Jukka Hietala 2003 Tee itse hifitasoinen cd-soitin

Transkriptio

1 Jukka Hietala 2003 Tee itse hifitasoinen cd-soitin

2 Tee itse Jukka Hietala 2003 Hifitasoinen cd-soitin Cd-soittimen rakentaminen ei ole nykyisin mahdotonta, koska tarvittavat osat ovat helposti saatavissa. Kun cd-levyn pyöritykseen ja luentaan käytetään cd-levyn soittamiseen tarkoitetuilla napeilla varustettua tietokoneen cdrom-asemaa, tarvitaan kotelon lisäksi enää vain virtalähde, d/a-muunnin ja esivahvistin. Niiden rakentaminen onnistuu tavalliselta elektroniikkaharrastajalta helposti. Siispä vanhat cd-rom-asemat hyötykäyttöön ja musiikkia kuuntelemaan. TAULUKKO 1. Cd-soittimeen liittyvät dokumentit Rakennusohje Rakennusohje.pdf Tämä dokumentti Kotelo Kotelo.pdf Piirustukset 1-4, levyjen koot Virtalähde Virtalähde.pdf Virtalosas.pdf Virtalähdepl.pdf Virtalähdeosat.pdf Kytkentäkaavio Osasijoittelukuva Piirilevykuva Osaluettelo Painikkeet D/Amuunnin Esivahvistin Painikkeetosas.pdf Painikkeetpl.pdf Painikkeetosat.pdf DA-muunnin.pdf DA-muunninosas.pdf DA-muunninpl.pdf DA-muunninosat.pdf Esivahvistin.pdf Esivahvistinosas.pdf Esivahvistinpl.pdf Esivahvistinosat.pdf Kaikki osat Kaikki.pdf Osasijoittelukuva Piirilevykuva Osaluettelo Kytkentäkaavio Osasijoittelukuva Piirilevykuva Osaluettelo Kytkentäkaavio Osasijoittelukuva Piirilevykuva Osaluettelo Osat listattuna ostopaikan mukaan Hyvän hifilaitteen kotelo on tukeva ja tyylikäs eli käytännössä melko painava. Kun kotelo tehdään puusta, jää cd-soittimen paino alle kymmeneen kilogrammaan eikä sen valmistaminen edellytä harrastajalta erikoistyökaluja. Kotelon rakentaminen aloitetaan sahaamalla 20 mm:n paksuisesta puulevystä ja 1 mm:n pellistä kotelon seinät taulukon 2 mukaisesti. TAULUKKO 2. Kotelon levyjen koot Levy Leveys Korkeus Kpl etuseinä sisäpääty ulkopääty takaseinä katto pohja luukku 160 n. 112* 1 * sahataan kolmeen osaan Pelti (1mm) Kun levyt on sahattu ja siistitty, tehdään niihin piirustuksien 1-4 mukaiset reiät ja aukot käyttäen porakonetta ja pistosahaa. Tämän jälkeen aloitetaan kotelon kasaus kiinnittämällä levyt toisiinsa seuraavassa järjestyksessä: 1. Pohja + sisäpäädyt 2. Etuseinä 3. Takaseinä 4. Katto 5. Pelti 6. Ulkopäädyt Etuseinä kiinnitetään viidellä 8 mm:n puutapilla ja muut ruuveilla. Liitoksissa käytetään myös puuliimaa lukuun ottamatta ulkopäätyjä ja peltiä. Katto kiinnitetään 390 mm:n pituisella 3 mm:n paksuisella pianosaranalla ja näin soitin on helposti avattavissa. Koekasauksen aikana tehdään cd-rom-aseman ja muuntajan kiinnitykseen tarvittavat reiät kotelon pohjaan. Kootusta kotelosta irrotetaan pianosarana, katto, ulkopäädyt ja pelti. Puuosat hiotaan ja niiden kulmat pyöristetään. Kolot ja saumat siistitään pakkelilla lukuun Jukka Hietala 2003 Tee itse hifitasoinen cd-soitin 2

3 ottamatta ulkopäätyjä, jotka käsitellään vain lakalla tms. sisäkäyttöön soveltuvalla puunsuoja-aineella. Muu kotelo maalataan pohjamaalilla, joka hiotaan tasaiseksi. Kotelon ja pellin lopullinen maalaus suoritetaan kiiltävällä mustalla ja lakataan spraykirkaslakalla heti maalin kuivuttua. Lakkaa tarvitaan vain yksi kerros. Ennen peltilevyn asentamista siihen kiinnitetään maadoitusruuvi siten, että maadoitusruuvin reiän ympäriltä poistetaan maali levyn molemmilta puolilta sähköisen kontaktin aikaansaamiseksi. Pellin ja mutterin väliin asennetaan tähtiprikka (Kuva 1). Myös RCAliittimien K9 ja K10 kohdalla on poistettava maalia, koska nekin ovat johtavaa materiaalia ja siksi maadoitettava. Ennen pellin kiinnitystä RCA-liittimiin kannattaa juottaa kaapelit, koska tässä vaiheessa se on helpointa. Lopuksi pelti ruuvataan paikoilleen ja maadoitusruuviin kiristetään prikka ja mutteri. Tarkasta maadoitusruuvin ja RCA-liittimien välinen johtavuus yleismittarilla. TAULUKKO 3. Pintakäsittelyaineet Maali Biltema