Modifica di un lettore CD Marantz CD-6000, IV ed ultima parte

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Categoria principale: Elettronica Categoria: Audio
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Modifica di un lettore CD Marantz CD-6000

IV ed ultima parte


Nella precedente parte ci eravamo lasciati parlando delle modifiche ai circuiti di alimentazione. La modifica apportata prevedeva la sostituzione dei regolatori 7812 e 7912 montati di serie, con una coppia di regolatori LM317 e LM337 rispettivamente.

Per migliorare drasticamente le prestazioni dei circuiti analogici ho comunque verificato che la soluzione migliore è la totale sostituzione degli alimentatori con circuiti realizzati a componenti discreti.

Vediamo innanzitutto il materiale necessario.



Completamento delle modifiche presentate nei precedenti articoli.

 
Componenti alimentatore audio esterno
R101, R108
3.3kohm - 1% strato metallico
R102, R109
220ohm - 1% strato metallico
R103, R110
10kohm - 1% strato metallico
R104, R111
4.7ohm - 1W
R105, R112
2.7kohm - 1% strato metallico
R106, R113
trimmer 100kohm cermet multigiri
C101, C106
4700uF–25V elettrolitico Panasonic FC
C102, C107
470nF Mica
C103, C108
10nF MKT
C104, C105, C109, C110
47uF -35V elettrolitico Rubycon ZLH
D101-D104
BYW29
D105-D110
1N4148
DZ101, DZ103
Diodo zener 13V - 1/2W
DZ102, DZ104
Diodo zener 6.8V - 1/2W
Q101, Q108
BC557B
Q102
MJE350
Q103
BC337-25
Q104, Q105
BC547B
Q106
MJE340
Q107
BC327-25

La struttura dell’alimentatore è molto semplice ed è visibile nello schema elettrico riportato di seguito, si tratta di una rivisitazione in chiave moderna dell’alimentatore utilizzato sul mitico lettore CD Philips CD-880.
 

Un ponte realizzato con diodi veloci (BYW29) provvede a raddrizzare la tensione alternata a 14.7+14.7V, due condensatori elettrolitici da 4700uF (Panasonic FC) provvedono al livellamento in modo da ottenere due tensioni pulsanti grezze di circa 20V. I condensatori elettrolitici sono bypassati da due condensatori in mica argentata.
 
Il regolatore sul ramo positivo e il regolatore sul ramo negativo hanno simile struttura ed usano transistor complementari. Per semplicità, si descrive il solo ramo positivo.
La tensione pulsante a 20V alimenta un generatore di corrente costante incentrato sul transistor Q101, il diodo zener DZ101 da 13V risulta così alimentato con una corrente di circa 3mA.
Per aumentare la stabilità termica, al diodo zener è collegato in serie un comune diodo 1N4148. Con questa configurazione si ottiene quindi una tensione stabile di circa 13.7V filtrata dal condensatore C104. Da notare anche il condensatore C103 che riduce il rumore termico del diodo zener.
La tensione di riferimento, attraverso la resistenza R103, è applicata alla base del transistor pilota Q103 che, a sua volta, controlla il transistor finale Q102.
Il transistor finale, in questo caso, è un MJE350 (MJE340 sul regolatore negativo) scelto per le sue ottime caratteristiche per applicazioni audio.
Il transistor Q104, assieme al diodo zener DZ102 da 6.8V, funziona come amplificatore differenziale per mantenere costante la tensione di uscita al valore richiesto di 12V, regolato attraverso il trimmer R106.

La potenza dissipata è di valore esiguo, i transistor scelti sono adeguati e non richiedono dissipatore.

Il circuito può essere facilmente realizzato su una basetta millefori o su circuito stampato di dimensioni contenute (80x50mm), di seguito è illustrata una traccia di realizzazione.



La basetta può essere montata verticalmente in posizione addietro all’interruttore di accensione utilizzando due piccole squadrette ad L. Prestare attenzione all’isolamento del transistor finale Q102 che si trova in una posizione che potrebbe scontrare con la barra trasversale di rinforzo.
 
NOTA: Nella posizione prescelta c’è anche un ponticello non isolato su cui è presente la tensione di rete. Meglio rimuovere il ponticello e montarlo direttamente sul lato rame della scheda principale.



