【Walkman 2021的设计与制作纪实】
2021-11-30 19:41:50
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此文是我的电子日记,发表出来仅供参考,希望读者千万不要模仿此类改造。

*20211028:DE1103收音机的探讨:经过测试,Sony ICF-SW07的FM波段接收能力与DE1103基本相当;但是在SW方面却有差距,对于弱信号,DE1103依然有可闻的信号,SW07已经一片噪音了。显然灵敏度不如,那么SW1又会如何呢?我相信它也不会有超过SW07的表现,因此仅能指望这类袖珍机的FM波段,不得不牺牲SW波段的接收性能,这是一个不小的遗憾。那么与其要购买一个SW1二手机来改装我的便携机是否还不如直接利用已有的DE1103进行改造呢?这个是一个诱人的念头。

研究DE1103的电路,需要改造很多地方。此机使用了TA7358+TA2057N+CXA1622P+LM358+HT7530+LC72137一套IC,其中的LM358充当耳机放大器的角色。电源直供的电路有:TA2075N、CXA1622P、TA7358、LM358、MW RF、SW RF、FM Pre IF;而由3V稳压供电的电路有:LC72137、数字板、DC-DC、MIX1、MIX2、OSC1、OSC2,SSB。由3V直供的电路不必考虑,而由电池直供的电路就需要特别关注了,是否有可能把它们改成3.4-4.2V工作?原来的工作电压在4.2-6V之间。CXA1622P显然是可以改成低压工作的,在3V/8R/BTL的情况下也能输出360mW的功率,这已经足够用了;而TA7358本来就是3V电压的IC,可以肯定没有问题;而TA2057N就属于中压IC了,它的最低工作电压是3.5V,测试电压是5V。可见,如果要它在低压下工作,电池的关闭门限不能低于3.5V,好在这个电压对锂电池来说也算可以。但是,在3.5V电压下工作和在5V下工作性能上会有多大的差异呢?这就需要认真测试了。如果性能下降些微那还可以改造,如果下降幅度较明显,就不可以使用低压工作;还有,两个波段的RF放大器以及FM预中放都要降低工作电压,它们对整机接收性能的影响有多大,也是一个重要问题。换言之,改造以后的高频性能不应该有明显的下降,否则不可接受。

那么往最坏的角度来想,假如无法改造,只能使用5V电压来工作,那该如何解决电池问题呢?那只有一个办法,采用两串锂电池通过稳压来供电,这时可以把功放换成TBA820M,让它在6.8-8.5V电压下工作,而原来的高频电路和数字电路仍要在3V稳压下工作,包括录音机,可以让它在5V稳压下工作,这样也能减小供电电流,延长续航。这样做其实很不合理,电压利用率太低,虽然性能得以保证,但是续航却会减少接近50%。还是争取改造成功为好。

关于DE1103的摩机:

*电池改造,让静态续航达到100h,安装大容量的锂电池组,不要增加保护板;

*电源开关管全部换成功率低压大电流MOS管;

*将音频通道固定改接成单声道模式,功放以BTL方式工作,作废TA2750N的解码电路,用一个FET管作跟随引出音频线路输出信号给录音机,去除原来的线路输出插座;

*去除原来的音调电路,重新DIY一个带通滤波器来替代原来的电路,改善短波弱台的接受效果;

*直接利用原来的扬声器;

*去除原来的单边带电路IC7,Q19,把电位器改为音量控制;

*重新调整电池的降压关机门限,使之适应锂电池组;

*更换原来的充电接口为标准d5.5接口,通过保险管直连电池;

*将原来的背光改为白色LED,用一个键推推控制;

*重新DIY数码键盘,使用超薄型轻触开关;

*改接原来的天线插座,更换新的双拉杆天线;

*增加片状数据保持锂电池;

*增加Radio、Recorder开关;

刚才我测试了DE1103的静态电流,结果比较吃惊,它的静态电流很大,应该大于各种同规格的机器,这一点真是令人感到窒息,那么是否需要为了接收性能牺牲掉续航?这是一个令人难解的问题。于是我又在想使用替代品了,因为DE1103中使用了高耗电的中放IC TA2057N,它的静态电流无论是在AM还是在FM波段都是20mA,再加上功放的耗电,每级电子开关的耗电,二次变频电路的耗电,总的耗电量远大于德生机器和索尼机器,这真是无语。模拟机和DSP机器的最大优点就是省电,但模拟机少有高灵敏度的机型,操作十分不便,而DSP机器的音质又普遍不好,这些问题让我头痛。其实最理想的机器可能是德劲DE1101,它的耗电量是最小的,性能又足够好。而处于对索尼SW07的印象,我相信SW1的接受能力也十分有限,那些商家没有一个会展示短波段的性能,很有可能短波属于半残废。难道我真要做一个AM/FM两波段的收录机吗?还有一个疑问是,SW1的耗电量如何?它能不能也会消耗很大的静态电流?DE1103的静耗为MW69.69mA、SW66.56mA、FM63.42mA、OFF77uA。这个耗电量已经抵得上大型根德收音机S6001了!即便通过摩机也很难把静态电流改小。

如果实在不行,那也就只有一条路了,采用模拟机,比如索尼SW20,德生9700DX,等等。

*20211029: 刚才在国外网站下载了Sony SW1E Service Manual,带有电路图和全部资料,同时也下载了User Manual。这些资料非常宝贵。从使用手册中找到信息,电池的寿命为12h(使用索尼UM-3型干电池)。这说明了该机相当耗电!中等音量的电流可达166mA,静态电流应该不小于80mA。初步查看电路图,它的功放IC就有14mA的静态电流。这是一个很大的矛盾,要想方便的自动化操作,预存电台,带有自动定时开机和延时关机功能,就得付出很大的耗电量,而要想省电,就必须要牺牲操作的方便性,失去定时开关机功能,甚至在性能方面也有下落,这让我十分为难。

从使用的角度出发,Sony SW20仅有6mA的静态电流,可以大大延长续航时间,这一个巨大的优点是相当诱人的!这就意味着,可以减小电池的容量,进而缩小机体尺寸,更利于携带和移动使用。

根据经验,SW1的静态电流有望被摩改到60mA以下,如果是这样,也可以考虑使用它来做我的便携机,并配置大容量的锂电池,保持方便的操作性能,当然,这也需要看两者的各个波段的灵敏度怎样。对比德生PL-368型DSP收音机,德生的优势远没有SW20大,SW20仅有6mA的耗电量,而PL-368也有FM25mA、SW46mA的耗电量,特别是在SW波段,耗电量几乎和传统数调机无异,可以说没有多大优势,而且在AM接受的灵敏度方面,在FM接收的音质方面,都不能和SW20相比,而且从尺寸上说也是SW20更小。因此,目前我的意向有80%放在SW20上,而不是SW1上。当然,这两款机器我都会引进,作为研究和实用,好在它们的二手价格都不高。

*如何改造SW20,使之可以被用在便携式收录机当中:该机使用的是CX20091单片收音IC,耗电量极低,带有全部电路单元,单声道结构,FM解调回路使用的是两端陶瓷滤波器,因此不存在跑频问题。音量控制采取电子方式,设计很先进。音量电位器是50K,可以用质量更好的产品来取代,从20K-100K均可。带有FM AFC输出端子,加拿大版机器已经使用了这一功能。该机的调谐方式比较独特。它使用了一个5连可变电容器,其中两联用于FM波段,两联用于MW波段,只有1连用在了AM/OSC2上,因此SW波段的接收原理非常类似早期的传统数调机,天线回路没有调谐,放置了固定宽带JFET放大器,第一本振采用一堆石英晶体产生7个频点,给MIX1,差转出7个窄带米波段,然后依靠有一定带宽的串联三端滤波器来进行滤波,得到可变的IF1信号,由1次变频外差收音机接收。这种方式显然会有一些问题。

第一个问题,该机缺少了13.5-13.85MHZ的国际米段,而这个米段又非常重要,因此,应该利用21.3-21.9MHZ的米段来改装这个频率,仅仅需要更换一枚石英晶体,并且重新设计刻度盘即可。实际上应该依然按照顺序,改造这个米段,把原来的米段位置都串一位,改造起来一样很容易。

第二个问题,它的串联三端滤波器不容易选择,如果带宽过大,就会串入边带信号,如果带宽不够,就会降低米段两侧的接收灵敏度,因此不容易选择。

第三个问题,此接收方案没有设置IF1中放,这会影响SW接收灵敏度,应该设法加入这个中放,使用三极管。

第四个问题,原机带有控制RF级和MIX1级的AGC电路,但却没有MGC控制,因此在短波段总是会把增益压低,使得收到信号以后的增益损失很多,应该设法增加一个MGC电位器,使得收到电台以后的增益可控。

关于原机的功放部分,是否可以利用就是一个问题。CX10091内部的功放电路为OTL模式,输出功率较小,而且必须要推动4R扬声器才会有足够的音量,不仅如此,这个功放在大音量工作时,还会向周边辐射电波,干扰FM高频头、AM RF/MIX等电路的工作,因此最好把它作废。好在芯片的耗电量极微,即便不用这个多余的功放,静态电流也足够小,因此我决定还是利用外部的BTL功放来推动8R-16R的扬声器,这可以获得较大的音量,也能彻底避免干扰问题。应该将AFin脚接地,仅保留音频射随器作为输出,给录音机和功放信号。

这时,主芯片就变成了独立的高频芯片了,可以使用3V稳压电源供电,以提高其稳定性,也不会因为提高的工作电压导致的消耗电流变大和高频参数的偏移问题。

原机的Tune指示灯可以改成蓝色超高亮度LED,耗电可以限制在0.4mA。

原机的音调开关可以被改成运放带通滤波器,也可以不动。值得注意的是在FM/AM转换时,一个电子开关会把音频的高音部分旁路掉一些,注意更换那个电容,让高音衰减的少一些。

其他的改造应该给机器增加屏蔽板,彻底消除人体感应;刻度盘要根据实测的数据重新绘制,波段开关需要清洗,使用SW20的最大优点就是小巧和省电。

*关于声音通道的问题,并不是单声道最好,如果是在旅行期间,到了外地,有调频音乐台,这时接收立体声的效果就会很出色,而且,录音机的放音功能也有超级优秀的音质,如果用一副立体声耳机放音,也能得到最好的音乐享受,那么只有录音是没有必要做成立体声的,如果用扬声器放音,也没有必要使用立体声功能,那么,就需要全面考虑关于声道的问题了。这时只有两种设计方案。

第一种是利用SW1作为收音机单元,利用它的立体声解码来收听调频电台,并把音频信号分两个声道输出,给CXA1622M的两个通道,可以直接驱动耳机;也可以把双声道信号合起来给接成BTL电路的功放使用,用来推动喇叭,当信号不好时,还可以用单声、立体声开关关闭立体声解码,降低噪音。录音机的线路输出依然保持两路,分别共给功放的两个通道,或者合并起来共给BTL电路驱动喇叭,在听评书时使用喇叭放音,听音乐时使用耳机放音。这样的设计会涉及到比较复杂的转换开关电路,可以使用机械开关,也可以使用模拟开关来做转换。同时,使用SW1的耗电量很大,必须要安置大容量的锂电池,比如26500锂电池,单节就有5000mAh的容量,或者用两节18650锂电池,可以组成6400mAh的电池组,续航可以达到65h以上,还是不错的。

如果利用SW20来作收音机单元,也就没有接收立体声的功能了,这时最多也只能保留录音机的立体声放音,这已经没有多少必要了,可以完全采取单声道的设计方案,大大简化机器的结构。因为耗电量很小,可以使用单节18650电池,有3800mAh的容量一样能得到大约100h以上的续航时间,非常强悍。

*20211030.决定扬声器:从机器的体积考虑,扬声器的尺寸自然是越小越好。如果使用传统的优质纸盆喇叭,发音的效率会很高,可以节省电池,但是声音的频响在低频段和高频端的延伸都不会好,播放语言还算不错,但播放音乐的效果就会很差。为了寻找更加合理的产品,我拆解了两只MP3播放器,一只【不见不散】装有d40双4R音圈的特殊单元,还带有一个空盆单元。这种单元十分奇特,它具有两个音圈,可以分别驱动作推挽工作,因此可以输出类似于BTL形式的功率;另一只双单元的MP3播放器,内装一对d33-4R的铝模单元,并带有很长的倒相管。

我用函数发生器,发出1V各种频率的信号,测试了上述单元和一只高质量的d77-25R纸盆单元(来自德生收音机),结果如下:纸盆单元在100HZ的频响已经很差,只有很小的声压,在200HZ-2000HZ范围,效率大幅度提升,声压很高,在2000-6000KHZ范围内,声压开始衰减,到了8KHZ以上,声压大幅度衰减,很显然,这种单元的频响是相当不均匀的,中音好,低音差,高音衰减,极高音消失;d40双音圈单元的低频效果出色,在100HZ频率的声压较高,保真度良好,但到了200HZ-6000HZ这个主要领域,它的声压就会明显低于纸盆单元了,直到8KHZ以上的高频段和超高频段,它的响度才会超过纸盆单元;d30-4R单元的表现亦很出色,尽管在100HZ它的声压弱于d40单元,但是在200HZ竟然会超过较大的d40单元。而且在10KHZ以上的超高频段,也要优于d40单元。总体上说,这一对单元的低音稍弱,但中音出色,极高音出色,整体清晰度更好,更均衡。使用两只d30单元的效果一定会比使用一只d40单元要好,而且在结构上也更具灵活性。因此,我的最后选定就是这一对d30单元。

