книги из ГПНТБ / Брагинский, Г. И. Технология магнитных лент

фонами с четырьмя головками. Кроме того, в пих отсутствуют иска­ жения, связанные с неточной установкой головок и отличием голо­ вок друг от друга. Изображение, получаемое при воспроизведении, можно рассматривать при любой скорости движения ленты, даже при неподвижной ленте можно рассматривать один полукадр.

В настоящее время устройства с четырьмя вращающимися голов­ ками широко используют в профессиональной аппаратуре для теле­ видения.

Магнитная лента для видеозаписи. Магнитная лента для видео­ записи аналогична ленте для звукозаписи, однако она должна удо­ влетворять более высоким требованиям в отношении рабочих харак­ теристик и физико-механических свойств. Лента должна обеспечивать

/

Рис. 34. Схема устройства для записи и воспроиз­ ведения телевизионных сигналов с двумя враща­ ющимися головками:

га те л ь д и с к а с го л о в к а м и ; 6 — п р и в о д л ен ты ; 7 — п р и н и ­ м а ю щ а я бо бина ; 8 — з в у к о в а я и с т и р а ю щ а я го л о в к и ; 9 — к о л л е к то р .

запись коротких длин волн, это означает, что она должна иметь хорошую частотную характеристику и возможно большее отно­ шение сигнал/шум. Для того чтобы получить такие характеристики, магнитные ленты для видеозаписи делают с более тонким рабочим слоем из ферромагнитного порошка с однодоменной структурой частиц. Коэрцитивную силу частиц порошка и слоя в целом следует повышать, так же как и остаточную намагниченность насыщения, чтобы при малых значениях длины волны записи и ширины сигнало­ граммы получить при воспроизведении необходимую величину сиг­ нала. Для повышения чувствительности ленты и приближения формы петли гистерезиса к прямоугольной игольчатые частицы порошка в рабочем слое ориентируют в процессе нанесения суспензии порошка на основу. В лентах, предназначенных для видеозаписи с четырьмя вращающимися головками, направление ориентации почти перпен­ дикулярно длине ленты. Однако такая ориентация частиц порошка неблагоприятна для записи звукового сигнала, который записы­ вается вдоль ленты. Поэтому некоторые зарубежные фирмы и отече­ ственные заводы производят видеоленты, ориентированные под углом 45°. Для видеомагнитофонов, работающих с одной или двумя

71

вращающимися головками, выпускают ленты с ориентацией иголь­ чатых частиц в направлении движения ленты, поскольку строки видеограммы только на 3—5° отклоняются от этого направления.

Одним из главных показателей качества ленты для видеозаписи является отношение сигнал/шум. Диапазон частот, передаваемых при видеозаписи, в 500 раз шире, чем при записи звука, что обусло­ вливает значительное возрастание абсолютной величины шумового сигнала. Для понижения шума при изготовлении видеолент должен применяться специальный «малошумящий» магнитный порошок с ма­ лыми размерами частиц, должно обеспечиваться равномерное распре­ деление частиц порошка как по толщине, так и по длине рабочего слоя. Ленты для видеозаписи делают с гибкой и тонкой основой, а поверхность рабочего слоя тщательно обрабатывают, чтобы умень­ шить шероховатость, обеспечить хороший контакт головок и ленты и исключить паразитную модуляцию.

При видеозаписи имеется еще один источник шума, обусловлен­ ный возникновением значительных электростатических зарядов на поверхности ленты. Высокое поверхностное сопротивление рабочего слоя ленты и значительное трение при быстром движении головок относительно ленты приводят к тому, что потенциал локальных участков на поверхности ленты превышает 500 В [35]. Возникающие при этом электрические разряды воздействуют на головки, и при воспроизведении видеозаписи возрастает шум, на экранах телеви­ зоров появляются мелкие белые точки. Кроме того, наэлектризо­ ванная поверхность ленты притягивает пыль и мелкие частички магнитного порошка, отколовшиеся от ленты. При значительном давлении головок на ленты эти частички могут впрессовываться в рабочий слой, ухудшая поверхность последнего. Поэтому при изготовлении лент для видеозаписи принимают специальные меры для повышения электропроводности рабочего слоя.

