взято от нестабилизированного источника, а не с выхода стабилизатора питания аналоговых схем. Новый БУ на микроконтроллере не использует аналоговое питание, там этот недостаток устранен полностью.

Параметры стабилизаторов также заслуживают критики. Выходное сопротивление стабилизаторов в звуковой полосе частот довольно значительное, что вызывает пульсации с частотой тока потребления. Для аналоговых схем потребление меняется с частотой звукового сигнала. Например, вот что видим на выходе стабилизатора +15 В при работе магнитофона в режиме воспроизведения с подключенными наушниками на среднем уровне громкости (10 мВ на деление, используется новый БУ, где помеха от схемы боковых двигателей устранена):

Замена схемы штатного стабилизатора одной микросхемой LM317 в стандартном включении дает намного лучшую картину:

Пульсации напряжения питания определяются не только выходным импедансом стабилизаторов, но и импедансом подводящих проводов. Тут они длинные, БП установлен в верхней части аппарата, а корзина с аналоговой электроникой – внизу. К тому же, аналоговое питание транзитом проходит через плату блока управления, что еще добавляет разъемов и дополнительно удлиняет проводники. А на самой корзине конденсаторы отсутствуют. Поэтому непосредственно на разъемах питания аналоговых плат картина еще хуже.

Со штатным стабилизатором:

С LM317:

Надо сказать, что после доработки плата БП стала несколько непрезентабельной. Слишком много пришлось резать и переделывать. К тому же, имеются недостатки, связанные со схемотехникой – высокий выходной импеданс стабилизаторов, лишние подстроечные резисторы уровней напряжения и т.д. Поэтому возникло желание сделать новую плату БП. Одновременно имеет смысл улучшить топологию соединений блоков магнитофона. Лучше отказаться от общих для всех блоков жгутов проводов, а сделать соединения точка-точка на отдельных разъемах. Блок-схема нового БП может выглядеть примерно так:

Переделка БП затрагивает и другие блоки магнитофона, по крайней мере, требуется замена разъемов и проводов. Есть и нерешенные пока вопросы: перенос ключей электромагнитов на БП, питание новых датчиков натяжения от +5 В, перенос части схемы управления боковыми двигателями на БП или на отдельную плату. Поэтому разработку новой платы (или нескольких плат) БП надо делать совместно с доработкой других блоков.

При разработке новой платы может оказаться полезным рисунок рамы и радиаторов с установочными размерами (картинка кликабельна).

Трансформатор

В магнитофоне "Электроника-004" применялись два типа трансформаторов. В ранних аппаратах устанавливался ТС-150-3, а в более поздних (с декабря 1986 года) ТП-190-2.

Внешне ТС-150-3 кажется сделанным лучше, он даже имеет экран. Но на деле он хуже, сильнее гудит и имеет повышенный ток холостого хода - порядка 100 мА при напряжении 220 В.

Трансформатор ТП-190-2 внешнего экрана не имеет, но и заметных наводок от него нет. Ток холостого хода порядка 30 мА при напряжении 220 В. С гудением все тоже в норме, его практически не слышно.

Если в магнитофоне установлен трансформатор ТП-190-2, то можно не беспокоиться. В случае с ТС-150-3 можно подумать о его замене на заказной тороидальный.

Ниже приведена средняя потребляемая магнитофоном мощность в разных режимах работы. При измерениях использовались катушки №27, скорость 19.05 см/с. Потребляемая мощность зависит от многих факторов, приведенные значения можно рассматривать только как ориентировочные.

  • Стоп: 21 Вт
  • Воспроизведение: 70 Вт
  • Запись: 73 Вт
  • Перемотка: 95 Вт
  • Архивная перемотка (с новым БУ): 53 Вт

Схема обмоток и намоточные данные трансформатора ТС-150-3:

Номинальные напряжения на обмотках трансформатора ТС-150-3:

Схема обмоток трансформатора ТП-190-2:

Номинальные напряжения на обмотках трансформатора ТП-190-2:

Измеренные напряжения холостого хода для обмоток трансформатора ТП-190-2 при напряжении сети 220 В:

Намоточных данных трансформатора ТП-190-2 в литературе найти не удалось.