*我又重新测试了一遍各种收音机的接受效果,得到一些信息。Panasonic B10袖珍收音机在接收灵敏度方面也还算不错,但是整体性能一定是不高的,作为高端机不够水平;Panasonic B20收音机的中波段给我留下了深刻印象,声音干净清晰,背景噪音非常小,几乎不像是MW波段的广播。该机的FM灵敏度一般,不算好,短波却要比B10灵敏一些,也能收到一些电台。此机也缺乏13.6-13.9MHZ米段,另外机体较大,不太适合用来制作便携式收录机。我的SW07具有足够好的性能,在FM、SW、MW几个波段上都有足够的灵敏度和接受能力,接收的效果也很好。但是,一方面我不打算破坏这只世界顶级的袖珍高端机,另一方面,它的硕大尺寸的LCD屏特别难以布置,在面板上不易同时安装键盘板和LCD屏,因此,该机也不适合用来制作收录机。那么现在,我也只能把希望寄托在SW20和SW1身上了,希望它们的性能足够使用,这一点非常重要。

再重新测试DE1103时我发现它的接受能力是最好的,几乎和顶级的进口机是一样的,不管是FM波段还是SW/MW波段,接收灵敏度都足够高,而且相当均匀。利用这台机器来制作我的便携机自然是可以的,但是整机的尺寸过大,耗电量过大都成了严重的障碍。如果把DE1103当作台式收音机的FM波段还是非常好的设计。除非是在无奈的情况下我才有可能用它来打造收录放机。

还发现一个让我惊讶的现象,【不见不散】插卡机的FM接受效果非常出色!仅用一根200mm长度的短天线就可以清晰无干扰地接收本地电台,每个电台的效果都不错,声音清晰,无背噪,保真度很高!如果把这种电路板用在台式收音机上,结果会令人满意。经过测试,播放器的收音机耗电有40mA,静态电流也不小。如果在收录放机中仅有一个波段,那不如干脆就利用它最好。但我更喜欢带有短波的 机器。

*我也找到了索尼录音机M10,测试了它的功能。该机具有方便的文件选择功能,这一点特别好,可以在一个大容量的TF卡上存入很多文件,除了音乐文件还有评书文件,然后依靠选择文件夹来确定播放目标。该机也具备了播放断点记忆功能,但仅能记忆到文件,下次还会从头开始播放,因此用来听评书还是可以的。

*考虑再三,利用SW20还是不如利用SW1为好,因为SW1的设计要高级的多,带有立体声解码电路,有更高的接收性能,虽然耗电量可能很猛,但是使用起来会非常方便,因为带有电台预存,操作会相当省事,那么,就只能设置大容量的锂电池了!

*下面就要决定一个非常困难的事情:是否要做立体声,怎样来做立体声?如果使用SW1来作收音单元,就具备了接收立体声广播的能力,同时,机器上有两只喇叭,也可以组成立体声放音,但是唯一的空盆单元却会降低立体声的分离度。在小尺寸的机器上制作立体声并不容易,为了拉开两只喇叭的距离,就必须要把它们安装在机壳的两端,并且最好要向前发声,如果分别向左右发声,高音会有明显的衰减,定位作用就会丧失殆尽。如此一来,喇叭就会占用一定的空间,这会影响到录音机的安装位置,不能把录音机竖装,这样TF卡槽无法靠近机壳边缘,就只能把录音机横向安装在机背上。耳机的通道也全部都是立体声结构的,整个机器都是立体声通道,仅仅在接收非立体声电台时,才有必要关闭立体声开关,电路的结构会比较复杂。

第二种方案不同在于,仅仅耳机带有立体声设计,而喇叭采取单声道设计,两只喇叭可以串联在一起,构成一个8R阻抗的串联单元组,这时就可以把单元固定在机壳的一侧,或者是面板,也可以是背板,这会方便很多,在结构上更容易设计,更适合缩小机体尺寸,两只喇叭用一块CXA1622M来驱动,音量也足够大,还非常省电。这时,单声道和立体声的转换可以靠模拟开关来实现,仅在用耳机收听时,才可以打开立体声开关,可以收听解码电路传来的立体声广播节目或者是来自录音机的立体声音乐信号,如果使用喇叭放音,音频信号就会合并到一处再传给接成BTL形式的功放级。这种设计比较简单,只有使用耳机才能欣赏到立体声效果。

最后还有一个更为简单的方案,全部单声道方案,把收音机的解码芯片拆除,录音机的输出合并到一处,供给永久接成BTL电路的CXA1622M,这样最为简单,但是损失还是不小,因为使用耳机收听MP3录音的效果还是立体声更好。我最后的决定是,采纳第一方案,全部立体声方案,以求得到最佳效果。

*在拆解MP3播放器时,我发现了一款新型功放CSC4863.这是一款结构特殊的功放芯片,能在2-5V的低压下工作,而且内部有4路OTL功放,可以接成两路BTL立体声功放。在低电压下的输出功率远超CXA1622M,而且保真度也要好得多!很显然,这款功放特别适合用来制作收录机,尽管它的耗电量较大,但却还是有更多的优点。至于耗电的增加,只能依靠大容量的锂电池来解决了。我最后的决定是利用这一款芯片。

20211031.机器的结构设计是一个最为困难的问题,又要袖珍化的体积,又要考虑到立体声的需求,实现起来特别困难。如果按照惯常的布局习惯,把两只SP分列在面板的两侧,那么机器的长度就会达到190.6,已经不再袖珍了,而且还会影响到收音机的右侧操控件(Headphone,DCin,Volume,Tone),这样的机体太长,尤其是锂电池无处安放,如果放在收音机的下方,机体的高度也会比较大,达到93.3. 另一种方案是,裁剪收音机下部的电池仓,使之宽度不超过62,然后把收音机和录音机背靠背安装到机壳内部,把两只喇叭固定在机器的下部左右,下部中间位置用来安放两只并列的18650电池,这样,机体的长度就可以缩减到135,宽度可以做到86,已经比较袖珍化了。机内的两只喇叭被中间的电池隔离,保持较好的声音分离度,但也有问题,是低音的提升,原来的空盆单元无法安装,可以考虑采用微型声音倒相管,让管口朝向面板。由于机器是两面使用的,为了避免平放收听时底部的面板被磨损,在面板、背板的四角上都应该粘贴隔离垫。这是目前最紧凑的结构方案,我确定采纳此方案。

收音机的耳机输出插座可以拆除,主电源开关和背光灯开关可以被直接利用,这样,它需要被固定在机内的上部,并被包容在机壳内,面板可以直接裸露,原机左侧的扬声器面板部分已经被截除,拉杆天线被拆除,Sense开关被移出,REC out插座被拆除。

背面的录音机也采取相同的方法固定,右侧板的TF卡槽可以被利用,顶部的MIC in可以被利用,Line in被拆除。因此,机器应该被固定在机壳的左侧上部。包容在机壳内部。

拉杆天线需要被固定在机器的顶部左侧,这是最方便的办法,这时在听广播时天线只能旋转向上,向后,无法向前倾斜,解决的办法是在机体的两侧安装两个支架,可以使机身倾斜45度安放,这时,喇叭的声音会通过桌面的反射发出,也是可以的。还有一个方案是,天线安装到面板的左下角,横置于面板底部,这时天线就能在任意角度调整,但机身的厚度尺寸会增加至少6mm。我比较喜欢第二方案。

机器的操控器件主要布置在机身的左侧板上,有充电插座,单声立体声开关,音调开关,音量电位器,收音机和录音机的电源开关,以及d3.5耳机插座。

*Sony SW1收音机的电源系统分析:该机的电源设计方案极其复杂,使用了大量的元器件,几乎有50%的电路属于电源系统。原来我看到的说明书中给出的数据,证明两节索尼干AA电池仅能使用12h,按照2000mAh的容量计算,平均电流高达167mA,那么静态电流就应该有至少80mA之大小,但是我忽然在电路图中看到标注出来的耗电指标令我吃惊,FM37mA、MW/LW35mA、SW35mA!如此小的静态电流不可思议,而且该机使用的功放IC BA5208AF的静态电流就高达14mA,减去这个电流,其他电路的耗电量仅有23mA、21mA,非常省电!这不能不说是一个惊喜,这意味着续航的延长。如果平均电流为80mA,使用两节3400mAh的18650锂电池就能维持85h的续航,如果每天使用5h,可以使用17天,每天使用2h,可以使用42天,足够了。

分析该机的电源电路,它有一个2V输出稳压器,这个稳压器从主开关引来电源,开机便通电,它供给电源给CPU电路,Tune LED,SW波段的OSC1,OSC2,AGC放大器,高切电路,中放AM/FM转换;这样设计的目的是让两个本振级都能在稳定电压下工作,保持频率的稳定性;主电源开关是该机的核心,它由两只三极管组成,自给偏压,但发射极的电位却要受到三个波段的电子开关控制,只有当某个波段使能以后,控制电位变成低电平,主开关才会工作,那么,就意味着当主开关没有接通时,控制电路就已经加上电源了。事实上在主开关没有接通时,就有一个1K电阻连接到了电池端,引来电池电压,这个电压加到了CPU和解码电路上,使得CPU发出的信号可以经过解码电路输出高电平,使得三个波段的开关管可以导通,经或门电路后也会使主电源开关导通。然后再通过各自不同的开关来分别给不同部分的电路加电。这种设计是存在一些问题的,让我来分析一下。

其一,CPU的电源是由电池直供的,那么如果电池没电了,CPU就会掉电,会使所有保存的电台全部挥发,连时钟也会被清零,因此,如果使用锂电池供电,一旦电池用尽,保护板自动关闭,这种情况就会发生,重新设置以上数据会相当麻烦;

其二,功放电源开关和主电源开关都要经过较大的电流,为了保证它们尽可能低的压降,就必须要给它们施加较大的基极电流,图中功放开关的耗电为1.136mA,主开关耗电不详,但主开关的偏压是用3.9K和39K两个电阻分压得到的,分压电路直接和电池连接,这就意味着,即便在关机状态下,电池也会消耗70uA的电流,这个电流毫无意义,完全可以避免;

其三,LA5002M是一块低饱和电压高效率的2V输出稳压芯片,它有1.2mA的静态电流,不如LDO稳压芯片省电;

为了简化摩机手续,我仅仅做最简单的改造。首先,拆除1K永久供电电阻,把CPU和解码器的电源接上一片3V锂电池,(或者用14500锂电池,加上充电电路),这样,当主电池关闭以后,数字电路仍然不会掉电,保持了存储的数据;

其次,把主电源开关管和功放电源开关管都换成P-MOS功率管,消除它们的耗电,并保持更低的导通内阻,可以使静态电流降低到22mA/20mA;

再次,拆除原机功放电路BA5208AF,在机外加装自己的功放器,同时也拆除用于单声立体声转换的分压电阻,改为手动开关转换。

*今天完成了电路设计工作,结果非常简单,但有一个问题出现了变化,那就是CSC4863芯片并不适合作为本机的功放使用,因为原电路没有增益,需要前级输出高电压音频信号,如果增加线路放大器,又得耗费额外的电能,因此我决定了,仅在耳机状态具有立体声结构,在扬声器状态变成单声结构,这样,就可以使用单CXA1622M来作为功放,耗电量非常小,输出功率也够用,而且喇叭的安装位置不再受限,可以更自由地设计结构布局了。收音机原来的音调开关继续利用。

收音机需要引出的信号有天线端;两个线路输出声道;电源输入端;单声立体声转换端;开机启动信号输出;地线端。录音机需要引出的信号有MIC和地线;两路线路输出端和两路线路输入端;电源输入端;开机启动信号输出端;地线。对原机的改造也相对简单。

附加的电路有CXA1622M功放级,单声立体声开关(耳机扬声器开关),收音放音开关,录音机线路输出电平调节电位器,功放电源电子开关,锂电池和保护板,安装天线插座和电源插座,耳机插座(可利用原来的收音机耳机插座)。--------------------------------------------------------------------------------------

*20211101. Sony ICF-SW1:拿到主机,发现外观不错,有90%新的样子,除了天线头是自己焊上去的,卖家已经交代,其他的部分都比较新,功能完好,所有按键灵敏。索尼的按键比较特别,很像是导电橡胶的类型,操作特别敏感,没有挡位,这种键盘可能寿命不会太长。机器的键盘程序设计十分出色,使用了不多的键就可以实现几乎全部功能,机器带有一个定时开机-自动关机功能,像早期的设计一样,不可以设定收听电台的频率,必须要事先调好才能开机自动接收,但有定时开机已经不易,不错。该机的音量不大,音量开到头也不算太大,估计有100mW左右的输出功率,开到最大音量也不失真。设定时间和定时开机都很简单,直呼频率特别方便,存储电台亦很简单,她一共可以存储10个电台,而且不分波段,这一点非常实用,调出电台更加快捷,直接按数字键即可。

在接收方面的测试,中波效果非常不错,每个本地台都可以清晰接收,背景噪音很低,超过国产机;短波段的灵敏度很高,和我的最佳Panasonic RF-B60 DIY收音机对比几乎难分上下,B60能收到的电台她也完全能收到,而且效果相当,仅在声音方面的差异使得她的实际收听效果差于B60,这种表现令我十分诧异!没想到如此袖珍的机器竟然有如此高的短波性能!但是,她总有不足之处,FM波段的灵敏度不如B60,但也还是可以正常使用,在强台方面毫无问题,在弱台方面需要调整天线方向来满足收听,但各个电台的接收都没有问题,完全可以满足实用化需求。

测试机器的电流消耗,没有电路图上的标注那么省电,也没有达到恐怖的耗电,一切尽在情理之中,中波48.88mA,短波49.7mA,调频39.4mA。完全符合常理。其中调频耗电量较低,这对于日常使用来说意义重大!