Kirkaslakka Biltema K1 maa Bilteman kirkaslakan täydellinen kuivuminen kestää n. 3-4 vrk. Kuivumisen aikana kotelon käsittelyä on vältettävä ja se kannattaa säilyttää hyvin tuuletetussa tilassa, koska siitä lähtevä haju on voimakas. Kuivumisen aikana on aikaa tehdä piirilevyt ja luukku. Luukku sahataan kolmeen osaan käytettävän cd-romaseman mukaan. Luukun osat käsitellään kuten ulkopäädyt ja ne liimataan kuivuneeseen koteloon kontaktiliimalla. Keskimmäinen osa liimataan myöhemmin koteloon asennettuun cd-rom-asemaan. Tässä apuna voidaan käyttää myös ruuveja. Luukun osien välisiin rakoihin kannattaa laittaa liimauksen ajaksi ohut paperisuikale riittävän raon säilyttämiseksi. Jos cd-soittimen ulkoisiin metalliosiin kytkeytyy verkkojännite esimerkiksi vian tai rakentajan virheen takia, on laite hengenvaarallinen. Tästä syystä nämä metalliosat suojamaadoitetaan. Suojamaadoituksen ideana on kytkeä metalliosat suojamaahan. Jos näihin osiin kytkeytyy verkkojännite, palaa sulake oikosulun seurauksena ja jännite katkeaa. Näin tapahtuu tietenkin vain silloin, kun suojamaadoitus toimii. Tästä syystä maadoittaminen on tehtävä erittäin huolellisesti pitäen mielessä se tosiseikka, että laitteen rakentaja on vastuussa laitteen aiheuttamista sähkötapaturmista. Kuva 1. Maadoitusruuvin ja johdon kiinnitys Cd-rom-asema Käytettävässä cd-rom-asemassa on oltava cdlevyn soittamiseen tarkoitetut Play/Next- ja Stop/Open/Close-napit. Aivan perusmallin asema ei siis käy. Jos cd-rom-aseman S/PDIFlähtö ei ole TTL-tasoinen, voidaan se kytkeä myös takaseinään omaan RCA-liittimeen digitaalilähdöksi (ei piirustuksissa). Nopeita asemia kannattaa välttää, koska ne pyörittävät asemaan laitettua levyä äänekkäästi ennen Play-napin painamista, eikä audiokäytössä nopeudesta ole hyötyä. Aseman toiminta kannattaa kokeilla tietokoneessa ennen asentamista. Yksi sopiva cd-rom-asema on Philipsin 8- nopeuksinen PCA82CR-M2B. Ennen asennusta aseman etupaneeli irrotetaan ja painikkeiden kytkimiltä vedetään johdot ulkoisia painikkeita varten. Kaapelina voidaan käyttää vanhasta tietokoneesta otettua kaapelia, jonka päässä on 4-napainen 1-riviseen 2,54 mm:n piikkirimaan sopiva liitin. Ennen juottamista kaapeli pujotetaan cd-rom-asemassa olevasta reiästä ja vedonpoisto toteutetaan nippusiteellä (kuvat 2 ja 3). Jukka Hietala 2003 Tee itse hifitasoinen cd-soitin 3 n. 90

4 K1 asennettavan 2 ampeerin sulakkeen ja kotelon etuseinässä olevan kytkimen S1 läpi. Muuntajan T1 antama vaihtojännite pitää tasasuunnata ja suodattaa, ennen kuin siitä reguloidaan cd-soittimen elektroniikan tarvitsemat jännitteet. TAULUKKO 4. Käyttöjännitteet Cd-rom-asema D/A-muunnin Esivahvistin +5 V ja +12 V +5 V -15 V ja +15 V Kuva 2. Cd-rom-aseman purkaminen Positiiviset jännitteet muodostetaan sarjan regulaattoreilla ja negatiivinen jänniteregulaattorilla. Suurtaajuisten häiriöiden poistamiseksi jokaisen regulaattorin tuloja lähtöpuolella on 100 nf:n muovikondensaattorit. Reguloidut jännitteet suodatetaan lisäksi elektrolyyttikondensaattoreilla. Philipsin PCA82CR-M2B-cd-rom-aseman virrankulutus todettiin mittaamalla seuraavaksi: +5 V ma, toisto 370 ma +12 V ma, toisto 110 ma Kuva 3. Ulkoisille painikkeille menevät johtimet Kaapelin asentamisen jälkeen cd-rom-aseman led poistetaan sivuleikkureilla tai juottokolvia ja tinaimuria käyttäen. Lopuksi asema kasataan ilman etulevyä peltikoteloonsa häiriöiden vähentämiseksi ja suojaan pölyltä ja asennetaan koteloon. Tämän jälkeen voidaan asemaan kiinnitettävä puinen luukun osa liimata ja/tai ruuvata kiinni. Pienimmät arvot saavutettiin aseman ollessa tyhjä ja suurimmat käytettäessä luukkua. Cdrom-aseman käyttöjännitteet +5 ja +12 volttia muodostetaan regulaattoreilla 7805 (IC3) ja 7812 (IC2). Kun muuntajan kevyeen kuormaan antaman vaihtojännitteen