книги из ГПНТБ / Миловзоров, В. П. Электромагнитные устройства автоматики учебник

—1, 2, 3 функция щели обращается в нуль. Значит, обратится

внуль и э. д. с. обмотки.

Частота /„> при которой бр = К, а значит а = л и е — 0, опре­ деляет верхнюю полосу частот воспроизводимых сигналов (рис. 13.4). При частоте /0/2, когда бр == Я/2, т. е. зазор головки равен длине эле­

ментарного магнитика, а = л/2, функция щели, а значит, и е макси­ мальны.

Аналогично можно определить [2.14] осреднение магнитного потока в слу­ чае перекоса зазора считывающей головки на угол ф относительно перпендикуля­ ра к направлению движения ленты:

Кроме того, существенное влияние на величину э. д. с. при считывании ока­ зывает так называемый эффект проникновения, который включает глубину перемагничивания материала по толщине магнитного слоя. Этот эффект учиты­ вается выражением

Большинство множителей выражения (13.11) зависит от X, т. е. в конечном счете от частоты записанного сигнала. Частотная характеристика воспроизве­ дения, соответствующая (13.11) и представленная в логарифмическом масштабе, имеет вид, приведенный на рис. 13.4.

Изложенные особенности записи и воспроизведения важно учиты­ вать при записи аналоговой информации.

Цифровую информацию, записанную на магнитный носитель, мож­ но рассматривать как серию элементарных магнитиков с неизменной длиной. Минимальная длина волны Лгаіп, которую может обеспечить записывающая головка и при которой еще наводится э. д. с. в обмотке головки считывания, определяет наибольшую возможную плотность записи информации [2.16], т. е. число бит (двоичных цифр) на 1 мм дли­ ны носителя

р = —-— бит!мм.

^mln

ЗІ1

§ 132. МЕТОДЫ ЗАПИСИ АНАЛОГОВОЙ И ЦИФРОВОЙ ИНФОРМАЦИИ

Если бы п р и з а п и с и а н а л о г о в о й и н ф о р м а ц и и остаточная индукция была пропорциональна напряженности записы­ вающего поля //зап нелинейные искажения при воспроизведении бы­ ли бы минимальны. Однако при записи информации на предварительно размагниченный носитель подобная пропорциональность не соблю­ дается вследствие значительной нелинейности начальной кривой на­ магничивания в области малых напряженностей. Поэтому в технике применяют запись аналоговой информации с подмагничиванием. Подмагничивание можно производить постоянным или переменным полем.

Рис. 13.5. Запись аналоговой информации с подмагничи­ ванием постоянным полем

На рис. 13.5, а приведен один из возможных способов записи с под­ магничиванием постоянным полем. Магнитный носитель поступает к головке записи полностью размагниченным. В обмотку записывающей головки вместе с током записи подается дополнительный постоянный ток* создающий напряженность Нп, которая смещает начальную рабо­ чую точку на середину линейного участка кривой намагничивания. Полученная таким образом запись имеет меньшие искажения, чем за­ пись без подмагничивания.

Более удачным является способ записи с постоянным подмагничи­ ванием, показанный на рис. 13.5, б. В этом случае предварительное стирание информации производится постоянным полем с напряжен­ ностью Ястир и к записывающей головке подходит носитель, предва­ рительно намагниченный до насыщения в отрицательном направле­ нии. В обмотку записывающей головки вместе с током записи также подается постоянный ток подмагничивания, напряженность # п кото­ рого близка к коэрцитивной. На постоянное поле Яп накладывается

312

переменное поле записываемого сигнала Язап, и намагничивание про­ исходит по вертикальному участку предельной петли гистерезиса. Линейный диапазон этого участка примерно в два раза больше, чем в показанном на рис. 13.5, а, что благоприятно сказывается на величи­ не э. д. с. при считывании информации.

Наиболее качественную запись аналоговой информации получают при дополнительном подмагничивании переменным полем с частотой, в несколько раз превышающей максимальную частоту записываемого

Рис. ]3.6. Запись аналоговой информации с под^ магничиванием переменным полем

сигнала. Такой вид записи применяют в магнитофонной технике, где подмагничивающее переменное поле имеет ультразвуковую частоту. В этом случае суммарный ток в обмотке записи

* = г'зап + *п = / ( +0 1 sin at

создает напряженность

Н = kf (0 + # п sin at.