该机的效果非常好,我几乎有些不忍对她进行改造了,但是,她的不足也比较明显,声音质量太低,只能满足收听语言的需求,输出功率也太小,电池的续航成问题,天线太短,这些都需要改造,况且她还没有录音放音功能,实际上放音功能的使用量也会占到50%,因此,改造是很必要的,于是我做了最后决定。

总结起来,该机的短波段超越Sony ICF-SW07,但调频波段不如,总体算是非常出色的袖珍机器。

*最终改造方案:为了简化工作,减少工作量,在可能的情况下,尽量不拆器件。

决定方案如下:

(1)电路设计:仅增加一个CXA1622M功放级,在耳机模式为立体声,扬声器模式为单声;用它推动两只串联的4R3Wd33铝模全频单元;耳机输出电容用470u胆并联2u2薄膜电容;滤波电容用4只470u胆电容加1u薄膜电容并联;音量使用电子控制,增加单独的50K电位器;单声立体声的转换靠一个2X2开关来实现,它一连转换喇叭,另一连接经过滤波的Vcc,通过三极管开关来控制CXA1622M的(2)脚,同时也控制收音机的Mono/Stereo转换端;耳机插座利用收音机的插座,当然也可以自己增加;输入端为立体声制式,接收音机的解码输出端,或者录音机的立体声线路输出端,音调开关利用收音机的Tone开关;输入端的转换采用松下5V磁保持继电器,它在3V下就能可靠工作,因此没有问题;控制电路的工作原理是,收音机可以优先控制继电器,而录音机则要看收音机的状态,如果收音机正在工作(通电),录音机的开机不会影响继电器,只有收音机处于OFF状态,录音机的开机才能控制继电器转换到放音模式(收音机电源会使旁路三极管导通,非使能录音机的电源开关管);电源部分采用3节18650(3400mAh)锂电池加一节14500锂电池,并联组成10900mAh的电池组,加上保护板,直接与充电接口连接;电池端电压通过uPA2710 P-MOS开关给功放级供电;芯片受到来自收音机和录音机的启动信号控制;安装独立的天线插座,并增加独立的-10db衰减开关;增加d8X137拉杆天线;录音机的输出设置电平调节,因为它的线路输出电平太高;

(2)录音机的改造:增加外接MIC,使用Olympus LS-14机器的MIC;拆除原机电池夹,在原机的电池仓内安装两节14500锂电池,作为收音机的备用电池,分别引出正负极导线;从机器的Line-out接口引出屏蔽线;从Line-in接口引出屏蔽线,拆除Line-out接口;引出开机信号线;引出电源线和地线;引出MIC三根线,把原机的机内MIC输入改为单声道;拆除原机扬声器;在耳机插座上把控制出点短路,使得原机的功放非使能;原机的MIC-in;Line-in;几个插座都可以使用;电源开关可以正常使用;TF卡槽和MiniUSB插座和电平控制钮从机顶暴露;

(3)收音机的改造:拆除原机拉杆天线,引出天线;将R848电阻接电池端导线切断,并把它引出作为备用电池端;拆除原机的主电源开关管和辅助零件,改为AO3401 P-MOS管,在其输出端增加470u胆电容,连接好电路;切除面板扬声器部分,拆除原装喇叭,切割部分塑料框架,拆除录音输出插座和ATT开关等无用零件;切断原机的功放级供电管的e极和控制端信号,引出2.9V电源启动信号;切除电池夹;使用外置耳机插座;使用外置音量电位器,原机音量电位器拆除;拆除静噪管Q601、Q602;将C601,C602更换成2u2薄膜电容,从音调开关处引出双通道音频输出屏蔽线;从Q409 b极引出Mono/Stereo控制线;引出主机电池线和地线;机器右侧的Tone开关,顶部的Light开关和Main Power开关都直接暴露,方便操作。

机体的尺寸为140X86X45. 收音机固定在机内右上角前部,机顶前部开孔暴露主电源开关,背光开关,右侧板开孔,暴露音调开关,机顶录音机固定在机内右上角后部。机顶后部开孔暴露TF卡槽,电平调节钮,电源-锁定开关,MiniUSB;机顶中部开槽,安放拉杆天线;面板右部是收音机键盘面板,直接裸露机外1mm;左部有两个扬声器窗口;机背板左部是录音机面板,MIC在面板两只扬声器的中央右侧,左侧板开孔,袒露MIC-in,Line-in插座;3节18650电池置于机器底部,空出的位置留给扬声器;在背板的右下部,是声音反射孔,内有海绵过滤垫;机壳用3mm厚度红色有机板用502胶合,收音机壳和录音机壳都胶合在机壳上,使结构坚固,在适当的位置增加螺栓固定块,使用M2螺栓固定背板;拉杆天线座固定在左侧板上,内部带有加强金属板;音量电位器,和单声立体声开关,充电接口都安装在左侧板上,它内部带有屏蔽铝板,在收音机和录音机之间带有屏蔽铝板;放大电路和控制电路都安装在机内左侧以及左侧底部的电池空位处;电压检测表的4枚LED安装在面板右下部,测试钮位于LED右侧。

*今天研究功放集成电路忽然想到了不同于传统的设计方法,这种方法是我最早想到的,等到我公开了自己的方案以后被某厂窃取,他们推出的******就采取了我的方法,并且十分成功。

这种方法不同于传统的单功放设计,而是把低频通道改成前级放大器和功率放大器两部分。耳机由前级放大器负责驱动,而扬声器由后级放大器来驱动。这样改动的优点是,耳机的音质非常高,完全可以等同于音响的水平,噪音很低,保真度很高,而且还省电,而后级仅有一个单声道放大器来驱动喇叭,简洁明了。后级放大器带有Shutdown功能,当插入耳机以后,它就会停止工作,因此避免了耗电,转换过程全自动。我也在考虑,利用耳机插座的触点来转换耳机和扬声器(立体声和单声),这样就避免了另设转换开关,也简化了操作手续。

前级放大器我打算使用APA2308. 这是一块高保真,低压省电的耳机驱动放大器,其原理和TDA1308非常类似,但却更省电,输出更强劲,非常适合用来制作前级放大器。虽然它的典型电路采用的是负端输入电路,增益很低,但是芯片的开环增益很高,完全可以接成正输入放大器,给它设定20倍的增益,这样,假如收音机的信号电平有50mV,经过放大以后就可以获得1V的耳机输出,这个电压足够推动大耳机了。这个电压也直接驱动负输入电路的功放级,再进行3倍放大,得到3V输出电压,可以在8R喇叭上得到1125mW的功率,音量很足。前级电路的耗电仅有2.5mA。

后级功放采用TPA4860。它是一块带有Shutdown功能的低压双功放,接成BTL电路在3.3V8R0.2%的工况下可以输出350mW的功率,3.3V8R2%工况下可输出500mW功率,已经足够使用了,而在3.5-4.2V的电压下输出功率会更大。这块电路采用负输入时增益很容易设定到3倍,使得整个通道的总增益足够高。录音信号是从耳机放大器的输出端得到的,这样,音量电位器就可以控制录音电平的高低,录音机上的电平旋钮也能控制电平。功放级的耗电为6mA左右。这种设计非常好,档次明显高于传统方案,耳机插座的音质非常高,可以驱动高档耳机以得到更出色的音质。

(刚刚测试了耳机驱动芯片APA2308,结果令我惊讶!它的表现非常类似于TDA1308,我把它接成正输入端输入信号,负输入端作反馈,负反馈电阻为上100K,下4K7,输出负载是5K6电阻。首先给它加上3.3V电压,静态电流仅有1.78mA,非常小,输入400HZ30mVpp正玄波信号,得到了630mVpp的输出信号,波形完美,无任何自激;接着增大幅度,最后得到最大不失真输出信号3.26Vpp;然后把幅度调小到2Vpp,再调整频率,在低频端,5HZ的输出幅值才下降到95%,低频响应绝佳;再提高频率,超过了100KHZ,波形依然完美,没有任何幅度压缩现象,直到130KHZ都正常,再高我没有继续测试;再把电源电压提高到4.25V,此时静态电流也加大到了1.89mA,稳定性很出色,这时的最大输出幅值可达4.2V,令人恐怖!可以说这是一片完美的低压放大器芯片,耗电少,频响宽,失真低,输出摆率很大,以前我根本不知道有这样的芯片存在,看起来用它来制作前级是再合适不过的了;最后我给它加上了一个8R喇叭,结果输出幅度的衰减并不太明显,说明它的带载能力很好,这时的消耗电流也随即上升到了40mA,理所当然。实际应用时并不需要如此高的输出电压。例如当收音机输出50mV的信号时,它就可以输出1V信号,用来推动耳机已经足够了。后继放大器有3倍的放大量,可以把输出电压提高到3V,可以在8欧喇叭上获得1W以上的功率。看起来我的设计是有希望的!)

*20211103.今天重新设计结构图,发现了一个严重问题,几乎无解,是出在录音机上。Sony PCM-M10录音机的TF卡槽和miniUSB接口全部都做在机器的左侧板上,而电平调节旋钮却做在右侧板上,这就意味着只能选择其一,不能两全,因为在机器的下部电池刚好阻挡了侧板的面积,无法实现从外部进行操控的愿望,而考虑两者的重要性,又几乎是缺一不可!首先,没有TF卡槽就不可能换卡,再没有miniUSB接口,机器等于死亡,根本不能使用!两者起码要有其一,最好是有TF卡槽,实在不行,仅有miniUSB也能使用,仅仅是手续麻烦一些而已,但两者不能同时缺席。这样看来,机器的左侧面必须向上,机头向右旋转90度安装,这样一来,手动电平旋钮就会被压在下面,无法触及。这只电位器是一个特殊的四联电位器,自己根本无法取代,即便能够取代,连接的屏蔽电缆也会过分复杂,因此电位器不宜移出。Power-Hold开关可以被移出,可以仅仅接出Power开关,而废弃Hold开关,问题不大;但电平调节电位器就不能移动,它有12根连接线,这些线还都需要屏蔽电缆,改动起来太过费力,根本不可行!那该怎么办呢?

*不用MLC是否可行?如果设定好了电平,内录可以利用音量电位器来调节录音电平,这的确是可行的,但是对于外录来说,MIC的灵敏度必须要能够在很大的范围内调节,因为音源的音量大小不一,如果不能调节那是绝对不行的,或者说只能省却外录功能,这无疑是一个重大缺憾!我想出的办法是这样的:首先,必须要把录音机的左侧板向上安装,坦露出TF卡槽和miniUSB端口;然后把原来的Line-out插座断开,把MIC-in插座连接到它上面,把它改成MIC-in,因为原来的机顶MIC-in插座已经无法触及了;现在,MIC-in插座已经转移到机顶了;然后把机壳电平调节钮处的结构削平,把直径适当扩展,截短电位器主轴,在主轴上安装一个较大直径的手轮,最好用黄铜合金制造,手轮可以从面板的槽口中调节。主机面板在此处位置有开槽,可以露出电平控制手轮。这样改动是最简单的解决办法,操作和使用都不受影响。此外,录音机的电池仓塑料支架应该被截除,这样就能容纳下较大容量的两块锂电池,一块2000mAh作为主机电源扩展,另一块1000mAh用作收音机和录音机的备用电池。OK!问题解决了,什么都不差!

*20211105. 改造工作已经进行两天了,我几乎废寝忘食,目前已经完成了收音机和录音机的改造,等待下一步的制作程序。现在总结一些改造的过程。总体上说,改造的结果不甚理想,一些因素不能按照理想来进行改造,非常遗憾,但同时也无奈。

*录音机的改造:Sony PCM-M10录音机的最大特点就是小!结构微型化,全部使用了我没有见过的超微型元器件,整张电路板上除了可以制作的几个较大焊盘,几乎找不到一个能够自己焊接的焊盘,这种电路板改造起来太难了。第一点改造,本想把电池仓截除,然后安置两块锂电池来解决备用电源并给主电池扩容,但是如果截除了电池仓,键盘板就无法固定,就会引起大麻烦,因此只好作罢,现在我仅仅利用这个容积安放一片一次性锂电池作为备用电池,其他的目的没有达到;

第二项改动是我本想利用Olympus的单MIC来替代索尼的双MIC,因为前者的音质较高,但实际改动时却受限于MIC电缆,而且Olympus MIC的结构和Sony不同,它有3根线,接入电路比较困难,最后我决定不换了,还利用原机的双MIC,录制立体声,这样很省事;

接下来是把电源开关转移到外部,这项工作十分艰难,因为索尼的设计很独特,捉摸不定,它采用了一个结构特殊的开关,有6个电极,带有内部弹簧,向上是键盘锁,向下是开机,分析开关的电路原理费了很多时间,最后搞明白实际上它就是一个带有中间位置的1X2开关,向上是锁定,向下是开关机,最后我在向下触点和中端两点引出来电线,实验开机,关机都很顺利;

接下来是要引出线路输出线,线路输入线,以及两个插座的控制端子。索尼的设计是这样的,当没有外插线路输入插头时,机器就会连接MIC前级的输出,这样就能顺利外录;而当需要线路录音时,插入线路输入插头,插座的控制触点就会通地,使机器自动切断MIC前级放大器,接受外来信号;这样,就得引出控制端,这个端点一旦被短路到地,机器就会自动接受外来线路输入信号,而此时的MIC前级就会被自动断开;相反,如果不接外来信号,MIC前级的输出就会直接给线路放大器。

再来看线路输出插座,现在的线路输出已经分配给收音机低频放大器,因此也就没有必要再保留线路输出与功放输出的接线,可以把插座触点永久接地,使功放非使能,减小耗电。

线路输出电路板连接线焊盘为竖向一列,从上至下,是

G(GRY)(Control)

R(RED)(R-Channel)

Y(YEL)(L-Channel)

B(BLK)(GND);

我已将耳机插座拆除,引出两根屏蔽线输出信号,把控制端短路到地;

线路输入插座的引脚定义:插头侧距离相近的两焊点,插头侧为GND;另一端为R声道;距离远的两焊点,插头一侧为CON,另一端为L声道;

*20211107. 在实际的制作当中,还是有很多难解的问题,因为毕竟原来的设计都不是为我考虑的,很多结构都难以被利用。一个最严重的问题就是两个机器的安装固定问题。

在机壳正反面开两个大孔,来插入两个小机壳,这本身就相当困难。面板和背板外侧都会留下一条3mm宽度的细长边缘,那么这个边缘应该如何处理呢?面板是整体被胶合在四框上的,所以剩下的细边缘也可以被胶合到侧板上,在强度上还比较容易处理,而背板是不可以胶合固定的,它是活动的,可以随时打开维修和调试,那么这个细长的边条就会因为强度不足而出现弯曲,断裂,损坏的现象,如果暂时没有损坏,那仅仅是个时间问题,而且,面板和背板的大窗口的加工问题也非常难搞!如果在整体胶合以前加工,根本无法保证加工尺寸可以精密对位胶合以后的尺寸,如果胶合完成以后再进行开口加工,铣刀的力量很有可能破坏胶合连接,3mm板的胶合强度不高,这一点非常难以保证。

这两个大开口严重降低了机壳的整体强度,为了提高机壳的强度,最好的办法就是把小机器的机壳直接胶合在大机壳上,让它们成为加强结构,以保证大机壳的强度不会降低。但这里面却有重大矛盾,就是如何实现开机维修的需求?前面板上的收音机壳是可以直接胶合到前面板上的,从后面依然有可能拆卸出电路板,进行维护,维修,调试等工作,但是后背板就比较难办。一个解决办法是,直接把录音机的机壳胶合到后背板上,这时如果打开后背板,录音机和主机内的连接电缆就会成为障碍,很难进行操作,很难把背板打开较大的尺度,操作困难,而且录音机壳没有和主机壳的侧板连结,强度仍然有限;另一种方法是把录音机直接胶合到侧板上,后背板保持自由,这样解决了连接电缆的勾绊问题,但是收音机的电路板就无法触及了,完全失去了维修的可能;因此可以采纳的办法就剩下了把录音机通过角铝和螺栓固定在机壳内,然后让背板自由,这样就能解决主要问题,但是它也是强度最低的结构,背板的边缘细长条完全没法固定!

