Всичко започна през 2009-та година когато приятел ми подари грамофон Unitra G-602 Студио-2. По тази причина и в конкретния случай ще говоря за този грамофон, като от него са снимките и схемата по която обяснявам но модификациите и принципите са валидни и за другите модели тъй като те са със сходни схемни решения.
След отстраняването на основния проблем чрез смяна на фоторезисторите този грамофон имаше дрейф на оборотите от температурата. При настройка на оборотите на студен грамофон в процеса на работа и загряване оборотите започват да спадат като достигат напълно установена стойност след около 35 минути работа. Това се оказва че в по-малка или по-голяма степен съществува като проблем при всички грамофони от фамилията.
Преди да започна с обяснението на проблема и пътя за достигане до същинския проблем ще обясня на кратко как работи схемата на регулатора на тези грамофони:
Захранващото напрежение за схемата се получава след еднопътен изправител с капацитивен филтър. Това напрежение се използва за захранване на електромотора, лампата за обратна връзка по обороти Z2, електромагнита за задържане на лоста на микролифта в долно положение EL и тригера за превключване на режими „старт“ и „стоп“. От същото това напрежение чрез шунтов стабилизатор образуван от мощния резистор R15 и мощния ценеров диод D5 монтиран на шасито се изработва стабилизирано напрежение 10 волта за захранване на всички останали вериги в грамофона.
Оборотите на електромотора се поддържат постоянни от електронен регулатор с отрицателна обратна връзка по обороти осъществена по оптичен път от вала на електромотора посредством лампата Z2, фоторезистора F2 и монтирания на вала на мотора метален диск с 18 отвора. При въртенето на електромотора в точката между фоторезистора F2 и резистора R1 се получава напрежение с близка до синусоидалната форма и честота право пропорционална на оборотите на мотора. Това напрежение се подава на базата на T1 който го усилва. Посредством C4 и D1 това напрежение се подава на базата на T2 който формира правоъгълни импулси със стръмни фронтове. Така вече имаме правоъгълни импулси с честота пропорционална на оборотите на мотора. Правоъгълните импулси в колектора на T2 се диференцират от C5 и посредством детекторната група D2, D3 на всеки период на импулсите в C10 се внася константно количество енергия. По този начин импулсите се интегрират и в идеалния случай напрежението върху C10 ще зависи само от честотата на импулсите внасящи енергия и разреждащия импеданс, който в случая е образуван от R7 и входното съпротивление на диференциалния усилвател. Така вече имаме напрежение което е пропорционално на оборотите на въртене на електромотора. Това напрежение ни служи за обратна връзка по обороти, подаваме го на базата на левия транзистор от диференциалния усилвател на грешката T5 като стойността му се сравнява с опорното напрежение подадено на базата на десния транзистор от диференциалния усилвател T6. Разликата между двете напрежения се усилва от диференциалното стъпало и се подава на базата на първия транзистор от дарлингтоновата двойка T3, T4. После това напрежение се подава за захранване на електромотора. По този начин отрицателната обратна връзка следи винаги напрежението на базата на T5 да бъде еднакво с напрежението на базата на T6 и коригира стойността на захранващото напрежение за електромотора докато оборотите достигнат зададената им стойност. Десния край на интегриращия кондензатор C10 не е свързан към маса а към изхода на дарлингтоновата двойка. По този начин се намалява усилването на усилвателя на грешката по променлив ток до 1. По този начин се избягва усилването на пулсациите на интегрираното напрежение върху C10. В противен случай ако усилваме високите честоти със същия коефициент на усилване както ниските честоти, ще получим върху мотора освен постояннотоковата съставка, и променливотокова съставка с честота около 300Hz и напрежение няколко волта. Това ще доведе до „свирене“ на мотора което се разпространява механически по шасито и се чува и в полезния сигнал от дозата.
