Неизвестный Синклер |
ZX80 • ZX81 • ZX Spectrum • ZX Spectrum + • ZX Spectrum 128 • ZX Spectrum +2 • ZX Spectrum +2A/B • ZX Spectrum +3 • Периферия • Упаковка ZX-ов • Блоки питания |
Трансформатор плюс выпрямитель С середины | Блоки питания серии PZ , имели схожий внешний вид и габариты:
|
Рабочие характеристики, близкие к предельным, часто приводили к сильному нагреву трансформатора в PZ.3-PZ.8. А поскольку защиты по току и от коротких замыканий не предусматривалось, блоки иногда выходили из строя. Для решения этой проблемы в 1975 году был выпущен модуль PZ.8 Mk3, представлявший собой ограничитель тока: Наиболее надежный блок питания из когда-либо доступных для самостоятельной сборки. Уникальная схема делает невозможным выход из строя из-за перегрузки и даже короткого замыкания. Это стало возможно благодаря оригинальному решению на принципе ограничения обратного тока. Насколько нам известно, ничего подобного нет ни у одного из аналогичных блоков, исключая дорогое лабораторное оборудование. Пульсации и остаточный шум уменьшены почти до нулевого уровня. Разумеется, этот блок отлично подойдет для сборки Project 60, особенно с использованием нового усилителя Z.50 MK.2. Номинальное рабочее напряжение 45 вольт. Несмотря на громкие заявления выпуск PZ.3-PZ.8 коммерческого успеха Клайву Синклеру не принес. Заметного вклада в схемотехнику источников питания так же сделано не было. Как выяснилось позднее, оригинальных решений в PZ.3-PZ.8 не применялось, а источники лишь хорошо дополняли наборы, продававшиеся по почте. Потребность в более совершенных стабилизированных блоках питания возникла незадолго до начала выпуска персональных компьютеров серии ZX. Производимые Синклером в |
Новые возможности и новое питание Ситуация изменилась в 1978 году с выходом микрокомпьютера MK14, поставлявшегося в виде набора деталей для самостоятельной сборки. Из этого конструктора можно было собрать программируемый калькулятор с небольшим дисплеем, отображающим 8 цифр и оснащенным примитивной мембранной клавиатурой. От выпускавшихся ранее моделей MK14 отличался не только функциональностью, но и размерами. Это было первое настольное вычислительное устройство, произведенное компанией Синклера. Дополнительные возможности MK14 потребовали использования элементов схемы со значительным энергопотреблением. А это означало, что питание возможно только от сети. При разработке MK14 была принята схема, в которой использовались внешний блок питания и встроенный на плату микрокомпьютера стабилизатор. Такая концепция позволяла уменьшить габариты и массу изделия благодаря выносу тяжелого трансформатора во внешний блок. Клайв Синклер настаивал, чтобы разработчики MK14 ориентировались на элементную базу производимых его компанией калькуляторов (за исключением микропроцессора и ОЗУ). В результате такого решения от производства источников питания пришлось отказаться, и покупатели были вынуждены приобретать их у сторонних производителей. Бланк заказа набора деталей для MK14 даже не содержал графы «источник питания»: (Everyday Electronics, апрель 1979): Потребность в источниках стала очевидной, когда стало ясно, что количество желающих приобрести конструкторы MK14 превзошло все ожидания. Поэтому при разработке ZX80 приняли решение подготовить выпуск собственного сетевого блока питания. Как показала дальнейшая история, Клайв Синклер тяготел к выпуску мобильных устройств с автономным питанием от батарей. Видимо поэтому ничего принципиально нового в источниках для ZX80 придумано не было. Использовалась классическая схема: выносной трансформатор плюс выпрямитель, а стабилизатор встраивался на плату компьютера. Ее недостатки — значительная масса и габариты (за счет сетевого трансформатора) — компенсировались простотой и дешевизной. | Собранный MK14: |
Среди существующих типов розеток электропитания, английские обладали наибольшими размерами. Крепление блока питания к ним было весьма надежным, и его сделали настенным. Немаловажной стала и экономия на сетевом проводе и отдельной вилке, необходимость в которых для такой концепции отпала. При разработке и выпуске ZX80 экономить старались на всем: Клайву Синклеру надо было уложиться в стоимость ниже 100 фунтов стерлингов. Это давало немаловажное маркетинговое преимущество перед конкурентами и существенно расширяло рынок сбыта. Вот почему место под блок питания в коробке ZX80 было предусмотрено, но в базовый комплект компьютера он не вошел. Покупатели оплачивали и заказывали его как отдельную позицию. Такой подход позволял утверждать, что компьютер стоит дешевле 100 фунтов стерлингов (бланк заказа ZX80 в журнале elector за июнь 1980): В отличие от MK14, ZX80 можно было приобрести не только в виде набора для самостоятельной сборки (Kit), но и в виде готового к работе компьютера. Но даже если вы приобретали набор с блоком питания, последний всегда поставлялся в собранном виде. Дело в том, что изготовление в кустарных условиях качественных трансформаторов, которые были основой источников питания ZX80, практически невозможно. Поэтому было принято решение заказать блоки в готовом виде. В качестве производителя выбрали компанию AB Electronics, с которой у Клайва Синклера был давний опыт сотрудничества. Ни внешне, ни по своим характеристикам блок питания ZX80 не отличался от аналогичных изделий производимых другими фирмами. Он выдавал на выходе 9 вольт нестабилизированного постоянного напряжения при токе до 0,6 ампера. Во время работы блок немного нагревался и был почти бесшумным. Контакт заземления хотя и предусматривался, но не использовался и был пластмассовым. | Стабилизатор (с радиатором) располагался на плате ZX80 далеко от разъема питания +9 вольт:
|
Черный цвет корпуса у источника питания отличался от бежевого цвета ZX80, и только небольшая партия блоков позднего выпуска была в белых корпусах. На крышке помимо характеристик была надпись: FOR INDOOR USE ONLY DISCONNECT FROM MAINS WHEN NOT IN USE Только для использования внутри помещений Отсоединяйте от розетки, когда не используете
| Блок питания ZX80 выполненный в корпусе белого цвета:
|
При работе ZX80 потреблял Падение напряжения на нем составляло около 4 вольт, что при токе 0,5 А приводило к выделению 2 Вт тепла. Площадь поверхности радиатора, который крепился к стабилизатору, составляла около 20 кв. см и он находился закрытом корпусе из пластика. Это вызывало сильный нагрев, особенно если использовались блоки питания с повышенным напряжением (по паспорту допускалось напряжение до 12 вольт). Но главная проблема заключалась в другом. На плате ZX80 было установлено всего 1 килобайт ОЗУ, что даже по меркам 1980 года было очень скромным объемом. Поэтому еще до начала выпуска ZX80 Клайв Синклер объявил о поставке модулей расширения памяти. Однако питание этих модулей напряжением +5 вольт осуществлялось через краевой разъем ZX80 и дополнительно нагружало встроенный стабилизатор компьютера. Также перегревался и трансформатор во внешнем блоке питания. Частичным решением проблемы было использование более мощного внешнего источника. Начиная с середины 1981 года, при заказе ZX80 официально рекомендовали приобретать новый блок питания (выпущенный для ZX81), рассчитанный на 700 мА. Тем же, кто уже приобрел наборы или готовые компьютеры, оставалось только заказывать новый более мощный блок питания. Продажи ZX80 в Европе начались позднее чем в Великобритании, поэтому европейские компьютеры изначально комплектовались блоками питания, рассчитанными на 700 мА. Это также относилось к наборам, в состав которых входил дополнительный модуль расширения ОЗУ. Набор, оформленный в виде кейса, включал ZX80 и модуль расширения ОЗУ 16 Кб. Изначально поставлялся в комплекте с более мощным блоком питания (аналогичным источнику ZX81): | Отверстие в корпусе ZX80 проделанное для дополнительного охлаждения радиатора встроенного стабилизатора: |
Блок питания для ZX80 поставлявшегося в Германию:
|
Другим недостатком и следствием экономии стал разъем (jack 3,5 мм), к которому подключался блок питания. Он не отличался от расположенных рядом разъемов для подключения магнитофона. Кнопки «Сброс» у ZX80 не было, и компьютер приходилось перезагружать, отключая на время источник. Из-за отсутствия сетевого выключателя делали это, вынимая и вставляя разъем. Промахнуться и попасть в розетку для магнитофона во время такой операции было очень легко. Компьютер при этом не выходил из строя но, разумеется, и не включался. В дополнение ко всему обозначения разъемов были нанесены на днище ZX80. И если возникали сомнения с подключением, компьютер нужно было переворачивать, что бы увидеть надписи. Несмотря на более мощный внешний блок, проблемы с перегревом стабилизатора на плате компьютера не снимались. Решением могла бы стать установка дополнительного стабилизатора в модуле расширения ОЗУ. Технически это было вполне реализуемо, поскольку на краевой разъем ZX80 выводилось напряжение 9 вольт, поступающее напрямую от внешнего блока питания. Однако при этом требовалась установка дополнительной микросхемы и радиатора в модуле расширения памяти. Вероятно, отказ от такого решения был вызван желанием Синклера максимально удешевить производство. В результате, проблемы перегрева ZX80 с расширенной памятью так и остались нерешенными и порой приводили к выходу компьютеров из строя или сбоям. Несмотря на «детские болезни» схема питания, выбранная для ZX80, оказалась достаточно рациональной и получила развитие в последующих компьютерах Sinclair Research.