要给背板的四角(三个角)增加安装螺栓的立式有机玻璃条,还要考虑如何固定录音机壳,这会占用很多的内部空间,结构的实现也格外困难,甚至还不如直接在3mm厚度的板壁上钻孔攻丝,安装螺栓省事,但是,在3mm的有机板壁上安装M2的螺栓,在加工方面就几乎是不可能的了!当然最省事最容易的解决办法就是全部把机壳胶死,不考虑维修问题,一劳永逸,或者说一命货,这种工艺显然是不可取的!

拿出录音机进行对比,才忽然发现了原来的结构方案是错误的!录音机在机背的安装位置完全错误!如果机头向右,还是TF槽口向下,无法插卡,根本不行,那么只有两种办法来解决,其一,机头向左,靠左上角安装,这样才能利用左侧板上的MIC-in插座和及顶板上的TF卡槽和miniUSB口,MIC从左侧板开口。但如此一来,拉杆天线就不可能向右安装了,只能改为向左安装,在使用上比较别扭;同时电位器和放大电路等一些外围电路就有一部分需要转移到机器右侧后部,空间不大,电源部分还要留在机身左侧,而且喇叭空间被进一步压缩了一半,会影响音效。如果把机器仍然安装在主机右侧,那就不能利用原机上的MIC-in插座,只能利用机内MIC来进行外录,既不方便,效果也受限;其二是把机器固定在主机的右侧下部,让TF卡槽和miniUSB端口从机底板暴露出来,MIC口开在主机的右侧,这样一来,一节电池就需要转移到机器的后部右上方,一节电池在机器的前部下方,还有几节电池,如果也放在机器的后部上方左侧,就会完全占用这个空间,没有安装天线座的位置;天线就需要转移到机器的顶部中间位置,而两节电池对收音机磁棒天线的屏蔽作用会降低MW波段的灵敏度,在结构上也头重脚轻,不合理。

最后决定:采纳第一种方案。但拉杆天线依然向右安装,把它移动到机顶中间位置;电池的位置有所改变,一节直立在主机的右侧后部,两节躺卧在主机的底部右侧,把喇叭的声腔扩展到机器的底部,从背板放音,这里刚好是录音机电平调节区域,正好开一个大孔。结构需要重新设计了。机内高度尺寸仅有80mm,而录音机的宽度是62mm,电池的直径是18.3mm,差了0.3mm,还需要把录音机壳磨掉0.3mm才能装入。

*20211107.忽然见到了Lotoo新近推出的PAW1录音机,便产生了一览当下新的录音机产品的愿望,于是花费了半天时间去淘宝浏览并记录,共计下几十款的产品。在这些产品当中适合把它装在我的Walkman当中的机器为数甚少。一则,我的需求不仅是要有不错的录音功能(要求不太高),而且还必须要有良好的放音水平,续航的要求也很高,我不喜欢耗电的机器。那么在索尼的机器当中也就仅有M10的尺寸小,回放推力比较充沛,电池续航有很出色,音质较好;而Sony A10也是一款可以考虑的机器,尺寸更小,使用内部的单节锂电,易于改造,但音质和推力都不会比M10更强,比较之下A10也没有什么优势;其他就要算Olympus的袖珍录音机了,像新型的LS-P4,这个小机器非常玲珑,仅使用了1AAA电池供电,续航还不错,说明它非常省电,并且还带有DAB功能。但是,尽管这功能很难得,但工作在1.2V电压下的话放可想而知,不会有太好的信噪比和动态范围,录音的质量必然下降,而另一方面,如此小的耗电流也就注定了该机的回放推力十分有限,就连耳塞都不能推出足够的音量,就更不能考虑推动大耳机了,当然,作为我的Walkman,也不是问题,但1.5V的低电压用锂电池就会比较麻烦,使用线性稳压器的效率太低了,又不能使用开关稳压器,综合来看,这只小录音机也没有优势可言。最后还有一款机型,让我纠结了,就是Lotoo PAW1.这只小机器的耗电不算小,直达50mA,对我来说已经有一点儿大了,它的推力不错,通过线路输出来推动大耳机或许是可能的,回放的音质不错,和索尼不是一样的风格,走温暖耐听的道路,而索尼更倾向于清新犀利;它的录音水平也不错,完全能满足我的需求,在尺寸上为107X62.5X22,非常小,但是却在宽度上超过了索尼M10,如果要使用它,就得设法找出0.9mm的尺寸空间,会比较困难。对比索尼机器,这只小录音机的优势在于录放音的质量和体积小巧,但两者的差别并不大,水平也是相当接近。一个令我困惑的地方是PAW1没有设计卡槽!这就意味着它不能像磁带机一样地换卡,全靠机内的闪存来保存文件,这就要借助于USB端口连接电脑了。64GB版本的机器显然是不够用的,而256GB的机器价格上却要高出1000¥,很不合理,但即使再大的内存容量,也不及带有卡槽的机器那么好,换卡的容量可以无限制。这样纠结了良久,最后我还是决定不要改变计划,依然坚持使用我的M10录音机来打造我的Walkman。

*20211111.这种改造走到今天,已经经历了很多困难,可以说,这样的设计的确属于【丧心病狂】!最大的困难是过小的尺寸,过于紧凑的空间,这样的条件引起的困难损害了很多设想的优势,而且,风险之大同样【丧心病狂】!我还记得当年利用改造德生DR-901的情景,那只小收音机采用的是数字频率显示,是一款非常省电的LCD数字频率计,我打算利用这块数字电路来检测本振的频率,结果十分悲惨,第一只收音机拆解以后数字电路还是完好的,我也做了测试,给它输入了各种频率,显示都正常,但是装上机器以后,它竟然莫名其妙地自己损坏了!考察电烙铁也没有静电,不是什么原因;因此我不得不再次购买了同样的机器,来拆解数字电路,结果它上机以后不久再次自己损坏了!那一次的方案就这样失败了。因此说,微电子这种东西有很大的不稳定性,特别是脆弱的MOS电路,很容易自我损坏,稍有不慎它就会自动失灵,而假如这时已经做好了机壳和结构,无法更改数字电路,那结果只有惨淡结束。对于昂贵的高级电器,我尤其害怕出现这种意外损失,因为价格昂贵,没有备件,一旦损坏就造成严重损失,会令人十分沮尚。

例如,索尼SW1当初测试时关机静态电流只有185uA,而改造了电路以后,现在测试却高达680uA,这个电流会随着时间慢慢下降,直到200uA以下。这种情况是如何产生的我也没有概念,在整个的电路改造当中我并没有触及数字电路板和除了功放电子开关以外的部分,不应该出现这种现象,这好象是一种不稳定现象,是一种漏电,可能来自大容量的储能电容0.047F或者来自有局部漏电的电路板。如果加电的时间长了,漏电的情况就会逐渐变轻微,以至趋于正常,这种毛病很难查找,需要全面检查没一块电路板,包括那个超大容量电容器。但是,SW1的尺寸过小,3块电路板中的两块数字板已经被扁平电缆连接起来了,如果活动它们就很容易造成电缆的折断,开焊,尤其是数字电路板的脆弱,我十分害怕它会因为什么原因失灵,不再工作,那么我的改造计划也就作废了,几千元的资金也白费了,这种顾虑大过了对于完美的追求!(后来经过测试已经证实了我的猜测,它的超大容量电容器自身就有这种特性,断电以后重新上电,就会出现较大的漏电流,然后随着时间的延续慢慢减小漏电,直到有非常小的正常漏电为止。)

本来还打算重新统调一遍机器,但是统调需要高频探头和放大器,因为有55MHZ的高频测试,对仪器的要求极高,加之机器尺寸的过小,连接的困难,使得这种工作特别容易出现失误而损坏机器,因此,我最后的决定是一切不动,保持原态,直接将它装入机壳,胶合固定,完成收音部分单元的制作。这样就避免了意外损坏。索尼电子产品有个优点,可靠性相对比较高,一般无论怎样拆卸,改造,最终上电它总是可以正常启动,不会轻易出现故障,这要感谢索尼的高水平电子设计。

由于我的设计方案是要保留立体声系统,因此这等于是自找麻烦,让机器的结构变得更加复杂,每一处音频通道都要双电缆,而且必须要很细的屏蔽电缆,这对我来说非常困难,因为我手上根本没有足够多的细屏蔽电缆;不仅如此,机内的空间变得更加狭窄,没有地方走双电缆,这使得录音机不得不抛弃后盖,直接将电缆连出。

做完实验了由AN6884构成的5点LED电平表,我本想把它打造成一个LED电压表来测试电池的电量,结果却失败了!原因是这种电路先天就是为了显示音频电平而设计的,根本没有考虑用来显示直流电压。它不像TA7612那样的LED驱动器,可以设计LED灯的起始电压和终止电压,而只能按照事先设计好的分贝值来显示电压,而且灵敏度很高,在18mV第一个LED等就会亮起,最后一个LED灯的点亮电平是104mV。如果要作为直流电压表,就需要把输入端的电容去除,这样做的确可以用它来显示电压,但是,显示的电压范围却无法改成需要的范围。例如,把3.5-4.1V的输入电压经过电位器分压以后输给电路,并把上限调好,那么下限就会太低,如果用一个稳压管或者电压源串联在取样电路当中,正确的取值有可能显示正常的范围,但是显示的线性却会变成对数型,完全不合要求,……经过一番实践,最后我决定放弃这种设计,还是要按照我原来的设计,利用LM339来组装4LED电压表,并把每只LED的启动电压都设计成由电位器调整的形式,这样,每只LED就都可以自由设定点亮门限了。

在结构上的困难就是尺寸太小。由于老眼昏花,手的控制能力也下降了,要想制作微型印刷电路板根本不可能,所以我把原来的微型IC换成了标准IC,仍用贴片元件,同时在这块板上还要固定一个大型的保险丝给电池用,防止外界电路的短路造成电池意外损坏,而且我也决定不再考虑使用电池保护板了,因为充电不需要保护,放电有收音机和录音机的降压保护,到达2.2V以下机器就会自动关闭,而我设计的LED电压表的第一灯的点亮门限是3.5V,这样,平时使用就会经常监测电池状态,一旦电压低于3.5V就需要及时充电,可以避免因为电池放尽而丢失收音机的数据。

在固定喇叭单元时我也遇到了困难。我的结构设计是,把金属孔板直接胶合在机器的面板上,喇叭通过面板窗口直接胶合到金属孔板和面板上,但是有两个问题困扰。其一,这种喇叭的折环与前平面完全一致,在一个平面内,这样,如果直接在金属孔板上固定喇叭,当它振动发声时,折环就会敲打孔板带来噪音和失真,必须要把喇叭外环垫起,给折环留下一个1mm的空间才能保证正常发声效果,而这个细小的折环看似简单,实则艰难,既找不到又难以制作。我最后利用了一段d0.9的漆包线,把它制成了一个d33圆环,胶合到面板喇叭孔内,达到了目的;其二,金属孔板是会漏进东西的,如果长期使用,就很有可能落入一些杂物,灰尘,棉絮之类的东西,这些东西一旦积累,就会阻碍到振膜的震动,影响发音,因此,最理想的办法是在金属孔板的内面上粘贴一片很薄的纱,永久防止灰尘渗入,又不影响声音放出。但是这仅仅是一个幻想,即便我能够找到这块滤片,也不可能把它很好地粘贴到孔板上,502胶水很容易从纱布的毛细孔扩散,最后杜塞大部分毛细孔,使这块纱变成不透音的贴片;如果使用不干胶,那么固定就不会可靠,在强大的声音气流的冲击下,一旦这块纱脱落,就会和喇叭振膜碰触,造成声音失真;使用其他的胶,也会很难保证把纱布粘贴固定很好同时又不堵塞网孔。经过长时间的考虑,我最终放弃了这个零件,直接把喇叭单元固定好,希望将来在使用当中尽可能地防尘,起码这样做可以保证声音的正常,不会造成永久遗憾或者作废的结果,因为一旦胶合,喇叭单元就永远无法再拆卸了,连维修的机会都没有,既是一劳永逸,也是一命货。

电位器的安装比较顺利,耳机插座费了一些周折,是因为选择的位置和喇叭有些冲突;开关的安装也是直接胶合,目前进行到这一步,并没有出现明显的失误,一切正常,我省略了原设计的天线插座和衰减开关,因为它有些画蛇添足。下面的工作是安装拉杆天线,电池,LED电压表,最关键的是如何安装录音机。理想的方式是在录音机身上打孔,在主机外壳上也开孔,用自攻螺栓把录音机固定在机壳内,然后在录音机的右下角安装一个角铁,把它固定在主机面板上或者底板上,让录音机固定牢固,这样,可以保持背板活动,不予录音机之间有任何固定,可以随时打开背板进行维修。

背板的固定也是问题,需要找到空间,在适当的位置粘贴有机玻璃柱体,在上面打孔攻丝,用螺栓固定背板,同时,还要在背板上开窗,用来播放低音,在机内还要添加一些吸音海绵,也防止外部的灰尘进入机内。放音窗也可以在内部覆盖金属孔板。需要注意的是,这个放音窗和录音机电平调节钮的位置很接近。

*20211112. 今天完成了耳机放大器的制作,取得了欣喜的结果!在3.5V电源下静态电流为2.413mA;在4.2V电源下,增加到2.588mA,可见,静态电流对供电电压的高低并不敏感。在3.5V电压下,不失真最大输出电压可达3.5Vpp;此时的输入电压为340mV,增益大约为10倍;在2V输出下,频率响应非常宽阔,从10HZ到80KHZ波形都完好,都没有任何畸变,幅度也一直保持100%,超过80KHZ以后,波峰出现了小规模失真;为了增加稳定性,缩减一些带宽,我给它加上了20p的负反馈电容,使得频率响应不超过30KHZ,这已经足够了。在带动低阻负载的情况下,我给它加上了16R耳机,结果在3.5V电压下仍然能输出2.4Vpp电压;在4.2V电压下可以输出3.5V电压,可见此IC有巨大的摆幅,频响好,速度快,不失真,而且工作也稳定可靠。显然,APA2308属于一款出色的功率型运放电路,性能超过TDA1308,在低电压下的效果非常出色.

