Technics Plattenspieler

Der gute alte Plattenspieler

Nun hat man sich vor vielen Jahren einen richtig guten Plattenspieler zugelegt. In meinem Fall einen Technics SL-D3 mit direct drive und geschwungenem Tonarm mit präziser Feinjustierung und Shure System. Die Geschichte könnte hier zu Ende sein weil alles gut ist, aber wie jedes technische Gerät, geht es irgendwann einmal kaputt.

Und so hat bei mir im Trafo des SL-D3 die Thermosicherung ihr Leben ausgehaucht. Ein Ersatztrafo für einen über 30 Jahre alten Plattenspieler ist nicht oder kaum zu bekommen, zumal zu damaliger Zeit recht willkürliche Betriebsspannungen üblich waren.

Die Zeit von Vinyl ist jedoch nicht vorbei. Und so keimte der Plan nach einer Ersatzlösung auf.

Immerhin gibt es zu dem tollen Gerät das Service Manual. Diesem kann man entnehmen, dass der Trafo rund 26 Volt Wechselspannung erzeugen muss. Solch einen Trafo, noch dazu mit der entsprechenden Stromstärke gibt es nicht im Ersatzteil- oder Elektronikhandel. Weiterhin muss der Trafo magnetisch geschirmt sein, damit er nicht auf den Tonabnehmer einstreut.

Zeit also für eine andere Lösung.

Um das Einstreuen optimal zu unterbinden wird der Trafo bzw. das was als Ersatz dann eingesetzt wird, nicht mehr im Gehäuse des SL-D3 untergebracht. Damit ist ein wichtiges Problem gleich von Anfang an unterbunden.

Also nachfolgend zunächst eine Analyse des Alt-Zustandes.

Detail des Schaltplans

Detail des Schaltplans

Wie man sehen kann, sind im Netzteil zwei verschiedene Zweige vorhanden.
Die obere Graetz-Brücke D1 erzeugt aus den 26 Volt des Trafo die Gleichspannung am Ladeelko C1 von rund 32 Volt. Wie man weiter sehen kann, wird der Regelkreis des nachfolgenden Längsreglers Q1 durch den Ansteuer-IC des Plattenspielers geregelt (Basis von Q2 wird über IC1 angesteuert. R2 ist der Arbeitswiderstand für die Erzeugung des Basisstroms von Q2). Die Betriebsspannung für den Antrieb ist 21 Volt. Hier ist also genug Reserve eingeplant.
Da der Längstransistor nur auf einem kleinen Kühlblech montiert ist, kann man auch ohne Messung sagen, dass der Stromverbrauch des Antriebs eher gering ist. Die Belastung des Netzteils also ebenfalls nicht hoch. Das kann man auch anhand der vorhandenen 400 mA Sicherung F2 erkennen.

Um Ersatz zu schaffen, habe ich ein 28 Volt Stecker-Schaltnetzteil mit 1 Ampere Maximalstrom ausgesucht. Diese Netzteile sind recht spannungsstabil, haben einen hohen Wirkungsgrad und sind geschützt. Die etwas geringere Ladespannung ist durch die Stabilität zu verschmerzen.
An Stelle der Kabeldurchführung im Gehäuse des Plattenspielers, habe ich eine passende Anschlussbuchse für das Netzteil eingebaut. Die 28 Volt-Spannung ist jetzt an den Punkten 1 und 2 der Hauptplatine angeschlossen, wo zuvor der Trafo angeschlossen war. Die Polung ist durch die auf der Platine befindliche Graetzbrücke egal.
Alternativ ließe sich die Diodenbrücke D1 ebenfalls entfernen. Dann sollte jedoch sichergestellt sein, dass die Betriebsspannung nicht verpolt werden kann.

Grundsätzlich funktioniert der Plattenspieler damit wieder. - ABER....

Die Geschwindigkeitskontrolle links am Plattenteller funktioniert nun nicht mehr.