Новые технологии и старые проблемы. Выход ZX81 означал для Синклера новый этап в развитии аппаратного обеспечения компьютеров. Главным новшеством стало использование микросхемы ULA производимой на основе БМК (Базовых Матричных Кристаллов). Эта технология позволяла создавать заказные микросхемы высокой степени интеграции значительно дешевле, чем когда-либо ранее. Кроме того, использование одной ULA вместо десятков более простых микросхем уменьшало площадь платы. Все это позволило сделать ZX81 очень малогабаритным и дешевым. Последнее обстоятельство стало наиболее важным для Синклера. Предыдущая модель (ZX80) стоила меньше £100 только в рекламных буклетах. На практике к ней требовалось докупить блок питания и память. Цена ZX81 опустилась значительно ниже магического рубежа и составила всего £69,95 за готовый компьютер и £49,95 за набор деталей. Блок питания, как и прежде нужно было заказывать и оплачивать отдельно. Но на фоне низкой цены ZX81 дополнительные £8,95 не были слишком «драматичной» тратой. Если с ценой для ZX81 Клайв Синклер явно не промахнулся, то проблемы с источниками питания выглядят сплошной цепочкой недоразумений. Все началось с того, что изначально было решено использовать блок питания аналогичный блоку ZX80. Взгляните на рекламу ZX81 (Everyday Electronics за апрель 1981 года): | Разъемы на задней стороне ZX80: Подписи к разъемам на днище ZX80: Для удобства пользователи самостоятельно наносили обозначения на корпус: |
В этом объявлении подробно рассказано о преимуществах нового компьютера, опубликованы даже фотография его платы, описание, снимки модуля расширения ОЗУ и несуществующего еще в то время ZX Printer. Но нет ни слова о новом блоке питания. Лишь в бланке заказа скромно указано «Настенный адаптер (9 вольт, 600 мА постоянного тока)»: | Надпись на днище ZX81: «Используйте только одобренный сетевой адаптер»:
|
Несмотря на использование ULA, потребление тока у ZX81 возросло, достигая временами 600 миллиампер. Именно такое значение указывалось в инструкции по сборке компьютера. Это означало, что запаса по мощности не было вообще. Подключение любых модулей расширения питающихся от компьютера становилось рискованным. Однако в указанном бланке заказа есть модуль расширения ОЗУ 16 килобайт (16K-BYTE RAM pack), который подключался к ZX81 через системный разъем и питался от того же источника питания. К сожалению, в документации, поставлявшейся вместе с этим модулем, ток потребления не указывался. Внимательно изучив плату 16K-BYTE RAM pack можно сделать некоторую оценку: На плате расположено восемь микросхем динамического ОЗУ (4116). Их потребление зависит от режима и интенсивности работы и колеблется от 10 до 40 миллиампер на одну микросхему. Примем за среднее значение 20 миллиампер и получим общее потребление около 160 миллиампер. К тому же на плате расположены микросхемы 74LS157 и ULA IH035E, потребление которых может достигать десятков миллиампер. Все это приводило к тому, что общий ток, потребляемый модулем по пяти вольтам, мог достигать 200 миллиампер. В дополнение к этому, для питания микросхем ОЗУ (4116) помимо +5 требовалось +12 и −5 вольт. Для выработки недостающих напряжений на плате 16K-BYTE RAM pack был собран преобразователь. Он питался от девяти вольт и потреблял порядка десятка миллиампер. Не лучше с точки зрения энергопотребления обстояли дела и с модулями расширения ОЗУ для ZX81 от сторонних производителей. Но перегрузка по току при установке модуля 16K-BYTE RAM pack показательна тем, что противоречила рекомендациям по выбору блока питания, публиковавшимся в рекламе от Синклера. Даже спустя год после официального объявления о начале выпуска, когда проблемы с перегрузкой блоков питания были очевидны, в рекламе продолжали оставаться нелепые рекомендации (Sinclair User за апрель 1982): | Схема преобразователя в 16K-BYTE RAM pack: |
Подключение модуля расширения ОЗУ, разумеется, не вызывало немедленного появления дыма или отключения компьютера. Особенность блока питания ZX81 была такова, что единственная защита от перегрузки по току была в интегрированном на плату стабилизаторе 7805. Микросхема была рассчитана на ток около 2 ампер, и поэтому встроенная защита практически никогда не срабатывала. Превышение потребляемого тока приводило к перегреву трансформатора во внешнем блоке и ухудшало параметры стабилизации. Все это снижало надежность работы ZX81, вызывая сбои и справедливые нарекания.
