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[音响] 芯片坏了?那就修芯片!超常规手段拆修安桥ONKYO TX-904功放

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发表于 2021-9-13 01:26:55 | 显示全部楼层 |阅读模式

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本帖最后由 hongo 于 2021-9-15 08:21 编辑

又练手一台功放,是安桥ONKYO TX-904,90年代中期的产品,日本本土原装。原机主说故障现象是无声,这种毛病可大可小,具体修修看吧。

现在网上搜索了一下,找到了产品的参数、使用及维修说明书。这款产品有两个不同配置的型号,TX-906是5声道环绕功放,带杜比Pro Logic模拟环绕声解码,TX-904是立体声功放,它取消了Pro Logic解码和中置声道,把环绕声道的功放电路用作一对独立的副音箱,可以用在多房间播放。主声道的最大输出功率160W x 2,在60W额定功率时的最大谐波失真不超过0.08%,还是不错的。带频率合成AM、FM立体声收音,彩色VFD真空荧光显示。

PICT1317.JPG

后部输出端子,音箱接头有4对,对应主、副各两个声道:

PICT1314.JPG


开机正常,荧光显示效果不错,亮度很高很均匀。各功能切换正常,收音自动搜索正常,但是就是所有的状态和所有的输出都没有声音:

20210911_221225.jpg
PICT1320.JPG

PICT1318.JPG

PICT1322.JPG


该机的荧光显示器中带有收音信号强度表,调台效果很直观,这个功能比较少见:

PICT1323.JPG


仔细阅读使用说明书,发现副音箱需要按SIMUL SOURCE单独选择副音箱音源以后再按REMOTE键才能打开,成功打开后发出一声继电器吸合的咔哒声,然后副音箱的两个声道开始有正常的声音输出。所以副音箱功放是正常的。

但是主音箱仍然无声。主音箱也有单独控制,机器左上角的MAIN就是主音箱控制键,按下之后VFD荧光显示器上MAIN就会高亮显示,但是无论怎么按这个键都没有继电器吸合的声音,主声道也没有任何声音发出:

20210911_221305.jpg


然后插上耳机,发现有一个耳朵响一个耳朵不响,多次插拔之后两个耳机都有声音了,耳机插座年久不用有点接触不良。大部分功放机的耳机都是从主功放线路来的,如果这个功放也是这样设计的话,到这里就说明主功放电路可能没有问题,最大可能发生的故障是在音箱保护电路和输出控制电路上,这就需要电路图了。

找到该机的原厂维修手册:

manual.jpg


拆机爆炸图:

explosion.jpg


按图索骥开始拆机,这个其实非常简单,上机盖5颗螺丝拆掉即可,里面是典型的日系功放布局,中间是散热器:

PICT1308.JPG

20210911_102406.jpg

PICT1307.JPG


散热器:

20210911_102446.jpg

待机辅助变压器和电源,CPU通过那个黑色的继电器控制主电源:

20210911_102416.jpg


主变压器,日系典型的E型变压器,外面有铜箔屏蔽,做工比较扎实:

PICT1306.JPG

20210911_102420.jpg

20210911_102439.jpg


主板:

PICT1304.JPG

PICT1305.JPG


主板上的功放管和主滤波电容,8200uF:

20210911_102501.jpg

副音箱功放输出控制板,上面有保护继电器:

PICT1309.JPG

PICT1310.JPG

20210911_102930.jpg


收音板,PLL频率合成和中放是三洋LM7001和LA1266芯片,立体声解码则是松下AN7470:

PICT1311.JPG

20210911_102537.jpg


屏蔽盒中的FM高频头,是三联调谐的:

PICT1312.JPG


这一块是音效处理板:

20210911_102552.jpg

音量调节用的是电机控制旋转的电位器而不是电子音量芯片,这种设计的好处是没有额外芯片带来的失真和噪音,但是电位器会机械磨损而且成本较高所以现在用得少了。和别的日系音响一样安桥也是用ALPS的电位器,耐久性和可靠性都不错,二三十年前的电位器用到现在一般也都没有接触不良和噪声等问题:

20210911_102612.jpg


这是主CPU所在的前面板电路板,只能看到一部分:

20210911_102634.jpg



下面开始维修,因为耳机有声音,所以主功放应该是好的,最可疑的就是音箱保护电路和输出电路。


拿出电路图,先看保护电路,该机的音箱保护是由CPU控制的,如下图所示,功放电路出现异常时会产生一个高电平的保护信号送到CPU的第10脚,CPU通过I/O端发出信号使相应的功放输出继电器断开完成保护动作:

CPU.jpg


顺着这个保护信号到功放电路板,找到具体的保护信号产生和执行电路:

amp.jpg

uPC1298.jpg



上面的主功放电路中可以看出,安桥在这里使用了比较特别的设计,没有用全分立元件的功放电路,而是驱动部分每个声道使用了一片日电NEC的uPC1298功放专用高压驱动芯片(Q501),后级Q505、Q507输出用的是日本三肯的2SC4468和2SA695分立对管。Q531用来做过流检测,当功放对管中的电流过大时R511、R519上压降在R533上的分压超过0.6V使Q531导通,Q561的基极变成低电位从而导通,Q561的集电极的电位被拉高到主电源电压,经过稳压管D561限幅在5V,然后送到CPU。中点电压保护检测则由Q533和Q534负责,当中点电位高于+0.6V时Q533导通,集电极电位变低,而当中点电压低于-0.6V时Q534导通,其集电极电位被拉低。Q533和Q534的集电极一起接到Q561的基极,所以中点电压过高或过低的偏移信号会使Q561导通,从而和上面的过流检测一样使Q561导通,产生限幅在5V的保护信号送到CPU产生保护动作。

主功放电路保护动作的实施则是通过芯片Q851和继电器RL501、RL502完成。Q851是日电NEC公司的uPD6345串并转换和驱动芯片,这是一个非常特殊的芯片,在90年代初数字电路技术还比较原始的时候,没有I2C总线可用,所以控制都是直接通过CPU来完成的,而CPU的I/O端口有限,为了控制足够多的设备,这个电路中就使用了串并扩展芯片,uPD6345就是这个功能:

uPC6345.jpg

它由一些锁存器构成,把CPU送来的8位串行数据存在8个缓冲寄存器中,每个寄存器单独对外输出就变成了并行控制信号,uPD6345这个芯片特别的地方是它里面还集成了输出驱动三极管,耐压高达60V,最大输出电流60mA,所以它除了完成串并转换外还可以直接控制高电压大功率的终端设备而不需要再外接驱动三极管和芯片,比如可以直接控制VFD荧光显示器、LED显示以及小型电机、继电器和电磁铁等等。这台功放里就是用uPD6345的5脚和8脚来直接控制耳机和主音箱的输出继电器RL501和RL502。开机后经过一段时间的延时,CPU送出一个字节的串行数据给uPD6345,其5脚或8脚的驱动三极管导通,从而接通输出继电器RL501和RL502,使耳机插孔或主音箱获得音频输出。而当前述的过流和中点电压出现异常时,保护检测电路会产生一个高电平送到CPU,CPU得到这个信号会立即送新的串行数据到uPD6345使5脚和8脚的驱动三极管立即截止,从而让继电器断开耳机和音箱,实现保护功能,同时CPU还会切断主电源继电器完成整机断电保护。


副音箱功放电路则由每声道一个三肯公司的SI-18751功放集成电路组成,最大输出功率30W,设计额定功率12W,它也由一组单独的输出继电器控制。因为SI-18751芯片内部已经集成了一些保护电路所以外围电路中它只有过流检测电路,由Q573和Q574构成,原理和前面的主电路的是类似的:

remote.jpg

SI18751.jpg


电路分析得差不多了,现在看故障。这个功放的耳机信号也是来自主功放,因为耳机声音正常,所以主功放电路应该是好的,需要重点检查保护电路和输出继电器电路。输出继电器藏在主板的角落里,标着24MBU的就是日本高见泽Takamizawa公司的继电器:

20210911_102756.jpg


要检测它周围的电路则需要从机箱底部操作。机箱底部有一个专门的盖板就是方便主板电路检测的,很人性化的设计:

20210911_101545.jpg

拆掉螺丝后盖板仍不能取下,因为它中间还有个白色的塑料桩固定在主板上:

20210911_101609.jpg


到机箱正面主板上用尖嘴钳打开塑料卡扣,底板上的检测开口盖板就能顺利取下了:


20210911_102015.jpg


取下的盖板:


20210911_102053.jpg


取下盖板后的机箱底壳:

20210911_102109.jpg

暴露出来的主板焊接面:

20210911_102135.jpg


我们要查找检测的保护电路和继电器在主板底部,下图中画圈标出了uPD6345芯片和主音箱继电器的位置:

20210911_102135a.jpg


开机,先检测下功放管的电压,完全正常:

20210911_104505.jpg
20210911_104512.jpg
20210911_104520.jpg


其他几个功放管的中点电压也完全正常:

20210911_104528.jpg

20210911_104551.jpg

20210911_104607.jpg



主功放电路经检测全部正常,所以这台功放故障问题不大,最值钱的部分没坏,有维修价值。

下面看继电器,测量继电器线圈阻值约800欧,正常:

20210911_103600.jpg


开机,测量uPD6345的继电器线圈驱动脚(8脚)的电压,发现无论主音箱按钮是否按下,其始终都是20多V的高电压,按下时21.47V:

20210911_103830.jpg

20210911_103840.jpg

不按下时为22.51V:

20210911_103936.jpg


那么问题有两个可能性:1、 CPU的信号异常,发出了保护信号导致uPD6345不能接通。2、uPD芯片损坏,导致接收到正常CPU信号但是不能正确输出。上面的测量发现主音箱打开和不打开两种状态时虽然uPD6345的8脚都一直是20多V的高电压,但是仔细看两种状态的电压其实略有不同,经过反复几次测量,确认了这两种状态的电压确实有1V左右的区别,这说明主音箱打开时继电器线圈回路有大约1mA的电流。这个电流显然不足以使继电器吸合,但是这个电流的存在说明uPD6345确实收到了CPU信号而且有反应,可能因为内部驱动三极管损坏或者长时间工作性能老化劣化而导致驱动能力衰减、电流很小。

直接在继电器下端和地之间用万用表的毫安档短路连接,有26mA的正常电流,同时继电器发出很响亮的一声咔哒,音箱也响了,这证明了功放电路和继电器都是好的,确实只是继电器的驱动电路uPD6345出了毛病:

20210911_105933.jpg

下面进一步检测uPD6345,因为怀疑其驱动能力有问题,所以看看去掉负载会怎么样,把继电器线圈和uPD6345的8脚驱动输出之间的铜箔割断:

PICT1294.JPG


在uPD6345的8脚和+24V电源之间接一个大电阻(原本打算用1M的,一时只找到了510K的,效果应该差不多,毕竟这时只有微安级的电流),降低uPD6345驱动三极管的负载:


PICT1296.JPG


开机,再测量uPD6345的8脚电压,主音箱不打开,22.25V:

20210911_153846.jpg


打开主音箱,电压变成了8.63V:

20210911_153829.jpg


把负载从继电器换成大电阻后,两种状态下8脚电压的差别大大增加,但是在主音箱打开状态电压仍有8.63V,而不是接近0V的正常值。这说明uPD6345内部数据移位锁存电路工作基本正常,但内部的输出三极管有问题而失去驱动能力。也就是uPD6345芯片已经损坏,换掉它就应该能够修复了。

