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ID #1009

Reparaturanleitung zur Instandsetzung des Audio Schaltkreises in einem Amiga 4000 Mainboard (Übersetzung von botfixer)

Dieses Dokument beschreibt wie ich Fehler im Audioschaltkreis diagnostiziere und beseitige, die typischerweise durch ausgelaufene SMD Elektrolytkondensatoren (Elkos) entstanden sind.

Anmerkung des Übersetzers:

Diese Anleitung ist eine Übersetzung des englischsprachigen Orginaldokuments von Anthony Hoffman. Danke Anthony für die Erlaubnis zur freien Übersetzung. Es handelt sich um ein sehr ausführliches Dokument das eigentlich keine Fragen offen läßt. Ich werde es evtl. um spezifische Varianten für andere Amiga Modelle ergänzen. Der Audiokreis des A4000 ist eigentlich der umfangreichste aller OP-Amp Schaltungen die in Amiga Systemen verwendet werden. Trotzdem sind sie nahezu indentisch und aus diesem Grunde kann man, wie Anthony nun auch weiter beschreibt, viele Parallelen ziehen wenn es um andere Amiga Computer geht. Also, los geht´s!

Botfixer 10/2007


Anmerkung: Diese Information ist spezifisch für das Model A4000D, aber die theoretischen Grundlagen und Reparaturhinweise können auch für andere Modelle nutzbar sein.

Die genauen Bauteilbezeichnungen sowie Pinbelegungen zwischen den unterschiedlichen Modellen kann abweichen! Man sollte Bemerken, dass die Modelle A600, A1200, A4000T und CD32 die gleichen Kondensatoren benutzen wie der 4000er und damit auch das gleiche Problem dort erzeugen können.

Die Durchführung der hier beschriebenen Reparaturen erfordert angemessene Elektronik Kentnisse und die handwerkliche Fähigkeit des SMD Lötens. Wenn keine Erfahrung im Umgang mit diesen Themen vorhanden ist, sollte Hilfe von fachlich versierten Personen einbezogen werden.

 

 

Verzichtserklärung und Warnung


Obwohl der Inhalt dieser Seite und deren Übersetzung nach besten Wissen und Gewissen geprüft worden ist, besteht die Möglichkeit, dass immer noch unbeabsichtigte Fehler enthalten sind.
Bitte melden Sie Fehler direkt an folgende Adresse: (
botfixer@a1k.org), damit sie entsprechend korrigiert werden können.

Wie bei jeder Reparatur von empfindlichen elektronischen Komponenten, riskieren Sie Schaden an dem zu reparierenden System oder sich selbst. Weder der Author noch der Übersetzer übernehmen Verantwortung für Schäden an den elektronischen Baugruppen oder gar persönlichen materiellen und/oder körperlichen Schäden. Die beschriebenen Eingriffe erfordern entsprechende Sachkentnisse und geschehen auf eigene Gefahr.

Wir gehen davon aus, das Sie einen gesunden Menschenverstand besitzen und vorzugsweise Erfahrung mit Elektronik erlangt haben, bevor Sie sich für diesen Eingriff entschieden haben.


Sie sollten immer alle antistatischen Vorsichtmassnahmen ergreifen bevor Sie in Geräten mit Halbleitern eingreifen.


 

Theorie der Audio Schaltkreis Funktion

Man könnte auf den ersten Blick denken, dass das alles sehr kompliziert ist. Deswegen ist es sinnvoll, zuerst zu ergründen wie dieser Bereich funktioniert. Wenn man Erfahrung mit analoger Schaltungstechnik und Operatiosnverstärker (OP-Amps) hat, fühlt man sich schnell zuhause. Unten ist ein vereinfachter Schaltplan des Audiokreises zu sehen.

Klicken Sie hier für eine vergrößerte Version des Schaltplans:

http://amiga.serveftp.net/images/AudioSchematic-blank.jpg

http://amiga.serveftp.net/images/AudioSchematic-large.jpg

Klicken Sie auf den obigen Link für weitere Details.
Das Bild zeigt ausführlich die Audioschaltung mit Ihren typischen Gleichspannungswerten im Ruhezustand ( in rot). Die typischen Wechselstromwerte bei Audiomessungen werden in gelber Farbe markiert. Bauteile und Pin Nummern werden in blau und weitere Anmerkungen in grün dargestellt.

