4.4. Запись с высокочастотным подмагничиванием

Запись с ВЧ подмагничиванием используется для существенного сниже­ния уровня нелинейных искажений записываемого сигнала. Здесь использует­ся то же свойство ферромагнитного материала, что и в процессе ВЧ размагни­чивания. Различие лишь в том, что в процессе размагничивания на головку подается только ВЧ сигнал, тогда как при записи с ВЧ подмагничиванием ВЧ сигнал присутствует в головке на фоне постоянной составляющей, которой является записываемый сигнал (рис. 25). В этом случае переход процесса ВЧ перемагничивания на обратимую наклонную траекторию также происходит, но эта траектория смещена (приподнята) за счет присутствия записываемого сигнала. Поэтому после выхода носителя из области взаимодействия с голов­кой на нём остаётся остаточная намагниченность М_ост, пропорциональная ве­личине записываемого сигнала.

Существует оптимальная величина тока ВЧ подмагничивания, при кото­рой достигается минимальный уровень нелинейных искажений (рис. 26). Су­ществует также оптимальная величина тока ВЧ подмагничивания, при кото­рой достигается максимум Е_В (ЭДС воспроизведения) (рис. 27). К сожалению, эти оптимальные значения I_1опт и I_2опт не совпадают. Кроме того, величина Е_в при записи с ВЧ подмагничиванием сильно зависит от частоты записываемого сигнала, или его длины волны на пленке X (рис. 28).

Если еще вспомнить о том, что разные слои магнитного носителя, прохо­дящие на разной высоте над магнитной головкой, имеют зависимости по рис. 26, 27, 28, то становится ясным, что поиск оптимального значения вели­чины тока ВЧ подмагничивания - задача очень непростая. К тому же все это сильно зависит от типа используемой пленки и качества лентопротяжного ме­ханизма. Поэтому в лучших аналоговых аудиомагнитофонах достижение ве­личины К_Г порядка 1 % считается большим успехом, причем для ее поддержа­ния необходимы тщательный уход за головками, лентопротяжным механиз­мом, а также использование только определенного типа магнитной ленты.

34

35

4.5. Запись импульсных сигналов 1. Запись очень короткого импульса

Если предположить, что с помощью специального генератора удалось на очень короткое время, много меньшее времени прохождения носителя мимо рабочего зазора, обеспечить в головке импульс постоянного тока длитель­ностью  0, то это вовсе не означает, что при воспроизведении будет получен столь же короткий импульс. Рассмотрим этот вопрос несколько подробнее.

В момент действия постоянного магнитного поля над головкой каждый элемент носителя получит остаточную намагниченность согласно той величи­не поля, которая на него воздействовала. Конфигурация поля над головкой была рассмотрена выше. Как правило, это симметричная кривая с максиму­мом посередине. Тогда магнитный отпечаток на пленке будет сформирован кривой остаточной намагниченности (см. рис. 23). Если амплитуда импульса небольшая и ни один элемент носителя не входил в насыщение, то форма маг­нитного отпечатка будет напоминать форму продольной составляющей поля над головкой (см. рис. 21). Импульс будет иметь сглаженные передний фронт _ и спад _ а его протяженность будет примерно равна ширине рабочего за­зора головки (рис. 29,а).

Если же дать более мощный импульс, то фрагменты носителя, попавшие в среднюю часть рабочего зазора, будут намагничены до насыщения и в маг­нитном отпечатке появится плоская часть, в результате чего общая длитель­ность отпечатка возрастет. Так что при записи коротких импульсных сигналов вводить носитель в насыщение невыгодно, ибо это снижает разрешающую способность записи и два коротких импульса, следующие на небольшом ин­тервале, могут слиться в один.

2. Запись импульса конечной длительности

При записи такого импульса, даже не входя в насыщение, мы получим отпечаток, подобный рис. 29,б, причем в нем плоская часть будет определять­ся длительностью импульса тока в магнитной головке, а фронты импульса -по-прежнему шириной рабочего зазора головки.

Таким образом, можно сделать вывод: для записи и воспроизведения ко­ротких импульсов при заданной скорости движения магнитного носителя не­обходимо уменьшать ширину рабочего зазора головки и не вводить носитель в насыщение.