tehollisarvo on n. 19 volttia, saadaan kokoaaltotasasuunnatuksi jännitteeksi n V 0,7V = 26,2V Virtalähde Audiokäyttöön tulevan laitteen virtalähteeksi käy parhaiten rengassydänmuuntaja, koska sen häiriöitä aiheuttava hajavuo on pieni. Saatavuudeltaan hyvä ja jännitteeltään melko sopiva muuntaja on Muuntosähkö Oy:n valmistama malli, joka antaa 2 x 18 V. 160 VA:n kapasiteetti riittää varmasti cd-soittimeen, mutta muuntaja fyysinen koko on melko iso. Muuntajan mukana toimitetaan sen kiinnittämiseen tarvittavat osat eli kaksi pyöreää kumimattoa ja pyöreä peltilevy. Muuntajaan T1 kytkettävä verkkojännite viedään liittimeen Tehohäviöt jakautuvat tasaisemmin, kun IC3 saa tulojännitteensä regulaattorilta IC2. Regulaattorissa IC2 syntyy tehohäviö (26,2-12)V ( )mA = 6,8 W. Regulaattorissa IC3 syntyy tehohäviö (12-5)V 370mA = 2,6 W. Em. häviötehojen summa on 9,4 W. Regulaattorien läpi menee myös D/Amuuntimen virta, mutta sen vaikutus on häviävän pieni. Kun regulaattorit IC2 ja IC3 asennetaan yhteiseen jäähdytyselementtiin, jonka terminen resistanssi on 2,5 K/W ja ympäristön lämpötila on +40 C, saadaan jäähdytysrivan lämpötilaksi Ts = +40 C+9,4W 2,5 C/W = 63,5 C. Jukka Hietala 2003 Tee itse hifitasoinen cd-soitin 4

5 Jos regulaattorin kotelon ja jäähdytyselementin välinen terminen resistanssi oletetaan nollaksi, saadaan puolijohteiden lämpötiloiksi seuraavat lämpötilat: IC2: Tj = 63,5 C+6,8W 5 C/W = 97,5 C IC3: Tj = 63,5 C+2,6W 5 C/W = 76,5 C Puolijohteiden lämpötilat jäävät alle +100 C:aan, jos kotelon sisälämpötila ei nouse yli +40 C:ään. Valittua jäähdytyselementtiä voidaan siis pitää riittävänä, vaikka suljetussa puukotelossa sen lämpötila nousee melko korkeaksi. Esivahvistimen regulaattorit IC1 ja IC4 eivät tarvitse jäähdytyselementtiä, koska niiden läpi menevä virta ja siten syntyvä tehohäviö ovat pieniä. Virtalähteen kasaamisessa ei ole mitään ehdotonta kasausjärjestystä, mutta viimeisenä kannattaa kiinnittää johdot ja jäähdytyselementti. Ennen asennusta jäähdytyselementtiin porataan sen kiinnittämiseen tarvittavat neljä reikää. Jäähdytyselementin ja IC-piirien väliin on laitettava piitahnaa ja jäähdytyselementti tuetaan piirilevyyn kuumaliimalla jäähdytyselementin päistä. Muuntajalta virtalähteen liittimiin K2-K5 tuleviin johtoihin on asennettava eristetyt liittimet tai eristämättömät liittimet on päällystettävä kutistesukalla. Cd-rom-aseman tarvitsemat jännitteet +5 ja +12 volttia viedään asemaan sen normaalista virtaliittimestä. Tätä varten johdot kytketään cd-rom-asemaan sopivaan liittimeen. Liittimien pinnien puristamiseen tarvitaan erikoispihdit, mutta kärkipihdeillä taiteilemalla saa aikaan pitävän liitoksen Kuva 4. Cd-rom-aseman virtakaapeli Cd-rom-aseman virtakaapelin jännitteet ovat taulukon 5 mukaiset. TAULUKKO 5. Cd-rom-aseman virtakaapeli Johdon nro Johdon väri Jännite 4 Punainen +5 V 3 Musta GND 2 Musta GND 1 Keltainen +12 V Virtalähteen piirilevyn ja kotelon pohja väliin on jäätävä n. 5 mm tilaa ilmankierron tehostamiseksi. Lopuksi jäähdytyselementti kiinnitetään kotelon seinään. Liittimen K1 suojamaanastaan kytketään paksu kevi-johto, jonka toisessa päässä on rengasliitin. Johdon on oltava paksumpaa kuin muut samasta liittimestä lähtevät johdot ja se kannattaa kiinnittää liittimeen K1 juottamalla. Johdon päässä oleva rengasliitin asennetaan tähtiprikkaa ja mutteria käyttäen cd-soittimen takaseinän läpi tulevaan maadoitusruuviin (kuva 1). Muuntajalle T1 kytketään verkkojännite liittimeltä K1 kytkimen S1 läpi. Nämä johdot on asennettava siten, etteivät ne voi koskea virtalähteen kuumaan jäähdytyselementtiin. Liitimen K1 sulaketelineeseen asennetaan 2 ampeerin hidas 5 x 20 mm:n lasiputkisulake, jonka jännitekestoisuus on 250 volttia. Huomaa, että sekä vaihe että nolla viedään kytkimen kautta ja ne voivat olla