 

 

Una volta montata la nuova scheda si devono effettuare le seguenti operazioni:
Rimuovere i diodi siglati 6111 – 6114.
Rimuovere i condensatori elettrolitici siglati 2115 e 2116 da 470uF.
Rimuovere i regolatori siglati 7111 e 7112.
Scollegare i fili dell’avvolgimento secondario 2 dalle piazzole 9162 e 9163 e dalla massa.
Collegare i fili dell’avvolgimento secondario 2 all’ingresso del nuovo alimentatore.



Ponticellare le due piazzole del diodo siglato 6111 e le due piazzole del diodo siglato 6113.

Ponticellare le piazzole corrispondenti ai pin 2 e 3 dell’integrato siglato 7112.
Ponticellare le piazzole corrispondenti ai pin 1 e 3 dell’integrato siglato 7111.
Collegare la linea di alimentazione positiva +12V alla piazzola 9162
Collegare la linea di alimentazione negativa a -12V alla piazzola 9163
Collegare la massa al punto centrale di massa dei condensatori siglati 2113 e 2114.

 

ATTENZIONE: Verificare con cura tutte le operazioni effettuate e controllare la corretta polarità, un’inversione di polarità può danneggiare seriamente gli stadi analogici.


Alimentatore sezione digitale
Un ulteriore miglioramento delle prestazioni si può ottenere separando l’alimentazione dei circuiti DAC dalle altre alimentazioni a 5V.

Bisogna quindi realizzare un altro alimentatore stabilizzato separato.
Il principio di funzionamento dell’alimentatore utilizzato è lo stesso di quello realizzato per le alimentazioni degli stadi analogici, la sola differenza è la tensione di uscita che comporta il cambiamento del valore di qualche componente.
In particolare sono stati utilizzati diodi UF4005 in luogo dei BYW29, il diodo zener di riferimento è da 5.1V e il diodo zener dell’amplificatore differenziale è da 2,7V.
In questo caso il controllo della tensione di uscita non avviene mediante trimmer ma con un partitore fisso.

Vediamo quindi l'elenco dei componenti

1 condensatore Elna Silmic 220uF – 16V;
Blu tack.
 


Componenti alimentatore digitale esterno
R201
2.2kohm – 1/4W
R202
220ohm - 1% strato metallico
R203
10kohm - 1% strato metallico
R204
4.7ohm - 1W
R205, R206, R207
2.7kohm - 1% strato metallico
C201
4700uF-25V elettrolitico Panasonic FC
C202
470nF Mica
C203
10nF MKT
C204, C205
47uF -35V elettrolitico Rubycon ZLH
D201 - D204
UF4005
D205-D207
1N4148
DZ201
Diodo zener 5.1V - 1/2W
DZ202
Diodo zener 2.7V - 1/2W
Q201
BC557B
Q202
BD140
Q203
BC337-25
Q204
BC547B
 
 
 



Il circuito può essere facilmente realizzato su una basetta millefori o circuito stampato di dimensioni contenute (80x30mm), di seguito è illustrata una traccia di realizzazione.

La potenza dissipata è di valore esiguo ed i transistor non richiedono dissipatore.



La basetta si può installare sul fianco sinistro del telaio come illustrato nella fotografia.

 



 

Una volta montata la scheda si devono effettuare le seguenti operazioni:
L’alimentazione +5Z della sezione DAC deve essere separata dagli altri alimentatori a 5V, bisogna quindi rimuovere il regolatore siglato 7113.
Sostituire il condensatore elettrolitico siglato 2120 da 47uF di tipo Elna Standard con un Elna Silmic da 220uF-16V e applicare blu tack.
Collegare i fili dell’avvolgimento secondario 4 (8.3V) all’ingresso del nuovo alimentatore.
Collegare l’uscita dell’alimentatore in modo che la tensione +5V risulti applicata sulle piazzole corrispondenti ai pin 2 e 3 del regolatore siglato 7113.