Paula, (das große Rechteck links im Schaltplan) mit U400 bezeichnet, ist der Amiga custom Chip für die Tonerzeugung. Paula enthät vier 8 Bit digital/analog Konverter, die das analoge Tonsignal erzeugen. Jeweils zwei dieser Konverter werden zu einem Soundkanal intern im Chip zusammengeführt. Pin 34 ist der linke und Pin 33 der rechte Ausgang.

Paula ist neben der Klangerzeugung auch für die seriellen read/write Signale des Diskettenlaufwerkes und die Verabeitung von Maus- und Joysticksignalen zuständig.

Das sehr niedrige Audio Signal von Paula wir dem IC U402 an Pin 13 (links) und Pin 9 (rechts) zugeführt. U402 ist ein vierfach OP-AMP der das Audiosignal mit ca. 3 (niedrigster Wert) auf etwa 8 Volt (höchster Wert) Spitze / Spitze AC an seinem Ausgang Pin 14 (links) und Pin 8 (rechts) herausbringt. Natürlich hängt der Ausgangswert des OP-AMP davon ab, was der Amiga gerade abspielt.

Von den Ausgängen des U402 wird das Audiosignal durch einen aktiven low-pass Filter geleitet. Dieser besteht aus 10k Widerstände und 6.8nF Kondensatoren. Danach passiert das Signal den weiteren OP-AMP vom U402.

Der low-pass Filter ist per Software kontrollierbar und wird verwendet, um die hohe Frequenz-Verzerrung zu beseitigen die bei der DA Wandlung entsteht. Der Filter wird Ein-/Ausgeschaltet indem man Pin 3 von CIA U350 auf 0 / 5 Volt setzt. Pin 3 schaltet auch die Amiga Power LED (LED dunkel = Filter aus, LED hell = Filter an). Pin 3 vom CIA wird über den Pegelwandler, der auch für die serielle Schnittstelle genutzt wird (U304 1488), auf -12 / + 12 Volt gewandelt, um das _CUTOFF-Signal zu erzeugen. Dieses Signal steuert dann den Eingang des PNP Transistors Q400. Minus 12 Volt auf desen Basis über den Widerstand R408 veranlasst Q400 zum durchschalten. Hierdurch werden die Eingnge der N-Kanals FETs Q430 und Q440 auf +12 Volt geschaltet. Die FETs überbrücken dann die 10K Widerstände im low-pass Filter und deaktivieren ihn hierdurch. Wenn Q400 nicht angesteuert wird (low-pass Filter aktiv), werden die Gates der zwei FETs mit -12v über den Widerstand R406 beeinflusst und damit hochohmig.

Die zweiten Stufen von U402, die den low-Pass-Filter bilden, erzeugen keine weitere Verstärkung. Somit sollte das Spitze / Spitze AC Audiosignal hier noch bei ungefähr 3 bis 8 Volt liegen. Der Endbereich wird durch U403, einen LM833 Doppel OP-AMP gebildet. Kurz vor dem Ausgangsbereich gibt es einen mit 10K Widerstände eingekoppelten zusätzlichen Audioeingang (CN404), mit dem man CD-ROM Audiosignale dem Motherboard zuführen kann. Um den durch den Eingang herbeigeführten Verlust zu kompensieren, wird U403 genutzt, um den Pegel wieder anzuheben. Das geschieht durch die Beschaltung der 4.7k Rückkopplungs Widerstände R403C und R403G. Der entgültige Signalausgang U403 am Pin 1 (links) und Pin 7 (rechts) wird über zwei 22 µF Elkos dann als Wechselstrom (AC) an die beiden Chinch Buchsen CN402 und CN403 geführt.

Die Chinch Buchsen enthalten einen Schalter der die beiden Ton-Ausgänge zusammenschaltet. Somit werden beide Känale des Amiga wiedergebeben, wenn man ein Mono-Kabel benutzt.

Die beide Audiokanäle sind exakt gleich. Das kann die Fehlersuche erleichtern, weil man bei Messungen den linken und rechten Kanal miteinander vergleichen kann. Auch es ist sehr wichtig zu bemerken, dass der komplette Audiokreis bis zu den Chinch Buchsen Gleichstrom gekoppelt ist. Das bedeutet, dass ein Spannungspegelproblem am Begin des Audiokreises alle Gleichspannungswerte für alle folgenden Schaltungsteile beeinflußt.