20211119. 今天的实验不顺利,TPA4860的电路板极其微小,是我做过的最密集的电路板,难度可想而知,即便是在放大镜下也很难看得清刀刻的电路。尽管我总算完成了电路板的制作,结果还算不错,没有出现失误,元件也很顺利地焊接上了,但是,测试的结果却出现了一点儿小瑕疵。这块电路的放大效率极高,在3.5V电源下,静态电流只有2.64mA,把电压提高到4.2V电流也在2.97mA左右,对电压不敏感。在3.5V供电的情况下,带动8R喇叭,输出电压幅度最高竟然会达到2.8V!这个成绩是罕见的。在测试频率响应时,如果频率低于4000HZ,一切都会很好,但如果频率超过4000HZ,在波形的上下中部就会同时出现两个很窄的刺脉冲,随着频率的升高,这两个刺的幅度也会加大。我尝试增加负反馈电容的容量,或者是去掉电容,都不能解决;我又尝试把输出RC网络断开(因为原设计的电路没有这两个网络)结果还是不能消除这两个刺脉冲,毫无办法!情况好像是在芯片的内部,因为静态电流太小,在信号交越0点时出现了交越失真,问题来自内部,不可能依靠外部补偿来消除这种失真,结果,此次的努力终归失败!接下来我还不知该如何是好。

*20211116.从我的低压功放IC当中来寻找可用的IC是唯一的办法。我发现了LM4862,LM4860这两块不错的IC。其中LM4860在原理上和TPA4860非常接近,几乎完全一样,看起来一定是有一方设计者偷窃了另一方的资料进行了纯粹的模仿。两者电路和性能完全一样,唯一的差别在于LM4860的静态电流是7mA,而TPA4860却仅有3.5mA,因此说,用原来的电路板可以用LM4860来取代TPA4860试一下。而LM4862的结构就完全不同了,它是一片很小的8pin IC,引脚简单很多,因此尺寸更小,电路板更好设计,它的输出功率小于LM4860,单静态电流也很小,只有3.5V2.9mA,于是我首先利用LM4862制作了第二块功放板,这一次的布局没有那么紧密了,制作难度也降低了好多,而且电路板也不会出现任何设计失误,因为地线只有一个引脚。

电路制成以后我对它进行了测试,结果如下:

Vcc3.5VIq1.995mA,可见它非常省电;在连接8R喇叭,输入端串接10K电阻的前提下(增益4X)我给它输入400HZ信号,调高信号幅度直到出现削顶失真为止,在失真前的最大输出幅度为1.75Vpp,功率不大,而且当频率超过6KHZ以后就会显现过零失真,是在正玄波的上升沿和下降沿都出现两处微小的振荡窄脉冲,随着频率的提升这个脉冲的幅度逐渐加大,到20KHZ以后就比较明显了。这个结果和上一次的TPA4860功放板的情况十分类似。我通过外接喇叭阻尼RC网络的方法只能把振荡幅度减小,还是不能彻底消除,比较有效的方法是在(5)脚到地线之间加上一个470n和2R2串联的吸振网络。

是否是外界的干扰带来了这种失真呢?我也有自己的怀疑和猜测,为了验证,我又找出过去制作的TDA7052A功放板,再做同样的测试,我发现一个很大的区别是,在这块功放板上根本看不到过零失真,输入频率直到60KHZ波形都是平滑完美的!这说明了,不是干扰,就是IC自身的问题。但是,TDA7052A功放的最低工作电压只能到达3.6V,如果再低就会出现明显的自激现象了,而且,即使是在3.6V电源下,静态电流也会高达14.5mA,远超资料中给出的数据,因此在此机上根本不能用。

现在问题变得越来越明朗了,当静态电流很小时,输出波形当中就很容易出现过零失真!越是Iq低的IC问题越严重。Iq越小交越失真就会越严重,这是一对不可调和的矛盾。因此说,仅仅追求省电并没有意义。

下面可以实验的IC有LM4860, CXA1622,CSC4863,TDA7231, 希望可以从它们之中找出一片可用的IC。

*重新审视我的结构设计,感到了很大的压力!最主要的问题是扬声器的后部没有空间,完全被录音机遮挡了,这样的话其低音效果一定会大受影响,效果不会比原来索尼的小喇叭有多少改善,如何能给扬声器的后方腾出空间是一个关键的问题,可是如果使用索尼M10录音机的话,它只能靠右侧顶部安装,否则就无法利用机上的MIC和MIC-in插座,这就没有办法了,录音机一定会遮挡扬声器;另一个问题就是机内的空间实在太拮据了,连电线通过的空间都没有,要放置几块电路板相当困难,我也发现了完成的LED电压表电路板根本安装不进它的空间,这个问题也很严重,我甚至想到了去掉一节锂电池,仅仅保留两节电池,保留7600mAh的容量,但即便如此,也仅仅是解决了空间的容纳问题,还是无法改善音响效果!

看起来,除了更换录音机别无他法,于是我便考虑了目前市面上的小型袖珍录音机产品,有如下的产品可以考虑:

a:Lotoo LS30(699¥)乐途的机器音质都比较好,因为他们有专业音响的设计理念,因此设计的东西都不俗。这只LS30录音机被定义为【采访机】,它的性能一点儿也不低于后来的LS50和PAW系列录音机,因此一样不能小看。其实数码录音机这门技术的发展也和相机镜头一样,真正的内核技术发展缓慢,已经有的东西也就那个样子了,规格都一样,性能也差不多,所差也就差在硬件具体的质量和采纳的原理规格上。可以说LS30并不比新机型的质量差,如果有些差距,那么差距也是很小的,可能差在设计频响等方面。这只录音机采纳了传统方案,竖条造型,顶部双立体声MIC,右侧Line-in,Line-out(Phone),VOL键,A-B键,Power开关,Hold开关;正面有方形的OLED屏,中部有丰富的键盘,有四向键,Folder/Manu键,下部大直径喇叭;左侧有miniUSB端口;顶部有MIC-in口;2AAA电池,尺寸为125.25X45.8X18.8,体积比较小,具有动态降噪功能,不带卡槽,内部只有32GB内存,有100HZ低切,变速回放,可以播放WAV/MP3文件,但是只能录制WAV文件,有声控功能,S/N90db(MIC),输出功率300mW(16R)X2,功耗Po170mW。

此机的最大优点是价格低廉,可以说是最便宜的专业水平录音机,很容易购买。它的设计显然是不好实用的,因为使用小容量的2AAA电池,而功耗又可以达到170mW(56.6mA),因此一对电池的续航只有15h,续航太差。它的缺点比较大,一是不能录制MP3,二是内存只有32GB又不能扩展卡,所以录音的时间不会长,内部也不可能保存较多的文件,不能容纳自己的音乐库,想要更换节目只能依靠USB重新输入,特别不方便,也就失去了Walkman的意义。尽管它有丰富的功能键,可以方便地查找文件,但是几乎完全不适合用来作随身听,仅仅适合用作采访机,录音一段时间就导出文件。用在我的Walkman上面也很不合适,因为它的右侧有大量的操控件,而miniUSB端口却在机器的左侧。如果要改造它,方法只能是把机器去除喇叭和电池仓,减短长度,左转90度,靠左上角安置,这时右侧的操控件就会暴露在机顶,而MIC和MIC-in接口都会暴露在左侧板上,唯独重要的miniUSB端口被转到了下方,可以用转接口把它转移到机器的左侧板上,好在miniUSB接口的转接并不难。由于机壳宽度仅有45.8mm,除去电池会腾出16.2mm的空间,刚好能够容纳下转接口的位置。可以说改造的难度不大,主要看机身的改短情况如何,是否能做到110mm的长度,估计问题不大。最后总结,此机的优点就是廉价,改造也简单,但是效果不理想,主要是内存太小,不能容纳更多的音乐,不能录制MP3也是一个短板(50)

b: Lotoo LS50(1500¥)价格提高了一倍多,能得到什么额外的好处?LS50的设计和LS30依然很象,但它的OLED屏是横向的,非常适合横向放置,但显示却是倒置的,使用时也必需把Walkman翻转180度,很别扭,估计它有屏幕旋转选项。它同样没有卡槽,仅有miniUSB接口,同样仅有32GB的内存,机壳采用金属,而且有红色,更为美观,电池改为2AA,续航大为延长,达到了46h,说明它的耗电量已经下降到了44.6mA以下,更加省电,但指标上还是170mW(56.6mA)说明耗电量没有变化。它已经可以支持MP3录放音了,但还是不能播放FLAC文件,因此也只能使用MP3文件来保存音乐。它的尺寸变成了133.3X40.6X18.6,变得更加细长了,正面仅有3键,左侧MIC-in,Line-in,Phone口,miniUSB口,背部Noise-cut,Speed,Hold3个开关和中部的喇叭,下部是电池仓;右侧有大量的开关和按键,主要的操控件都被安置在了右侧。在性能上有声控,仅能支持到48KHZ16bit录音规格,输出功率30mW16RX2。

这只机器的价格高了很多,但性能提升不大,对我来说改造它的难度增加了因为左侧的MIC端口和USB端口都要被转接才行,它的优点是机器的下部几乎仅仅是一个电池仓,没有键盘,因此可以被完整切除,使得机身变成78mm,可以给右侧的喇叭区腾出较大的空间。它的优点是可以录制MP3,缺点很明显,容量太小,不能插卡,不适合作Walkman,同时价格又较高。(52)

c: Lotoo PAW-VE(3480¥)机身尺寸107X62.6X22,比较小巧;正面上部OLED屏,两边录音电平键和音量键,下部键盘,带有4向导航键,File/Manu键,功能丰富;左侧MIC-in,Line-in,miniUSB;右侧Phone,SD卡槽;背面7只开关和中部SP,下部电池仓。在性能上它支持大容量的SD卡,这样的设计非常理想,真正满足了Walkman的需要;已经支持MP3录音和FLAC回放,因此特别适合作随身听;录音可以支持到96KHZ24bit格式,提高了一个档次,在音响指标上和LS50,LS30基本一致,由此可见,档次的提高并没有显著提高音响指标;它的录音功能是完备的,而且大量的操控都不需要进入菜单,可以直接用开关来设定,因此使用十分快捷方便,专业性很强。该机的音质也非常优秀,无论是录音还是会放都有较高的档次。它使用2AA电池供电,耗电量也和前作差别不大,续航没有能增加,我目前已经有此机,并已经改造了电池盒,把电池改为4000mAh锂电,使续航大幅度增加了。

然而,如果用它来改造我的Walkman就显得非常不合适了。它的背部开关都会被屏蔽,无法使用,也不可能把这些开关转移出来,另外它的宽度还是大于62mm,会占据电池的位置,出现冲突,机身并不易改短,因为前面有键盘;左转安装时它的MIC-in,miniUSB端口都需要转接,而它的宽度又没有留下转接的位置,会非常难以处理。这只机器仅仅适合单独使用。(10)

d: Lotoo PAW1(2999¥)没有卡槽的机器总是一个问题,有卡槽但不支持大容量卡的机器也有问题。此机就没有卡槽,好在它有256GB容量的版本,这个容量已经够使用了,可以存储大量的文件,还可以留出足够的录音空间,这还不错,也省去了给卡槽寻找位置的问题,但是它的价格昂贵,也需要给Type-C口寻找位置。机身的尺寸很小,宽度仅有62.6,厚度是22,唯独高度不对,原指标写着107,但实际上可能在72左右,可见这是一个非常小的接近正方体的机器。它采用了一贯的金属壳,非常不错。机身的正面有大型的OLED屏和8个按键,功能比较丰富,有File键,寻找文件会比较方便,连录音电平键都在正面,比较理想;机顶有一个内置小MIC和MIC-in接口,还有专用MIC的3点镀金接点,可以外插原厂立体声MIC;右侧有电源开关,耳机插口和Hold键;背面是一个大盖,内有电池仓,带有脚架孔,能安装背夹,没有任何操控件;Type-C端口做在了底部;左侧上面是音量键,下面是Fn键。机器支持WAV/MP3录音和WAV/MP3/FLAC/DSD放音,已经非常理想了,加入了DSD,尽管我不会用它;录音规格依然是96KHZ24bit,回访可以支持192KHZ24bit,很好;频响20-40000HZ0.5db,有所提高,低频不衰减,高频更优秀,S/N,THD等都同前一样,两个低切100HZ/200HZ,MIC增益19-65db,耳机输出57mW16RX2,有不小的增强;2AA电池耗电量下降到150mW(50mA)。这些指标都还行。

