一种新型的无电刷唱机

——CD-1型电子唱机

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以往我们见到的电唱机,均有独立的电动机和唱盘。最近由我们厂试制成功并且已经投产的CD—1型电子唱机,却打破了这种框框,它将电动机和唱盘合为一体,直接利用唱盘作为电动机的转子。唱盘的驱动和转速控制是靠电子开关和自动控制线路来完成的。唱机同样也分33\(\frac{1}{3}\)转/分和78转/分二种速度,用开关来换档,并可用电位器微调速度。机内带有音频放大器,能直接放唱。与一般普及型电唱机比较,电子唱机有以下几个优点:①由于除唱盘以外再没有别的电动机及机械传动机构,所以转动噪音大大减小。②机械结构简单,容易加工制作,而且机械故障大大减少。③耗电省。一般交流四速唱机耗电16瓦左右,而电子唱机耗电仅8瓦左右。④由于机内采用直流稳压电源供电,所以在一定范围内转速不受电网电压及电网频率变化的影响。⑤可以很方便地加进音频放大器,给使用带来方便。

这种唱机的外形见题头。原理图见图1。如果在一个圆铁板的圆周上开若干个对称的齿,而在与通过直径的一对齿的相对应的位置上设一对磁极,磁场是靠绕在磁路上的线包来产生的,这便构成了一个电动机。其中开关K控制着磁场的有无,电位器W控制着磁场的大小。齿盘即是转子。绕在磁路上的线包即是定子线包。磁极便成为定子磁极。当转子的一对齿由远渐渐靠近定子磁极时(如图1所示的位置),如果合上开关K,那么定子磁极便对转子产生一对作用力F和F'。F分解为切向力F\(_{1}\)和轴向力F2;F'分解为F\(_{1}\)'和F2'。在对称情况下,F\(_{2}\)与F2'大小相等、方向相反,所以互相抵消,而F\(_{1}\)和F1'是一对使转子旋转的对称力偶。这时转子便转动起来。当这对齿转到正对磁极时K即断开,转子便凭惯性旋转。当下一对齿又转到如图1所示的位置时,K又合上,这样周而复始地通、断定子电流,转子便以一定转速旋转起来。通过调整电位器W可调节电流的大小,从而达到调节转速的目的。这样就构成了一个简易的无电刷直流电机。

图1
图1 🔍原图 (440×396)
图2
图2 🔍原图 (465×383)

电子唱机中的“K”是由接近开关来担任的,而图1中的W是由自动控制电路来担任的。

图2为全机电路图。BG\(_{1}\)及有关元件构成“接近开关”。它实际上是一个LC型正弦波振荡器,振荡频率约为200千赫左右。它的振荡线圈的结构比较特殊,见图3。振荡是靠L2加到RG\(_{1}\)基极的反馈信号来维持的。当有金属片(即转盘齿)逐渐接近磁芯时,L1与L\(_{2}\)之间的耦合便逐渐削弱,反馈信号逐渐减小。当金属片进一步靠近时,反馈减弱到不足以维持振荡,于是振荡停止。而当金属片离开磁芯一定距离时,振荡又恢复。这就是接近开关的基本原理。调节C3'能有效地改变振荡强弱从而改变转盘齿起作用的距离。振荡时高频电压经L\(_{3}\)输出由D1整流,经R\(_{4}\)、C4滤波后在BG\(_{2}\)基极上便获得一正电压,这时BG2饱和。由于饱和时BG\(_{2}\)的Vce接近于零,于是BG\(_{5}\)截止。这样,BG8的基极回路断开,I\(_{c8}\)为零。当振荡停止时,由于L3上无高频电压输出,所以BG\(_{2}\)基极电位为零,管子截止。这时由R5、R\(_{6}\)供给BG5足够的基极电流,于是BG\(_{5}\)饱和。这时BG8的基极电流由电源经R\(_{11}\)、BG7、R\(_{1}\)0、BG5到地形成通路,BG\(_{8}\)中便有集电极电流流通,定子线包通电并且给转子以旋转力。于是我们可以得出结论:只要适当安排振荡器磁芯的位置以及与齿盘之间的距离(大约为1毫米),转子便能按照我们所需要的方向旋转起来(不能反转)。

图3
图3 🔍原图 (1605×847)
图4
图4 🔍原图 (415×239)