 

ATTENZIONE: Verificare con cura tutte le operazioni effettuate e controllare la corretta polarità, un’inversione di polarità può danneggiare seriamente i circuiti dei DAC.
Verificare attentamente tutto il lavoro fatto finora.
Controllare il corretto posizionamento dei condensatori elettrolitici.
Verificare le polarità delle tensioni applicate, un’inversione di polarità può danneggiare seriamente i circuiti.
Ripulire accuratamente le saldature dai residui di flussante.
Controllare l’assenza di cortocircuiti tra piste e punti di saldatura.
Verificare che non ci siano piste interrotte.
Con un pennellino morbido ripulire tutta la scheda e scrollarla per eliminare eventuali impurità metalliche.

Per verificare il corretto funzionamento delle modifiche effettuate bisogna ri-assemblare in modo provvisorio la scheda principale e la meccanica di lettura nel telaio (vedi articoli precedenti).
Una volta riassemblato il lettore si può procedere ad una prova per verificare che tutto funzioni correttamente e che non ci siano eccessivi surriscaldamenti da parte dei nuovi alimentatori.
 
NOTA: La mancanza di alimentazione +5Z comporta la mancanza del segnale di orologio e quindi la visualizzazione del messaggio “error” sul display.

Modifiche di terzo livelloFinalmente si fa sul serio! in questa ultima fase si va ad agire su circuiti di clock e su uscita digitale SPDIF. Vediamo quindi il materiale necessario

Materiale necessario

Componenti alimentatore AUX
C301 – C304
470pF ceramico
C305
2200uF – 25V elettrolitico Low ESR
D301 – D304
Diodo UF4005
Varie
Basetta millefori

Componenti oscillatore e uscita SPDIF
R501
2x100ohm – 1% strato metallico in parallelo
R502, R503, R505, R506
1kohm – 1% strato metallico
R504
2x150ohm – 1% strato metallico in parallelo
R507, R508
47ohm – 1% strato metallico
R509, R510
150ohm – 1% strato metallico
C501, C504
220uF – 16V elettrolitico Elna Silmic
C502, C505
1nF
C503, C506, C507
100nF – ceramico multistrato
C508, C509
100nF – MKT Wima
L501, L503
Induttanza 1mH
L502, L504
Perlina di ferrite
LCL501, LCL502
Filtro Murata 10nF
X501
Oscillatore XO 16.9344MHz Tentlabs
D501,D502
BAT85
U501, U502
TL431
U503
74HC74
U504
74HC04
Varie
zoccolo DIL8, 2 zoccoli DIL14, connettore BNC isolato per circuito stampato

Modifiche ai circuiti di clock

L’architettura di clock del CD6000 è basata sull’oscillatore contenuto entro il gate-array siglato 7315, le funzioni di questo gate-array sono state già descritte nei precedenti articoli.

 

Il quarzo siglato 5310 collegato tra i piedini 36 e 37 del gate-array oscilla a 16.9344MHz e fornisce il segnale di orologio principale.
Le logiche contenute entro il gate-array provvedono poi a distribuire il segnale di orologio come segue:
Uscita sul pin 32 al decoder SAA7372 (linea CLKOUT1);
Uscita sul pin 30 ai DAC (linea CLKOUT3).
Per migliorare le prestazioni del lettore si può utilizzare un oscillatore esterno a basso jitter.

Al fine di massimizzare le prestazioni si è deciso di utilizzare un oscillatore XO Tentlabs alimentato con una sorgente dedicata, in modo da ridurre al minimo le interferenze e quindi il jitter.

E qui torna utile l’avvolgimento secondario 6 (8.3V) lasciato finora inutilizzato.

Bisogna quindi realizzare un altro alimentatore, ma questa volta di tipo non stabilizzato, la regolazione è fatta in modo locale sulla schedina dell’oscillatore.

Quindi è sufficiente un semplice ponte di diodi e qualche condensatore.


Questo semplice alimentatore può essere posizionato vicino al nuovo alimentatore stabilizzato a 5V.
Bisogna ora assemblare il circuito oscillatore ed il relativo regolatore locale.
Lo schema elettrico completo è illustrato di seguito.


