НЕ ГОНИ ВОЛНУ 307С-1. ИЛИ О ТОЧНОСТИ СОВЕТСКИХ ИНЖЕНЕРОВ.
Приветствую подписчиков своего канала, и просто зашедших сюда! На дворе лето, садово-огородные работы в разгаре (что ещё порадует пенсионера?), на улице жара, включать паяльник не особо и хочется. Но руки не дают спокойно сидеть. Вот так я снова взялся за старое.
В историях бывалых мастеров, встречаются случаи, когда давным-давно в молодости приходилось чинить какую-то аппаратуру, и тогда клялся себе, что больше я НИКОГДА за неё не возьмусь, какими бы коврижками не заманивали. Но проходит время, складываются обстоятельства и ты сам не замечаешь, как снова попал в ту же ловушку. Так случилось в этот раз и со мной.
В начале 90-х годов, уже прошлого века, появилась на прилавках местных магазинов новинка – ЭПУ «ВОЛНА 307С-1».
Вид в собранном состоянии.
ЭПУ готово к работе.
Неказистая с виду, не блещущая параметрами, но что в ней привлекало (особенно молодёжь), так это возможность слушать винил от батареек вечерами в беседках. Тем более, что к усилительному блоку можно было подключить плеер (которые в то же время уверенно занимали свою молодёжную нишу). На этом все преимущества и плюшки данного ЭПУ заканчивались, а начинались проблемы у ремонтников.
Дело в том, что отношение к данному ЭПУ двоякое. С одной стороны вроде бы простота конструкции, но как всегда, есть и обратная сторона.
Начну с того, что данное ЭПУ имеет прямоприводный двигатель. Ого! Для третьего класса, с пьезокерамической головкой, зачем такое излишество? Ответ напрашивается только один – показать всему миру, что мы тоже кое-что умеем в этой области. Пусть и примитивно, но со вкусом.
Я уважал и уважаю советских инженеров, которые из ничего, создавали маленькие шедевры, но в данном ЭПУ видны инженерные просчёты для тех, кто понимает, конечно. Но даже с этими недочётами, восхищаюсь тем, как точно было всё рассчитано, что не требовало длительной настройки на заводе и после ремонта в мастерских. Главное, чтобы ремонтник был грамотным, и понимал что он делает, а не менял всё подряд, надеясь на авось.
Данное ЭПУ было частым гостем ремонтных мастерских, в основном, по двум причинам. Первая, и самая частая – это перегорание лампочки (СМН6,3-20-2), которая отвечала за включение схемы привода ЭПУ и одновременно использовалась как часть схемы стробоскопа.
Внешний вид лампы СМН6,3-20-2.
Иногда лампочка оставалась целой, но выходил из строя транзистор КТ315, который собственно и питал эту самую лампочку. Вся патовость ситуации заключается в том, что максимальный ток, который может выдержать КТ315 – 30 мА, а лампочка СМН6,3-20-2 потребляет 20 мА. Добавьте сюда разброс параметров и нестабильность сети 220В (хоть в блоке питания и применён параметрический стабилизатор) и у вас сложится пазл неисправности. Вобщем, работа на предельных режимах ещё ни кому не продляла срок жизни. Вторая причина попадания ЭПУ в ремонт, в равной степени делится между инженерами-разработчиками и пользователями. Инженеры понадеялись, что пользователи будут следовать инструкции по эксплуатации, и подключать ЭПУ только от комплектного блока питания или батареек (9 Вольт), а пользователи (не читали инструкцию, не покупали дефицитные батарейки, а пытались подключать ЭПУ к аккумулятору автомобиля). И хорошо, если не путали полярность, в противном случае работы мастеру прибавлялось, хоть в ЭПУ и была встроена защита от переполюсовки, которая не всегда срабатывала. А корень проблемы в том, что в схеме управления мотором ЭПУ инженеры почему-то применили операционный усилитель типа КР140УД1А, у которого предельное однополярное напряжение составляет 12,6 Вольт. Супер максимальное допустимое 13 Вольт. Добавим сюда разброс параметров при производстве микросхемы и напряжение борт сети автомобиля, которое могло быть и 14,3 Вольта, вот вам и второй пазл неисправности. Можно же было собрать усилитель напряжения фоторезистора на более высоковольтном ОУ, тем более что они к 90-м годам уже были доступны. Были, конечно, и другие типы неисправностей, но эти две были самыми частыми. А если учесть, что плата мотора выполнена на гетинаксе, дорожки от которого отслаивались ещё на заводе, тогда вы дорогой читатель, поймёте нелюбовь ремонтников к данному ЭПУ. От их ремонта мастерские отказывались сразу, как только истекал срок гарантии ЭПУ.