利用它在我的Walkman上比较合适,顶部可以全露,以方便插接原厂立体声MIC,也可以包容,仅留出机内MIC-in接口和MIC拾音孔;左侧的音量键和Fn键可以利用,右侧的电源开关需要转接,相当简单;唯独难度较大的是底部的Type-C接口无法直接利用,是个大问题。如果要转接,这个接口很复杂,除了常规的4线USB规范,还有复杂的其他连线,如果用简单转接,仅仅转接4线USB,其他不接,可能会失去USB声卡功能,充电功能,可以用成品Type-C转USB2.0插座电缆来做;还有一个方法是,直接在Walkman底部开口,暴露这个接口,这时底部就不能安放电池了(肯定不能,因为机身的高度已经侵占了电池空间),可以把电池的其中一节安装到收音机的左下面,把另外两节安放到录音机的右侧,这样,整体长度仅99.2,还是可以给喇叭区留出足够的空间,比较理想;这样,还可以利用录音机下面的空间来安放电源控制板。该机的体积对于我的利用来说非常合适(93)。

e: Olympus LS-3、LS-11、LS-12、LS-14:这些机器的特点都十分接近,都是长条造型,带有SD卡槽,但是最大容量都仅仅支持32GB,机身内存有2-8GB,使用2AA电池,续航都非常出色,录音质量都很高,属于省电,高音质,功能实用的机型,目前只能买到二手,但价格余地很大,可以买成色较差的机器来做改造。这些机器的区别如下:LS-14的功能最丰富,内有3个MIC,低音扩展到了20HZ,续航48h,带有可贵的DAB功能,并且还有调音器和节拍器,非常适合音乐练习,也很省电,但是机壳改成了黑色塑料,降低了档次,也不够美观;LS-11是银白色铝壳,8G内存,3MIC,2SP,USB声卡,131.5X48X22.4;LS-12只有2G内存,2AA50h,MIC缩水到2个,录音60-20000HZ,也有调音器,节拍器,DAB;LS-3是3MIC,有环绕声效果,4GB内存,2AA51h,USB充电,2SP,场景录音功能,Reverb效果,声控和定时录音,功能丰富。

如果利用这些录音机,由于MIC-in和卡槽都在机器的右侧,所以非常方便,需要转移出来的是电源开关,但必须要把机内MIC卸除,仅保留一个,换位安装,来减短机身的长度,即便如此,机身还会有120长度,会遮挡一部分喇叭后空间,不太理想,如果也去除电池仓,仅保留前面板上的键盘,可以适当扩大空间。由于机身比较窄,可以把两节电池叠放在录音机下方,在空间上没有大问题。但是这些录音机的卡槽不兼容大卡,不太适合用作Walkman,需要经常换卡来扩充容量,也不太方便;另一个缺点是,它们的LCD屏显示的字体极小,用放大镜才能看清,对操作很不友好。它们的优点是省电,音质好,价格低,还会有DAB功能。(60)

(思考Walkman的使用方式,换卡的方式其实并不理想,比如,古典音乐弦乐存放在A卡上(32GB),歌剧存放在B卡上(32GB),民间音乐中东地区存放在C卡上(32GB),只能这样分配。这样,在使用时,如果想听弦乐,就要用A卡,然后想听中东民歌,又要换C卡,……如此就得频繁换卡,很像是相机更换定焦镜头的操作,又麻烦又困难,小卡还很容易丢失,远远不如就在一个很大的机身内存中保存全部的音乐库,想听什么直接选取文件夹就可以了,快捷,方便,不会遗失,安全可靠,在使用上极其方便,就像大变焦镜头一样。如果要使用插卡式的机器,最好选择能支持256GB大卡的新型号,然后固定插入一张256GB大卡,并预留USB端口的连接,把卡槽的通道封闭,不再换卡,这样就成了不可换卡的机器,使用才会方便。)

f: Olympus LS-P1,LS-P2()目前已经买不到新品,只能寻找二手。造型没有变,一如传统的LS-系列,LS-1银色外壳很漂亮,但LS-2改成了黑色,但都是金属壳;它有3MIC,内存4G、8G,带有TF卡槽,电池续航39h,带有USB标准插头,可以滑出;左侧电源开关,USB滑钮,右侧Phone,MIC-in,TF(32GB)卡槽做在了电池仓内,但开口还是向左侧板;使用1AAA电池,录WAV 25h,录MP3 35h,放MP3 29h,很省电;尺寸108.9X39.6X14.4,尺寸非常小。

这类录音机的特点是低压,因此话放的S/N会低于LS-10系列机器,但更加省电了,频响不差,功能也不少,总体效果自然不如LS-10系列。用来改造的话优点是尺寸非常小,可以腾出更多的空间给喇叭区,电源只能用线性稳压,效率不高,音质达不到最好,会有底噪,32GB的卡槽特别不理想。(50)

g: Zoom F1,F2,Tascam DR-10L(1280-1560¥)此类超级袖珍的机器当然对于Walkman来说是有很大的尺寸优势的,但是它们也同样有着相当严重的缺陷。例如,作为播放器极其不方便,不便于寻找文件,或者像Tascam DR-10L那样不支持MP3录音,整体音响指标都要低一个数量级,而Zoom F1的耗电量高达125mA,小型化并没有带来省电的特点,实不可取;而Zoom F2甚至没有屏幕,无法选择文件,可以说每一款超袖珍机器都有些严重缺点,完全不能考虑(0)

*最后深入思考如果利用和改造Lotoo PAW1录音机,它属于得分最高的机器,主要优点是立方的造型很合适,音质优秀,耗电不大,功能丰富,可以支持播放Flac文件,虽然没有卡槽但内部的大内存反倒让改造变得简单了。缺点只有一个,昂贵!

首先,要确定PAW1在Walkman中的位置,我设计把它固定在机内左上角(背板向),如果要使用原厂的立体声外接MIC就需要把机器突出顶板固定,让MIC可以直接插入固定,但这样做会消弱机壳的强度,也没有多少必要购买那个(999¥)的附件MIC,完全可以使用DIY的外接MIC或者是购买更为专业的领带夹MIC或者专业的强指向性MIC,如果要做严肃的音乐录音的话,我宁可使用Olympus LS-100和Canon接口的电容MIC,所以,我决定采用机壳包容的安装方式;

这时,顶部的机内MIC可以开孔拾音,毫无问题,MIC-in插孔也要开孔预留,毫无问题,原来的TF卡槽位置需要用4.8mm有机板封死,这块有机板又可以作为天线的限位板,很合适;

机器的左侧,有原机的音量键和Fn键。说到音量键,我又开始考虑整机的方案了。这个音量键是用来控制耳机输出音量的,那么是否应该利用它的耳机输出呢?该机没有Line-out接口,只有耳机输出,即便是在机内也不见得能找到Line-out接点,因此为了不破坏主机,我宁愿从耳机接口引出信号给SP放大器,这一方案已经决定了。那么,耳机输出已经有了较高的电平,也就没有必要让它再经过前级放大器来推动SP攻放了,可以直接把信号输给SP功放,那么在使用耳机时呢?就没有必要把信号放大以后再给耳机,就直接利用原机的耳机输出信号即可,这样,原机的音量控制键是需要使用的,可以在左侧板开口,暴露两个音量键;同理Fn键也很有用,可以暴露出来,直接使用。这样,在播放音乐文件,听评书时,就要使用录音机的音量控制了;

另一个棘手的问题是,PAW1没有Line-in插座,找不到这个输入点,那该怎样内录收音机的信号呢?唯一的办法只能通过MIC-in来连接,这也需要从机内加上大比率的分压电路,引出屏蔽电缆,这很不容易,因为很难转换机内MIC和线路输入信号,我的方法是,把收音机的线路输出经过线路放大器以后连接到耳机插座上,在需要内录时用带有分压器的跨接电缆连接这个耳机插座和录音机的MIC-in,这样就可以不改造主机了。这个电缆可以用90度弯折插头。这是最简方案。

机器的右侧,被包容在了主机内,无法触及。在右侧面有电源开关,耳机插座和Hold键。首先,可以在耳机插座上插入一个立体声耳机插头,引出信号,这样就可以不必改造了,然后在机壳的右侧板上固定耳机插座,把这个信号引过去通过继电器来转换接收收音机或录音机的耳机输出;同时,这个信号还给SP功放提供输入信号;Hold键对我来说无用,可以不管;而电源开关是必须要引出的,这也是对原机的唯一改造——在电源开关两端引出细线,然后把这个按钮开关做在机顶上,应该注意误触问题,不让它高出顶板;

然后,是机器的底部,在底部有最难解决的Type-C USB端口,我的方法是不对它进行改造,而是在主机的底板上直接开口对准这个接口,可以通过加长的USB电缆插头插入机器,这很容易做到;

最后,对于主机几乎没有任何损伤,机壳都保持完整,固定主机的方法是在机壳上钻孔,在左侧板上安装4颗M2螺栓,在顶板上安装两颗M2螺栓,然后在机器的右下角处,用角铝进行固定,机壳上和底板上分别安装两颗M2螺栓,可以直接在机壳上钻孔攻丝,然后拧入螺栓,虽然此法会破坏机壳,但影响很小;这样改造以后,机内在收音机下方放置一节电池,在录音机的右侧排列放置两节电池,这样总宽度也仅有104,还会给喇叭后部留出31的空间,非常理想。电路板电源稳压器,控制开关等部分都做在录音机下面;输入转换,功放和耳机放大器做在机器的右侧下面,空间已经比较容易安排了。

在电路方面也要做一些改动。耳机插座现在需要转换,可以接收收音机的立体声线路放大器输出信号或者接收来自录音机的信号,使用同样的磁保持继电器来转换,耳机输出被合成单声道信号送给SP功放输入端,收音机有独立的音量电位器,安排在线路放大器的输入端,这样,在使用各自设备时,就使用不同的音量控制器来调节音量。(最终实作时利用了录音机顶部的螺栓孔将其固定,在其底部安装了两个铝角,避免了在机壳上钻孔。)

*测试低压功放集成芯片PAM8406:这是一片非常特别的现代化功放芯片,它具有两种工作模式,由一个引脚来控制转换,可以在D类或者AB类模式之间转换。理论上在D类模式下静态电流仅有8.64mA/4V,实际测试也是如此,在AB类模式下的静态电流会增长到18mA,但是我测试的结果比较诧异,电流增长了40mA,不知何故,可能是原来的电路问题。芯片内部有4个低压功放,构成了两路BTL功放,在D类或者AB类模式下的输出功率差别不大,但是D类的转换效率高,失真也会增加一些,而AB类刚好相反。我利用一个MP3播放机来工作,播放一段音乐,用示波器测试喇叭半边波形,发现输出的波形竟然全是稳定的2.5V方波,频率有250KHZ之高,而音频信号则是叠加在或者调制在方波上的,这就是所谓的D类工作原理。我想到了这会出现问题,250KHZ的强力波形会辐射电磁波,干扰短波段和中波段的接收,隐患非常严重,而且我也很不喜欢这种开关式的音频波形,尽管这种失真听不出来,但实际上它还是存在的。很明显,在D类工作状态完全不适合收音机,而用AB状态静态电流又会太高,结果这块芯片并不适合我的Walkman,决定放弃;

*然后我又测试了另一块低压芯片CSC4863,它属于AB类放大器,内部也有4个放大器,组成两路BTL立体声放大器。首先我测试了它的功耗,在3.5V电源电压下静态电流为7.83mA,还算不错,没有超过10mA,在4V电压下,静态电流也上升到了8.65mA,增长的不多,算是可用。接着,我给它施加音频信号,在3.4V电源下,最高半边输出电压达到了2.56Vpp,喇叭的阻抗是8R;而在4V电源电压下,输出可以达到3.16Vpp,这时的电源电流也达到了280mA!可见,此芯片的输出能力是相当高的。但是,一样奇怪,它也和我以前测试的电路一样,也会在每周期的波形上叠加两个刺脉冲,尽管脉冲很小,但还是清晰可见,好像这种原理的芯片都有这个问题,而并不是我的印板设计和制作有什么问题,也不是我犯了什么错误,我测试使用的是另一只MP3播放器的电路板,结果也是一样。看起来,那两个细小的刺脉冲对音质的影响是微乎其微的,根本听不来,也许是我的完美主义观念起到了不良作用,实际上根本不必去关注这样的小瑕疵。

分析此芯片,如果使用两个4R单元分别接在两路放大器上,那么估计在3.5V电压下,每只单元的最高半边输出电压也会有2.4V,峰峰值电压可达4.8V,功率高达5.76W,这样,两只喇叭就会有11.52W的峰值输出功率,非常震撼!另外我还发现,原来的电路有5-6倍的电压增益。

最后总结我所测试过的芯片,总体输出功率最高的芯片就是CSC4863,它的静态电流为8.3mA左右,内部有4个功放,构成双路BTL电路,如果推动两个4R喇叭,能获得大约4W的平均功率,但是,这时电路是在半边2R的负载下工作的,不仅耗电流会大幅度提升,而且也会出现较大的失真,不如用8R喇叭,但是我没有两个8R喇叭,只能把两只4R喇叭串接成8R喇叭组合,这样就不能利用两路BTL放大器了;而LM4862内部只有两个放大器,构成单路BTL电路,输出功率小于CSC4863,它只能输出3.5Vpp的峰值电压,在8R喇叭上得到1.5W的音乐功率,尽管它简单,静态电流低,我还是不打算用它,看起来最合适的芯片还是LM4860和TPA4860了,我打算再次制作LM4860的功放板,对比TPA4860功放,选出失真小,静态电流也不大的一款来使用,它们可以输出大约6W的音乐功率,已经足够了。