L’oscillatore è un componente in case DIL08S di produzione Tentlabs ed ha le seguenti caratteristiche:
Alimentazione 3.5-5V con consumo da 10 a 20mA;
Frequenza generata 16.9344MHz±50ppm;
Jitter: <3psec (10Hz) in funzione del rumore di alimentazione;
Fan-out: fino a 3 porte HCMOS.
La tensione grezza Vaux di circa 9V è filtrata da un’induttanza che ha la funzione principale di bloccare i disturbi che possono essere re-iniettati dall’oscillatore.
A valle dell’induttanza c’è un regolatore di tipo shunt basato sul chip TL431 e configurato come illustrato sul relativo datasheet. Con i valori assegnati a R502 e R503, il circuito mantiene la tensione di uscita al valore di 5V.
Il condensatore C501 è di tipo Elna Silmic e provvede a livellare la tensione di uscita.
Questo alimentatore ha un basso livello di rumore (meno di 1mV a carico), condizione fondamentale per avere un basso jitter sulla frequenza di clock.
La tensione di 5V è quindi fornita all’oscillatore XO attraverso una ferrite.

L’uscita dell’oscillatore, attraverso una resistenza da 47ohm, fornisce il segnale di orologio principale al gate-array siglato 7315 e quindi al lettore.

Il circuito dell’oscillatore è completato con un particolare circuito che permette di ri-sincronizzare il segnale DOBM verso l’uscita SPDIF che vedremo più avanti.

La basetta è del tipo a doppia faccia ed è realizzata con una forma piuttosto lunga e stretta (dimensioni 160x30mm), in modo da poterla collocare sul lato destro del lettore. Il circuito dell’oscillatore è posizionato in modo da mantenere quanto più corti possibile i collegamenti del segnale di orologio verso la scheda principale. Tuttavia per ragioni legate alla versione del programma CAD Eagle (versione freeware) il layout della basetta è raffigurato in due metà.



Di seguito è illustrato il layout della parte relativa all’oscillatore con le piste lato rame viste in trasparenza. Le piazzole non collegate corrispondono a connessioni verso massa realizzate usando il piano di massa sul lato componenti. Di seguito è comunque illustrato anche il piano di massa.





 

Procedere quindi come riportato di seguito
Rimuovere il quarzo siglato 5310.
Rimuovere i condensatori siglati 2329 e 2330.

 


In questo modo si è disabilitato l’oscillatore interno del gate-array siglato 7315 e bisogna collegare l’oscillatore esterno.Collegare l’uscita MCK1 dell’oscillatore ai pad del condensatore siglato 2330 come illustrato di seguito. Usare trecciola Cat.5 con la massa collegata su un solo lato.





 

Effettuata questa modifica bisogna ri-assemblare il lettore e provare il corretto funzionamento del sistema facendo leggere un disco al lettore. Se il display visualizza la dicitura “Error” significa che il gate-array non eroga alcun segnale di orologio, quindi bisogna controllare il funzionamento dell’oscillatore e i collegamenti.

 

Modifica uscita SPDIF

Il lettore ha già un’uscita digitale SPDIF, purtroppo però la qualità del segnale non è il massimo, quindi è meglio realizzare un’uscita ex-novo.

L’uscita SPDIF realizzata ex-novo si basa su un semplice principio: se si ha un segnale affetto da jitter ma sincrono con un segnale di clock libero da jitter è possibile costruire un segnale copia leggermente ritardato ma libero da jitter.
In pratica si preleva il segnale DOBM a livello TTL, direttamente dall’uscita del decoder SAA7372 (siglato 7405), quindi, con un Flip-flop si effettua una re-sincronizzazione con il segnale di orologio principale.
Il segnale ri-campionato è quindi inviato ad alcuni inverter (74HC04) collegati in parallelo in modo da garantire una potenza adeguata per pilotare un’impedenza di 75ohm.
Il segnale in uscita dal buffer è collegato ad un partitore con impedenza di 75ohm, quindi due diodi schottky provvedono al clamping. Due condensatori in polipropilene effettuano il disaccoppiamento verso il connettore di uscita.
Da notare che il connettore di uscita è un BNC invece che un RCA, in questo modo si possono usare connettori e cavi con impedenza reale di 75ohm.
Il flip-flop e il buffer sono alimentati da un apposito regolatore shunt, realizzato in modo simile a quello utilizzato per l’oscillatore.
Lo schema elettrico del circuito di reclocking e dei relativi alimentatori è illustrato di seguito.
 

 



 

NOTA: il pannello posteriore deve essere forato per il passaggio del connettore BNC il cui corpo deve essere isolato dal telaio.
Di seguito è illustrato il layout della basetta relativa al circuito SPDIF con le piste sul lato rame viste in trasparenza.