Извиняюсь за долгое отступление, но без него было бы не интересно читать дальше.
И вот прошло много десятилетий, и меня уговорили «посмотреть» этот злосчастный ЭПУ. Как обычно, со слов клиента, аппарат работал, работал, а потом взял и умер. При этом сам клиент внутрь не лазил! Только капнул капельку масла в подшипник диска. Да, и ещё аппарат сильно гудел. Ну, оставим это на совести клиента.
Первое, на что я обратил внимание, как только аппарат попал ко мне на стол, это отсутствие пломб и пьезокерамической головки. Что сразу насторожило. После вскрытия, оказалось, что лампочка имеет чёрный цвет внутри (т.е. бабахнула), транзистор VT2, который по схеме обозначен как КТ361, заменён на импортный, у которого мало того, что цоколёвка не совпадает с КТ361-м, так ещё и внутри имеется диод, который при данном включении в схеме просто обходит коллектоно-эмитерный переход, делая невозможной автоматическую регулировку скорости. Так ещё и импортный транзистор имеет обратную проводимость. Ну, мастера новоявленные, вы хоть бы даташиты смотрели перед тем, как браться за паяльник!
Сгоревшая родная лампочка.
Транзистор, установленный предыдущим мастером вместо КТ361.
Этот же транзистор на тестере.
Подстроечный резистор R25, для начальной установки скорости на 33 об/мин, имел погнутую контактную площадку токосъёмника так, что не было контакта с резистивным слоем. Это первое, что удалось выявить при осмотре. А так, аппарат работал! Как? Для меня остаётся загадкой. Возможно он и работал, хотя я сомневаюсь увидев состояние ереванских электролитов, а потом какой-то мастер до меня внёс свои коррективы. Ну да ладно, аппарат уже у меня. И естественно, не работает.
Дальше рутинный процесс замены электролитов, транзисторов, удаление старой смазки, полировка оси диска, смазка, проверка на «холодную пайку» и т.д.
Особо стоит рассказать про лампочку СМН6,3-20-2. Дело в том, что у меня такой не оказалось, так же как и у местных продавцов. Пришлось обратиться за помощью к интернету. Предложений тоже оказалось не так уж и много. Выбрал одного продавца, который убедил меня, что лампочки советские, именно из коробки, на которой написано 20 мА. Купил. Лампочки пришли (хорошо, что купил 3 штуки на всякий случай). Впаял.
Дальше (для интересующихся), для того чтобы понять ход ремонта, необходимо рассматривать принципиальную схему ЭПУ. В интернете их много.
И вот оно – первое включение после обслуживания! Хорошо, что ещё в молодые годы надёжно вбили в голову, что любую неисправность нужно начинать искать с соответствия питающих напряжений принципиальной схемы. Подключаю блок питания на нагрузочный резистор и прихожу в восторг! Напряжение на выходе блока питания 13,9 Вольт! Чем это грозило бы при подключении ЭПУ? Правильно, смертью операционного усилителя КР140УД1А. Здесь стоит заметить, что схемы «ВОЛНА – 307 С» и «ВОЛНА -307 С – 1» имеют отличия. У «ВОЛНЫ-307С» имеется схема стабилизатора напряжения «+ 9 Вольт», для питания самого ЭПУ, поэтому повышение напряжения питания от бортсети автомобиля не становилось фатальным для ЭПУ. В более поздней модели «ВОЛНА – 307С -1» этот стабилизатор исключили из схемы. Видимо, в целях экономии. Ниже в статье я ещё опишу на чём экономил завод. Но, к сожалению, экономия эта была на спичках. Снова разбираю блок питания, вижу, что резистор установки выходного напряжения не соответствует лаковой метке. Устанавливаю напряжение 11,7 Вольт и подключаю ЭПУ. Лампочка тускло загорелась, напряжение на эмиттере транзистора VT3 2,3 Вольта. Не успел я подлезть к подстроечному резистору, чтобы выставить напряжение 5,2 Вольта, как лампочка потухла, но появился подозрительно знакомый запах белого электронного дыма. Упс! Транзистор VT3 благополучно скончался. Причина???????????? Выпаиваю лампочку, подключаю к лабораторному блоку питания, подаю 5 Вольт. Лампочка горит, но ток потребления 60 мА! Приплыли. Других лампочек с током потребления 20 мА у меня нет. Пробую установить вместо КТ315-го КТ815-й, в надежде, что транзистор средней мощности и ток в 60 мА для него пустяк. Лампочка снова засветилась, мотор подал робкие признаки жизни – несколько раз рывками повращал диск и замер. Вечер переставал быть томным.