Wie man sehen kann, wird aus der sekundären Trafospannung mit Hilfe der Zweiweggleichrichtung D2 ein positives 100 Hz Signal gewonnen. Diese 100 Hz Sinushalbwellen steuern den Transistor Q3 und der wiederum schaltet D7 (die LEDs im Prisma) ein und aus.

Ohne Trafo stehen nun jedoch keine 100 Hz Sinus zur Verfügung, sondern nur eine geglättete Gleichspannung des Stecker-Netzteiles. Hier habe ich also eine andere Lösung gebaut.

Der Sinn der 100Hz-Schaltung der LED ist die Erzeugung eines Stroboskopeffektes und Beleuchtung der am Tellerrand angebrachten Hell-Dunkelzonen, die bei optischer Resonanz der Frequenz (Drehzahl) dann eine stehendes Balkenbild am Tellerrand ergeben.

Ich habe zunächst mit Hilfe eines PLL-Oszillators (4046 - Phase Locked Loop) einen 100 Hz Generator gebaut. PLL hat den Vorteil der recht stabilen Frequenzerzeugung. Um diese Schaltung anzukoppeln, habe ich D2, R13, R15, Q3 und R14 auf der Originalplatine entfernt. Die Diode D7 (LED - in Wahrheit sind es zwei LEDs in Reihe) wird mit Hilfe eines Schalttransistors T1 am Oszillator angesteuert. Diese kleine Platine fand Platz an der Stelle, wo zuvor der Transformator war. Die beiden Befestigungsschrauben des Trafos sind ideal dafür.

Damit funktioniert die Drehzahlanzeige in Grundzügen wieder. Sie hat jedoch eine sichtbare Unschärfe. Das am Plattentellerrand abgebildet Balkenbild ist verwaschen.

Bei der Suche nach den Ursachen und der Analyse der analogen Funktion der originalen Schaltung ergibt sich Folgendes (Betrachtung einer Sinus-Welle):

1. Nullzustand - in Q3 (pnp Typ) fließt Basisstrom über D6, R15 und R13 nach Masse, wodurch er durchsteuert und LED leuchtet
2. Beginn Anstieg positive Halbwelle.
Da D7 mit der Anode an den 21 Volt liegt und der Transistor Q3 ein pnp Typ ist, liegt die Basisspannung zuzüglich der Flussspannung von D6 am Knotenpunkt D2, R13 ungefähr bei 17,6 Volt. Die Spannung der Halbwelle muss also mindestens diese Spannung erreichen, damit Q3 gesperrt wird. Da es sich bei der Betrachtung der Gleichrichtung mit D2 um eine Einweggleichrichtung handelt und diese nicht gepuffert wird, steigt die Spannung maximal auf 26 Volt. Das bedeutet, dass durch die Sinusfunktion die LED eine längere Einschaltzeit und eine kürzere Ausschaltzeit hat.
3. positive Halbwelle erreicht oberes Drittel - Q3 sperrt und LED ist aus
4. und das Ganze in umgekehrter Reihenfolge bei abfallender Kurve
5. Wiederholung des Vorgangs bei negativer Halbwelle (die durch die Gleichrichtung positiv wird)

Daraus folgt, dass die symmetrischen Impulse (Tastverhältnis 1:1), die der Oszillator erzeugt, zeitlich gesehen die LED weniger leuchten lassen als gewünscht.

Also folgt zur Verbesserung eine weitere Entwicklung.

PWM mit einem CMOS 555 Timer

Der 555 ist ein universeller Timer-Baustein, mit dem sich eine Unmenge Schaltungen realisieren lassen. Die CMOS Version hat neben dem äußerst geringen Stromverbrauch auch noch den Vorteil Rail to Rail fähig zu sein, was aber in dieser Anwendung unwichtig ist. Interessanter hingegen ist, dass die übliche Standardbeschaltung des astabilen Multivibrators sich bei der CMOS Version um einen Widerstand verringert. Das bewirkt, dass Lade- und Entladezyklus der Schaltung gleich sind ( Beim Standard 555 ist das nicht so).