Плоды тотальной экономии В Sinclair Research занялись решением проблемы перегрузки блоков питания с некоторым опозданием. После презентации ZX81 (в марте |
По сравнению с блоком питания для ZX80, дизайн UK700 сильно изменился. Он больше не был настенным и имел сетевой провод с вилкой. Такое новшество в конструкции позволило использовать более мощный и массивный трансформатор. Сетевой провод делал возможным адаптацию под разные типы розеток (европейскую, американскую) без переделки корпуса. К тому же увеличивалась надежность подключения: массивный и габаритный настенный блок питания было бы легко отсоединить от розетки, например, случайно задев за него. Источник UK700 был рассчитан на входное напряжение 240 вольт переменного тока частотой 50 герц. При этом он выдавал на выходе 9 вольт постоянного нестабилизированного напряжения, с током до 0,7 ампер: Блок питания не имел сетевого выключателя, и его рекомендовалось отключать от розетки, когда он не использовался (надпись: DISCONNECT FROM MAINS WHEN NOT IN USE). Как и его предшественник UK700 был предназначен только для работы внутри помещений. Подключение к ZX81 осуществлялось посредством разъема jack 3,5мм. Положительный контакт (+) располагался на конце разъема. В инструкции к ZX81 появились слова о том, что компьютер должен питаться от источника рассчитанного на ток 700 миллиампер. Благодаря сетевому проводу, блок питания UK700 должен был стать более удобным для пользователей. Но и здесь экономия Клайва Синклера чуть не свела на нет преимущества новой конструкции. Дело в том, что поставлявшиеся блоки не комплектовались сетевой вилкой. Возможно, причиной такого нелепого решения стало недостаточное место в пенопластовой коробке, рассчитанной под старый источник. Но вероятнее Клайв Синклер установивший рекордно низкую цену на ZX81 хотел получить максимум прибыли и экономил на вилке, перекладывая заботы по ее покупке и установке на пользователей. Так или иначе, но человеку покупающему в магазине компьютер, как правило, сразу рекомендовали докупить сетевую вилку. А в случае покупки по почте, заботы о поиске или приобретении столь незамысловатого атрибута «высоких технологий» становились первыми, с чем приходилось сталкиваться: | Ножки UK700 выполненные из черной резины иногда оставляли следы, например при длительном контакте со светлой крышкой стола: Блок питания UK700 был стилизован под дизайн ZX81. Верхняя сторона его корпуса имела небольшой подъем, как на крышке компьютера, а края также были слегка скошены. Расположение и цветовая гамма надписей тоже совпадали: Разъемы для подключения блока питания (9V DC) и магнитофона (EAR, MIC) были в ZX81 одинаковыми. В инструкции говорилось, что ошибочное подключение не приводит к поломке компьютера. Обозначения нанесли на боковую сторону корпуса: |
Впрочем, блок питания с «голым» сетевым проводом легко помещался в пенопластовую упаковку: Но после установки сетевой вилки ее приходилось просто запихивать, поскольку места под нее явно не было предусмотрено: Подключение вилки было простой операцией, требующей только отвертки и следования инструкции. Сетевой провод был подготовлен, а его жилы зачищены от изоляции. Однако домохозяйка, купившая подобный конструктор, или ребенок, получивший его подарок, сразу же сталкивались с необходимостью заниматься электромонтажными работами. Последующие модели компьютеров, поставляемые Синклером, также не комплектовались сетевыми вилками. Исключение составили блоки питания, адаптированные для Европы. В них вилка была частью сетевого провода. В Англии большинство дистрибьюторов Sinclair Research взяли на себя заботы по установке вилок. Разумеется, это был вынужденный шаг, позволяющий проводить тестирование компьютеров при продаже в магазинах. Компьютеры и принтеры, продававшиеся Синклером по почте, продолжали поставляться с блоками питания без сетевых вилок.