Та нека се върнем на проблема с температурната грешка на оборотите. Първоначалната ми мисъл беше че дрейфа се дължи на двата отделни транзистора в диференциалния усилвател на грешката T5 и T6. Най-близката до ума мисъл беше че температурите на кристалите на двата транзистора се различават при загряване и от там се получава грешка. Транзисторите бяха заменени с два транзистора 2SD882 завинтени гръб с гръб през слюдена изолационна подложка (изпитано ефективен метод за построяване на диференциален усилвател дори за най-прецизни измервателни цели). Въпросната модификация не повлия температурния дрейф на оборотите на грамофона изобщо. Нямаше дори минимално намаляване на дрейфа поради което премахнах грозната конструкция от два транзистора с винт и върнах отделните транзистори в корпус TO-92. Продължаваше да ме мъчи това защо се получава този дрейф с повишаване на температурата. Реших че проблема е в загряването на крайния транзистор който управлява мотора. Сега да ме пита човек защо така съм решил при положение че напрежението база-емитер на транзистора се понижава с увеличаване на температурата и теоретично загряването на транзистора би трябвало да доведе до повишаване на оборотите а не понижаване. Освен това транзистора е обхванат от дълбоката отрицателна обратна връзка на регулатора и практически грешката която внася неговата температура е нищожна. през 2009 - 2010 обаче изобщо не се бях замислил над това и за целта подмених крайния транзистор с 2SD882 монтиран на медно радиаторче. Разбира се това не реши проблема но тогава за толкова се бях сетил и грамофона си работи така в този вид до днес. първоначалната причина за отварянето беше да сменя потенциометъра за донастройка на оборотите защото вече беше започнал да се скапва. Междувременно обаче мислех да монтирам крайния транзистор на шасито на грамофона с цел да се охлажда по-добре и температурата му да се повишава по-малко (все още мислейки си че проблема с оборотите е в неговата температура).
Пуснах аз грамофона за някои измервания, които показаха че проблема изобщо не е от температурата на крайния транзистор. Измерванията показаха че напрежението на базата на T5 не се променя а оборотите падат, и когато са настроени точно след загряване на базата на T5 има по-високо напрежение от това което трябва да бъде при студен грамофон и точно настроени обороти. От това измерване се стигна еднозначно до заключението че диференциалния усилвател на грешката и всичко включено в контура на обратната връзка си върши работата както трябва, но схемата от фоторезистора до интегриращия кондензатор C10 започва да генерира по-високо напрежение при същите обороти и естествено обратната връзка поддържайки това напрежение константно оборотите спадат със загряването.
Тук вече не са много нещата които могат да влияят на това напрежение:
- Първото от тях е пада на напрежение в права посока на диодите D2 и D3.
- При стойност на колекторния резистор на T2 3.3кΩ и C5 100nF (в моя грамофон е толкова фабрично) времето на запушено състояние на T2 не е достатъчно за да протече целия преходен процес на зареждане на C2 и на практика напрежението върху интегриращия кондензатор не зависи само от честотата на импулсите а и от коефициента на запълване който пък коефициент зависи от амплитудата на сигнала от фоторезистора, от усилването по напрежение на стъпалата с T1 и T2 и т.н. И тъй като всички тези неща се променят в една или друга степен с температурата трябва да се вземат мерки влиянието да се намали.
- Стойността на C5 при полиестерен кондензатор (какъвто е оригиналния) се увеличава с температурата и това също води до увеличаване на напрежението генерирано върху интегриращия кондензатор C10.
Решението из интернет:
В интернет се намират различни решения на проблемите от различни хора. В повечето случаи решението е свързано с това да намалят отдаваната топлина върху платката с цел намаляване на промяната на нейната температура и респективно намаляване на дрейфа. Тези мерки включват преместване на крайния транзистор на шасито, подмяната на шунтовия стабилизатор с греещия резистор с последователен интегрален регулатор от типа 7809 или 7810, замяна на лампата за автостоп Z1 със светодиод и т.н. Тези мерки естествено ще дадат добри резултати но аз исках да премахна зависимостта на оборотите при настоящите източници на топлина по платката, без драстични промени по схемата и местене на елементи върху шасито.
Моето решение:
- Температурния коефициент на пада на напрежение на диодите в права посока е почти еднакъв за всички типове диоди (силициеви, шотки, германиеви точкови) следователно по първата точка няма какво да се направи за подобряване на картината пряко. Косвено и конструктивно обаче може да се повлияе в благоприятна посока. Диода D3 е разположен на платката много близо до крайния транзистор в следствие на което температурата му се променя значително и съответно и напрежението генерирано от схемата. Преместване на диода по-далеч от транзистора може значително да подобри нещата.