Ремонт данного ЭПУ осложняется ещё и тем, что на принципиальной схеме указаны всего два напряжения – 12 Вольт на выходе блока питания и 5,2 Вольта на эмиттере VT3. Дальше или изучай схемотехнику, или закрывай аппарат и возвращай владельцу. И это для прямоприводного двигателя, который в те времена да ещё в СССР был диковинкой. Ни эпюр осциллограмм, ни опорных напряжений. Ещё одно большое неудобство заключалось в том, что при установленном в рабочее положение диска (чтобы он вращался) невозможно подлезть к деталям печатной платы осциллографом. Пришлось в интересующие контрольные точки припаять провода, приклеить к ним метки, чтобы знать что и где я измеряю. Инженеры, видимо решили, что они рассчитали схему очень точно, и при исправных деталях мотор должен работать с пол-пинка. Спустя 34 года после выпуска данного ЭПУ глупо надеяться, что все детали остались не тронутыми деградацией.
После замены КТ315-го на КТ815-й на эмиттере последнего не удалось выставить необходимые 5,2 Вольта даже при полностью выкрученном подстроечном резисторе R3. Максимальное напряжение составляло 3,9 Вольт, что было явно недостаточно для открывания транзистора VT10. Который в свою очередь создаёт смещение на выходе компаратора Д3, который через делитель R35, R36 (где R35 является нагрузкой компаратора) и транзистор VT13 управляет мощным ключом VT16, который питает мостовую схему ключей, управляющих катушками мотора.
Причина банальная, нужно поднять напряжение на коллекторе транзистора VT2 до примерно 5,8 Вольт, чтобы получить искомые 5,2 Вольта на эмиттере VT3. Для этого нужно поиграться резисторами в базе и коллекторе VT2. Но как это скажется потом на диапазоне изменений напряжения на инверсном входе Д3 и как эти игры отразятся на выходном напряжении того же компаратора ДЗ? Тем более, что даже при неполном открытии транзистора VT10, диск должен хоть как-то но вращаться, а вращения нет.
Ещё одна мысль закралась о работоспособности фоторезистора ФСД-1А. Он выполнен на стеклянном основании. Вынимаю фоторезистор из держателя и делаю замеры. При затемнённом фоторезисторе сопротивления составляет 1,3 мОм, при освещённом 873 кОм. Явно многовато при освещённом. Сможет ли при таком малом падении напряжения операционный усилитель уловить разницу в изменении напряжения, для дальнейшего усиления? Решил ещё раз повторить измерения, но случайно поставил щупы прибора в обратном направлении. И удивился. Теперь сопротивление затемнённого фоторезистора составило 1,8 мОм, а освещённого 988 кОм. Как резистор в зависимости от направления тока может показывать разные сопротивления? Явно непорядок. Как оказалось, найти такой фоторезистор сейчас невозможно. Имеются в продаже с такой же маркировкой, но они корпусные и в посадочное место данного ЭПУ просто не войдут. Ещё одна проблема!
Справа на фото родной фоторезистор, слева китайский, который заменил оригинал.
Вот так был установлен китайский фоторезистор.
Ладно, пока буду искать лампочку и фоторезистор, проверю всю схему. Вместо родного фоторезистора подкинул китайский вот такого типа. Хоть и были сомнения. Дело в том, что китайские фоторезисторы имеют сопротивление при затемнении около 30 кОм, в отличии от отечественного (около 2 Мом по справочнику). Думал, что придётся пересчитывать делители на входе операционного усилителя КР140УД1А. Но обошлось.
Включил питание ЭПУ и периодически перекрывая световой поток от лампочки к фоторезистору картонкой замерил напряжения на выходе операционного усилителя Кр140УД1А. В зависимости от освещённости фоторезистора должно меняться и напряжение на выходе ОУ. А вот и нет. Напряжение на выводе 7 Д2 стояло как вкопанное 10,8 Вольт. Подтвердилось моё предположение, что предыдущий мастер накрутив на выходе блока питания 13,9 Вольт, всё-таки ушатал ОУ. Надо менять и ОУ. Выпаиваю родной и улыбаюсь. Даже корпус родной микросхемы выполнен с браком. Вот так.