| На сетевой провод блока UK700 надевался или наклеивался ярлык, с инструкцией по подключению вилки: В инструкции говорилось:
Подсоедините провода к вилке следующим образом: КОРИЧНЕВЫЙ к маленькому контакту L (красного цвета) ГОЛУБОЙ к маленькому контакту N (черного цвета) Заземление не требуется |
Новое устройство – старые проблемы Казалось, что проблема перегрузки блоков питания ZX81, возникавшая при подключении модуля 16К, решена с выпуском UK700. Однако всего несколько месяцев спустя после начала их поставок, был выпущен ZX Printer. Это устройство было призвано решить проблему дороговизны печатающих устройств. Стоимость чудо-принтера от Sinclair Research была изначально установлена на отметке £49,95. Это было дешевле продукции конкурентов более чем в два раза. Но такая низкая цена была следствием экономии на всем чем можно. Питание принтера осуществлялось от ZX81 через краевой разъем. Как и у других периферийных устройств выпускаемых Синклером, ток потребления ZX Printer нигде не указывался. В его инструкции были лишь загадочные слова о том, что необходим блок питания с током 1,2 ампера, который должен поставляться с компьютером или принтером. Однако блок питания с такими параметрами начал поставляться Sinclair Research несколько месяцев спустя и только для использования в Европе (EURO 1200). Английская модель UK1400, рассчитанная на максимальный ток 1,4 ампера, появилась почти полгода спустя (весной 1982 года) вместе с ZX Spectrum. Несмотря на то, что в пенопластовой упаковке было предусмотрено место, к началу выпуска ZX Printer у Sinclair Research не было подходящего блока питания. И только задержки в поставках самих принтеров несколько снизили остроту проблемы. Впрочем, представители Клайва Синклера хранили по этому поводу молчание, вызывая появление весьма «странных» жалоб на страницах тематических изданий (Sinclair User за сентябрь 1982 года): | Место в коробке ZX Pinter предусмотренное под блок питания (пустой отсек справа):
|
Представители компании Синклера упорно отказывались признавать существование проблем, связанных с источниками питания. Еще в мае 1982 года Найджел Сиэл (Nigel Searle), занимавший пост управляющего директора Sinclair Research, подтвердил, что из 2,4% возвращаемых ZX81 около 1% компьютеры с неисправными блоками питания. (Интервью в Sinclair User за июнь 1982 года). Цифра может показаться удивительно небольшой на фоне многочисленных жалоб пользователей, публиковавшихся в компьютерной прессе. Однако если вспомнить, что внешний блок питания не считался неотъемлемым компонентом ZX81, а заказывался и оплачивался отдельно, то все встает на свои места. Указанная Найджелом цифра, это количество компьютеров с отказавшим внутренним стабилизатором. Процент отказа внешних блоков питания в этой цифре не учитывался и не был озвучен. В мае 1982 года без лишнего шума подорожал ZX Printer. Вот бланк заказа, опубликованный в журнале Sinclair User за май 1982 года: А вот такой же бланк, но уже из июльского номера Sinclair User за 1982 год: Внимательно читая бланк, можно заметить, что в параметрах блока питания для ZX81, исправили 600 миллиампер на 700. Вместе с тем, принтер подорожал ровно на 10 фунтов стерлингов. О причинах такого хода ничего не говорилось, но был пущен слух, что это связано с одновременным снижением цены на модули расширения 16К. Они подешевели сразу на £20. Вот как про это писали в журнале Sinclair User за декабрь 1982: |
Качество продукции Sinclair Research безусловно заслуживало критику, но в этой статье освещен один важный для нас момент: после подорожания ZX Printer в комплекте с ними начали «бесплатно» поставляться мощные блоки питания. О подобных изменениях в комплектации ничего объявлено не было, хотя многие пользователи заметили этот «странный» ход Синклера (Sinclair User за апрель 1983): |