当转子旋转时,图2中D\(_{1}\)正极的波形如图4①;BG2集电极波形如图4②,是一个方波,方波的重复频率能反映出转子转速的快慢。图2中的C\(_{5}\)(C6)、C\(_{7}\)、R7、R\(_{8}\)、R9等构成频率——电压变换电路。我们知道,图5a所示的R、C电路其频率特性如图5b。以C=1微法,R=4.3千欧为例,求得其转折频率为f\(_{0}\)=1/2πRC=1/2×3.14×4.3×10\(^{3}\)×10-6≈37赫。如果这时唱盘的转速为33\(\frac{1}{3}\)转/分,而转子圆周上开的齿数为24齿的话,那么图4②的方波的重复频率应为f=33.33×24/60≈13.3赫,而13.3赫正好位于图5b特性曲线的倾斜部分,所以可以看出图2D2正极的输出电压V\(_{c}\)是随转速的变化而变化的。当转速上升时,Vc上升;转速下降时,V\(_{c}\)也下降。VA也有同样的变化规律。图4③是V\(_{c}\)的波形。实际上,经这样选择后的R7、C\(_{5}\)对于前面来的方波来说是个微分电路,其正脉冲的顶部被D2向C\(_{7}\)充电时削去。

图5
图5 🔍原图 (965×1421)
图6
图6 🔍原图 (479×419)

BG\(_{3}\)、BG4组成差动式比较放大电路,其作用是将V\(_{A}\)与给定值电压VB进行比较,然后再进行放大。B\(_{12}\)、R13对于BG\(_{3}\)、BG6来说构成分压式耦合电路。比较放大后的信号经BG\(_{6}\)、BG7放大后便能有效地控制BG\(_{8}\)基极电流的大小,进而控制Ic8的大小,从而起到图1中电位器W的作用。这样就构成了一个自动控制系统,通过调节W\(_{1}\)、W2,改变给定电压V\(_{B}\),便能调节转速至所需值。

下面我们来看看自动调节系统的作用过程:设有外力作用时,转子的转速下降一些,这时图4②处的方波重复频率下降,于是V\(_{A}\)↑、VC3↑、I\(_{b6}\)↑、Ib8↑、I\(_{c8}\)↑,这样转速便加快,恢复到接近原来所给定的转速。反之亦然。由于这是个有误差调节系统,所以会出现一定的稳态误差,但只要放大量K值调整得适当,这个误差是比较小的。比较放大器之所以采用差动形式是为了尽可能减小温度变化对转速变化的影响。

就理想状态而言,定子线包两端的电压也应是方波,当负荷变化时,由自动调节系统调节方波幅度的大小来调节转速。但由于方波的重复频率很低(盘上所开的齿数有限),而且V\(_{A}\)处的滤波时间常数又不能取得很大,否则系统会产生振荡,所以VA除直流分量以外还有明显的锯齿成分,如图4④所示。接入C\(_{8}\)是为了防止将这个锯齿分量过分地放大。定子线包两端的电压波形如图4⑥。由于定子线包有一定电感量,所以定子线包中的电流波形与图4⑥很不相同,而成为图4⑦的形状。R10是负反馈电阻,可以通过它调节放大量K值,进而调节电子唱机输出特性的“硬度”——即带负荷后转速下降的数值。但K值也不宜过大,否则自动控制系统不稳定,甚至产生振荡。K值太小又会使输出特性太“软”。所以R\(_{1}\)0应调节适当才好。D3、R\(_{2}\)0是为了减小定子线包两端的自感电势而设置的,否则可能在BG8的C、e极两端出现较高的自感电势而将其击穿。

由于机内有直流电源,所以加入一个音频放大器以使唱机具有放唱性能是很方便的。这里所采用的是大家所熟悉的OTL电路。由于晶体唱头输出阻抗一般较高,因此增设了一级阻抗变换器(BG\(_{9}\))来进行阻抗匹配。

这个电路最大不失真输出功率可达500毫瓦。调节R\(_{3}\)0可改变输出功率。为了充分发挥BG11~BG\(_{14}\)的潜力,可以给这四只管子装上适当的散热片。C13的作用是对晶体唱头的频率特性起简单的校正。

本机采用四英寸喇叭,放音效果基本不错,如果对音质提出更高要求,可用机外放音系统放音。

本机启动电流较大,约800毫安左右,所以要求稳压电源的内阻要小。我们采用的调整管是3DK10,这种管子在大电流时β下降严重,所以来用双管并联方式以弥补此缺点,同时也增大了调整管的功率余量。为了使电网电压下降至180伏时仍能正常使用,本机采用了较高的调整管压降,这样一来调整管功耗较大,所以我们装上了适当的散热片。全机空载电流小于150毫安,负载时连同音频部分的耗电小于250毫安。(自贡市无线电三厂 颜浩)