Специфическая помеха при воспроизведении сигнала с видео­ граммы возникает за счет выпадений сигнала. Выпадение сигнала — это кратковременное полное пропадание сигнала или его резкое уменьшение, возникающее за счет таких дефектов ленты, как посто­ ронние немагнитные включения в рабочем слое, выступы на поверх­ ности, резко нарушающие контакт между головкой и лентой. Выпа­ дение сигнала, практически незаметное при воспроизведении звука, на воспроизводимом телевизионном изображении создает значи­

слоя могут появиться царапины, пыль, что увеличивает число выпа­ дений сигнала. Большая относительная скорость головки — лента и значительный прижим между ними в профессиональных видео­ магнитофонах с четырьмя вращающимися головками создают тяже­ лые эксплуатационные условия для ленты. В видеомагнитофонах с одной и двумя вращающимися головками, несмотря на меньшую скорость движения головок относительно ленты и меньший прижим между ними, условия работы ленты также достаточно трудны. Рабо­

72

чий слой ленты испытывает сильное трение при движении по напра­ вляющему барабану. Кроме того, в видеомагнитофонах этого типа предусматривается возможность длительного воспроизведения одного неподвижного кадра, при этом головка тысячи раз проходит по одной и той же строчке видеограммы. Поэтому физико-механические свой­ ства ленты для видеозаписи должны быть более высокими по срав­ нению с лентами для звукозаписи. Лента должна быть возможно более прочной, ее параметры должны быть стабильными и не завися­ щими от окружающих условий (температура, влажность). Это определяет повышенные требования к основе лент для видеозаписи.

Рабочий слой лент для видеозаписи должен обладать износо­ стойкостью, термостойкостью и повышенной электропроводностью. Повышения износостойкости рабочего слоя достигают за счет сни­ жения коэффициента трения между головкой и лентой и повышения микротвердости слоя [36]. Снижение коэффициента трения между лентой и головками важно также с точки зрения уменьшения на­ грева поверхности рабочего слоя. При чрезмерном нагреве из рабо­ чего слоя ленты могут выделяться летучие компоненты, создающие твердый нагар на поверхности магнитных головок, который нарушает контакт между головками и лентой и резко снижает качество изобра­ жения.

Износ рабочего слоя лент для видеозаписи, за счет которого резко возрастает количество выпадений сигнала и увеличивается шум, ограничивает срок службы лент. Большинство изготовителей в настоящее время гарантирует число прогонов ленты для видео­ магнитофонов с четырьмя головками не менее 200.

Усовершенствование технологии изготовления лент для видео­ записи с целью улучшения физико-механических свойств, рабочих характеристик и повышения срока их службы — задача весьма актуальная. Ведутся поиски новых материалов для рабочего слоя магнитных лент. В этом плане представляют интерес ленты с магнит­ ным порошком двуокиси хрома, модифицированной теллуром, оло­ вом и др. Магнитная лента, изготовленная на таком порошке, имеет большую чувствительность, обеспечивает повышенное отношение сигнал/шум и значительно лучшую частотную характеристику по сравнению с лентой, рабочий слой которой содержит гамма-окись железа. К тому же электропроводность этой ленты на 5 порядков выше, чем у ленты с гамма-окисью железа. Недостатком порошка двуокиси хрома является низкая температура Кюри: 120° С. Однако полиэтилентерефталатная основа для видеолент допускает темпе­ ратуру не выше 90° С, поэтому данное свойство порошка двуокиси хрома не ограничивает его применения для изготовления видеолент.

2.2.4.Точная магнитная запись

Кточной магнитной записи относится запись электри­ ческих сигналов, в которые преобразуются различные физические явления, а также запись чисел, представленных в виде соответству­ ющим образом закодированных импульсов.

73

В точной магнитной записи применяют аналоговую и цифровую запись. При аналоговой записи в процессе последующего воспроиз­ ведения получается сигнал подобный записываемому. К аналоговой записи относится, в частности, рассмотренная выше запись звука. В цифровой записи осуществляется квантование и цифровое кодиро­ вание сигнала.

Цифровая импульсная запись. В вычислительной технике, где применяют цифровую запись, используют двоичную систему счисле­ ния, которая содержит только цифры 1 и 0. Числа десятичной си­ стемы кодируют в двоичной системе, например:

Двоичный код обеспечивает высокую надежность, так как в этом случае для передачи и запоминания кодированной информации элемент «памяти» должен обладать только двумя устойчивыми со­ стояниями. Закодированный в двоичной системе цифровой сигнал передается по каналам связи в виде группы импульсов, например, цифра 1 передается в виде положительного импульса, а 0 — в виде отрицательного импульса. Таким образом, запись и воспроизведение

не предъявляют жестких условий к идентичности формы сигнала, получаемого на головке воспроизведения, и входного сигнала. Тре­ буемая форма выходного сигнала получается с помощью электронных формирующих устройств. В этих условиях вполне достаточно, чтобы система записи и воспроизведения надежно распознавала два воз­ можных состояния носителя записи: намагниченности и размагни­ ченности.