4.6. ВОЛНОВЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ИДЕАЛИЗИРОВАННОГО ТРАКТА ВОСПРОИЗВЕДЕНИЯ

Рассмотрим некую идеализированную ситуацию, когда имеется магнит­ ная лента толщиной рабочего слоя d с относительной магнитной проницаемо­стью 1, движущаяся с постоянной скоростью мимо головки с зазором  при наличии воздушной про­слойки а (рис. 30). При этом будем считать, что рабочий слой однород­но намагничен по толщине гармо­ническим сигналом, т.е. на пленке сделана запись идеальной записы­вающей головкой. Рабочая поверх­ность головки имеет бесконечную протяженность, магнитная проницаемость сердечника головки _г,

Остаточный магнитный поток в носителе:

Определим магнитный поток в сердечнике воспроизводящей головки Ф(х):

где _x (l,y)- функция чувствительности воспроизводящей головки, аналог им­пульсной характеристики для линейных электрических цепей. Выражение _х(1,у) имеет следующий вид [1]:

Подставляя (4.3) и (4.5) в (4.4) и интегрируя по обеим переменным, получаем:

где К_{ =} 2sin/ - коэффициент щелевых потерь;

К_а = е ^-а - коэффициент контактных потерь;

К_d= (1- е ^-а)/(d) - коэффициент слойных потерь. Максимальное значение каждого из этих коэффициентов равно единице.

Рис. 29 36

График коэффициента щелевых потерь приведен на рис. 31,а. Наличие этих потерь связано с конечным размером рабочего зазора 8. Если отношение , мало, то коэффициент К_ близок к единице, так как на протяжении зазора намагниченность носителя практически постоянна. Если же  и  соизмери­мы, то на протяжении зазора 8 часть носителя будет намагничена в одну сто­рону, а часть - в другую, в результате чего поток в головке будет уменьшать­ся. В частности, при  =  отдача носителя вообще равна нулю, так как раз-

37

ность магнитных потенциалов между гранями головки равна нулю. Следова­тельно, для эффективной записи и воспроизведения высоких частот необхо­димо уменьшать зазор  или увеличивать , т.е. скорость движения носителя. В аппаратуре магнитной записи используются такие параметры головок и скорость движения носителя, при которых _тin > 25, где _тin - длина волны максимальной частоты в спектре записываемого сигнала. Так что практически можно использовать только левую половину первого лепестка (рис. 31 ,a).

Рис. 31

0,5 1

График коэффициента контактных потерь показан на рис. 31 ,е. Природа этих потерь связана с тем, что пленка неплотно прижата к головке и часть магнитного потока не уходит в головку, а замыкается через воздушный зазор а. Влияние этого зазора очень велико. Например, при а =  отдача носителя в головку уменьшается более чем в 500 раз. Поэтому плотность прилегания пленки к головке (величина неконтакта) и постоянство этого неконтакта в процессе воспроизведения имеет важнейшее значение.

График коэффициента слойных потерь приведен на рис. 31,б. Природа этих потерь чем-то схожа с потерями неконтакта. Действительно, всю толщи­ну рабочего слоя носителя можно мысленно представить в виде многих эле­ментарных, тонких слоев. Тогда понятно, что более удаленные от головки слои будут слабее связаны с полем головки и не вся толщина намагниченного носителя будет иметь одинаковую отдачу.

На рис. 31,2 представлен график произведения К_р = K_K_aK_d . Из него ясно видно, что частотная характеристика тракта воспроизведения крайне неблаго­приятна.

Напомним, что мы обсуждаем частотную характеристику по магнитному потоку в головке воспроизведения. Если же говорить об ЭДС на обмотке го­ловки, то нужно продифференцировать функцию магнитного потока во вре­мени:

что фактически наложит на график зависимости рис. 31,г необходимость ум­ножения его на линейно растущую функцию. Это определяется свойством гармонического сигнала: чем больше его частота, тем при той же амплитуде выше значение производной. В результате та­кого домножения на рис. 32 представле­на частотная характеристика идеализи­рованного тракта воспроизведения.

На рис. 32 индексом со₀ обозначено:

где v - скорость движения

25 носителя. Из этой зависимости можно сделать очень важные выводы.

1. Частоты, близкие к нулю и к ₀, не могут быть воспроизведены маг­нитной головкой.

2. Если расширять АЧХ в область верхних частот принципиально воз­можно, увеличивая скорость носителя или уменьшая ширину рабочего зазора головки, то в области очень низких частот завал АЧХ некомпенсируем.

Поскольку АЧХ тракта записи также не идеальна, в аналоговых магнито­фонах используют сложные схемы предыскажения спектра записываемого сигнала с целью ослабления неблагоприятного влияния АЧХ тракта записи -воспроизведения. Тем не менее достижение хороших показателей АЧХ при значительных перекрытиях частотного диапазона невозможно. Так, получение удовлетворительной равномерности АЧХ при коэффициенте перекрытия диа-

п азона считается очень хорошим результатом.

В заключение интересно отметить, что в системах цифровой магнитной записи обсуждаемая проблема не существует вообще; она решается автомати­чески.

38

39