kummassa johtimessa tahansa riippuen pistotulpan asennosta. Nämä liitokset on eristettävä huolellisesti kutistesukalla ja eristetyillä liittimillä. Painikkeet Painikkeiden toiminta on erittäin yksinkertainen. Painikkeiden piirilevyllä olevat kytkimet S2 ja S3 kytkeytyvät cd-rom-aseman omien painikkeiden rinnalle, kun cd-rom-asemaan asennettu kaapeli kytketään painikkeiden piirilevyllä olevaan liittimeen CON1. CON1 on 4-napainen yksirivinen piikkirima, joka juotetaan piirilevylle normaalisti. Kytkimet S2 ja S3 juotetaan piirilevylle siten, että ne tulevat kuparipuolelle ja ulottuvat n. 23 mm piirilevyn pinnasta. Näin ne tulevat riittävästi esiin cd-soittimen etuseinästä. Piirilevyn etäisyys etuseinästä säädetään piirilevyn ja kotelon etuseinän väliin asennettavien prikkojen avulla sopivaksi eli n. 1,5 mm:iin. Jukka Hietala 2003 Tee itse hifitasoinen cd-soitin 5

6 D/A-muunnin Cd-soittimen piirilevyistä monimutkaisin on D/A-muunnin. S/PDIF-signaali tuodaan cdrom-asemasta D/A-muuntimen liittimeen K3, jossa se päätetään 75 ohmin kuormaan. Kaapelin pienestä pituudesta johtuen sen ei tavitse olla 75 ohmin koaksiaalikaapelia. Kaapelin toiseen päähän juotetaan RCA-urosliitin ja toiseen päähän cd-rom-aseman S/PDIFliitäntään sopiva liitin. Esimerkkiasemaan sopi pc:n emolevylle kytkettävä merkkilampun liitin. tapauksessa kannattaa vastus R1 jättää asentamatta. IC2 on Texas Instrumentsin DIR1701. Se on digitaalinen audiovastaanotin, joka vastaanottaa TTL-tasoisen S/PDIF-signaalin ja dekoodaa sen D/A-muuntimen ymmärtämään muotoon. Varsinaisen 16-bittisen audiodatan lisäksi IC2 muodostaa S/PDIF-signaalista D/A-muuntimen tarvitsemat tahdistussignaalit ja jälkivaimennuksesta kertovan signaalin. IC2 lukkiutuu siihen tulevaan TTL-tasoiseen S/PDIF-signaaliin ja suodattaa jitteriä eli ajastuksen värinää pienemmäksi. Ts. IC2 ja siihen tuleva S/PDIF-signaali käyvät keskimäärin samaan tahtiin, mutta IC2:sta D/Amuuntimelle menevät signaalit ovat taajuudeltaan stabiilimpia. Tähän käytetään SpAct -järjestelmää ( Sampling Period Adaptive Controlled Tracking ), joka toimii 100 MHz:n kellotaajuudella. Kuva 5. S/PDIF-kaapeli Piirillä IC1, joka on Philipsin 74HC04- invertteri ja oheiskomponenteilla muutetaan siihen tuleva S/PDIF-signaali TTL-tasoiseksi, josta se edelleen viedään IC2:een. IC1 on HCMOS-piiri (High speed Complementary Metal Oxide Semiconductor) eli se perustuu MOS-transistoreihin. Näin toteutetun piirin tilanmuutokset tapahtuvat, kun tulo on puolet syöttöjännitteestä. Koska invertterin IC1A tulo on kytketty lähtöön, asettuu invertteri tasapainotilaan tilamuutoksen rajalle eli se ei ole looginen ykkönen tai nolla, vaan jännite on n. 2,3-2,5 volttia. Pienikin tulojännitteen poikkeama aiheuttaa suuremman muutoksen invertterin lähdössä, jonka seuraava invertteri (IC1F) tulkitsee joko nollaksi tai ykköseksi. Näin heikostakin signaalista saadaan TTLtasoinen. IC1 saa 5 voltin käyttöjännitteen häiriönpoistokelan L1 läpi. Kytkentä on niin herkkä, että se toimii myös TTL-tasoisella tulosignaalilla (75 ohmiin), jota mm. jotkut tietokoneiden cd-rom-asemat antavat, mutta tässä TAULUKKO 6. IC2:ltä IC3:lle menevät signaalit SCKO LRCKO BCKO DOUT EMFLG Järjestelmäkellosignaali, 256 f s Audiolukkosignaali 0 =R, 1 =L, f s Audiobittikellosignaali, 64 f s Audiosarjadata, 16 bit MSB first, Right justified Jälkivaimennus 0 = ei, 1 = kyllä IC2:n vaatima n. 3,3 voltin käyttöjännite muodostetaan zenerdiodilla D1 ja vastuksella R4. Pienestä virrantarpeesta johtuen kytkentä on riittävä. Digitaalisen osan jännite viedään piiriin kelan L2 läpi, joka estää IC2:sta mahdollisesti lähtevien häiriöiden leviämisen muualle kytkentään. IC3 on Texas Instrumentsin D/A-muunnin PCM1725. Kyseinen piiri voidaan asettaa joko kuluttaja- tai ammattilaismoodiin. Tässä projektissa