Из рис. 13.6 видно, что при определенной величине амплитуды на­ пряженности Нп подмагничивающею поля огибающая записываемой индукции имеет вид неискаженного основного записываемого сигнала / (/). Это в свою очередь означает, что при считывании в обмотке голов­ ки считывания средний остаточный поток будет наводить э. д. с., вос­ производящую записанный сигнал без существенных искажений. Од­ нако физические процессы при перемагничивании переменным полем

313

протекают более сложно, чем представлено на рис. 13.6. Можно по­ казать [2.14J, что высокочастотные колебания на самом деле не запи­ сываются, вызывая лишь быстрые перемагничивания по частным цик­ лам около точек остаточной индукции, соответствующих уровню ос­ новного записываемого сигнала.

Существует ряд способов записи аналоговой информации с помощью стан­ дартной аппаратуры: прямая запись, частотно-модулированная запись, фазомодулированная запись и импульсная запись с модуляцией по длительности.

Прямую запись применяют в технике записи звуков: ее можно использовать

выражение (13.11)]. Верхний предел лежит в диапазоне, где длина волны запи­ санного сигнала становится сравнимой с шириной щели головок записи и счи­ тывания. При этом способе электрические сигналы записываются па магнитную ленту непосредственно, без каких-либо преобразований.

Частотно-модулированная запись позволяет записывать сигналы низких частот и постоянного тока. При этом зависимость амплитуды э. д. с. от частоты не влияет на точность записи. Для осуществления данного способа записи необ­ ходим источник несущей частоты, которая модулируется сигналом. Воспроизво­ димый сигнал подается на демодулятор, в котором отфильтровывается несущая частота.

Фазо-модулированная запись, сохраняя преимущества частотио-модулиро- вапной, позволяет избежать влияния изменения скорости ленты на точность вос­ произведения. Способ основан на сравнении фаз двух колебаний. Поэтому на ленте должны быть записаны сигналы по крайней мере двух частот, из которых одна является опорной, а вторая — несущей, фазо-модулированной записывае­ мым сигналом.

Импульсную запись с модуляцией по длительности применяют при телеизме- р -пнях для многоканальной записи медленно меняющихся процессов с использо­ ванием временного разделения каналов. Принцип временного разделения за­ ключается в том, что записываемый сигнал делится на интервалы и записываются отдельные мгновенные значения передаваемой функции. При воспроизведении функция восстанавливается в низкочастотных фильтрах. Для удовлетворитель­ ного воспроизведения синусоидальной функции необходимо записать по крайней мере 4—6 мгновенных значений ее за период.

П р и з а п и с и ц и ф р о в о й и н ф о р м а ц и и , выражен­ ной в двоичном коде, наличие нелинейных искажений не играет роли. Достаточно только четко определять два уровня сигналов, возникаю­ щих при считывании и соответствующих нулям и единицам. Более важ­ ным для таких запоминающих устройств является увеличение емкости памяти, т. е. уплотнение записи, при возможно меньшем времени обра­ щения.

Существует ряд способов записи двоичной информации, которые можно подразделить на две группы: запись с промежутками между отдельными цифрами (запись с возвратом к нулю) и запись без проме­ жутков (запись без возврата к нулю). При этом запись с промежутками производят по двум или по трем уровням.

При записи по двум уровням магнитный носитель находится в двух состояниях: либо с положительной, либо с отрицательной остаточной индукцией, соответствующей предельной петле гистерезиса. Эти со­ стояния принимают соответствено за 1 или 0. Отсутствие цифры обоз­ начается как 0.

При записи по трем уровням магнитный носитель может находиться в трех состояниях: с положительной или отрицательной остаточной

314

индукцией, соответствующей 1 или 0, а также в полностью размагни­ ченном состоянии с индукцией, равной нулю. Последнее состояние со­ ответствует интервалам между двоичными цифрами внутри числа, ин­

ней. Это объясняется тем, что при считывании единиц индукция изме­ няется не от нуля до максимума, а от — Дтах до + ß mar Кроме того, при записи по двум уровням стирание информации производится намагничиванием до насыщения в постоянном поле. Для стирания, записи и считывания может применяться один и тот же вид головки.

