leoniv.diod.club

Кассетная дека TK-140

Кассетная дека TK-140 была сделана приблизительно в 1994 году. За основу взят одновальный ЛПМ "Вильма", в котором был переделан привод планки головок: вместо электромагнитов применен электродвигатель. Это сделало работу ЛПМ практически бесшумной. Система управления декой реализована на микроконтроллере 80С31.

Передняя панель деки изготовлена из черного листового полистирола, который добыт из каких-то поддонов, купленных в хозяйственном магазине. Панель имеет коробчатую конструкцию и склеена из нескольких деталей. Для склейки использовался самодельный клей на основе толуола, в котором растворены опилки этой же пластмассы. Видимые швы "заварены" с помощью паяльника с импользованием тонкой полоски этого же пластика в качестве "электрода". Затем поверхность зашкурена на листе наждачной бумаги с использованием упора, что позволило получить равномерную картину царапин. Для устранения белесого оттенка в конце панель протерта смесью скипидара и ацетона.

Надписи нанесены с помощью переводного шрифта. Сверху они ничем не защищены, но при аккуратном обращении, как видно, они вполне смогли прослужить 20 лет. Логотип вырезан надфилями из серебристой пробки от какой-то косметики.

Кнопки изготовлены вручную из пластика. С помощью напильника им придана выпуклая форма, затем поверхность зашкуривалась и полировалась. Символы режимов работы на поверхности кнопок испытывают повышенную нагрузку на истирание, поэтому там переводной шрифт не подходит. Эти символы изготовлены из тонкого белого пластика (баночки из-под сметаны) и приклеены к поверхности кнопок. Маленькие ручки использованы от телевизоров "Горизонт", большая ручка - доработанная от радиоприемника.

Шасси деки изготовлено из листового дюралюминия толщиной 3 мм. Из такого же материала сделана задняя панель. Она одновременно служит в качестве радиатора для стабилизаторов напряжения. Панели крепятся к шасси с помощью алюминиевых угольников.

Верхняя крышка сделана из листовой стали. Поскольку в домашних условиях очень сложно нанести прочный и равномерный слой краски, крышка поклеена черной матовой пленкой Oracal.

Внутри дека выглядит не очень красиво. Большинство внутренних узлов делались как временные, но они остаются таковыми уже не первый десяток лет. Возможно, когда-нибудь дойдут руки все это привести в порядок.

За основу взят готовый ЛПМ от кассетной деки "Вильма". На мой взгляд, это очень хороший ЛПМ. Он фактически является копией ЛПМ деки Dual C839RC, только без реверса и без второго ведущего вала. ЛПМ двухдвигательный, используются двигатели ДКВ-001 (ведущий) и ДКП-001 (подмотка/перемотка) с полым ротором, которые являются копией двигателей фирмы Maxon. Привод ведущего вала - косвенный, с помощью плоского пассика. Внутри маховика штатно установлен магнит, имеющий 100 пар полюсов, а также катушка тахогенератора, изготовленная гальваническим способом. Этот тахогенератор представляет собой датчик скорости интегрирующего типа и имеет очень низкий джиттер выходного сигнала. Это позволяет реализовать кварцевую стабилизацию частоты вращения ведущего вала. Боковые узлы приводятся от второго двигателя через плоский пассик и обгонные муфты. Такое решение очень редко встречается в ЛПМ кассетных дек. Оба боковых узла имеют механизмы подтормаживания с фетровыми кольцами, что обеспечивает натяжение ленты во всех режимах и при любом направлении движения. Это также позволяет отказаться от отдельных тормозных механизмов.