 

 





 

Auslaufende SMD Elkos

Es gibt ein gemeinsames Problem bei allen Classic Amiga Mainboard die SMD (surface mount device) Komponenten verbaut haben.
Dieses betrifft den A600, A1200, CD32, A4000D and A4000T.
Das Problem ist, dass die SMD Elkos anfangen auszulaufen. Das austretende Elektrolyt führt nicht nur dazu, dass der Elko nicht mehr richtig funktioniert, sondern es greift auch Lötaugen, Bauteile und Kuperleiterbahnen auf der Platine an und zersetzt diese.

Das Bild unter ist ein gutes Beispiel dafür worauf man achten muss. Wenn man sich das rechte Beinchen des 4,7 µF Elkos ansieht (mitte vom Bild), kann man sehen, dass dieses etwas schmutzig und verfärbt aussieht. Normalerweise muss eine solche Lötstelle glatt und glänzend sein.

 

Auch kann man hier erkennen wie die Korossion sich zur rechten Seite des braunen Kondensators (oben im Bild) und zu den Pinen vom OP-AMP U402 verteilt hat.


Die Hauptschuldigen sind meisten die 22µF Kondensatoren. Aber die anderen Werte haben die gleichen Effekte gezeigt.
Da diese 22µF Kapazitäten hauptsachlich im Audiokreis zum Einsatz kommen, tritt dort auch üblicherweise als erstes ein Fehler auf.


Allgemeine Fehlersymptome:

"Krachender" Ton auf einen oder beiden Kanälen

Enorme Verzerrungen, abgehackter oder “ungesättigter“ Ton auf einen oder beide Kanäle

Kompletter Ausfall auf einen oder beiden Kanälen


Das aufspüren und reparieren dieser Fehler, ist in den folgenden Kapiteln enthalten.




 

Krachender, verzerrter oder komplett ausgefallener Ton

Meistens liegt das Problem direkte an ausgelaufenen Elkos die die Platine (Leiternbahn oder Durchkontaktierung) beschädigt haben. Oft aber auch kann ein OP-AMP selbst das Problem sein.

Es gibt zwei Methoden zur Behebung:

  1. Austausch aller merkwürdig erscheinenden Komponenten und Prüfung der Platine, mit einem Multimeter. Reparatur von Leiterbahnen wenn nötig.

 

  1. Nutzen eines Oszilloskop um genau herauszufinden wo das Problem liegt und dann gezielt reparieren.


Ich persönlich nutze die zweite Methode, weil ich über ein Oszolloskop verfüge und auch weiß wie man es bedient. Das ist auch die Methode die ich hier beschreibe.


Zuerst sollte geprüft werden, ob der Fehler tatsächlich vorhanden ist. Anschliessen wird das Hauptproblem lokalisiert.

Zunächst empfiehlt sich ein Download des audio test utilitys

http://amiga.serveftp.net/MiscFiles/AudioTest.lha

und Start auf dem betreffenden Computer.
Das Program ist einfach zu bedienen. Es erzeugt eine 1kHz Sinus Welle auf beiden Kanälen von Paula mit selber Lautstärke.



Verbinden der Chinch Buchsen des Audio Ausganges an einen Verstärker, Monitor oder irgendwas womit man den Amigasound wiedergeben kann. Man muss sicher sein, dass beide Stecker richtig verbunden sind. Es gibt eine Schaltung die bewirkt, dass sich beide Tonausgänge zusammenlegen wenn nur ein Stecker gesteckt ist (Schalter in der Chinchbuchse).

Bei einem fehlerfreien Audiokreis sollte man einen klaren unverzerrten Ton auf beiden Seiten hören.
Bei einer Messung an den Chinchanschlüssen CN402 and CN403 mit einen Oszilloskop sollte das so aussehen:



Der 4kHz low-pass Filter erzeugt eine saubere Wellenform weil er die Verzerrung durch die DA Wandlung eleminiert. Das obige Bild zeigt die Wellenform bei eingeschalteten Filter und diese muß sowohl beim linken und rechten Kanal gleich sein.

Wen der Audiokreis fehlerhaft ist, wird diese Wellenform kleiner und/oder verzerrt auf einen oder beiden Audiokanälen sein.