*今天修改了我的Walkman结构图,重新规划布局,因为录音机的改动,机壳上原来加工的TF卡槽口充电插座口和MIC-in口都作废了,需要用有机板封闭它们,保证不漏音,也不降低强度,刚好机顶的封闭板兼作天线的定位,可以使用4.8厚度的有机板来增加强度;MIC-in口可以改为充电口。

由于录音机的尺寸缩小了很多,现在电池的位置被移动到录音机的右侧去了,两节电池可以并列在那里;这样录音机的下面就空闲出来一个长条的空间,在这里除了在底板上开口预留出录音机的USB接口以外,可以把剩余的空间用在电源开关及稳压电路上;LED电平表还保持在原来的位置。

不仅如此,最关键的是,录音机可以靠左上安装了,右侧可以给扬声器空出直达背板的空间,这是我更换录音机的主要目的,改善音质,让低音可以通过机背的开口播放出来,改善低音效果。原来设计的收音机音量控制电位器不需要移动,单双声转换开关也不需要移动,包括耳机插座都不需要移动,前级电路和功放电路,以及音频转换电路,现在可以考虑安放在右下方的空间里,电缆也有空间摆放了。还需要考虑录音机的电源开关,可以安装在机顶右侧,在天线护板的内部,这就可以防止误触。

我想,现在我需要准备一个音乐媒体库了,我计划在可能的情况下全部采用Flac文件格式,并简化我的收藏,这需要很多的时间。


*20211119. 上次制作的LED电平表厚度超标,不能装入收音机下电池上方的条形空间里,问题是原来的标准16pin IC厚度过大,4个微调电阻的高度过大,所以导致整个电路板厚度超标。这一次,我不得不去掉可调电阻,全部使用固定电阻来作取样,重新设计和制作LED电平表,并要把IC改成贴片封装的超小型,制作工艺会提高很多,难度很大。尤其是电路的设计会变得困难,因为测试电压也是工作电压,当这个电压变化时,基准电压也会出现微小的变化,而且每一个串联的取样电阻都相互影响,如果要计算它们的阻值,必然是一个复杂的多元方程式,为了解决问题,我最终采用了电子模拟软件Eworks 5.0C来进行设计,好在这个软件能够在Win10下运行,尽管在布置元器件和连线时会出现图形涂抹,位置不对等问题,但是基本功能并没有损坏,还是可以正常使用的,如果为了完美兼容,可以使用VM模拟WinXP,在那个环境下来用Eworks就会毫无问题。

模拟的结果很好,果然找到了正确的阻值,并把这些阻值基本调整到了标准序列,仅有一个需要并联的192R电阻,我用了220R//1.508K来解决,可以找一个上偏差的1K5. 设计的4个亮灯门限是3.5V/3.7V/3.86V/4.105V,代表电池的四种容量,尽管这几个数字可能不精确,但问题不大,总算能够大体上指出电池容量。

*Lotoo PAW1上手:原厂给出的尺寸的确有大问题,完全错误,真实的尺寸是57.3WX64.3HX23.1D,比我估计的还要小;电池仓的位置距机顶23.5;电池仓尺寸29.2HX50.5W;去掉后盖机体厚度D21.6(有电池)、21(无电池);另外去除了后盖以后,中间还会有一个2.4H的螺孔柱;

该机支持MP3/128KB单声道录音,最高支持到WAV96KHZ24bit立体声录音;允许在根目录下建立文件夹,允许嵌套多层文件夹,在浏览文件时有导航键进入、退回、上下跳动,和索尼录音机的设计一样方便;机内MIC的录音灵敏度很高,超出常规的录音机,测试MIC-in接口的灵敏度也非常高,录音电平设定在38(大约60%)的情况下1mV已达到满电平(+6db),设定在18为10mV满电平,设定在9为32mV满电平,设定在最小的7为40mV满电平。为了保留一定余量,我取32mV作为转录标准录音电平;该机的频率响应我用函数发生器做了录音-放音测试,结果是30HZ以下基本无增益,40HZ增益很低,从60-100HZ增益逐步增加到最大,此时耳机插孔连接3K3电阻负载,可以输出2.8Vpp峰值电平,从100HZ-6KHZ电平几无变化,大于6KHZ到14KHZ电平开始缓降,到16KHZ输出已经降低到2V以内,从16KHZ向上,电平一路下降。总体而言,频响正常;该机关机以后的耗电为285uA,还是比较大,开机后在停止播放亮屏的情况下耗电在40-50mA区间,进一步的测试还没有详细做;该机的开盖保护是背壳锁舌左边的小塑料探针控制的开关,而右边的镀金触点是地线,它会接触背壳上的导电触点,把背壳通地,起到屏蔽作用。

分析该机的话放感到有些问题了,因为设计的增益太高,所以录音时底噪会比较明显;同时又因为原机没有设计Line-in接口,结果是录音底噪无法降低,会影响录音效果,因此,该机更适合作为播放器。在其内部找到Line-in输入端的希望渺茫,原来我还以为它的MIC-in口是复合设计,可以在菜单内设定为MIC-in或Line-in,但实际不是这样。话放增益高也有个好处,就是方便DIY属于自己的外接MIC了。

对于该机的改造如下:

-把背壳保护短路焊接,永久去除此功能;

-在Power ON/OFF键两端引出电线,以备从外部连结开机键;

-改造一个d3.5立体声插头,最大限度截短尾部,引出电线(不必使用屏蔽线);

-将电池夹正负极线截断引出,把两节电池并联,机内安装两节,14500锂电池,引出与主电池并联,扩大电池组容量;

-在背壳上以及内框架侧面开孔,引出开关线,电源线,电池线;

-没有必要在机壳上开固定螺栓孔,可以利用机顶的螺孔作为顶部固定,在机背外部用海绵垫与收音机背隔离,在主机顶板下面用角铝限制录音机向右串动;在主机底板上也安装角铝,防止录音机右串,还可在主机左侧板下部安装角铝,防止录音机向下串动,这些固定已经足够。

*20211122. 改造PAW1. 本来此次制作我希望保留PAW1的结构,仅作最低级别的改造,这样将来如果我的方案不成,也能恢复原来PAW1的样子,不至于造成灾难性的损失,但事与愿违,我的设想并不能实现。

现代的电子技术发展迅猛,电路板的集成密度也比过去至少提高了10倍!而且还出现了像BGA这类完全无引线的装接工艺,是完全没有办法做手工焊接的。

打开PAW1的后盖,拧下4角的长螺栓,就能拿出整体的塑料支架,在这个支架上构造了电池仓和两块长条电路板,一块基本无用,上面没有什么零件,仅仅固定了电池夹的负极弹簧和喇叭线,喇叭埋藏在电路板的下面,在后背那个圆形凹坑的内部,原来在这个部位是喇叭的振膜位置,很奇怪的是,该机没有在背壳上开孔放音,声音是通过背壳的铝金属透射出来的,这种设计会大大降低放音效果,也会影响频响的正常展现,不明白为什么PAW1要被这样设计,如果还要继续使用它的喇叭,我一定会在背壳上开孔,但现在没有这个必要了。

另一块电路板上固定着电池正极弹簧,一个极其微小的微动开关和两个有弹性的镀金触针。电池的负极板通过一段很细的黑线连接到正极板,再经过微动开关通向触针,安装塑料架以后触针就会接触到主板上的一个边缘镀金触点上。这样的结构是最容易造成接触不良的,全靠顶级的工艺来保证最低的接触电阻。我发现了一个现象,很多袖珍电器都会使用细线来连接大电流的部件,根本不考虑细线产生的压降。比如在功放部分,主电源部分,可能会出现几百毫安的瞬间电流,而只要有0.2欧的导线电阻,就会产生0.*V的电压降,从而对电路性能产生不小的影响。我在制作设备时总会特别注意降低地线,功率电源线的内阻,使用较粗的镀银线,但是,产品设计师们好像没人在意。PAW1也是这样,无论是电源线还是喇叭线,都采用了极细的导线连接。

比较诡异的是PAW1的开盖保护功能,我本以为把保护微动开关短路就可以解除这种保护,但是短路以后还是不行,通电就会显示“Back cover is open”,然后自动关机!难道乐途搞了什么花样,还有电容感应控制电路?我仔细观察,发现后盖上有两个触点,一个会挤压微动开关,另一个会接触电路板上的镀金触点,显然是屏蔽接地。我用一片金属板覆盖机壳后部,然后把金属片通地,还是不行,十分奇怪,再仔细检查也找不出机器是怎么知道“后盖已经打开”的?最后我才发现,原来塑料支架和主板还有4根导线连接,其中两根是喇叭线,另外两根是电源的正负极,也就是说有两条地线通向主板,其中一条通过微动开关,另一条直接通地,而我仅仅连接了前者!问题找到了,我增加了直接通地的连线,机器才可以正常启动了。

改造电池夹十分困难,要把其中的正极弹簧从电路板上剪断,连接到旁侧的负极电池弹簧上,然后再从电路板上引出该机的电源线,电池夹的正极线和地线,还要有保护地线,这些电线没有位置,会挤占塑料架的位置,需要把塑料架切割一些局部,非常难搞。我使用了较粗的镀银特氟龙电线来做了焊接。

最大难度的改造是引出电源开关的两根线!我没有想到这个工作几乎是无法完成的!主板的集成度太高了,裸眼根本看不清,在4倍放大镜下还是看不清,需要使用我的10倍目镜才能看清,原来电源微动开关尺寸极其微小,它有5个焊点,其中3个焊接开关的外壳作为固定,两个连接电路,焊点之小,距离之窄根本无法用手工操作,加之我的年龄已高,视力下降,双手的控制能力变差,更是不可能在如此微小的结构上焊出导线,尝试了数次,都会把附近的阻容焊到一起,使电路短路,还要用吸锡器来清除,如此反复,很容易彻底搞坏PAW1,造成痛心的损失!我的JBC电烙铁安装了最细的烙铁头,还是无法焊接,这种情况是我重未遇到过的……但总不能因为这样的困难废除我的方案呵,我想到没有任何困难是解决不了的,也没有什么事情是我办不到的,为了不会碰到附近的其他器件,唯一的办法就是拆除这个微动开关,腾出空间再连线,但这样的操作也就无法再恢复了,只能孤注一掷,放弃恢复的希望。

这个微动开关的外壳是一层金属,里面是塑料结构,因为我没有热风枪,就根本无法把它完整地拆掉,只能破坏它,先焊开外壳,再焊脱接点,结果也是破坏了开关,好在印板的焊盘还在,我使用了最细的硬盘排线分别引出了电源开关线和开机以后的电源线。做好以后实验开机OK!一切都正常,电路板没有坏掉,感谢上苍!

开机以后的Power-ON电源线比较难找,电路板上有很多镀金测试点,大都是1.96V的前级电源,仅有一个显示2.986V,属于功率电源点,我就在这里引出了开机电源线;我还发现了3.45V的电源点,显然电路有DC-DC之类的设计。

这一次认真测试了PAW1的耗电量,关机为285uA(为何这么大?看来原设计师没有把事情做得完美);开机以后在亮屏的状态下大约是45mA,息屏以后是25mA,放音状态会在40-60mA之间变动;录音会在65-90mA之间变动,对比PAW-VE,耗电有所下降,但还是不如Sony省电,更是不如Olympus省电。

此机对于工作电压比较敏感。和索尼机器不同,如果直接使用锂电池供电,在3.6V电压时,机器就会出现异常关机的现象,更高的电压我没敢尝试,降压会在2.1V时自动关机,菜单的设置是干电池,降压特性还是不错的。

耳机插座的推力会明显小于Sony PCM-M10,推动耳塞没问题,但推动Beyer DT1990Pro这样的HiFi耳机就太过勉强,音量不够。看起来我的Walkman只能使用耳塞机了,而且需要高灵敏度的耳塞。

在恢复安装时,我忽然想到了是否可以完全抛弃原来的塑料支架?这个东西对于电路来说根本没用,我根本不需要它上面的电池夹,喇叭,保护开关这类东西,主机自己一样能工作,如果没有这个支架机内的空间就可以大为扩展,可以很容易地容纳下2000mAh的聚合物锂电池,也很容易容纳增加的导线,何乐而不为?于是,我就这样决定了,装入一块附加电池,把它并联在主电池组上,让容量提高到12400mAh!导线全部通过原来的挂绳孔和定位孔引出,背壳的地线我是在背壳上钻孔安装M1.5沉头螺栓来连接的,有了足够的空间,怎样改造都方便的很,在电路板上增加了一层海绵作隔离,再装入电池,加海绵垫固定。最后难以解决的是怎样安装背壳?原来的背壳是卡在塑料支架上的,现在无处固定,万般无奈,我只好用胶合的方式把背壳与主体连接在了一起,将来维修时再撬开。

因此说我的这一方案的确属于【伤心病狂】!任何人都不该模仿,不仅耗资巨大,而且风险极高,有90%的可能会失败,会造成巨大浪费,并给自己留下一个难以忘记的教训!