Существенным недостатком этого ЛПМ является шумность его работы. Это связано с тем, что для привода каретки головок используются электромагниты. Один из них перемещает каретку в положение "Pause", второй - в положение "Play". При срабатывании электромагнитов слышны сильные щелчки. В связи с этим ЛПМ был доработан. Вместо электромагнитов установлен новый узел на основе электродвигателя и червячного редуктора. Применен малогабаритный коллекторный электродвигатель от кассетного плейера. Обычно двигатель такого назначения в ЛПМ называют Assist Motor или Control Motor. На валу этого двигателя находится шкив небольшого диаметра (штатный шкив ведущего двигателя плейера), с которого через пассик квадратного сечения вращение передается на шкив большего диаметра, установленный на валу червяка. Червяк передает вращение шестерне, на которой имеется выступ. Этот выступ совершает поступательное движение и заменяет собой якорь электромагнита. Каретка головок через штатный рычаг приводится в движение этим выступом. Для точного позиционирования каретки головок установлен датчик положения.

Он состоит из печатной платы, на которой вытравлены ламели, и пружинящего контакта от реле, который скользит по этим ламелям. При достижении контактом нужной ламели питание двигателя отключается. Для борьбы с инерцией используется активное торможение двигателя - при остановке он закорачивается низким выходным сопротивлением драйвера, в качестве которого использован мощный ОУ типа К157УД1. Схема управления двигателем выполнена на отдельной печатной плате, на которой закреплен и сам двигатель. Для точной остановки в положении "Pause" активного торможения оказалось недостаточно, поэтому микроконтроллер выполняет алгоритм последовательного приближения к искомому положению по сигналам датчика. При включении режима "Pause" каретка совершает затухающие колебания вокруг заданного положения.

Еще одна доработка ЛПМ заключается в добавлении контактной группы для автоматического определения типа ленты. Как известно, кассеты типа II и IV имеют дополнительное окно рядом с окном защиты от записи. В этом месте установлен дополнительный микропереключатель. Его состояние опрашивает микроконтроллер и включает постоянную времени коррекции 70 мкс при воспроизведении, а также ток подмагничивания и коррекцию для типа II при записи.

Для реализации автостопа и электронного счетчика ленты на приемный узел добавлен диск с рисками, напротив которого установлен отражательный оптрон с двумя фотоприемниками. Он позвляет определить скорость и направление вращения подающего узла.

Схема управления ЛПМ выполнена на отдельной плате, которая закреплена сзади ЛПМ. На этой плате собрана схема кварцевой стабилизации частоты вращения ведущего вала, схема управления двигателем подмотки/перемотки, формирователь импульсов датчика вращения приемного узла. Есть на плате и схема управления электромагнитами, которая используется как преобразователь уровней для управления драйвером двигателя привода каретки головок.

Cхема кварцевой стабилизации частоты вращения ведущего вала (см. файл tk-140_sch_photo.pdf) сделана на основе схемы управления ведущим двигателем кассетной деки "Маяк-001", которая имеет похожий ЛПМ. Диаметр ведущего вала в этом ЛПМ составляет 3 мм. Для номинальной скорости 1 7/8 дюйма в секунду (4.7625 см/с) частота вращения ведущего вала с учетом толщины ленты должна составлять 5.0523 Гц. С учетом проскальзывания для получения номинальной скорости частота вращения ведущего вала должна быть несколько выше - около 5.0583 Гц. Поскольку число пар полюсов магнита таходатчика равно 100, частота генерируемого сигнала будет в 100 раз выше частоты вращения ведущего вала. Поэтому для системы кварцевой стабилизации необходима опорная частота 505.83 Гц. На жесткой логике получить такую частоту сложно, требуется специальный кварц. Но если взять стандартный часовой кварц с частотой 32768 Гц, то можно получить частоту 512 Гц, что на 1.2% выше требуемой. Такое отклонение скорости, конечно, нежелательно, хотя и допустимо, зато схема не требует дефицитных компонентов.

Схема управления двигателем подмотки/перемотки представляет собой транзисторный мост, позволяющий питать двигатель напряжением любой полярности в режимах перемоток. Ток питания двигателя ограничивается резистором. В режиме PLAY момент подмотки определяется другим резистором, который подключается через специальный транзисторный ключ.

Формирователь импульсов датчика вращения приемного узла выполнен на сдвоенном ОУ КР574УД2А, работающем в режиме компаратора. Сам датчик сделан на трех ИК-светодиодах АЛ107Б. Один из них работает как излучатель, два других - как приемники излучения, отраженного от диска с белыми и черными секторами.

