Вторая жизнь переносной магнитолы SONY CFS-200L (PAM8403, LM358)

Привет, датагорцы и гости нашего города!
Предлагаю вашему вниманию статью о переделке потерявшей актуальность магнитолы в некую вариацию популярных сейчас bluetooth-колонок.

↑ Выработка концепции

Стояла задача сделать простой, переносной, экономичный и в тоже время достаточно громкий проигрыватель МР3-файлов. Основное применение ему — неэлектрифицированный дачный участок, где проводят бОльшую часть времени мои родители. На даче есть радиоприемник, но ловит только пару-тройку радиостанций.

Первое дело — корпус. Решено было приобрести старенькую магнитолу на блошином рынке. Выбор пал на кассетную магнитолу «Sony CFS-200L» за 100 рублей. После пробного запуска дома вся начинка аппарата была изъята без жалости, а корпус промыт щеткой в мыльном растворе.

Теперь нужно наделить аппарат более современной начинкой, оживить его.

Трансформатор в корпусе оказался рабочим, потому было решено делать питание и от сети. Сонька имела два регулятора — громкости и тембра. Решено было сохранить эти два регулятора.

Особое внимание усилителю мощности. Он должен быть энергоэффективным, достаточно мощным и не требовать высоковольтного или двухполярного питания. Главный функциональный блок (мультимедиа-панелька) у меня имеет питание 5V, это задаёт уровень питания всего аппарата.


Выбор пал на так называемый «цифровой» усилитель мощности (D-class) на базе микросхемы PAM8403. Она отлично подходит под требования. Минимальное напряжение питания +2,5V, минимум навесных деталей, собранный усилитель не нуждается в настройке, не имеет проблем с охлаждением.

Схема будущего проигрывателя начала приобретать очертания: функциональный МР3-узел работает в паре с «цифровым» усилителем мощности РАМ8403. Осталось подумать над секцией тембра.

↑ Регулятор тембра

Была выбрана схема регулировки тембра, часто используемая в графических эквалайзерах. В моем случае достаточно использовать простой фильтр в области ВЧ частот. Регулятор тембра собран на ОУ ОР1 типа HA17358 (LM358, LM258), см. рис. 2.


Регулирующий потенциометр включен между инвертирующим и неинвертирующим входом. ОУ включен по схеме повторителя. Между средним выводом регулирующего потенциометра и массой включена RC-цепь R7+C5 с точкой перегиба в области 7-12 кГц. Когда движок резистора находится в среднем положении (в области так называемого «виртуального нуля»), цепочка не оказывает никакого влияния на тембр.
В некоторых конструкциях эквалайзеров применялись резисторы с дополнительным отводом от середины, который замыкался на массу. Тогда «виртуальный ноль» превращался в реальный.

Как только мы начинаем перемещать движок резистора, скажем, ближе к инвертирующему входу, мы получаем неинвертирующий усилитель, коэффициент усиления которого в крайнем положении движка определяется отношением R9 (R10) и R7 (R8). А поскольку в цепочку усиления включен конденсатор, то происходит подъем усиления на вполне определенных частотах, определяемых номиналами R7+C5 и R8+C6.

Перемещение движка потенциометра в противоположную сторону вызывает обратный эффект — «подавление ВЧ».

↑ Уточнение схемы, выбор компонентов

Схема мало «чувствительна» к применяемым элементам. Так, например, P1 (P2) могут быть от 20 кОм до 100 кОм. R5, R9 (R6, R10) должны быть одинаковых номиналов. Исходя из них выбираются цепочки R7+C5 (R8+C6).

Элементы R1, R2, R3, R4, C2 обеспечивают работу операционного усилителя по постоянному току в условиях однополярного питания и обеспечивают на входах и выходах ОУ половину питающего напряжения. Именно поэтому необходимо на входе и выходе ОУ применять разделительные конденсаторы С1, С2, С11, С12.

В схему темброблока были введены элементы Т-образной связи, позволяющие получить коэффициент передачи устройства больше единицы. Для этого в схеме и на плате присутствуют места под R11, R12, C9 (R13, R14, C10). На практике, оказалось, что нужды в них нет. Панелька и усилитель хорошо согласуются по входам/выходам. Потому эти элементы просто не впаивались, а R11 и R13 заменены перемычками.

Более того, усиление модуля оказалось избыточным, и с целью его уменьшения на схеме установлены R15 (R16), которые вместе с регуляторами громкости P3 (P4) образуют делители напряжения. Кроме того, предусмотрено использование этих резисторов в качестве элементов RC-фильтров, тогда необходимо установить С13 и С14 с номиналами порядка 330 пФ.