luonnollisesti ensin mainittuun. IC3 saa IC2:sta näytteenottotaajuuteen nähden 256-kertaisen järjestelmäkellopulssin SCKO eli cd-levyä kuunneltaessa taajuus on 11,2896 MHz. D/A-muunnos perustuu 8- kertaiseen ylinäytteistykseen ja 5-tasoiseen deltasigmamodulaattoriin. Ne toimivat 64- kertaisella näytteenottotaajuudella. Tältä osin järjestelmä muistuttaa SACD:tä, sillä siinäkin käytetään deltasigmamodulointia ja vieläpä samalla taajuudella. Deltasigmamodulaattori tuleva 8-kertaisesti ylinäytteistetty digitaalinen signaali menee 3. Jukka Hietala 2003 Tee itse hifitasoinen cd-soitin 6

7 asteen häiriömuokkaimen läpi. Häiriömuokkain ei poista signaalin häiriöitä, vaan siirtää ne ihmisen kuuloalueen ulkopuolelle. Tämän jälkeen signaali muutetaan 5-tasoiseksi deltasigmasignaaliksi, josta aiemmin muodostetut suurtaajuushäiriöt suodattamalla saadaan varsinainen analoginen signaali. Molemmille kanaville on luonnollisesti omat modulaattorit. Piirin A-painotettu häiriöetäisyys on tyypillisesti 97 db ja kanavaerottelu 95 db. Lähdöissä eli liittimissä K4 ja K5 vaikuttaa tasajännite, bipolaarinen nolla, jonka suuruus on puolet käyttöjännitteestä eli 2,5 volttia. Lähtösignaalin maksimiamplitudi (0 db) on 0,31 kertaa käyttöjännite eli n. 1,55 volttia. Tehollisarvona tämä on n. 1,1 volttia eli lähes 6 db alle tyypillisen cd-soittimen lähtöjännitteen. Tästä syystä esivahvistimen käyttö on suositeltavaa. IC3 hoitaa tarvittaessa myös joidenkin cd-levyjen vaatiman jälkivaimennuksen. Tiedon jälkivaimennuksen tarpeesta se saa piiriltä IC2 EMFLG-signaalissa. D/A-muuntimen digitaalisen suodattimen päästökaistan aaltoilu on enintään ±0,17 db ja vaimennus noin puoli desibeliä taajuudella 0,454 kertaa näytteenottotaajuus. Tämä vastaa cd-kuuntelussa taajuutta Hz. Tätä suuremmat taajuudet suodatetaan digitaalisella suodattimella jyrkästi. Sisäisen analogiasuotimen vaimennus 20 khz:n taajuudella on 0,16 db, 100 khz:n kohdalla 3 db ja 10 MHz:n taajuudella jo 60 db. Muuntimen lähdöt, vasen ja oikea kanava on kytketty vastaavasti liittimiin K4 ja K5. On huomattava, että näissä liittimissä on 2,5 voltin tasajännite ja alipäästösuodatuksen 3 db:n rajataajuus on 100 khz. Näistä Liittimistä vasen ja oikea kanava viedään RCA-kaapeleilla esivahvistimeen. Tarkemmat tiedot piireistä IC2 ja IC3 löytyvät niiden datasivuilta, jotka saa pdfmuodossa osoitteesta Piirien hankkiminen on helpointa suorittaan tilaamalla ne näytteinä Texas Instrumentsilta, jolloin UPS toimittaa ne perille. Luonnollisesti tämä kaikki on asiakkaalle maksutonta. Kuva 7. IC2 ja IC3 D/A-muuntimen kasaus vaatii kapeakärkisen laatukolvin, ohutta tinalankaa, juoksutetta ja tinaimusukkaa. Juoksutteen saa levitettyä siististi juoksutetussilla. Kuva 8. Pintaliitosjuotostarvikkeita Kuva 6. RCA-kaapelit D/A-muuntimen lähtöjen nollapiste on siis 2,5 V. Tämä CAP-jännite on kytketty D/Amuuntimen liittimeen K6, josta se viedään esivahvistimelle nollapisteen siirtoa varten. D/A-muuntimen kasaus kannattaa ehdottomasti aloittaa pintaliitoskomponenteista IC2 ja IC3 mainitussa järjestyksessä. Molemmat pintaliitoskomponentit juotetaan kuparipuolelle. Ennen juottamista kaikki pintaliitoskomponenteille tulevat ohuet johtimet kannattaa käsitellä juoksutteella. Tämän jälkeen käsitelty alue esitinataan ja tina imetään pois tinaimusukalla. Juoksutetta laitetaan juuri ennen juottamista myös pintaliitoskomponentin jalkoihin. Ensin IC2 laitetaan tarkasti pai- Jukka Hietala 2003 Tee itse hifitasoinen cd-soitin 7