После прочтения этой заметки создается впечатление, будто Синклер упорно не хотел связывать увеличение и даже уменьшение цены ZX Printer с наличием или отсутствием в комплекте блока питания. Однако если обратиться к бланкам заказа, опубликованным до и после подорожания, то легко можно обнаружить, что новая цена ZX Printer (+£10) почти совпадает с прежней ценой, плюс стоимость (+£8,95) блока питания. У Синклера даже оставался один фунт стерлингов в запасе, вероятно для компенсации дополнительных почтовых расходов по пересылке потяжелевших коробок ZX Printer с источниками питания. Очевидно, что Клайв Синклер умолчал об истинных причинах подорожания ZX Printer, что бы скрыть нелепую несогласованность в действиях разработчиков Sinclair Research. Навязывая приобретение дополнительно блока питания, он перекладывал проблемы на плечи покупателей, вынужденных расплачиваться за чужие ошибки.
|
Загоняя проблему «в корпус». Более мощный трансформатор в новом источнике не решал проблему, заключенную в корпусе ZX81. Встроенный на плату стабилизатор был явно недостаточной мощности. Нельзя сказать, что разработчики из Sinclair Research не пытались устранить недостатки стабилизатора выявленные в ZX80. Его перенесли поближе к разъемам питания. Радиатор был развернут в сторону от платы, а его площадь увеличена. В днище компьютера появились прорези для вентиляции. Но выходных отверстий не предусмотрели, и расположенная над раскаленным радиатором клавиатура нагревалась очень сильно. К тому же повсеместное использование модулей расширения (ОЗУ) и возрастающее при этом потребление только усугубляло проблемы теплоотвода. Как и прежде Синклер предпочел отмалчиваться, порождая тем самым кустарные, а порой нелепые решения проблемы (Sinclair User за июль 1983): | Схема сборки стабилизатора и монтажа радиатора на плату ZX81 (взято из инструкции): В днище ZX81, под радиатором были предусмотрены вентиляционные отверстия: |
Разумеется, предложенная установка резистора не устраняла проблемы, а была лишь частным решением. Притом не самым удачным. Но это лишь одно из многочисленных свидетельств того, что проблема перегрева стабилизатора в ZX81 оставалась крайне острой. Борьба с перегревом продолжалась (Sinclair User за сентябрь 1983): |
К сказанному можно лишь добавить, что «единственно по настоящему годное решение» в виде стабилизированного источника на 7,5 вольт это, по сути, дублирование стабилизатора встроенного на плату ZX81. При этом могли возникнуть сбои в работе ZX Printer, которому требовалось около 10 вольт нестабилизированного напряжения. Иными словами, без серьезной переделки стабилизатора (например, замены его на импульсный, с более высоким КПД), проблемы было не решить. Несмотря на очевидные недостатки, Синклер продолжал использовать максимально дешевое решение, лишь слегка улучшив его в последующих моделях. И если для домашних компьютеров не требовалась высокая надежность и безотказность, то для бизнес-машин, которые планировалось создать, это было одним из ключевых требований. В то время, когда многие компьютерные компании тратили годы и огромные суммы на разработки новых источников питания, Клайв Синклер оставался консерватором в этой области. К тому же явные просчеты замалчивались, так и оставаясь нерешенными (Sinclair User за сентябрь 1983):
|
Впрочем и новейшая продукция Синклера требовала внимательного отношения. Особенно если речь шла об источниках питания ZX Spectrum. |
|
Составил и опубликовал: Константин Свиридов Связаться с автором можно: @outlook.com |