Для цифровой записи на магнитную ленту используют два спо­ соба — запись «с возвращением к нулю» и запись «без возвращения к нулю». При записи с возвращением к нулю ток в записывающей головке нормально отсутствует. Для записи импульса ток, доста­ точный для насыщения ленты, пропускается по обмотке головки в течение короткого промежутка времени. Время нарастания и спада импульса тока делается настолько малым, насколько это удается. Время, в течение которого ток остается на уровне достаточном для насыщения ленты (длительность импульса), зависит от характери­ стик головок и ленты. При записи очень коротких импульсов э. д. с., получаемая при воспроизведении, оказывается малой. С увеличением длительности записываемых импульсов возрастает э. д. с. при вос­ произведении, но при этом увеличивается расход ленты. Практи­ чески применяют импульсы длительностью 8—15 мкм/с.

На рис. 35 показан ток записи для двоичного числа 1101 и э. д. с., возникающая при последующем воспроизведении. Э. д. с. опре­ деляется производной от магнитного потока, который создает дви-

74

жущаяся сигналограмма в головке воспроизведения, а потому каж­ дый записанный импульс воспроизводится в виде двух импульсов

выходе формирующего устройства возникает импульс. Э. д. с., полу­

и того же знака.

На рис. 36, а изображен код 1100101, в котором 1 представляются положительными импульсами, а 0 — отрицательными. Первый поло­ жительный импульс перебрасывает специальную спусковую схему,

75

на единице длины сигналограммы при условии надежного воспроиз­ ведения. По мере увеличения продольной плотности записи или уменьшения места на ленте, на котором записывается один импульс, как при записи с возвращением к нулю, так и без возвращения к нулю пиковое значение воспроизводимого импульса уменьшается и его форма становится зависимой от последовательности единиц и нулей. Это обусловлено взаимным влиянием соседних им­ пульсов.

Амплитуда и длительность (или ширина) импульса э. д. с. в го­ ловке воспроизведения, получаемой от одной изолированной зоны перепада намагниченнссти ленты от —J rs до + / „ , определяет допустимое значение продольной плотности записи или разреша­ ющую способность системы. На рис. 37 схематически показана зона

э. д. с., возникающей в головке воспроизведения при прохождении мимо нее участка ленты с данной зоной перепада. Когда в непосред­ ственной близости друг от друга располагаются две или более таких зоны перепада намагниченности, соответствующие им импульсы воспроизводимой э. д. с. накладываются друг на друга. Чем меньше длительность импульса э. д. с., соответствующего одному перепаду намагниченнссти ленты, тем выше разрешающая способность си­ стемы записи и больше может быть допустимая плотность записи импульсов.

Форма и амплитуда одиночного воспроизводимого импульса зави­ сят в общем случае от протяженности зоны перепада намагничен­ нссти ленты от - f / , s до —J rs, толщины рабочего слоя ленты, зазора и параметров записывающих и воспроизводящих головок [37, 38]. Для заданных головок длительность и амплитуда воспроизводимого импульса зависят от магнитных свойств носителя записи. Допусти­ мую продольную плотность записи находят экспериментально. Для этого записывают, постепенно повышая плотность записи, импульсы выбранной длительности при токе записи близком к току насыщения ленты. Воспроизводя сигнал с полученной сигналограммы, измеряют

77

пиковым вольтметром напряжение на выходе головки воспроизведе­ ния и строят график зависимости этого напряжения от плотности записи (рис. 38). За допустимую принимают плотность записи, при которой выходное напряжение уменьшается по сравнению с макси­ мальным на 10—20%. Чем выше должна быть надежность передачи импульсов, тем меньше допустимое падение выходного напряжения.

Поверхностная плотность записи определяется числом импульсов, которые могут быть записаны на единице площади ленты. Поверх­ ностная плотность записи, очевидно, зависит от продольной плот­ ности, а также от ширины дорожки записи. При цифровой записи, как правило, используется многоканальная запись — параллельно на ленте записывается несколько дорожек. Чем меньше ширина

каждой отдельной дорожки записи и уже промежутки между ними, тем выше будет поверхностная плотность записи. Но с уменьшением ширины дорожки уменьшается воспроизводимый сигнал, а следова­ тельно, падает надежность его передачи. Сужение промежутков между дорожками приводит к возрастанию помех за счет проникно­ вения сигнала из одного канала в другой. В современных устрой­ ствах для цифровой записи ширина дорожек 0,5—1 мм и промежутки между ними того же порядка.