Дополнительно плата содержит стабилизаторы напрядения +9 В (для питания двигателей) и +5 В (для питания логики). Стабилизаторы установлены на шасси деки, которое служит теплоотводом.

Основой системы управления является микроконтроллер 8031 производства ПО "Интеграл". Рядом видна микросхема ПЗУ с прошивкой. Управляющая программа написана на ассемблере, она содержит примерно 3000 строк. Когда начинал делать эту программу, у меня еще не было нормального компьютера. Использовал самодельный компьютер "Специалист" с самодельным табличным транслятором ассемблера MCS-51. Затем на самодельном программаторе прошивал код в ПЗУ. Отлаживать приходилось методом проб и ошибок. Позже изготовил самодельный эмулятор ПЗУ, который можно было использовать как отладчик. С его появлением процесс отладки стал вполне комфортным. Позже у меня появился компьютер PC AT, но к тому времени прошивка деки была уже практически готова.

Основные функции процессора - это управление ЛПМ, обработка датчика вращения и реализация счетчика реального времени с выводом значения на семисегментные индикаторы, оцифровка сигналов измерителя уровня, их перекодировка по логарифмической таблице и вывод на линейный светодиодный индикатор, оцифровка сигнала автопоиска, декодирование сигналов ИК ДУ, обслуживание местной клавиатуры и светодиодов на передней панели, генерация звуковых сигналов, сохранение параметров во внешней EEPROM. Процессор собран на макетной плате, так как в будущем планировалась его переделка. Но это будущее пока не наступило.

Как оказалось, процессорное управление ЛПМ позволило значительно повысить качество его работы. При переключении из режима REWIND в режим PLAY в стандартной "Вильме" наблюдается выброс петли, а затем рывок ленты. Это связанно с тем, что муфты подкассетников остаются переключенными для вращения в обратном направлении. В данной системе управления процессор после режима REWIND осуществляет переключение муфт путем кратковременного включения подмотки. При включении любой из перемоток вначале выбирается петля ленты кратковременным включением двигателя, и лишь затем включается перемотка. При включении режима PLAY для преодоления инерции рулона ленты на приемном узле кратковременно включается режим FFD. Момент включения относительно подвода ролика и длительность включения точно подобраны, что полностью устранило образование петли. Если реализовать управление моментом подмотки/перемотки с помощью ЦАП, то можно еще улучшить работу ЛПМ. Возможно, в будущем получится сделать такую доработку.

Использование для управления декой микроконтроллера позволило реализовать целый набор сервисных функций. Это логическое управление режимами PLAY, STOP, PAUSE, REWIND, FAST FORWARD, RECORD, причем с некоторыми особенностями. Если в режиме REWIND нажать PLAY, то загораются сразу оба светодиода REWIND и PLAY, а по окончании перемотки автоматически включается воспроизведение. Точно так же возможно автоматическое включение PLAY при возврате в заданную точку по счетчику (режим MEMORY). Есть режим бесконечного воспроизведения стороны кассеты. Имеется поиск по паузам до 99 фрагментов. В конце поиска дека возвращается в исходный режим, которым может быть PLAY или PAUSE. Номер фрагмента для посика можно редактировать кнопками REW и FFD прямо в процессе поиска. Есть режим «обзор», позволяющий прослушивать фонограмму на скорости перемотки. Если дека находится в режиме STOP более 5 минут и кнопки при этом не нажимают, она уходит в режим STANDBY. Пробуждение возможно по нажатию любой кнопки управления ЛПМ.