Переделка трансформатора может преследовать несколько целей: уменьшение акустического шума (гудения), уменьшение поля рассеяния и связанных с ним наводок на магнитные головки, добавление недостающих обмоток (например, отдельной обмотки для получения питания +5 В аналоговой части), коррекции напряжения обмоток.

По последнему пункту нужно высказаться особо. Для питания боковых двигателей трансформатор имеет две раздельных обмотки по 100 В с отводом от 60 В. В режиме рабочего хода для осуществления подмотки и подтормаживания используется напряжение 60 В, а на перемотке используется 100 В. Дело в том, что в некоторых условиях напряжения 60 В бывает недостаточно для получения номинального натяжения ленты. Здесь влияют следующие факторы: пониженное сетевое напряжение, радиус рулона (наихудшие условия будут с полной катушкой №27), установленное натяжение (для лент 55 мкм может возникнуть желание его повысить), состояния двигателей и фазосдвигающих конденсаторов. Двигатели, у которых форма статора исправлена методом проточки, имеют увеличенный воздушный зазор и развивают немного меньший момент. Несколько из этих факторов могут сложиться, тогда на полной катушке №27 система стабилизации натяжения может выйти из нормального режима работы. Устранить проблему можно повышением напряжения питания двигателей в режиме рабочего хода.

В магнитофонах "Олимп-005" и выше так и сделано - напряжение питания двигателей во всех режимах составляет 80 В. Здесь можно поступить таким же образом. Но это потребует переделки трансформатора. Применить готовый трансформатор от "Олимп-005" здесь не получится - он не имеет обмоток для источников питания +5 В и +24 В. Если оставить переключение напряжения двигателей, тогда достаточно получить в режиме рабочего хода 70 В вместо 60 В. А это возможно даже с имеющимся трансформатором. Каждая обмотка трансформатора распределена между двумя катушками, которые соединены технологическими перемычками. Если использовать эти перемычки в качестве выводов, то для каждого двигателя получим обмотки 30, 30 и 40 В. Соединив 30 и 40, получаем 70 В.

Разъем сетевого провода

В магнитофоне "Электроника-004" используется несовместимый ни с чем разъем сетевого провода. Колодка сетевого провода содержит держатели для двух предохранителей.

Поскольку штатный сетевой провод у меня был, я не стал менять разъем, заменил только сам провод. В комплекте с магнитофоном шел белый сетевой шнур, который совершенно не подходит к темным панелям магнитофона.

Если комплектный шнур утрачен, то найти такой же будет непростой задачей. В этом случае лучше поменять разъем. Для этого придется изготовить небольшую крепежную планку, потому что новый разъем наверняка будет иметь размер меньше старого. Наибольшее распространение в бытовой аудиотехнике получили разъемы IEC C7/C8 и IEC C13/C14.

В случае установки трехконтактного разъема, не следует подключать провод заземления сетевого шнура к шасси магнитофона. Это может привести к появлению земляной петли, в результате появится фон сетевой частоты. Земляной провод можно подключать только к сетевому фильтру, если такой имеется. Для бытовой аудиотехники наиболее подходящими я считаю двухконтактные разъемы C7/C8.

Сетевой выключатель

В качестве сетевого выключателя в магнитофоне "Электроника-004" применяется ПКН-41, который довольно жесткий. Рядом с ним на кронштейне установлен переключатель скорости движения ленты типа П2К, который тоже мягкостью хода не отличается. Сам кронштейн выглядит не очень эстетично.

Внешне этот узел выглядит каким-то кустарным.

Было принято решение заменить и переключатели, и сам кронштейн. Вместо стального штампованного был выфрезерован алюминиевый. Вместо литой пластмассовой детали используется деталь из алюминиевого уголка.

Переключатели применены импортные, с мягким ходом. Новый узел сетевого выключателя на магнитофоне выглядит так:

Ридико Леонид Иванович www.leoniv.diod.club e-mail: wubblick@yahoo.com