Резисторы R17 (R19) призваны приблизить характеристику регуляторов громкости к показательной, в случае применения потернциометров с линейной характеристикой.

R18+C15 (R20+C16) — обычные RC-фильтры, защищающие вход УМ от высокочастотных помех.

Питается схема от трансформаторного блока питания и обычного линейного стабилизатора, собранного на микросхеме 7805, обеспечивающего стабильное напряжение +5V при токе до 1,5 А. На фланце микросхемы стабилизатора закреплен небольшой радиатор — полоска аллюминия площадью 20-30 см².

В цепи питания, используются развязывающие LC-фильтры, для снижения взаимопроникновения помех мультимедиа-панели и усилителя мощности. Каждая электролитическая емкость в цепи питания зашунтирована керамическим конденсатором. Так же шунтирующие керамические конденсаторы установлены непосредственно у самой микросхемы УМ по питанию.

В диодном мосте БП установлены диоды Шоттки типа 1N5819 с прямым выпрямленным током в 1 А. Их применение обусловлено меньшим падением напряжения на переходе (около 0,3 V, вместо 0,5 V у кремниевых).

Подключение внешних источников питания до диодного моста расширяет их допустимый тип. Можно использовать источники питания как с переменным так и с постоянным током, а также не бояться переполюсовки. Это очень ценно в «походных» условиях, в которых планируется эксплуатация проигрывателя. Внешний источник питания должен быть с напряжением не ниже 7-9 Вольт.

В блоке тембров используется ОУ типа HA17358 (LM358, LM258). Его особенностью является устойчивая работа при снижении питающего напряжения до 2,5 V.
Типичная для сдвоенных ОУ разводка выводов позволяет использовать множество доступных ОУ в корпусе DIP-8: TL072, TL082, ВА4558, ВА4560, NJM4580, МС34072 и т. п. Следует учитывать, что большинство из них имеют нижнюю границу питания 5V.

Остальные компоненты — резисторы, катушки и конденсаторы выбирались из многолетних закромов. Выбирал просто то, что меньше размером.

↑ Пламенный мотор проекта — МР3 модуль

Собственно, вокруг него всё и вертелось. Модуль приобретён в готовом виде и готов к работе сразу. Всё необходимое китайцы заботливо поставляют в комплекте: модуль, два разъема с проводами для подключения питания и стереосигнала, и заглушки для винтов на передней панели.
Разумеется, все провода пришлось удлинить, а сигнальные провода ещё и заэкранировать.

Большинство модулей идут в расчете на подключение к 12-вольтовому питанию. Однако, при покупке можно выбрать 5-вольтовые модули. Отличие в том, что 12-вольтовый имеет на борту линейный стабилизатор напряжения типа 78M05 в smd исполнении. Из любого 12-вольтового модуля можно сделать 5-вольтовый путем постановки перемычки между входом и выходом стабилизатора.



Я решил перед установкой перемычки выпаять микросхему. Сделать это было несложно.
Когда работы над модулем закончились и я подал питание, он молчал, как убитый. Модуль точно рабочий, я ведь его проверял! Вооружившись лупой и собрав терпение в кулак, я произвёл осмотр, который выявил, что пока я с одной стороны платы выпаивал стабилизатор, с другой стороны прогрелся и совсем отпаялся мелкий резистор. Отвалившись, он благополучно потерялся.

Нет ни схемы, ни второго такого же модуля, что бы посмотреть номинал. Что делать? Полное молчание модуля дало мне основание подозревать, что это должна быть либо перемычка, либо резистор малого номинала. Что же, пробую поставить перемычку. Ура, заработало!

↑ Воплощение в жизнь

Сложность в создании платы была одна: необходимо было создать и «имплантировать» новую на месте штатной, магнитольной. Потому со старой платы были сняты размеры отверстий, осей регуляторов, и других особенностей. Затем в программе «Sprint Layout» была создана модель старой платы, и по маркерам размещены новые элементы. В создании новой платы особое внимание уделялось разводке земли с тем расчетом, чтобы на все основные узлы схемы шла своя шина земли.

Фактически были разведены две платы: одна с блоком питания и усилителем мощности, вторая — с регуляторами и темброблоком.
Сделано это было потому, что это был мой первый опыт работы с «цифровой» микросхемой УМ, и как она себя поведет в дальнейшем мне было неведомо. Такая модульная конструкция позволяла без лишних хлопот изъять плату УМЗЧ и установить на её место другую, с «классическим» усилителем мощности, например на TDA7052 или КА2209.

Выходы с микросхемы РАМ8403 были разведены с фильтрами, как оказалось, излишними.

На плате предусмотрено место установки светодиода индикатора питания, который попадает в штатное отверстие на корпусе.