Дефект корпуса ОУ, который не мешал ему работать до повышения питающего напряжения.
Вид того же ОУ с другого ракурса.
Заменил ОУ, проверяю снова напряжение на выходе. Стало меняться в такт освещённости фоторезистора. Уже радует. Устанавливаю диск на место, включаю «ПУСК», диск пытается рывками крутиться. Ещё радостнее! Лезем дальше по схеме. Теперь все изменения напряжений заканчиваются на выходе компаратора Д3. Т.е. на выводе 3 компаратора напряжение изменяется, на выходе что-то около 0,2 Вольт. Учитывая, что у меня не дооткрывается транзистор VT10, отпаиваю нижний вывод резистора R35 и сажаю его на «плюс» питания. Напряжение на 9-м выводе компаратора так же 0,2-04 Вольта. Чем хороша данная схема на компараторах, тем что не нужно для исследования процессов подключать осциллограф и синхронизировать его с микроконтроллером для просмотра пачек импульсов. Меняя засветку на входе ОУ, можно не спеша наблюдать изменения напряжений на выходе компаратора. Но тут есть и минус – точность поддержания скорости вращения диска. Но ВОЛНА – это аппарат третьей группы сложности, и гнаться за высокой точностью смысла не имело, поэтому имеем то, что имеем. Меняю компаратор (К554СА3). Напряжение на выходе появляется. Ура! Устанавливаю диск. Включаю! Вот оно чудо! Диск уверенно стартует, но через несколько секунд теряет обороты и еле-еле вращается. Ну и это уже прогресс!
Теперь надо получить как-то необходимые 5,2 Вольта на эмиттере VT3 и ЭПУ должен заработать! Лампочки у меня нет, значит можно попробовать заменить лампочку ярким светодиодом, скорректировав токозадающим резисторм необходимое напряжение. Считаю, меняю, включаю. Напряжение на эмиттере VT3 регулируется до необходимых 5,2 Вольта! Устанавливаю диск, включаю «ПУСК», и ….. Ничего. Диск делает попытку вращения на пол-оборота В ОБРАТНУЮ СТОРОНУ и замирает. УПС! Восстанавливаю лампочку, включаю, диск стартует, но снова теряет обороты. Закралась крамольная мысль. Дело, видимо, в излучаемом светодиодом спектре. Сейчас его изменим, заменив белый светодиод на жёлтый. (Повторюсь – мысль крамольная). После такой замены всё повторилось. Пол-оборота в обратном направлении и остановка. Скорее всего виной фотодиоды стробоскопа, которые не воспринимают спектр излучения светодиодов. Возможно, что фотодиоды ФД-256 уже частично деградировали, а может они просто изначально не воспринимали спектр излучения светодиодов, только спектр ИК-диодов или (как в данном случае) спектр излучения лампы накаливания. У меня новых фотодиодов в наличии нет, поэтому эксперимент отменяется. Есть, конечно же ещё предположение (что Кука съели из большого уваженья), которое мне кажется более вероятным. Дело в том, что лампа накаливания излучает световой поток во все стороны, а светодиод только в одном (прямом)направлении. А разместить светодиод в отверстии световода можно только в вертикальном положении. При этом, его излучение не получается прямым ни на фоторезистор, ни на фотодиоды стробоскопа. А переотражённый световой поток от боковых поверхностей корпуса светодиода имеет либо малую интенсивность, либо не весь спектр излучения передаётся через боковое свечение.
Как же было проще во времена выпуска данного ЭПУ. Сверхъярких светодиодов ещё не было, поэтому и не приходило ни кому в голову экспериментировать, лампы СМН, даже в продаже были ходовых напряжений и токов. Не мучились выбором. Заменил на аналогичное, и отдал. Не надо было экспериментов и их подробных анализов, как здесь. J
Что ж, отрицательный результат тоже результат. Пока ищу необходимую лампочку с током потребления 20 мА.
