2. Пьезоэлектрические микрофоны

Принцип их действия основан на пьезоэффекте, когда под механическим воздействием на гранях пластинки, обладающей пьезоэффектом, возникает напряжение. Наибольшим пьезоэффектом обладают кристаллы сегнетовой соли.

В основном пьезоэлектрические микрофоны используются в слуховых аппаратах Они имеют низкие качественные показатели, высокое внутреннее сопротивление со значительной емкостной составляющей.

ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ МИКРОФОНЫ

Принцип действия основан на том, что к мембране крепится якорь из мягкой стали, который колеблется в зазоре постоянного магнита и тем самым изменяет величину магнитного потока. Вокруг магнитопровода с изменяющимся магнитным потоком наматывается катушка, с которой и снимается выходное напряжение микрофона. В связи со значительной массой якоря частотная характеристика узкая, с большой неравномерностью с высоким уровнем шумов. Достоинство состоит в том, что такой микрофон имеет обратное действие, т.е. может работать как телефон. Используется в основном в телефонных аппаратах высокого качества.

УГОЛЬНЫЕ МИКРОФОНЫ

В этих микрофонах используется свойство угольного порошка изменять омическое сопротивление в зависимости от степени сжатия зерен. Обладают низким сопротивлением, очень узкой полосой рабочих частот и высоким уровнем шумов. Достоинством является очень высокая чувствительность. Используется в ординарных телефонных аппаратах для линий связи невысокого качества.

ЗВУКОСНИМАТЕЛИ

Назначение звукоснимателей - преобразование информации, записанной в виде фонограммы на пластинке (диске), в электрический сигнал.

По своим свойствам и принципу устройства все звукосниматели делятся на скоростные и амплитудные.

Скоростные звукосниматели еще называют магнитными. Принцип их работы состоит в том, что колеблющаяся игла звукоснимателя изменяет магнитное сопротивление магнитопровода постоянного магнита и тем самым изменяет магнитный поток в катушках, надетых на магнитопровод. В результате в катушках индуцируется ЭДС;

где У - колебательная скорость иглы;

Ф - магнитный поток в катушке;

п - число витков катушки.

На рис. 13 схематично представлено устройство магнитного звукоснимателя. Рис. 13,а - вид сбоку, рис. 13,6- вид спереди.

На рис. 13 обозначено: 1 - постоянный магнит; 2 - магнитопровод из магнитомягкого материала; 3 - иглодержатель из магнитомягкого материала: 4 - катушки; 5 - игла звуко- 5 снимателя.

Фрагменты магнитопровода, на которых расположены катушки, сходятся к иглодержателю под углом 90°, но не касаются его, а имеют воздушные зазоры. При колебании иглы зазоры меняются и магнитный поток в катушке меняется. Рис. 13 предполагает звукосниматель стереопластиики, поэтому движение иглодержателя по оси А-А"относится к одному каналу, а по оси У-У' - к другому. В частности, если игла движется только по оси Х-Х\ можно считать, что зазор между иглодержателем и правым фрагментом магнитопровода меняется, а другой зазор остается постоянным. Тогда в правой катушке будет наводиться ЭДС, а в левой - нет. В реальных условиях запись имеется в обоих каналах, поэтому оба зазора меняются, и происходит воспроизведение сигнала и левого и правого каналов. Рассмотренная конструкция магнитного звукоснимателя отличается тем, что катушки неподвижны. В динамических магнитных звукоснимателях миниатюрные катушки вместе с иглодержателем колеблются в поле постоянного магнита, и в них наводится ЭДС. Из-за малой массы и малого числа витков чувствительность таких звукоснимателей низкая.

Общим свойством магнитных звукоснимателей является широкий диапазон воспроизводимых частот при сравнительно равномерной частотной характеристике и высокая гибкость, что уменьшает износ пластинки.

Амплитудные звукосниматели делятся на пьезоэлектрические, полупроводниковые, фотоэлектрические и емкостные. Их отличительной особенностью от магнитных является то, что вырабатываемая ими ЭДС пропорциональна отклонению иглы, а не скорости этого отклонения.

Пьезоэлектрические звукосниматели работают с использованием свойства пьезоматериалов вырабатывать ЭДС при изгибе материала. Их чувствительность выше по сравнению с магнитными, но меньше гибкость и диапазон воспроизводимых частот. Используются пьезоэлектрические звукосниматели в звуковоспроизводящей аппаратуре невысокого класса.

В полупроводниковых звукоснимателях используется эффект изменения сопротивления пластины полупроводника при ее изгибе. Таким образом, пластина является не источником ЭДС, а только управляемым резистором. Отсюда основной недостаток: пластину необходимо питать источником постоянного напряжения, причем очень высококачественным, не имеющим пульсаций и шумов. Главное преимущество полупроводниковых звукоснимателей - широкий диапазон частот, практически от нуля герц.