直到凌晨4点,我才完成了任务,这一天真是难忘……

(用PAW1录音我发现,原机的设计有些特别,话放的增益太高,电平调到50%已经很容易出现过载了,如果调到100%,可以清晰地收入远方的话音,完全可以做偷听录音!是否这是一个奇妙的发现?或者PAW1的设计师本有此意,把该机作为可以隐藏的偷听录音机来考虑的?录音的效果还是相当不错,信噪比很好,声音清晰,频响也比较宽阔,这还仅仅是使用的机内MIC,我在考虑DIY一只更优秀的机外MIC,作外录使用。)

20211123. 不能想到的是,连最熟悉不过的电压比较器LM339电路我都会设计错了!在最后实验时才发现,LED亮灯的逻辑是反的,达到门限电压的LED刚好熄灭而不是亮起,就因为把电压比较器的输入端给搞反了。好在不需要大改PCB电路,只要把取样电路直接送给in-端电压,再把in+端接基准电压源也就可以了,但最后还是重新模拟了电路,计算了新的取样分压电阻的阻值,用2K2//3K3并联得到1.23K的阻值才解决了问题,看起来我的衰老已经十分明显了,就像今天出门到大门口买了一趟菜,回家就感觉非常困倦一样。

组装工作到了这里已经感到比较容易了,昨天制作了PAW1的支架,固定好了它的位置,今天又把LED电压表和主控稳压源,电子开关板给做好并组装上机了,还安装了一节电池,制作了带有保险丝管座的总接地点电路板,机内的空间显得十分充裕了,也有大片的空间留给了扬声器,现在剩下的工作就是制作继电器转换板和功放板了,前级板我还会使用已经完工的电路,功放板我也打算继续使用现有的PCB,把TPA4860拆掉,换上LM4860,看看情况,另外还要把消振网络改为2.2R+220n。一切都已顺理成章了,直到今天也还没有出现重大失误,已经算幸运了!

*20211124.今天遇到的问题是我始料不及的。连接好录音机以后,却无法开机,每次试图开机时,都会显示出错,然后死机,需要断开电源再重新连接,根本无法开机。这个问题十分奇怪,我把录音机负载断开,用一个20欧电阻替代,这时的电流可以达到150mA,输出电压应该可以开机,但是实际上却根本不能启动,而录音机的耗电量甚至不足100mA,这不是怪事吗?

于是我在地线上串接了一个2.2欧电阻,连接了示波器,并把示波器调到单次触发状态,然后在分别用电源直接连接和通过稳压器连接来进行开机操作,结果很快就出来了,原来Paw1录音机在开机的瞬间会出现两个电流高峰,第一个高峰为450mA,是一个很窄的脉冲;第二个高峰是经过10ms以后出现一个稍宽的640mA脉冲,如果在电流的峰值时电压能保持住,才可以正常开机。当我连接稳压器时,第一个窄脉冲很好,估计是大电容的放电弥补了稳压器的孱弱,而第二个大电流脉冲到来时,因为电容器已经放了一次电,所以根本无力再进行 第二次大电流放电了,所以第二个脉冲幅度大为降低,仅仅达到了200mA,这就是启动出错的原因!换句话说,PAW1在启动时要求很大的电流储备,如果出现了限流现象,它就会拒绝启动。

清楚了问题所在,要想解决谈何容易。第一个办法,设立两节干电池,通过肖特基二极管并联到稳压器的输出端上,在开机的一瞬间,稳压器能量不足,但电池会通过二极管给录音机供电,让它正常启动,启动以后,电流减小,稳压器会恢复正常,输出3V电压,这时电池网络就会被截止,并不耗电,这样,两节干电池也可以使用很长时间。也可以通过一个4001加一个肖特基串联的二极管用锂电池来作为备用电池,起到同样的作用,然后再设计一个充电网路,让电池总是满电,或者充到4V;更直接的办法是在稳压器的输入输出端跨接两个二极管,当稳压器的输出电压过低时,电池电压就会通过二极管补充过来,保证可以正常开机。此法并不理想,开机电压的变化幅度很大,而PAW1的启动电压可以在2.5-3.5V之间,如果电压越界,机器就不会启动,我还是希望机器可以用稳定的电压供电;第二个办法,就是更换一个大电流容量的稳压器,但这个器件并不容易选择,我查找了不少资料,凡是大电流的稳压器,静态电流都会比较高,如果长期耗电,对于单次续航十分不利,而我手头上的稳压芯片又没有一种可以适合。

我想到了最新型的大电流功率MOS管的导通内阻极低,仅有几个毫欧,如果用它来组建一个稳压器,是否有可能满足需要呢?于是我找到了一枚A2701 PMOS管芯片,把它的栅极接地,然后带动300mA的负载,用3.3V电源供电,结果输出电压可达3.15V,完全有条件用它做稳压器。但是,大电流低功耗的稳压器特别难设计,因为几乎所有的参考电压源都需要一定大小的电流才有可能稳定工作。比如最常用的电压基准,如果工作电流过小的话,电压会远远偏离额定值,结果造成稳压器的稳压特性变坏。很快我就设计好了一个实验电路,用两个三极管来控制MOS管的栅极电压,然后用3个二极管加上一个LED串联来作取样器件,结果非常可惜,我仅仅让电压基准通过14uA的电流,就可以得到3.015-3.35V的输出电压,这个电压是在输入电压3.3V-4.2V范围内测出的,刚好能满足PAW1的启动电压要求,结果一试就灵,无论输入电压是3.2V还是4.2V,启动都没有问题,运行效果良好,而实测电路的空载耗电仅有25-27uA,非常省电,不需要开关。这个电路可以算作经典,我会永久把它收藏,它的性能远优于HT7***系列LDO稳压器系列,更适合大电流负载场合,而HT仅仅适合小电流场合。

接下来,我打算采纳自己设计的MOS管稳压电路,拆除原来的HT7330稳压电路,用DIY的电路分别给收音机和录音机供电。

(HT7330测试:100mA、3.4V to 2.27V;

110mA、3.5V to 2.34V;

110mA、3.6V to 2.39V;

110mA、3.7V to 2.515V。

双HT7330并联:130mA、3.3V to 2.59V。)

右上图为正常启动电流曲线;下图为连接HT7330稳压电路时不能正常启动的电流波形。

PAW1正常启动范围:电源放200mA限流,电压在2.4-3.5V区间都可以正常启动,大电流的瞬间应该是输出电容充放电弥补了电流不够的问题。

重新测试APA4860功放板,静态电流:3.4V2.54mA,4.2V2.93mA;

输出功率:3.4V、Vom=2.68VX2(3.59W),

3.6V、Vom=3VX2 (4.5W),

3.8V、Vom=3.12VX2 (4.867W),

4.1V、Vom=3.4VX2 (5.78W);

在Vo=2VX2的情况下改变输入信号频率,40HZ-50000HZ无衰减;在10KHZ时的毛刺失真可达600mV,增加220n+2.2R消振网络以后减小到150mV;

联合线路放大器,总Iq=3.4V5.9mA,4.2V6.1mA;增益测试:输出2.46VX2,输入123mV,计算增益为40X。

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*20211125.一个特殊的稳压电路:

我设计了取样放大器,2.5V电压基准,和MOS管栅极的旁路三极管,结果电压基准器件在极低电流的情况下节电压远低于标准电压。即便给LM355-2.5增加一个微小的工作电流,它也还是只有0.9V的结电压,于是我又尝试用3个4148二极管和一个R3 LED串联替代电压基准,结果在3.2V输入的情况下输出电压刚好为3V(3.021V)。这个电路最大的特点是负载能力很好,输出700mA时电压下降也很少,另一个优点对我来说却是至关重要的——极其省电!空载时仅有27uA的电流,可以忽略不计,这是电池改造最困难的问题,不必设立额外的手动电源开关,可以直接把稳压电路插入在电池和机器之间。但是它也优缺点,由于电压升高时电压基准器件的工作电流会提高,器件本身的结电压也会增加,所以电路的输出电压会跟随提高,但提高的幅度不大,对于收音机,录音机,万用表等等一系列电器来说都不是问题。

*20211127. *在实际安装整机电路之前,我想把电路联通,测试了一下音响效果和增益情况,结果让我彻底改变了设计方案。

首先连接PAW1录音机,把录音机的音量开到最大,播放了一段中国歌曲,发现输出功率最大时也没有达到功放的最高功率,大概输出功率在300mW,此时的功放增益为4,输入电阻为10K;于是我把输入电阻减小到了4K7,结果还是不能达到最大音量,估计要把功放级的增益提高到10以上,才有可能达到最大功率;然后我有连接了收音机,让信号通过耳机放大器以后再进入功放,结果音量已经过大,增益过高了,收音机需要40倍增益来正常放音,这样耳放有10倍增益,功放有4倍增益就足够了。

这样的矛盾不容易解决,录音机增益不足,收音机又增益过剩,如果要解决,需要把功放增益提高到10,再把耳放的增益降低到4,显得极不合理,因为负输入放大器不宜在很高的增益下工作,而如果耳放仅有4倍的增益,耳机音量就会过低,根本不能满足耳机的功率需要。这种情况显示出,原来的设计结构不合理,录音机单独靠功率放大器来提高输出功率是不够的,录音机的耳机口输出电平没有测试时显示的那么高,实际仅能输出300mV电平,而且我也不希望把录音机的音量开到最高来输出信号,因为在这种状态下失真会比较明显;而要求的输出电压至少要有3V,所以需要至少10倍的放大量。这样,更合理的结构设计应该是让录音机的信号也要通过耳机放大器,尽管这样做增益会过高,但总比增益不足要好,而且这样也能满足耳机推动的要求,收音机可以输出大约600mV的信号,录音机可以输出更高电平的信号,对喇叭对耳机都能交待。于是我彻底改变了电路结构,把功放的增益固定在4倍上,把耳放的增益固定在10倍上,整机增益可达40倍;并把转换继电器转移到了耳放输入端,此时音量电位器同时控制收音机和录音机的音量。

显然,录音机的输出会过高,导致削顶失真,如果大幅度降低录音机的音量,使它输出65mV的信号电平,信噪比就会变坏,我觉得应该给录音机加上一个1:3的分压器,让它输出180mV的信号,衰减到60mV再给放大器,得到正常的功率,这个衰减器可以使用4个固定电阻以减小尺寸。

现在,我也需要改变电路板的安放位置了,把功放板固定在机内的左侧板上,紧挨喇叭,耳放板固定在机内底板上,紧挨音量电位器,再把继电器板固定在耳放的右侧,让电路连接线尽可能短。耳放与功放之间的连线是不需要屏蔽的,但是继电器板和音量电位器、音量电位器和耳放板之间的连线都需要屏蔽电缆,让高祖高增益的电路避免电场干扰,这会增加电位器的连接困难。由于功放板的尺寸太小,我完全无法把两根粗大的喇叭线直接焊到电路板上,只好首先在电路板上焊接两根较细的喇叭线,然后再和粗喇叭线连接,出于无奈。在连接之前,我也测试了功放级的Shut Down状态,此时它的静态电流会降低到仅有7uA,电路彻底关闭,即使你给它输入很高的信号,它也不会有任何输出,这就能保证我设计的正确性,在转换到耳机放音以后喇叭没有声响。这样的改变也会导致使用录音机时耳机的输出电平提高一倍,能够驱动大耳机,效果更好些,但如果是驱动小耳塞,底噪也会增加,这是必然的。

*20211128.终于完成了我的心愿!

到了今天已经是收获的季节了,可是仍然有几个失误导致了故障。

第一个失误,接上电池以后,电池检测灯就已经亮起来了!说明检测电路已经联通了电源,而不是通过微动开关联动电源,问题是,我要重新卸下录音机部分,拿掉一节电池,才有可能触及到埋藏最深的电池检测电路。经过一番折腾,终于发现了一根画蛇添足的连线,把电池端和检测电路的LM339供电端连接到了一起!去除这根线,电路工作恢复正常,只有按下微动开关检测灯才会亮起;第二个失误,打开录音机,播放音乐,喇叭里没有任何声音,检测功放级和耳放级都已经通电,从前级输入万用表的蜂鸣档信号喇叭里一点儿声音都听不到!在检测当中忽然想起来,功放有非使能控制端,是否我的转换开关没有正确调整?一看果然是,开关在耳机位置,把它调过来,喇叭响了;第三个失误,打开收音机,喇叭里还是没有任何声音,查看收音机已经正常工作,功放和前级也都有电,开关的位置也正确,于是怀疑信号转换继电器没有动作,音频还是连接到了录音机上,一测果然如此,再检查信号转换板,发现收音机的一根输出电缆屏蔽线连接到了一个MOS管的栅极上,而这根电缆的另一端外皮是通收音机地线的,这就意味着已经把控制端给短路到地了,所以开机的Power-ON信号不能触发继电器动作。重新把这跟电缆的外皮通地,故障排除,马上出现了收音机节目;第四个失误,在收音机已经开机的情况下,如果再打开录音机,信号还是会自动转向录音机,原来设计的收音机优先电路没有起到作用,分析是旁路三极管导通的内阻还是比较大,所以当录音机的Power-ON信号到来时,它还是能够触发MOS管进行动作,但要想三极管达到很低的内阻,就需要较大的基极电流,会增加耗电量,如果更换一个MOS管,大概就不会再存在任何问题了,但是我的电路板已经胶合固定,不便再更换器件,所以索性不管它了,只要先打开录音机,再打开收音机,就能正确内录了,所以对使用没有影响;第五个失误,收音机的音量很大,增益过高,而录音机的音量还没有能发挥到最高,我把功放的输入电阻换成了15KX2,降低收音机的增益;又把录音机输出口的衰减器从1K+510R改成510R+510R,分压比从1/3变成1/2,增加了放音电平,这样调整以后,两部分的差异大为减小;最后一个失误,在安装电池时,最后两节18650电池被录音机的Phone输出插座阻挡,无法入位,我只好再加工部插头,让它的尾部更短,有去掉了保险丝座,给电池腾出位置。

终于到了最后阶段,一切也都OK了!这只袖珍机器的音质很棒!播放音乐远胜收音机原来的效果,频响宽阔,音量宏大,足足有2W以上的功率,短波段的接受能力和我的旗舰机相当,各方面的性能都非常不错,平时用它听评书,听新闻,用它给音乐演奏录音,做外录,都非常理想,我的愿望终于实现,它可以陪伴我的余生了……

Jack


 
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