4-х разрядный счетчик ленты может работать как в режиме условных единиц, так и в режиме реального времени в минутах и секундах. Поскольку датчик вращения всего один (только на приемном узле), счетчик реального времени работает только в режиме рабочего хода. При включение рабочего хода после перемотки или после замены кассеты микропроцессор по частоте вращения приемного узла вычисляет время от начала кассеты. Система откалибрована для наиболее часто используемых кассет С-90 и имеет погрешность не более 2 мин. Во многих фирменных деках счетчик реального времени работает и на перемотке. Но там он показывает условное время, а здесь всегда актуальное время от начала кассеты, что гораздо практичнее. В принципе, счетчик можно усовершенствовать, если установить второй датчик вращения на подающий узел. Счетчик условных единиц имеет память, что позволяет вернуться в ту же точку. Для счетчика и памяти предусмотрено хранение двух значений, это позволяет "вести учет" одновременно двух кассет. При замене кассеты текущие значения запоминаются, а на индикации загорается ноль. Этот же датчик вращения используется и для автостопа. Поскольку известно, какой максимальный период импульсов с датчика, как только он превышается, сразу же срабатывает автостоп. Высокая скорость срабатывания автостопа предохраняет ленту от повреждения при заклинивании приемной бобышки в кассете. Чтобы индикация счетчика ленты не создавала помех, динамическая индикация не используется. Каждый разряд индикатора подключен к отдельной микросхеме регистра-дешифратора К176ИД2, куда процессор загружает код цифры.

Индикатор уровня также обрабатывается программно. Выходные сигналы детекторов уровня левого и правого каналов, выполненных на микросхеме К157ДА1, поступают на входы АЦП. Поскольку данный микроконтроллер не имеет встроенного АЦП, он реализован снаружи на основе параллельного ЦАП типа КР572ПА1А и компараторов КР554СА3А. Количество компараторов равно количеству каналов АЦП, это позволило обойтись без входного мультиплекстора. Оцифрованный сигнал перекодируется по таблице, куда зашита логарифмическая шкала индикатра. После перекодировки данные выводятся на 13-элементные светодиодные шкалы, собранные на отдельных светодиодах. Чтобы индикатор уровня не создавал помех, используется статическая индикация. Каждый светодиод подключен к отдельному выходу параллельного регистра.

Один из каналов АЦП используется для оцифровки сигнала автопоиска. В режиме поиска на выходе УВ включается цепочка "приглушения" сигнала. До этой цепочки снимается сигнал для детекторов уровня. Выпрямленные сигналы правого и левого каналов складываются и подаются на вход АЦП. Процессор следит за уровнем сигнала с учетом гистерезиса. Когда обнаруживается пауза, номер фрагмента для поиска декрементируется. Если при этом получается ноль, искомый фрагмент найден. Перемотка выключается. Но по инерции лента некоторое время продолжает двигаться, поэтому для точной остановке на паузе на фиксированное время включается обратная перемотка. Это время точно подобрано.

Микропроцессор обеспечивает управление режимами MUTE, DOLBY B, DOLBY C, MPX-filter. Встроенный телефонный усилитель имеет отключаемый режим EXTRA-BASS. Все текущие установки запоминаются в EEPROM и восстанавливаются при включении деки. Есть режимы TIMER PLAY и TIMER REC, ставшие уже стандартом, когда при включении сетевого питания внешним таймером дека автоматически переходит в режим PLAY или REC.

Управление декой возможно как с передней панели, так и с пульта ДУ. Пульт работает в стандарте RC-5 и построен на микросхеме SAA3010P. Использован корпус пульта ДУ от телевизора "Горизонт".

Фотоприемник реализован на базе фотодиода BPW50 и микросхемы К1568ХЛ2. Он выполнен на небольшой печатной плате и помещен в экран из белой жести. Окно для фотоприемника расположено в левой нижней части передней панели и закрыто красным оргстеклом.

Для бслуживания кнопок на передней панели применена еще одна микросхема SAA3010P. Это позволила подключить клавиатуру всего по одному проводу. Сигнал снимается с немодулированного выхода микросхемы и полностью идентичен сигналу на выходе фотоприемника ДУ. Декодирование этого сигнала осуществляется программно, так же, как и сигнала ДУ.