Освен това пада да напрежение върху диодите оказва еднаква абсолютна грешка в генерираното напрежение, но ако повишим генерираното напрежение за същите обороти същата абсолютна грешка ще е по-малък процент от общото напрежение, или иначе казано грешката ще е по-малко обороти в минута. За целта подмених диодите с шотки BAT48 като същевременно ги разположих така:
Така освен че се повиши генерираното от схемата напрежение, топлинното влияние на транзистора върху диодите е по-малко.
- За допълнително повишаване на напрежението генерирано от схемата а както и за неколкократно намаляване на влиянието на предните стъпала върху него намалих стойността на колекторния резистор на T2 от 3.3kΩ на 1.1kΩ. По този начин съкращавам преходния процес над 3 пъти като значително намалява зависимостта на напрежението от коефициента на запълване респ. от предните стъпала. Защото за същото време на запушено състояние на T2 преходния процес се е развил много по-пълно. Тази мярка трябва от две страни да подобри стабилността от температурата.
- Замених C5 с полипропиленов кондензатор на WIMA MKP10 който има отрицателен температурен коефициент на капацитета :
https://store.comet.bg/Catalogue/Product/23924/Кондензатора за голям късмет има разстояние между изводите точно колкото е предвидено на платката и ляга все едно платката е проектирана за него.
До тук тези модификации заедно вече оказаха значително подобрение в стабилността на оборотите със загряването на грамофона. Както някои от вас са се сетили вече след всички мерки за повишаване на генерираното напрежение за оборот се налага да се повиши и опорното напрежение (на базата на T6) за поддържане на същите обороти. Това може да се случи от тримерчетата за донастройка P1 и P2 но след тази донастройка се оказаха в последната четвърт от хода си, затова реших да увелича стойността на R11. Беше 22kΩ аз я повиших на 27kΩ. Тримерчетата вече са почти в централно положение. Пускам да тествам и о чудо оборотите се променят още по-малко от преди това. Оказа се че оригиналния резистор 22kΩ има доста висок отрицателен температурен коефициент, след измерване се оказа че има някъде над 170 ома изменение за 20ºC промяна в температурата което е над 300ppm на градус целзий. Кометския резистор който съм сложил е 1% металослоен и дава само 6 ома изменение за 25 градуса промяна в температурата (по данни на производителя му дават ±50ppm на на практика според моето измерване коефициента на изменение е около -10ppm) но колкото и да са фактическите стойности важното е че кометския резистор има 28 пъти по-малко изменение от другия. И тъй като въпросния резистор се намира на платката в непосредствена близост до греещия резистор в шунтовия стабилизатор R15 то със загряването на R15 се е загрявал значително и той и е давал грешка в същата посока.
В заключение ефекта от всички действия върху стабилността на оборотите е много добър за мен. Постигнатата грешка при загрял грамофон спрямо оборотите при студен е по-малко от -0.3% което според мен е повече от много добре и по-нататъшно стабилизиране вече е въпрос по-скоро на самоцел без практически смисъл.
Тук обобщавам в крайна сметка действията които трябва да се предприемат за стабилизация на оборотите в синтезиран вид:
1.Замяна на D2 и D3 с шотки диоди
2.Монтаж на D3 по показания на снимката начин с единия извод в една дупка на с извода на D2 а другия извод в една дупка с извода на C10 като изводите да се оформят така че корпуса на диода да се оказва по-близо до C10 и базата на T5 и максимално далече от T4.
3.Замяна на C5 с полипропиленов кондензатор например този:
https://store.comet.bg/Catalogue/Product/23924/4.Намаляване на стойността на R6 от 3.3k на 1.1k
5. Корекция на стойността на R11 и замяната му с 1% резистор с малък температурен коефициент на съпротивлението (някакъв металослоен най-добре).
направил съм и други модификации в конструкцията подобряващи работата на грамофона попринцип. Те включват замяна на оригиналния мрежов трансформатор с тороидален и преместването му в задния ъгъл на кутията, замяна на еднополупериодното изправяне с мостово както и светодиоден стробоскоп с транзисторна схема за изработване на кратки импулси при пресичане на нулата която значително увеличава контрастността на растера (буквално се вижда релефно). Монтирал съм и магнитна доза Shure M92e и съм преокабелил рамото с литцендрат.
Ето така изглежда грамофона отвътре към момента:
Начало
Активни теми
Търси
Вход
Регистрация
Тема: Анализ на температурната стабилност на оборотите на Unitra G-601, G-602 и GS-464 (Прочетена 11867 пъти)
05 Февруари, 2018, 11:46:14