但是这个古老的芯片NEC公司早已停产,现在即使能买到也很难保证NEC原厂的正品,来路不明的山寨货换上去还不一定怎么样。况且直接换芯片谁都能干这技术含量太低了吧,于是决定不买芯片更换,而在这个已经损坏的芯片上想办法,更有挑战性也更有乐趣!如果主CPU可以编程的话,那么只需要改变程序把控制主音箱继电器的端口移到另一个空闲的引脚就可以了,比如这里uPD6345的9脚10脚都是空置的具有和8脚同样的功能,但是这种音响的CPU都是厂家掩膜定制的,不可能自己再重新编程。所以只能在硬件上想辙,这个芯片的8脚虽然已经完全失去了驱动能力不能负担任何负载而且电压也异常,但是两种状态的电压有明显的区别,所以我们应该可以在芯片外面搭接一个不需要吸取电流的电压检测和驱动电路就应该能利用这两个不同的电压驱动继电器从而修好整机了。

这种功能简单的电路很容易设计,说干就干。手绘的电路图画好了:

CCF_000012.jpg

这个自制电路只有6个元件,510K电阻就是前面测试用的大电阻,在前面的测试中已经知道用它替换继电器做负载可以得到uPD6345在两种状态下22V和8V的两种不同电压,这个电压送到LM358运算放大器2脚的反相输入端。10k和5.1k的电阻组成分压电路(用比例相同的其他阻值的电阻也可以),在中点上得到15V左右的电压,正好是22V和8V的中间值,这个中间值电压送到LM358的3脚同相输入端作为参考电压。当主音箱关闭时被510k电阻上拉到+24V电源的uPD6345的8脚输出22V电压,高于15V的参考电压,运放的1脚因此输出低电平,三极管2N3904截止,继电器不接通,产生此时CPU要求的待机和关机、保护动作。而当主音箱打开时uPD6345根据前面的实验会输出8V的低电压,这个电压虽然没有任何电流驱动能力,但是运放的共模输入相当于无穷大的输入电阻,不吸取任何电流,所以运放电路不会对uPD6345的8脚状态产生影响。此时这个电压8V大大低于15V的参考电压,所以运放1脚会输出一个24V的高电平,通过8.7K电阻接到三极管的基极产生一个2-3mA的电流,足以使三极管饱和导通,从而打开继电器,完成CPU指定的动作。这样一个简单的电路就完美地解决了uPD6345内部电路损坏的问题,可以完全修复整机主功放无声的故障。这里运放用的是LM358,最大单轨供电电压32V,在24V下可以正常工作,用uA741单运放是不行的,因为耐压不够。如果用输出电流更大的运放的话就可以省去后面的三极管,但是LM358的输出能力不足,不加三极管就不能可靠驱动继电器。这个三极管本来打算用S8050,但是一查它的Vce耐压只有20V左右,用在这里24V供电下不保险,而2N3904的Vce耐压为40V,集电极最大电流为200mA,用在这里可以胜任。另外去掉8.7k的限流电阻,电路也是可以工作的,但是这样运放芯片的负载电流很大,会影响可靠性。

这么简单的电路用拇指大的一小块洞洞板就行了,几分钟马上焊好洞洞板:

PICT1297.JPG

接到主板上试试,主音箱不打开时继电器线圈下端电压22.43V,继电器不动作,正常:

20210911_215318.jpg


主音箱打开时,继电器下端电压基本为0V(预期为三极管的饱和导通电压0.3V,但是实测为50mV,可能是万用表表笔接地点的选择所致),继电器发出清脆的咔哒声,音箱开始发声,恢复正常了:

20210911_215349.jpg


经过反复按主音箱控制按钮让继电器多次开启释放考验这个自制电路,这个小附加电路的功能一直表现完美,动作准确无误,功放的问题圆满解决。

测试完成后把这个小洞洞板用胶带包裹绝缘并用胶带固定在电路板上,不用担心胶带失效洞洞板掉下来,因为它下面就是机壳盖板,即使掉下来也很安全:

PICT1301.JPG

20210911_220140.jpg



最后把整机复原,经过24小时开机测试,功能正常,这次超常规的“芯片级”维修顺利完成!


试机照片,VFD显示器实际看起来比照片里要漂亮多了,照片拍不出效果:


PICT1321.JPG



end


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