Diese Schaltung hat im Kern einen CMOS 555, bei dem sich das Tastverhältnis ändern lässt. Um eine möglichst hohe Genauigkeit zu erreichen, ist die Schaltung relativ fein einstellbar aufgebaut.

Die Kette R3 bzw. R4, D2 bzw. D3, R2 in Reihe mit R1 und C2 ergeben die Grundschaltung des astabilen Multivibrators. Das Spezielle hierbei ist die Auftrennung der Lade- und Entladerichtung durch die Dioden D2 und D3.

Der Ladezweig über R3 und D2 bewirken, dass die Low-Zeit der Ausgangsfrequenz relativ konstant zwischen 7,1 s und 7,9 s liegt. Die Zeit für den High-Pegel wird grob mit R4 eingestellt. Hier ist ein Einstellbereich von 3,2 s bis zu 17 ms möglich. Daraus folgt, das die einstellbare Frequenz des Generators bei asymmetrischem Ausgangspegel zwischen rund 53 Hz und 890 Hz liegen kann (jeweils bei Extremeinstellungen der Trimmer).
Zur Einstellung der Ausgangsfrequenz wird zunächst mit R2 in Mittelstellung gebracht und nachfolgend werden mit R4 grob 100 Hz eingestellt. Mit R2 kann nun fein auf 100 Hz getrimmt werden. Durch die Verwendung eines Tantal-Elkos C2 kann die Temperaturabhängigkeit der Frequenz minimiert werden. Für R2 und R4 sollten Spindeltrimmer verwendet werden.

Am Discharge Ausgang des Timers wird das Ausgangssignal ausgekoppelt. Da es sich um einen Open-Kollektor-Ausgang handelt, braucht der Ausgang den Pull-Up-Widerstand R5 zum arbeiten. Der nachfolgende Transistor T1 übernimmt die Ansteuerung der LEDs für die Geschwindigkeitskontrolle.

IC2 ist zur Kontrolle der Funktion des 555 eingebaut. Da die LED mit 100 Hz blinkt, was für das menschliche Auge nicht sichtbar wäre, habe ich für diesen Zweck eine Teilung von 128 vorgenommen. Diese Funktion übernimmt ein CMOS-Teilerbaustein CD4060, der einen Binärteiler enthält. Die Kontroll-LED blinkt damit mit 0,8 Hz und man hat eine sichtbare Funktionskontrolle, ob der Generator korrekt arbeitet.
Dieser Teil ist nicht zum Betrieb notwendig und kann auch weggelassen werden. Er dient ausschließlich dem Service.

Der Spannungsregler 7805 am Eingang benötigt keine Kühlung. Die Verlustleistung aller Komponenten ist so gering, dass kaum Wärme produziert wird.

Wie auf dem Oszi-Bild zu sehen, ist das invertierte Ausgangssignal an der LED des Plattenspielers nun in einem deutlich günstigeren Tastverhältnis gegenüber einem Rechteckgenerator mit symmetrischem Tastverhältnis.

Ich habe die vorhandenen LEDs im Plattenspieler noch gegen drei modernere hellere SMD-LEDs (Reihenschaltung) ersetzt. Den Vorwiderstand habe ich so belassen, auch wenn der Betriebsstrom durch die LEDs nun etwas kleiner ist. Die neuen LEDs haben dennoch eine höhere Helligkeit als die Originalen LEDs von vor 30 Jahren. Damit wird das Prisma zum Anleuchten des Plattentellerrandes besser ausgeleuchtet. Die Geschwindigkeitskontrolle war noch nie so gut zu sehen und sauber einzustellen ;-)

und so sieht das Ganze fertig aus

und so sieht das Ganze fertig aus