8 kalleen ja nastoille 13 ja 14 meneviä johtimia tinataan aivan piirin vierestä, jolloin tina leviää myös näihin nastoihin ja piiri kiinnittyy siihen koskematta. Tämän jälkeen tarkastetaan piirin asento ja juotetaan loput nastat käyttäen tinaa niin reilusti, että tuloksena on toisiinsa tinautuneet jalat. Tinaus viimeistellään imemällä tinaimusukalla ylimääräinen tina pois. Tämä tapahtuu pitämällä puhdasta tinaimusukkan päätä jalkojen päällä ja lämmittämällä sitä kolvilla, kunnes ylimääräinen tina imeytyy siihen. Kuva 9. Juotetut Pintaliitoskomponentit Viimeisenä tarkastetaan tinaukset suurennuslasilla ja yleismittarilla, jonka hauenleuoissa on nuppineulat. Apuna kannattaa käyttää piirilevyn valotuksessa käytettyä kalvoa. IC3 voidaan juottaa normaalisti. Liittimien K1 K5 juottamisessa on käytettävä reilusti tinaa riittävän mekaanisen kestävyyden takaamiseksi. Piirilevyn kulmiin sen kuparipuolelle voi tinasta tehdä pienet jalat, jotta pintaliitoskomponentit eivät osu alustaan. Cd-soitin toimii myös ilman esivahvistinta, mutta kuten edellä kävi ilmi, silloin lähdöissä on 2,5 voltin tasajännite. Lähdöissä esiintyvä tasajännite voi aiheuttaa erikoistapauksissa ongelmia. Helpoin keino poistaa tasajännite olisi katkaista D/A-muuntimen liittimille K4 ja K5 menevät piirilevyn johtimet ja juottaa katkoksen kohdalle n. 10 µf:n elektrolyyttikondensaattori anodi luonnollisesti D/Amuuntimeen päin. Tämän ratkaisun huono puoli on se, ettei signaalia, vahvisteta, lähtöimpedanssi pysyy korkeahkona ja alarajataajuus riippuu kuormasta. Nämä ovat syitä erillisen esivahvistimeen käyttämiseen. Esivahvistimen tehtävänä on toimia puskurina. Se vahvistaa signaalia ja pienentää lähtöimpedanssia. Hinta-laatu suhteeltaan audiokäytössä lähes ylivoimainen operaatiovahvistin on NE5532. D/A-muuntimen lähdöissä oleva 2,5 voltin tasajännite ei saa kytkeytyä cd-soittimen lähtöihin. Tästä syystä nollataso siirretään 2,5 voltista 0 volttiin käyttämällä differentiaalista vahvistinta. Samalla vältytään suodatuskondensaattorien käyttämiseltä. Differentiaalisen vahvistimen vaatima referenssijännite saadaan D/A-muuntimen suuriimpedanssisesta CAP-liitännästä jänniteseuraajan avulla. D/A-muuntimen lähtösignaalissa esiintyy korkeataajuisia häiriöitä. Joissakin cdsoittimissa ei suoriteta suodatusta. Alan lehtien testien perusteella tämä on havaittavissa vain mittauksissa. Tästä syystä käytettävässä vahvistinkytkennässä ei suoriteta erillistä alipäästösuodatusta. Ilman suodatuksia saadaan täydellinen vaihetoisto ja ryhmäkulkuaika. Esivahvistimen lähtösignaali viedään liittimistä K7 ja K8 RCA-kaapelilla cd-soittimen takapaneeliin vastaavasti liittimiin K9 ja K10. Esivahvistimen liittimien K1 K3 sekä K5 K8 juottamisessa on käytettävä reilusti tinaa riittävän mekaanisen kestävyyden takaamiseksi. Liittimeen K4 kytketään D/Amuuntimen liittimestä K6 saatava CAPjännite. Esivahvistin Kuva 10. CAP-jännitteen kaapeli Kun soitin on valmis ja kytkennät tarkastettu, irrota cd-rom-asema, D/A-muunnin ja esivahvistin virtalähteestä ja kytke verkkojännite. Tarkasta yleismittarilla virtalähteen jännitteet, katkaise virrat ja irrota verkkojohto. Kokeile Jukka Hietala 2003 Tee itse hifitasoinen cd-soitin 8

9 vielä, ettei mikään komponentti lämmennyt. Nyt voit kytkeä johdot cd-rom-asemaan ja piirilevyille sekä kytkeä jännitteen. Kokeile cd-rom-aseman toiminta etuseinän painikkeista ja tarkasta yleismittarilla, ettei lähdöissä ole tasajännitettä enempää kuin muutama kymmenen millivolttia. Mitään hurinaa tai häiriöääniä ei saa kuulua hiljaisissakaan kohdissa, vaikka vahvistimessa äänenvoimakkuus olisi säädetty suureksi. Nyt voit siirtyä siihen mihin cd-soitin on tarkoitettu eli musiikinkuunteluun. Cd-soittimen tekniset tiedot Virtalähde Muuntaja: Verkkojännite: Sulake: Reguloitu +5, +12, +15 ja 15 V Rengassydän 2 x 18 V 160 VA 230 VAC 50 Hz T2A Cd-rom-asema Philips PCA82CR- M2B cd-rom-asema Mediat: CD, CD-R Painikkeet: PLAY/NEXT STOP/OPEN/CLOSE D/A-muunnin 8-kertainen ylinäytteistys, 5-tasoinen deltasigmamodulaattori Dynamiikka (A-painotettu) 95 db S/N (A-painotettu) 97 db Kanavaerottelu 