Anche in questo caso alcune delle piazzole non collegate sul lato rame inferiore devono essere collegate sul piano di massa superiore come illustrato di seguito.



 

Le modifiche da apportare sono riportate di seguito.
Rimuovere il resistore SMD siglato 3351 in modo da isolare il circuito SPDIF originale.
Intercettare il segnale DOBM sul resistore 3350 ed inviarlo al nuovo circuito SPDIF (piazzola DOBM) mediante trecciola Cat.5 con la massa collegata su un solo lato.



 

Effettuare i collegamenti sul circuito SPDIF come illustrato di seguito avendo sempre cura di collegare la massa su un solo lato. La massa tra oscillatore e circuito SPDIF è condivisa a livello dei circuiti di alimentazione.
Collegare la piazzola MCK2 con la corrispondente piazzola MCK2 sul circuito oscillatore utilizzando trecciola Cat.5 con la massa collegata su un solo lato.



 

Le modifiche sono così completate, bisogna verificare se tutto funziona a dovere e quindi bisogna riassemblare il lettore. Per verificare se l'interfaccia SPDIF funziona correttamente bisogna collegarla ad un DAC esterno.

 

Riassemblaggio definitivo

La procedura di riassemblaggio era già stata descritta nei precedenti articoli ma, repetita juvant...

Una volta completate tutte le modifiche si può procedere al ri-assemblaggio definitivo del lettore. Procedere come riportato di seguito:

Ripulire accuratamente l’interno del telaio per rimuovere eventuali impurità.
Montare la prolunga dell’interruttore di accensione.
Montare la meccanica di lettura nella sua posizione bloccandola con le tre viti.
Applicare blu tack sui punti di fissaggio a telaio della scheda principale e del trasformatore.
Posizionare la scheda principale nella sua sede in modo che i fori di fissaggio combacino con quelli presenti sul telaio. Inserire le viti e stringere in modo incrociato per distribuire la forza di serraggio.
Avvitare la piastra di supporto del trasformatore al telaio mediante quattro viti.
Verificare la solidità dell’insieme.
Ripristinare i collegamenti tra la meccanica di lettura e la scheda principale.
Effettuare tutti i collegamenti con gli alimentatori ausiliari montati a parte sul telaio.
Ricontrollare più volte tutti i collegamenti.
Accorciare il cavo di alimentazione originale a partire dal connettore siglato 1112 in modo che sia possibile terminarlo sulla vaschetta VDE già montata sul pannello posteriore.



 

Montare il pannello posteriore e fissarlo con le varie viti. Effettuare il collegamento della vaschetta VDE, i collegamenti delle prese RCA (se modificate rispetto alle originali), bloccare il connettore BNC della presa SPDIF con il suo dado.
Montare la barra di rinforzo trasversale (vedi prima parte dell'articolo) mediante quattro viti M3x10 a testa svasata, dadi e rondelle elastiche. Verificare che non entri in contatto con la parte superiore del trasformatore toroidale e con il transistor dell’alimentatore duale a 12V.
Fare una verifica di accensione preliminare controllando il funzionamento del lettore.
Rimontare la piastrina frontale sul cassetto di caricamento (rif. 104).
Montare il coperchio del lettore e bloccarlo con le sue sei viti.
A questo punto rimane da montare la piastra di fondo ed i nuovi piedini. In questo caso sono stati utilizzati i piedini autoadesivi Soundcare Soundspikes.
 
I due piedini anteriori possono essere montati più o meno nelle stesse posizioni di quelli originali, facendo attenzione a lasciare spazio sufficiente per il passaggio delle viti di fissaggio. Il piedino posteriore deve essere fissato a metà.
La piastra di fondo deve poi essere fissata al fondo del lettore mediante quattro viti inserite nei fori corrispondenti ai piedini originali. A completamento del lavoro sono state aggiunte anche due fiancatine estetiche in legno di mogano lucidato a cera come visibile nella foto di apertura dell'articolo.

 

Misure e verifiche

A completamento di tutte le modifiche sono state effettuati alcuni rilievi oscillografici ed, ovviamente, varie prove di ascolto.