В прошивке реализована процедура калибровки тока подмагничивания, где на ленту записываются сигналы тест-генераторов с 16-тью разными токами подмагничивания. Затем лента перематывается назад и находится то значение тока, когда воспроизведенные сигналы разных частот равны. Формально процедура работает, хотя за неимением УЗ полностью не проверена. В деке предусмотрена и ручная регулировка тока подмагничивания.

Возле задней стенки корпуса расположена плата блока питания. Алюминиевая задняя панель используется в качестве радиатора для стабилизаторов напряжения. Блок питания обеспечивает напряжение +5 В для питания процессора, ±15 В для аналоговых схем, ±27 В для питания усилителя записи. Кроме того, БП обеспечивает нестабилизированные напряжения для платы управления ЛПМ, на которой находятся свои стабилизаторы.

На задней стенке закреплен трансформатор питания. Он помещен в экран, изготовленный из листовой стали. Трансформатор тороидальный, при его намотке было выбрано избыточное число витков на вольт для уменьшения магнитной индукции в сердечнике и поля рассеяния. Надо отметить, что при кажущейся осевой симметрии тороидального трансформатора его магнитное поле рассеяния имеет далеко не симметричную форму. Поэтому поворот трансформатора вокруг своей оси довольно заметно влияет на уровен наводок на магнитную головку. Конструкция крепления трансформатора и длина выводов должны позволять делать такой поворот.

Дека не имеет сквозного канала записи-воспроизведения, поскольку достать комбинированную головку в те годы было нереально. Поэтому применяется универсальная головка типа 3Д24.080.

Аналоговая электроника деки собрана на нескольких платах, которые закреплены друг над другом в виде этажерки. Самая нижняя плата - это усилитель воспроизведения. Он сделан на основе УВ Николая Сухова, который публиковался в журнале "Радио". Во входном каскаде применены малошумящие биполярные транзисторы КТ3107Л. Каскад на микросхеме К157ХП3 не применяется, поскольку в деке реализована компандерная система шумопонижения. Входная часть УВ закрыта экраном, в котором проделаны отверстия для подстроечных резисторов. На входе УВ установлен коммутатор гловки запись-воспроизведение, который выполнен на реле типа РЭС-60. Снаружи экрана расположен выходной каскад УВ и детектор сигнала автопоиска.

Первоначально в деке применялся компандер Dolby B/C на дискретных элементах, описание которого я в соавторстве опубликовал в журнале "Радио", 1994, №11, 12.

Позже, когда стали доступны импортные микросхемы, компандер был реализован на HA12038. На плате видны индуктивности цепей спектрального скоса, выполненные на ферритовых колечках.

Схемы и платы в то время рисовались на миллиметровке. Позже я перерисовал схему этой деки в электронном виде (см. файл tk-140_sch_photo.pdf)

Плата усилителя для наушников размещена вторым этахом над платой УВ. Схема этого усилителя проста: используется ОУ с двухтактным эмиттерным повторителем на выходе. Для повторителя выбран довольно высокий ток покоя, выходные транзисторы все время теплые. Такой усилитель наушников я делаю во всей своей технике, он полностью закрывает эту проблему. Как-то менять схемотехнику и усложнять конструкцию не вижу никаких оснований. Дополнительно в усилителе имеется отключаемый корректор АЧХ, который делает что-то вроде тонокомпенсации.

Самого интересного - усилителя записи - в деке на данный момент нет, торчат пустые разъемы. Он так и остался экспериментальным и валяется сейчас в коробке. Универсальную высокоиндуктивную головку так и не удалось победить. Хотя получал неплохие результаты с УЗ, у которого выходной каскад был выполнен как источник напряжения.

Схема подмагничивания была сделана на основе САДП Николая Сухова.

Эксперименты с кассетной декой так и не были завершены, пришла эра CD, кассетная дека оказалась заброшенной. И лишь недавно снова проявился к ней интерес.

Downloads:
tk-140_sch_photo.pdf (363 kB) - принципиальная схема.
tk-140_source.zip (15 kB) - исходный текст.
Ридико Леонид Иванович www.leoniv.diod.club e-mail: wubblick@yahoo.com