95 db Näytteenottotaajuudet (khz): 32, 44.1, 48, 88.2 ja 96 Tulosignaali: SPDIF tai S/PDIF-TTL Jälkivaimennus: On Esivahvistin Jännitevahvistus: Antojännite, 1 khz, 0 db: Antoimpedanssi: Differentiaalinen vahvistin ilman suodatusta 5,8 db 2,0 Vrms alle 50 Ω Kotelo 20 mm:n puulevyä Pintakäsittely: Kiiltävä musta + kirkaslakka Lakka Leveys: 430 mm Korkeus: 128 mm Syvyys: 304 mm Muuta Taajuusvaste (±1 db) Hz Massa: 7,5 kg Osien hinta (sis. 22% alv) n. 100 Piirilevyjen tekeminen vaikeaako? Liian usein aloittelevan elektroniikkaharrastajan rakennusaikeet kariutuvat piirilevyn tekovaiheeseen. Vaihetta pidetään vaikeana ja jopa vaarallisena. Kaikki tämä on harhaluuloa ja perustuu vanhojen harrastajien vanhoihin kokemuksiin. Nykyisillä valmiiksi lakatuilla piirilevyillä jälki on niin laadukasta, että SSOP28- kotelokaan ei aiheuta ongelmia. Ohjeita noudattamalla piirilevy onnistuu varmasti ja tarvikkeet löytyvät elektroniikkaliikkeestä. Piirilevyn käsittelyn helpottamiseksi sahaa esim. rautatai jiirisahalla n. 1 cm liian pitkä tai leveä pala ja poraa ylimääräiseen osaan pieni reikä. Siisti sahaus- ja porausjälki viilalla, koska muuten ne jäävät kannattamaan valotuskalvoa. Valotukseen käytettävä kalvo on tulostettava vähintään 300 dpi:n lasertulostimella. Tulostimen tummuus kannattaa säätää maksimiin. Tummuuden säätö tapahtuu ohjelmallisesti tulostimen asetuksista ja/tai tulostinlaitteen valikon asetuksista. Vanhoissa lasertulostimissa on tätä varten säätöpyörä. Piirtoheitinkalvon laadussa ei kannata säästellä, sillä kalvon on pysyttävä tasaisena. Jälkeä voidaan korjata mustalla kalvotussilla ja tarvittaessa kaksi kalvoa voidaan teipata päällekkäin. Leikkaa kalvo mahdollisimman pieneksi ennen valotusta. Harvoin piirilevyjä tekevän harrastajan ei kannata ostaa valotuslaitetta, sillä tavallisella loisteputkipöytävalaisimella valotus onnistuu hyvin, tosin hitaammin. 11 watin loisteputken UV-säteilyteholla ja 6,5 sentin etäisyydellä Partco Oy:stä ostettu piirilevy valottuu n minuutissa. Valotus tapahtuu hämärässä huoneessa ottamalla piirilevyn suojamuovi pois ja asentamalla piirilevy paljas lakkapinta ylöspäin tasaiselle alustalle. Piirilevyn päälle asennetaan valotuskalvo siten, että piirilevyn teksti on oikein päin. Kalvon päälle asetetaan painoksi cd-levykotelon kirkas kansi. Valaisin laitetaan rakennelman päälle n. 6,5 sentin etäisyydelle ja sytytetään n. 18 minuutiksi. Sopiva aika löytyy kokeilemalla. Välittömästi valotuksen jälkeen valotetun piirilevyn reikään kiinnitetään sähköjohdon pätkä ja levy kehitetään natriumhydroksidiliuoksessa. Natriumhydroksidi (NaOH) on lipeää ja liuos tuntuu sormissa saippuavedelle, mutta on syövyttävämpää. Liuoksen vahvuudesta riippuen levy kehittyy jopa alle minuutissa, kun sitä liikutellaan prosessin aikana. Kehityksessä piirilevyn lakkapintaan muodostuu sama tumma kuvio kuin valotuksessa käytetyssä kalvossa on. Kun kuvio on siisti eli kirkkaat alueet ovat puhtaita, levy huuhdellaan puhtaalla vedellä. Kuivuneen levyn jälkeä voidaan korjata piirilevytussilla. Syövytys tapahtuu kylläisessä ferrikloridiliuoksessa. Kun kuparista on jäljellä vain piirilevykuvio, pestään ja kuivataan levy. Lopuksi ylimääräinen osa sahataan pois, reunat siistitään ja kuparointi kiillotetaan saippuoidulla teräsvillalla (Pata-Pata). Kun piirilevyn reiät on porattu esimerkiksi pienoisporakoneella, on levy putsauksen jälkeen valmis juotettavaksi. Jukka Hietala 2003 Tee itse hifitasoinen cd-soitin 9