Аналоговая запись. К аналоговой записи относится прямая за­ пись, когда электрические сигналы непосредственно без каких-либо преобразований записывают на магнитную ленту. При этом система записи и воспроизведения должна обеспечивать равномерную пере­ дачу всех частотных составляющих сигнала и нелинейные искажения не должны превышать допустимого значения. Как это достигается, было показано при рассмотрении записи звука.

В телеметрии во многих случаях электрический сигнал, подлежа­ щий записи, включает в себя постоянный или медленно изменя­ ющийся ток. Как было показано (см. стр. 55), э. д. с. на выходе головки воспроизведения прямо пропорциональна частоте записан­ ного сигнала. Поэтому низкие частоты с магнитной сигналограммы воспроизводятся плохо. Существует нижний предел частоты сиг­ нала, который можно удовлетворительно воспроизвести с магнитной сигналограммы. В частности, при прямой записи невозможно вос­ произвести постоянную составляющую записанного сигнала.

Проблема передачи низкочастотных сигналов и сигналов по­ стоянного тока в точной магнитной записи решается за счет при­ менения модуляционных способов записи. При этом записывается вспомогательная несущая, которая модулируется записываемым сигналом. В качестве несущей используется гармонический сигнал или импульсный. Возможна амплитудная модуляция, когда по закону передаваемого сигнала изменяется амплитуда несущей; такой вид модуляции широко применяется в радиотехнике.

Амплитудная нестабильность воспроизводимого сигнала (обусло­ вленная неоднородностью рабочего слоя ленты и непостоянством контакта между лентой и головками) делает нецелесообразным применение амплитудной модуляции при магнитной записи. В точной магнитной записи применяют только способы так называемой

"78

временной модуляции, а именно: частотную модуляцию гармони­ ческой или импульсной несущей и широтно-импульсную модуляцию. Принцип частотной модуляции мы рассматривали выше в видео­ записи. В отличие от видеозаписи в точной магнитной записи ча­ стота несущей, как правило, в 5—6 раз больше максимальной частоты модулирующего сигнала. При этом спектр записываемого сигнала смещается в область более высоких частот. Диапазон частот, в кото­ ром сосредоточен спектр частотно-модулированного сигнала, доста­ точно широк. Это определяет требования к тракту записи и воспроиз­ ведения, который для неискаженной передачи модулирующего сиг­ нала должен иметь равномерную частотную характеристику и идеальную фазовую характеристику в необходимом диапазоне частот. Практически максимальная ширина полосы частот, передачу которой должен обеспечивать тракт записи — воспроизведения, при­ близительно равна 1,5/н, где /н — частота несущей [38].

Удобна для точной записи на магнитной ленте форма временной модуляции, называемая широтно-импульсной. В этом случае в каче­ стве несущей используются короткие прямоугольные импульсы, частота следования которых в 5—6 раз выше верхней граничной частоты сигнала, подлежащего записи. Длительность импульсов (или ширина) изменяется в определенных пределах пропорционально величине записываемого сигнала. Способ записи с широтно-импульс­

записи максимальная частота передачи ограничена (при данной скорости ленты), следовательно, ограничена и полоса частот пере­ даваемой информации. По сравнению со способом записи с частотной модуляцией верхняя граничная частота передаваемого сигнала при использовании широтно-импульсной модуляции снижается примерно в 6—7 раз (при одной скорости движения ленты).

Требования к магнитной ленте. Магнитная лента для точной записи должна обеспечивать высокую поверхностную и продольную плотность записи. Это требование определяет выбор ее геометри­ ческих и магнитных параметров. Выше, рассматривая характе­ ристики лент для звукозаписи, мы говорили, что для повышения продольной плотности записи нужно уменьшать толщину рабочего слоя лент, обеспечивать большую прямоугольность петли гистерезиса и большую Нс. Для этого частицы порошка должны быть однородны по форме и размерам, соответствующим однодоменной структуре, анизотропия их формы должна быть возможно больше, а в процессе нанесения магнитной суспензии на основу должна осуществляться ориентация частиц. Все эти требования относятся также к лентам, предназначенным для точной записи. Рабочий слой лент для записи импульсов без подмагничивания должен иметь возможно малую крутизну начального участка кривой остаточной намагниченности.

Для повышения поверхностной плотности записи лента должна иметь большую чувствительность, чтобы при малой ширине сигнало­ граммы величина воспроизводимого сигнала не была чрезмерно малой. Рабочие свойства лент для точной записи, так же как и лент

79