↑ Первый запуск конструкции

Запуск оказался неудачным. Музыка шла с искажениями, причём странными: усилитель как бы реагировал на уровень сигнала и «переключался» на искажения, как только сигнал превышал одному ему известный уровень.
Начались пляски с бубном. Неожиданно выяснилось, что причиной было включение параллельно динамическим головкам пьезокерамических излучателей, применённых SONY в качестве ВЧ-динамиков. Разумеется, на это я обратил внимание в самый последний момент. Изъятие их из схемы восстановило работоспособность ожидаемым образом, но подвигло на эксперименты.

Некоторое время я занимался исследованием выходных фильтров на звук. Оказалось, влияют и довольно существенно. В том виде, которые я и впаял, ориентируясь на аналогичные схемы, они влияли на звук в области ВЧ. Их изъятие привело звучание к нормальному, но дало повод задуматься. В любом случае, без фильтров, прямо на динамик, подобные усилители играют очень даже неплохо. А главное, громко и без нагрева корпуса микросхемы. За час работы с выходной мощностью ок. 1,5 W на канал нагрелся только радиатор линейного стабилизатора, по ощущениям не более 40 градусов.

Далее я занялся согласованием уровней сигнала. Поскольку микросхема обеспечивает мощность выше, чем могут себе позволить штатные динамики, пришлось подбором резисторов R15 (R16) привести уровень громкости к приемлемым значениям. Вместо них можно установить переменные резисторы, но я считаю регулирующие элементы одной из уязвимостей схем, и потому по возможности всегда обхожусь без них.

Были ещё проблемы с потенциометрами. Совершенно новые, они неожиданно стали хрипеть и отказывались нормально регулировать. Пришлось их выпаять, разобрать, опрессовать заклепки выводов на «подковках», промыть спиртом. После сборки неисправности больше не повторялись.

↑ Полная сборка плейера

По окончании отладки электрической части, начал всё устанавливать в корпус. Платы ожидаемо встали в отведённое место, «как родные». Похвалил себя за то, что обмерил штатные платы и перенес маркеры на новую.
Так же положительным оказалось и то, что все соединения на плате рассчитаны на использование современных разъемов. Сборка аппарата напоминала сборку детского конструктора. Кроме того, разъёмы это большой плюс при отладке, когда платы приходится извлекать из мест установки и снова туда их ставить.


К сожалению, места для установки мультимедиа-панели на корпусе магнитолы не нашлось. Либо короткие поверхности, либо имеют скругления. Установка сверху будет затруднять обзор и работу с ИК-пультом.
В итоге решил снять пластиковую шкалу приёмника на лицевой поверхности, установить переходную пластину, а на ней уже монтировать саму панельку.

Пластину пришлось выбрать достаточно толстую, около 5 мм, для того чтобы гарантированно обеспечить зазор модуля и ЛПМ магнитофона. Его, конечно, можно было бы выбросить, но:
— он удерживает карман кассетоприёмника,
— решает проблему с отверстиями под клавишную станцию, которые в противном случае чем-то нужно закрывать.

↑ Тонкомпенсация

В догонку предлагаю вариант простенькой тонкомпенсации, включаемой между входом и выходом регулятора громкости.

Тонкомпенсация слегка «смягчает» и повышает разборчивость звучания при средних и малых значениях громкости.

↑ Файлы

🎁 Архив с печатной платой  39.97 Kb ⇣ 12
🎁 Даташит pam8403.pdf  375.16 Kb ⇣ 8

↑ Заключение

Конструкция получилась простая, экономичная, не требующая сложных регулировок. Громкости для поставленных целей хватает. На максимальной громкости звучание не радует, что вполне ожидаемо. Мелкие штатные динамики магнитолы характеристиками не блещут, да ещё имеют нетипичное сопротивлением 3,2 Ом. Можно попробовать заменить, но найти такие, что бы были лучше и встали бы без переделки, думаю, не получится — уж очень замысловато выгнуты проушины крепления.
Так что пусть будет как есть.

Включение магнитолы в сеть сопровождается громким хлопком. Можно сделать задержку подключения громкоговорителей, но, как говорится, аппарат не того уровня.

На максимальной громкости (и только на паузе) слышны шумы и свисты с МР3-модуля. В Сети прочитал о плохой разводке земли самого модуля. Мои пробы подключать землю к устройству разными способами подтвердили это: при различных вариантах подключения помеха усиливалась или уменьшалась. К сожалению, устранить помеху полностью не получилось, но довести до приемлемых значений — да.

На этом всё. Буду рад, если кому-то пригодится мой опыт.
Успехов!

Камрад, рассмотри датагорские рекомендации