Es ist von Vorteil sich den Schaltplan auszudrucken. Wenn möglich in Farbe. Dort sind alle typischen Spannungen die im Schaltkreis zu erwarten sind eingezeichnet.

 

http://amiga.serveftp.net/images/AudioSchematic-large.jpg


Wegen Bauteiletoleranzen können geringe Abweichungen enstehen. Innerhalb einer Maschine sollten man zwischen den linken und rechten Kanälen aber gut vergleichen können. Diese sollten ziemlich identisch sein.
Fehlersuche mit dem Oszilloskop

Zuerst sollte man die Spannungsversorgungen der Chips U402 and U403 prüfen. In der unten aufgeführten Tabelle sieht man die DC Spannungen die an den jeweiligen Pins anliegen sollten, wenn kein Ton wiedergegeben wird (also Leerlauf).

Rahmen1


Spezielle Beachtung sollten die Pins 4 und 11 (Spannungsversorgung des Chips) sowie Pin 10 und 12 (Audio Referenzspannung, VREF +2.5V) bekommen.
Wenn die Spannungen an Pin 4 und 11 fehlen, sollte das zuerst untersucht werden. Die Spannungen +12 und -12 Volt kommen direkt aus dem Netzteil. Wenn diese Spannungen fehlen oder zu klein sind, bitte Netzteil prüfen.


Wenn VREF am Pin 10 und 12 weniger als 2 Volt oder gößer 3 Volt beträgt, dann gibt es hier ein Problem mit der Referenzspannung (evtl. R401/R402), oder andere passive Bauteile in diesem Kreis, die was mit VREF zu tun haben.

Als nächstes muss der Ausgang der ersten OP-AMPs geprüft werden (Pin 14 und 8). Wenn dort ein Fehler vorhanden ist, wird sich das durch die ganze OP-AMP Schaltung ziehen.
Es kann dann ein Problem geben, wenn z.B. die Rückkopelschaltung (Widerstände) fehlerhaft ist. Man kann dann testweise einen Widerstand von 750 Ohm zwischen den Pinen 13 und 14 sowie 8 und 9 schalten um zu sehen ob der Ausgangwert sich dann ändert. Hilft das nicht, kann auch der OP-AMP selber defekt sein. Wenn man Widerstände durchmessen möchte, muss das bei ausgeschaltetem Amiga stattfinden.

Nun müssen die Spannung am zweiten OP-AMP Chip U403 geprüft werden (Pin 1 und 7). Wenn diese nicht korrekt sind, werden auch alle anderen Spannungen am U403 beinflußt.

Möglicherweise gibt es ein Problem im Bereich des low-Pass Filter zwischen der ersten und zweiten Verstärkerstufe. Das kann man ohmisch prüft. Bei ausgeschaltetem System müssen etwa 20K Ohm zwischen Pin 3 und 14 sowie 5 und 8 vorhanden sein.

In vielen Fällen ist es notwendig, dass man U402 und U403 entfernt, weil es häufig vorkommt, dass Leiterbahnen unter den Chips durch Korrosion beschädigt worden sind. Wenn die Chips an den Pinen korrodiert sind, ist es sinnvoll die Chips zu ersetzen, egal ob Sie defekt sind oder nicht.
Wenn man die originalen Bauteile nicht mehr bekommen kann, ist es auch möglich allgemeine OP-AMP Chips wie z.B. LM324 und LM358 zu nutzen. Diese funktionieren auch gut. Man sollte nur darauf achten, dass man die richtige Bauform erwischt (SMD). Die DIL Bauteile heissen genauso und sind im freien Handel manchmal schwer unterscheidbar von der SMD Bauform, da die Artikel manchmal die gleiche Bezeichnung haben.

Hier gibt ein paar Tips wie man am besten SMD Bauteile ablöten kann.

http://amiga.serveftp.net/SMD_soldering.html


Es wird wahrscheinlich so sein, dass man einige Durchkontaktierungen reparieren muss. Das kann man gut mit einzelnen Litzen eines Kupferdrahtes machen wie es hier gezeigt wird:

http://amiga.serveftp.net/images/ViaRepair.jpg


Als letztes sollte man ALLE 22µF, 47µF und 4,7µF im Audiokreis erneuern. Es spricht auch nichts dagegen (!…und ist auch sehr wünschenwert”, Anmerkung des Übersetzers) alle SMD Elkos auf dem Board zu ersetzen. Es mag bei einigen nicht notwendig sein und es ist mehr arbeit, aber die Elkos werden nicht jüger.


