E-MU 0204 upgrade
Решение проблемы с САР натяжения магнитной ленты никак не сдвинется с мертвой точки. Видимо, придется временно отказаться от главных принципов радиолюбительства. Настоящий радиолюбитель никогда не должен делать никаких расчетов. Расчеты - тяжкий и неинтересный труд, который можно делать только за зарплату. Которой, как известно, радиолюбитель не получает. Поэтому он должен работать исключительно методом подбора, пробуя различные варианты и отбрасывая неудовлетворительные. Можно, конечно, прикинуть в уме какие-то значения, но глубокая теоретическая проработка в корне противоречит идее радиолюбительства. А эта идея сама по себе очень привлекательная, мне намного больше нравится быть радиолюбителем, чем пытаться казаться инженером и утопать в беспросветной рутине.
Но в данном случае уже и так утоп, метод подбора не работает, терять нечего. Направления вырисовываются два. Первое - это практические измерения параметров механики с целью построения диаграммы Боде. Второе - моделирование в PSpice цифрового регулятора с целью сравнения его характеристик с аналоговым. Как вариант, параметры цифрового регулятора тоже можно снять экспериментально. Возможно, это придется сочетать с моделированием, или проделать его хотя бы один раз для проверки адекватности модели. Для снятия реальных характеристик проще всего использовать звуковую карту, но прежде надо проверить, справится ли она с требуемым диапазоном частот. Попытка инжекции синусоидального сигнала с генератора в петлю САР натяжения ленты показала, что на частоте 20 Гц и выше колебаний не бывает. Ниже 2 - 3 Гц их тоже нет. Поэтому полоса интереса - примерно от 2 Гц и до максимум 100 Гц, хотя с верхней границей нет никаких проблем.
У меня используется довольно распространенная внешняя звуковая карта E-MU 0204. В качестве софта выбрал audioTester V3.0. Измерения АЧХ самой звуковой карты с входом, замкнутым на выход, меня несколько озадачили. В правом канале частота среза получилась около 2 Гц, что меня вполне устраивает. А в левом почему-то частота среза оказалось в 2 раза выше - около 4 Гц.
При измерении ФЧХ один из входных каналов используется как опорный, т.е. измеряется сдвиг фаз не между выходом и входом, а между двумя входами. Тут ситуация тоже оказалась плачевной: в области низких частот взаимная фаза двух каналов очень сильно «разбегалась».
Первое предположение - в левом канале подсох какой-то разделительный конденсатор. Хотя это было несколько сомнительно, устройство довольно новое, современные электролитические конденсаторы довольно надежны.
Найти полную принципиальную схему звуковой карты не удалось, зато на просторах Интернета нашел срисованную кем-то с платы схему входной части. Надо сказать, эта схема ввела меня в ступор.
Входы тут дифференциальные, или на языке аудио - балансные. С правым каналом все понятно: входы выходят на разъем TRS, если туда вставить монофонический разъем, автоматом инвертирующий вход заземляется и можно работать как с обычным single-ended входом.
С левым каналом все сложнее. Там установлен совмещенный разъем XLR-TRS. Причем разъемы не дублируют друг друга, а подключены к разным схемам. К контактам разъема XLR подключен вход дифференциального усилителя, который с помощью резисторов сделан низкоомным. А если вставить штекер TRS, то внутри разъема сработает переключатель, который переключит реле. Реле подключает дополнительный повторитель на ОУ, который делает из низкоомного входа высокоомный, как раз и выведенный на контакты TRS.
Получается, что левый и правый каналы разные. В левом есть разделительные емкости, в правом их нет совсем. Еще в левом канале есть дополнительный повторитель на ОУ, которого нет в правом канале.
Сколько ни пытался понять логику производителя - не смог. Почему было не сделать совершенно одинаковые левый и правый каналы с высокоомными входами, а если вдруг понадобился низкоомный вход (тоже не понимаю, зачем?), то можно через реле высокоомный вход переключить на XLR, где на входе будут стоять резисторы на землю и разделительные емкости, если нужно.
Схему однозначно надо переделывать. Мне низкоомный вход ни к чему, что переделку упрощает. На схеме входной части не показан еще один имеющийся входной разъем - это разъем электретного микрофона. Он через конденсатор подключен к контакту 2 разъема XLR и к высокоомным входам отношения не имеет.
Для переделки надо удалить U4, R6, R10, R13. Лучше удалить и D3, D6, так как на высокоомных входах не очень хорошо использовать защитные диоды с большой утечкой (BAT54S). Конденсаторы C2 и C7 тоже использоваться не будут, но их можно не выпаивать. Хотя я выпаял просто для облегчения доступа к другим компонентам.
После этого требуется запаять две перемычки. Фактически, надо соединить выводы 3 микросхем U4 и U1 между собой, выводы 5 - тоже. Лучше подпаиваться не к выводам U1, а к соединенным с ними площадкам для диодов D3 и D6.
Все готово, плату можно тестировать.
Результаты измерений теперь получились гораздо красивей. Разницы между каналами практически нет ни по амплитуде, ни по фазе. В цепи выхода звуковой карты тоже есть разделительные конденсаторы, разброс номиналов которых дает небольшую разницу. Но я их трогать не стал, потому что разница незначительная, а частоты среза 2 Гц меня вполне устраивает.
Звуковую карту можно собирать. Корпус у нее хоть и пластмассовый, но внутри имеет какое-то темно-серое шершавое покрытие, которое обладает проводимостью. Замеренное тестером сопротивление покрытия между максимально удаленными точками крышки оказалось порядка 2 Ом. По бокам в крышку вклеены две стальные пластины.
Теперь можно попытаться снять АЧХ и ФЧХ механики. Для этого могу выключить регулировку натяжения, а его значение установить вручную. Дополнительно к управляющему сигналу двигателя подмешаю сигнал с выхода звуковой карты. А на вход звуковой карты подам сигнал с датчика натяжения. Возможно, такое измерение даст какую-то зацепку, где искать разницу между датчиками.