Пришли очередные лампочки. Устанавливаю на место. Включение. И ЭПУ ожил. Правда при установки тонарма на пластинку скорость начинает плавать. Ещё одна проблема! Предположил, что подобная неисправность может быть вызвана неисправностью транзисторных ключей, управляющих катушками мотора. Но для начала проверил транзистор VT16, питающий эти самые ключи. Тестер показал, что коэффициент передачи данного транзистора 294. Что намного больше максимально указанного в даташите (максимум 275) для транзисторов данного типа. Понятно, что есть ещё и погрешность прибора, и методика измерений. Но, как показывает моя практика, если параметры исследуемого транзистора даже на моём тестере, близки или выходят за пределы значений, указанных в даташитах, лучше такой транзистор заменить, чтобы потом не было повторного возврата. Пришлось заменить на другой, с коэффициентом передачи 155. Скорость стабилизировалась.
Погонял ЭПУ два дня, всё работает. На всякий случай, транзистор VT3, заменил на импортный (SS8050), с большим допустимым током коллектора. Ещё погоняю пару дней и буду возвращать клиенту.
На чём же ещё экономил завод изготовитель? При замене электролитов в блоке усилителя, я обратил внимание на то, что у двух резисторов просто откусаны по одной ножке. Благо, что резисторы 0,5 Вт, поэтому они гордо держались в плате и на не выкушенных выводах, не замыкаясь между собой и соседними элементами. При анализе схемы, выяснилось что эти резисторы (сопротивлениями 4,7 Мом и 5,1 Мом стоящие в цепи обратной связи ОУ усилителя мощности) выкусили на заводе. Потому что они оказались «лишними» из-за другой экономии. На плате с завода отсутствуют конденсатор С19 и R33, хоть место на плате под них предусмотрено.
Вид на выкушенные на заводе резисторы.
Вместо них установлена перемычка от таких же конденсаторов в другом канале С18 и R32. На этих элементах собран делитель напряжения который обеспечивает половину напряжения питания на неинвертирующем входе ОУ УМ, что необходимо при однополярном питании ОУ. Всё бы ничего, но при такой экономии стереоэффект резко уменьшается, потому что при такой экономии фактически идёт смешивание каналов на входе УМ. Зачем тогда предусмотрена схема расширения стереобазы? Особого смысла в ней нет. А если учесть, что регулятор тембра включен в обратную связь УМ, т.е. с выхода оконечного каскада УМ на вход ОУ, что при хорошей акустической системе даёт яркий звук (но не точный, из-за фазовых задержек), и при установке недостающих элементов, выигрыш в звуке был бы заметен. Но на заводе решили, видимо прислушаться к экономистам, а не инженерам да и на встроенных динамиках типа 3ГДШ и пьезокерамической головке этих ньюансов не услышать, то имеем то, что имеем. Ещё на плате с завода отсутствовали конденсаторы С28 и С29, которые совместно с конденсаторами С27, С30 и резисторами R51,R59 должны были создавать виртуальную землю для драйверного каскада, уменьшая помехи. А при их отсутствии, получилась вольтдобавка, которая чуть-чуть добавляет мощности усилителю. А зачем она для маломощных динамиков? Разве что при разряде батареек должна помогать.
Вот, вроде бы и всё описание "простого ремонта" простого ЭПУ. В процессе эксплуатации (перед тем, как отдать ЭПУ владельцу) выяснилась ещё одна интересная особенность данного ЭПУ. При переключении скоростей вращения диска от малой к большой, слышны звуки похожие на нажатия тактовых кнопок. Оказалось, что катушки мотора приклеены на тонкий картон, выполняющий роль изоляции между катушками и металлическим основанием, на котором размещены основные узлы мотора. Так вот со временем картон стал отклеиваться от металлического основания, и при поочерёдном протекании тока через катушки, последние пытаются притягиваться к постоянному магниту диска, приподнимая оторвавшийся картон. Ну можно же было инженерам придумать более надёжную изоляцию? Хотя, напомню - 90-е, дефицит, упрощение и удешевление конструкций и.т.д. Думаю, что инженеры не планировали тогда, что их детище проработает более 3 - 5-ти лет.
К чему такое подробное описание? Тема ремонта подобного ЭПУ не раз поднималась на просторах интернета. А толкового разбора неисправностей нет. Надеюсь, что моя статья поможет кому-то оживить подобный девайс. Даже не предполагал, что такое маленькое ЭПУ займёт такое большое место для описания.
Заходите на мой канал. Буду жив, здоров, ещё что-нибудь сваяю и напишу!