Sony ICF-C230|翻頁鐘收音機修復紀錄(二) 收音機模組

上一篇文章介紹的翻頁鐘的時鐘模組,上電檢測之後發現沒有什麼問題。但收音機的部分,上電後卻有時候沒辦法收到廣播,而且有時候訊號斷斷續續,或者會收到雜訊。
這次就讓我們來一探收音機的運作原理,並且研究它的構造,並修復這個收音機吧!{alertInfo}

目錄

    收音機原理

    收音機的主要原理,是利用天線將環境中的無線電訊號搜集下來,透過濾波器把不要的頻率濾掉,再把想要的訊號放大,並轉換成我們聽見的聲音。收音機的天線實際上會接收空氣中所有的無線電訊號,這當中可能還包含無線網路訊號等,並不會特地選擇性接收廣播訊號。因此在天線收到訊號的第一步,就是把不要的頻段濾掉。
    濾除不需要的頻段後,利用電晶體把微弱的訊號放大成比較方便操作的大小,再依據訊號調變(Modulation)原理,把訊號解調(Demodulation)成真正想要的訊號。收音機都會看一個開關切換AM與FM,這兩種就是因為不同調變原理而需要兩組電路。AM的全名是Amplitude Modulation, 也就是振幅調變,而FM是Frequency Modulation的簡稱,也就是頻率調變。。
    關於FM訊號調變的詳細原理,可以參考以下影片:


    簡而言之,就是把訊號的載波(Carrier)跟訊號(Signal)分離開來,保留想要的訊號。下一步再把訊號放大,輸出到喇叭或耳機孔,讓我們可以聽見美妙的音樂。

    故障檢修

    因為收不太到訊號,首先懷疑的是電解電容。電解電容會因為老化導致電解液流失最後乾掉。
    但實際把每顆電容拆起來量測後,發現容值都沒問題,問題似乎不在這裡。於是把矛頭指向可調電容器的容值不對,導致收音機頻率不對而收不到訊號。收音機模組側面這顆大旋鈕調整的就是可變電容。

    這顆可變電容又稱為微調器(Trimmer),他是一種以空氣作為介質的可變電容器,用來調整收音機振盪器的頻率與濾波範圍,其容量大多介在1pF到100pF之間,而誤差從0%~100%都有可能。
    由於微調電容的用意是在調整固定電容的容值,很大的誤差對設計者來說是可以被後期手動補償的。
    微調器有四個端點,依照SONY相似機種ICF-C135的維修手冊,這四個旋鈕分別微調FM接收範圍,FM追蹤範圍,AM接收範圍與AM追蹤範圍。
    雖然我們的型號ICF-C230在網路上找不到關於他的維修資訊,但是依據以往經驗以及當時的技術水準,通常線路都會是共用的,而且概念也逐會相差太多。
    這部影片詳細的說明如何使用小電容或者絞線來判斷哪個旋鈕是FM接收範圍的旋鈕,我也比照他的方法,先把收音機電台調整到正確範圍。

    為了測試調到的頻率是否正確,我買了一台小型FM發射器,他可以把手機的音樂訊號轉換成FM訊號輸出,在當年藍芽音響尚未普及之前非常流行。
    重新校正頻率後,發現這台收音機是可以正確收到87.6MHz到93.5MHz的訊號。但台灣的廣播電台頻段是88.0~104.5MHz,即使盡力調整微調器也沒辦法把可接收頻率拓展到這麼高頻的範圍。
    因此,若真的需要改成台灣的廣播頻段,我們需要從震盪電路與接收電路下手,把並聯在這顆可變電容器上的固定容值降低。但可以確定的是,收音機模組本身並沒有故障,而是微調器被調整到導致頻率不對,收不到訊號。

    逆向工程

    雖然經過思考,把整塊電路板逆向工程對於修復收音機的效益不大,但還是提供逆向工程的思路給各位讀者參考。
    首先對於早期印刷電路板與電腦輔助設計(EDA)尚未成熟前的電產品,大多數都是使用手繪線路作為顯影參考。常常看到歪七扭八的線路也是因為這個原因。以這台收音機模組來看,看似單面板但其實是雙面板製成。這是電路板的正面照片:

    正上方白色的正方形就是調節器,中間用金屬遮罩遮住的是FM振盪器的諧振電路。而右邊巨大的天線是針對AM頻段設置的電感型天線。側邊的黑色旋鈕是音量調節扭,右上角的開關則是AM/FM的選擇開關。 下面還有許多五顏六色可調整的零件,這些都是可變電感,中間下方有個黑色扁扁的東西則是放大訊號的積體電路。

    這是經過鏡像處理後,電路板背面的照片。背面除了底層了綠色絕緣漆之外,上面還疊加一層藍色絕緣漆,絕緣漆底下還有一些看起來是留給未來SMD元件焊接所使用的線路,但實際用電表量測這些線路都沒有導通,不知道是製作的目的為何。Sony使用這種技術來完成雙層電路板的設計。我們可以把這兩張圖片疊起來,再依照背面的線路來把每個零件連接再一起,在逆向繪製出線路圖。

    但我畫到一半就不想畫了...因為實在有點多,而且元件數值還要拔下來量才比較準確,我畫到一半就放棄了。而且這時候其實心裡已經有底是要換哪邊的電容,就不詳細把整個電路做逆向工程。但還是有畫一半的線路可以給大家參考:

    小節

    本來以為故障的收音機在調整微調器後,就可以接收到穩定的訊號。再調整另一個螺絲把頻段校正後,也可以收到台灣當地電台的音樂,但礙於這款收音機是日本國內的版本,頻段被固定在76-90MHz之間,若要更大範圍的調整接收頻段,必須了解並連在微調器上的電容換成小一點的才能把頻率拉高。
    對這塊收音機電路進行逆向工程對於這次的修復來說效益不大,因此提供逆向工程的技巧給讀者參考,但沒有完全執行。首先可以拍攝電路板正面與背面的照片,進行疊圖後手繪出零件位置與電路,再用紙跟筆畫出電路圖。
    時鐘修好了,收音機也修好了,最後一步就是來修燒掉的照明燈!但我不會只拿新的燈泡來替換,而是要使用更省電的LED燈!

    參考資料

  1. Soundesign Model no.3524C - FlipClockFans.com
  2. How AM and FM Works, Dana Lee - Youtube
  3. An all-transistor AM-FM receiver for mains supply - frank.pocnet.net
  4. Understanding Tuning Capacitors: Antique Radio, John Richter - Youtube
  5. A guide to hacking Japanese car radios - jeremy.geek.nz
  6. How do i increase the frequency range of a radio (receiver) - AllAboutCircuits.com
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