10 S/PDIF (Sony/Philips Digital Interface Format) Audiolaitteisiin tullut perinteisen analogisen linjaliitännän rinnalle uusi, digitaalinen liitäntä, S/PDIFliitäntä. S/PDIF on Sonyn ja Philipsin kehittämä digitaalisen äänen siirtoon tarkoitettu rajapinta. Se on määriteltiin aluksi standardissa IEC-958 erikseen ammattikäyttöön ja kuluttajille tarkoitettuina versioina. Vuonna 1998 standardi nimettiin standardiksi IEC ja siihen lisättiin mahdollisuus monikanavaäänen siirtoon. Bitti 28 ohjaa vastaanotinta. Jos tämä bitti on 1, ei vastaanotin saa käyttää kyseistä sanaa. Bittiä 29 käytetään alikoodin eli esim. raidan numeron ja ajan siirtämiseen. Bitti 30 on varattu siirtämään tietoa jälkivaimennuksesta, näytteenottotaajuudesta ja kopiointiluvasta. Jos kopiointi ei ole sallittu, ei digitaalinen kopiointi onnistu käyttämällä S/PDIF-signaalia. Sanan viimeinen bitti sisältää pariteetin biteistä Yhdellä pariteettibitillä voidaan rajoitetusti havaita, muttei korjata bittivirheitä. Koska jokaista näytettä kohti siirretään yksi 32-bittinen sana, saadaan cd-audio-käytössä S/PDIF-signaalin datanopeudeksi 2 32 bit /s = bit/s. Modulaation johdosta bittejä vipeltää tuplanopeudella eli n. 5,6 Mbit/s. Koska S/PDIF-signaalin kaistan yläraja on n. 6 MHz, on signaali melkein sinimuotoista. Siirtomediana kuluttajille tarkoitettu S/PDIF käyttää RCA- tai BNC-liittimillä varustettua 75 ohmin koaksiaalikaapelia tai Toslink-liittimillä varustettua muovikuitua. Jännitetaso 75 ohmin kuormaan on ±0,5 ±1 V. Signaali on BMC-koodattua (biphase-mark-code) kanttiaaltoa, jonka taajuuskaista on 100 khz 6 MHz. BMC-koodattu signaali sisältää yhteen moduloituna datan ja kellosignaalin. Optinen siirto tapahtuu 1 mm paksussa muovikuidussa käyttäjälle vaarattomana punaisena valona, joka saadaan ledistä. Kuidussa tapahtuva siirto eroaa sähköisestä vain OSI-mallin fyysisellä kerroksella. Suurin siirtoetäisyys 75 ohmin koaksiaalikaapelissa on vähintään 10 m ja muovikuidussa enintään 10 m. Käytettävä siirtotapa ei vaikuta äänenlaatuun, koska molemmat siirtävät täsmälleen saman datan. Jos siirtovirheitä, tapahtuu, ei sitä voi olla huomaamatta äänessä. Mitään bassojen ja diskanttien vaimentumista, stereokuvan huonontumista tai syvyysvaikutelman katoamista ei voi tapahtua, ellei tällaisiksi lueta kokonaan kadonnutta ääntä tai selviä napsahduksia. Optisen median etuna on galvaaninen erotus ja sähköisen etuna hinta, sillä lyhyillä etäisyyksillä voidaan käyttää tavallista audiokäyttöön tarkoitettua RCA-kaapelia. OSI-mallin toisella kerroksella S/PDIF-signaali on samanlainen siirtomediasta riippumatta. Tässä kerroksessa signaali muodostuu lohkoista. Lohko muodostuu 192:sta kehyksestä, joissa jokaisessa on kanavien määrän mukaisesti alikehyksiä. Cd-audio-levyltä saatavan S/PDIF-signaalin kehys sisältää siten kaksi alikehystä. Alikehyksen pituus on yksi sana eli 32 bittiä. Alikehyksen bitit 0-3 muodostavat tahdistuskuvion, josta on kuusi erilaista versiota. Huomattavaa on, että tahdistuskuviota ei ole BMC-koodattu ja siksi siinä esiintyy enemmän kuin kaksi peräkkäistä ykköstä tai nollaa. Bittejä 4-7 käytetään vain siirrettäessä 24- bittistä audiodataa, cd-audio-käytössä näitä bittejä ei siis käytetä. Bitit sisältävät audiodataa siten, että cd-audiokäytössä on näistä on käytössä viimeiset bitit eli 13 (LSB) 27 (MSB), muut bitit ovat tässä tapauksessa nollia. Jukka Hietala 2003 Tee itse hifitasoinen cd-soitin 10

11 Cd-soitin edestä Vasemmalla virtalähde ja muuntaja, keskellä cd-rom-asema ja oikealla esivahvistin ja D/A-muunnin. Kuvassa näkyy myös virtakatkaisija ja kaksi pientä cd-rom-aseman ohjaamiseen tarkoitettua painiketta. Takapaneelissa on RCA-liittimet ja verkkojohdon liitin. Jukka Hietala 2003 Tee itse hifitasoinen cd-soitin 11

12 Muuntaja ja virtalähde Painikkeiden piirilevy (vasemmalla) ja D/A-muunnin Jukka Hietala 2003 Tee itse hifitasoinen cd-soitin 12

13 Esivahvistin. Alimmat RCA-kaapelit tuovat signaalin D/A-muuntimesta ja kaksi ylintä vievät sen vahvistettuna takapaneeliin RCA-liittimille. Alin kaapeli tuo CAP-jännitteen. Jukka Hietala 2003 Tee itse hifitasoinen cd-soitin 13