La prima misura riguarda il ripple sull’alimentazione dei circuiti analogici durante il normale funzionamento. L'oscillogramma riportato di seguito è relativo al ripple misurato sulla tensione di alimentazione +12V, il valore di 0.69mV è veramente entusiasmante.



Di seguito invece il ripple sulla tensione di alimentazione -12V che differisce di poco rispetto a quello della tensione positiva.



L'oscillogramma riportato di seguito è invece relativo al ripple sull’alimentazione dei circuiti DAC e del relativo gate-array.

 



Ed infine la misura del ripple sull'alimentazione del circuito oscillatore. Il valore è un poco più alto rispetto a quelli misurati sugli altri circuiti ma, vista la natura del circuito alimentato, è più che accettabile e comunque superiore alle prestazioni di qualsiasi soluzione che si trova in questa fascia di prezzo.



Veniamo ora ai rilievi oscillografici relativi all restituzione del segnale audio. Per questo specifico scopo ho utilizzato un disco di test contenente vari segnali di prova.

La prima serie di prove ha lo scopo di verificare la risposta in frequenza in tre step, 20Hz, 1kHz e 20kHz. A dire il vero ho provato tutte le frequenze disponibili sul disco ma, per non abusare ulteriormente della pazienza di chi legge, mi sono limitato a riportare gli estremi della banda audio e la frequenza centrale.

 

Il primo oscillogramma riguarda la frequenza sinusoidale di 20Hz



Il secondo oscillogramma riguarda la frequenza sinusoidale di 1kHz



Il terzo oscillogramma riguarda la frequenza sinusoidale di 20kHz



Il quarto oscillogramma riguarda la misura del segnale sinusoidale 1kHz inciso con il massimo livello disponibile (0dB) e serve per verificare il massimo livello di segnale erogabile dal lettore.



Il livello è pari a più di 2Vrms, quindi perfettamente in linea con quanto dichiarato nelle specifiche tecniche del lettore.

Per completare le misure seguono gli oscillogrammi relativi ai segnali quadra e triangolare sempre a 1kHz.





 

I segnali risultano più che accettabili.

Per dovere di cronaca devo dire che avrei voluto mettere anche il rilevo oscillografico del segnale di orologio ma, purtroppo, la banda passante del mio oscilloscopio è piuttosto limitata e quindi l'informazione visualizzata non è proprio il massimo. Comunque posso garantire che ho provato l'oscillatore a banco con un oscilloscopio professionale (150MHz di banda passante) e la forma d'onda è veramente uno spettacolo, purtroppo non ho pensato a catturare la schermata perchè non pensavo di pubblicare un articolo. 

 

Prova di ascolto

Ovviamente dopo tanto lavoro è giunto il momento di ascoltare il risultato.
Il lettore è stato inserito nel mio impianto costituito interamente da apparati valvolari:

Preamplificatore SRPP di 6SN7

Amplificatore finale con 300B

Diffusori ScanSpeak Reference Monitor.

Le modifiche effettuate hanno notevolmente migliorato la risposta sonora del lettore portandolo dalla fascia consumer ad un livello decisamente superiore.

La risposta in frequenza è molto estesa e le alte frequenze sono restituite in modo corretto senza essere eccessivamente invadenti, così come le basse frequenze hanno il corretto punch senza effetti roboanti.

La scena sonora è ben dettagliata anche nei più piccoli particolari sonori ed il suono non presenta quella “asprezza” tipica delle sorgenti digitali, complice probabilmente anche il "filtraggio" dato dallo stadio di uscita a FET e dalla catena di amplificazione valvolare.

 

Il lettore è stato anche provato come meccanica di lettura usando la nuova uscita SPDIF e un convertitore DAC esterno (autocostruito) basato su uno storico TDA1541 Philips e stadio di uscita valvolare. In precedenza questo DAC era gestito da un lettore DVD Yamaha, devo dire che con il lettore Marantz le cose sono migliorate tantissimo, rispetto alla resa sonora dei convertitori Delta/Sigma del lettore Marantz, il convertitore Philips è un poco più dettagliato ai bassi livelli di segnale ed anche più musicale anche se nel complesso meno preciso.

 

Per chi ha avuto la pazienza di leggermi fino a questo punto, grazie e...al prossimo articolo.