Hier einge Tips zum Löten und Entlöten von SMD Bauteilen

http://amiga.serveftp.net/SMD_soldering.html


Wenn nun alle IC, Kondensatoren und Leiterbahnen ausgetauscht und repariert sind, sollte man bei einer Messung an Pin 1 und 7 von U402 folgendes Signal sehen können:



Das Bild stellt die Wellenform mit abgeschaltetem Filter dar, mit einem Testton von 1kHz vom Audiotestprogramm.

Das Bild unten stellt die gleiche Messung mit aktiviertem Filter dar. Hier kann man den Effekt sehen, den der Filter bewirkt.


Auch der U403 sollte spannunsgseitig geprüft werden. Die Messungen müssen ohne Audiosignal gemacht werden.
Die Tabelle zeigt die typischen Spannungen:

Rahmen2


Zuerst die Spannungsversorgung an Pin 4 und 8 prüfen. Wie schon zuvor erwähnt kommen auch hier die +12 und -12Volt direkt aus dem Netzteil. Wenn hier was nicht in Ordnung ist, muss das Netzteil geprüft werden.
Die Wechseltromausgabe des Chips schwingt positiv und negativ um eine Mitte die sich bei ca. -1Volt befindet. Idealerweise sollten die 22µF Kondensatoren (C443, C433) bipolare Typen sein. Viele behaupten, dieses sei der primäre Grund warum die Kondensatoren versagen. Davon bin ich nicht überzeugt weil es auch andere Kodensatoren mit 22µF auf dem Board gibt die korrekt beschaltet sind. Diese laufen aber auch aus.

Wenn auch im Schaltkreis um U403 alles geprüft ist, dan wieder Amiga mit Audio Testprogram starten. Die Wellenform am Ausgang von U403 (Pin 1 und 7) sollte bei aktiviertem Filter so aussehen:

>






Immer noch kein Erfolg?

Wenn man nun hier durch ist mit dieser Anleitung und es immer noch nicht richtig läuft, hier noch ein paar Tips zur weiteren Prüfung:

Alle Messungen (DC) werden jetzt bei eingeschaltetem System gemacht, aber ohne Audiosignal. Zur Messung nun ein Oszilloskop nutzen. Ein Oszilloskop stellt Spannungsimpulse und Spitzen dar, die ein Multimeter nicht darstellen kann.

Wenn die Chips U402 und U403 noch nicht erneuert worden sind sollte man das jetzt tun, egal ob sie optisch gut aussehen oder nicht. Entweder neue oder definitv intakte gebrauchte Chips nutzen.

Bei ausgeschaltetem Computer mit Hilfe eines Multimeters (im Ohm Messbereich) alle Punkte gemäß Schaltplan prüfen. Anhand des Schaltplans ist ersichtlich welcher Wert zu erwarten ist.

Wenn SMD Bauteile ersetzt worden sind, muss sichergestellt sein, dass es die richtigen Bauteile sind und die Polartät richtig ist (an den Bauteilen wo Polarität wichtig ist; z.B. Elkos und ICs).

Austausch der Keramik Kondensatoren im Audiokreis. Die einzigen die wichtig sind, sind folgende:

C430, C440 (47nF)

C431, C441 (6.8nF)

C432, C442 (3.9nF)

C403 (220nF), Entkopplung für VREF Versorgung

Bitte den Durchgang von allen VIAs im betreffenden Schaltungsbereich kontrollieren (inklusive die unter den Bauteilen).

Austausch von Paula (U400) wäre die absolut letzte Option. Aber ein Paula Defekt bei Audio Problemen ist sehr selten.

Und nicht vergessen die Tips für SMD Lötung zu lesen:

http://amiga.serveftp.net/SMD_soldering.html

und

http://amiga.serveftp.net/images/ViaRepair.jpg


Amiga Reparatur:

 

Wenn garnichts mehr geht und alles doof ist, schickt mir eine E-Mail: botfixer@a1k.org.

Evtl. kann ich dann helfen.

 

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Letzte Änderung des Artikels: 2015-12-02 18:37
Revision: 1.2

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