Лекция 3

ПРОЦЕСС ЗАПИСИ НА МАГНИТНЫЙ НОСИТЕЛЬ

В процессе записи на магнитном носителе формируется магнитограмма, т.е. магнитный след, остающийся на пленке (диске) в результате взаимодействия носителя с записывающей магнитной головкой. За исключением особых, очень редких случаев, намагничивание носителя ведется вдоль направления его движения. Невозможно выполнить идеальное продольное намагничивание, не проникая внутрь магнитного носителя, а действуя на него только внешне, со стороны. Даже самые совершенные магнитные головки имеют поперечные составляющие поля в области взаимодействия с носителем.

Магнитные головки выполняются в виде замкнутого магнитопровода с двумя зазорами, на который наматывается обмотка. Обычно головки имеют тороидальную форму (рис. 18).

Рабочий зазор  и тыловой зазор ₁ заполняются немагнитным материалом (обычно бронза), а основная часть магнитопровода головки изготавливается из магнитомягкого материала (пермаллой, сендаст и т.п.) с высокой магнитной проницаемостью . Поскольку на зазоре получается резкий скачок магнитной проницаемости, в районе зазора образуется краевое поле, которое и используется для контакта с магнитным носителем (рис. 19). Конечно, основная часть магнитного потока головки замыкается внутри рабочего зазора, и на краевые поля выходит его очень незначительная часть, так что для записи информации поле, генерируемое головкой, используется крайне неэффективно. Однако другого способа пока не придумали, и все носители с продольным намагничиванием работают на краевых полях магнитных головок.

Тыловой (дополнительный) зазор магнитной головки ₁ предназначен для предотвращения остаточного намагничивания головки при записи. Большинство головок используется как для записи, так и для воспроизведения, поэтому наличие тылового зазора в них обязательно. Если головка только воспроизводящая, то тыловой зазор не нужен.

Рис 18 Рис 19

Толщина магнитопровода головки определяется шириной дорожки записи и колеблется от единиц миллиметров в устройствах аудиозаписи до десятков микрон в устройствах видеозаписи. Ширина рабочего зазора  колеблется от долей до единиц микрон. Ширина тылового зазора ₁ обычно составляет несколько десятков микрон.

ЗАПИСЬ МЕДЛЕННО МЕНЯЮЩИХСЯ СИГНАЛОВ

Под медленно меняющимся сигналом будем подразумевать такой сигнал, текущее значение которого за время прохождения частицы магнитного носителя мимо рабочего зазора головки существенно не изменяется. В этом случае частица ферромагнитного вещества подвергается воздействию плавно нарастающего магнитного поля с последующим спаданием этого поля до нуля

Если построить зависимость остаточной намагниченности от величины прикладываемого магнитного поля (рис. 23), то видно, что она резко нелинейная. На начальном участке крутизна практически равна нулю, так как при малых уровнях внешнего магнитного поля процесс намагничивания обратим, т.е. домены возвращают ориентацию своих магнитных моментов в исходное состояние. Далее крутизна резко возрастает и кривая М_ост(H) входит в насыщение. Ясно, что без принятия специальных мер записывать сигнал на такой носитель нецелесообразно, так как возникнут большие нелинейные искажения.

ЗАПИСЬ БЫСТРО МЕНЯЮЩИХСЯ СИГНАЛОВ

Если для простоты взять сигнал гармонический, то быстро меняющимся его можно считать тогда, когда период этого сигнала и время взаимодействия элемента магнитного носителя с полем магнитной головки соизмеримы. В этом случае нельзя считать, что магнитное поле, сквозь которое проходит элемент магнитного носителя, имеет постоянную конфигурацию М(х), так как эта конфигурация пульсирует с частотой записываемого сигнала. Если попытаться проследить, какому воздействию при этом подвергается каждый элемент носителя в области взаимодействия с полем магнитной головки, то картина получается очень сложной. Однако результат этого взаимодействия очень интересный. В частности, известно, что с ростом частоты записываемого поля амплитуда сигнала остаточной намагниченности падает вместе со снижением коэффициента нелинейных искажений. На высоких частотах, когда в области взаимодействия с полем головки магнитный материал успевает несколько раз перемагнититься, нелинейных искажений в магнитограмме почти не остается, но и уровень записанного сигнала близок к нулю. Именно на этом основана работа стирающих головок, у которых ширина рабочего зазора специально делается большой, а частота - высокой, чтобы носитель успел многократно перемагнититься. Эффект размагничивания высокочастотным полем основан на одном свойстве ферромагнитного материала, а именно: если размах перемагничивающего поля становится меньше величины Н_к (рис. 24), то гистерезис исчезает и движение точки по характеристике М(Н) происходит по обратимой наклонной прямой. На рис. 24 проставлены несколько характерных точек процесса многократного перемагничивания, где видно, что после достижения точки 6 движение осуществляется по прямой, проходящей через начало координат.

Рис 24 Рис 25