315

К записывающей головке носитель подходит, имея индукцию — В которую он приобрел при стирании информации. При подаче в обмотку

ключателем — триггером. При этом в обмотке записывающей головки появляется и протекает поло­

жительный ток і (кривая б) во время импульсов, соответствующих 1 При поступлении первого же импульса 0 в обмотку начнет подаваться отрицательный ток ізап до нового поступления цифры 1. В результате носитель, предварительно намагниченный до —ß max стирающей го­ ловкой, будет принимать состояние + ß max или —Втах в соответст­ вии с током в записывающей головке. При считывании информации импульсы э. д. с. появляются только во время перемагничивания носи­ теля и соответствуют изменениям цифры (кривая г). Эти импульсы уп­ равляют триггером, который посылает ток в один из входов схемы совпа­ дения (кривая д). На другой вход схемы совпадения поступают сигналы от генератора единиц (кривая е). В результате на выходе схемы совпа­

дения появится код числа, которое было записано на носителе (кривая ж).

316

Запись без промежутков другого варианта (рис. 13.10) позволяет значительно упростить схему считывания и расшифровки кода. Этот способ отличается от предыдущего тем, что ток в обмотке записи, а значит, и индукция носителя изменяются каждый раз, когда поступает

МОЗУ типа 2D.

§ 13.3. МАГНИТНЫЕ НОСИТЕЛИ ЗАПИСИ И МАГНИТНЫЕ ГОЛОВКИ ,

Ч'

Вкачестве магнитного носителя используют порошки окиси желе­ за или железокобальтового феррита в смеси с лаком типа нитрата цел­ люлозы, так называемого ферролака. Общая доля порошка в ферро­ лаке составляет по объему 30—45%. Размеры зерен ферромагнитного порошка должны быть возможно меньшими, чтобы носитель имел однородные магнитные характеристики, а также обладал возможно меньшим абразивным эффектом, который обусловливает износ поверх­ ности головок в местах соприкосновения с носителем. У высококаче­ ственных носителей величина зерна составляет 0,1 мкм.

... Ферролак используют для покрытий и лент, и барабанов. Магнит­ ное покрытие барабанов и дисков может также представлять собой на­ несенный гальваническим путем тонкий слой сплава из 80% кобальта

и20% никеля или чистого никеля.

Втабл. 13.1 приведены некоторые характеристики магнитных по­

крытий 12.15].

317

Установлено, что величина проникновения магнитных силовых линий в ферромагнитные покрытия лент и барабанов составляет около 25 мкм. С уменьшением длительности импульса записи глубина про­ никновения уменьшается, поэтому толщина покрытия колеблется от 7

до 20 мкм.

Кроме записи на магнитную ленту применяют запись на проволоку диаметром порядка 0,1 мм с магнитным носителем в виде никелькобальтового покрытия толщиной порядка 10 мкм.

Преимуществом записи на магнитную проволоку является высокая компактность и малый объем ЗУ при достаточно большой емкости. Су­ ществуют модификации магнитных проволок на капроновой или ней­ лоновой основе.

В технике магнитной записи применяют, как правило, к о л ь ц е ­ в ы е г о л о в к и . Сердечник такой головки имеет либо круглую (рис. 13.2), либо прямоугольную (рис. 13.11, б) форму. Во всех случаях записи на ленту рабочую поверхность головки, соприкасающуюся с лентой (зеркало), выполняют закругленной. Сердечники головок из­ готавливают из пермаллоя 80НХС или 79НМ, алфенола Ю-16 или фер­ рита. Для снижения действия вихревых токов, особенно проявляюще­ гося при записи высоких частот и коротких импульсов, сердечники на­ бирают из пластин толщиной 50—100 мкм.

Для высокочастотных головок целесообразно применять ферриты. Однако хрупкость ферритов осложняет изготовление головок с прямоугольными краями рабочего зазора. Поэтому ферритовые сердечники рекомендуется снабжать по­ люсными наконечниками из металлических материалов с высокой магнитной проницаемостью.

На рис. 13.12, а показано распределение поля в рабочем зазоре за­ писывающей головки, из которого видно, что поле является чисто про­ дольным лишь над серединой зазора. Таким образом, реальная картина поля в зазоре значительно отличается от картины равномерного поля, которое было рассмотрено в § 13.1. Распределение поля в зависимости от относительного расстояния /г/бр показывает, что отдельные слои но­ сителя подвержены действию различных напряженностей.

При записи переменным полем за время прохождения магнитного носителя перед зазором ток в обмотке записи успевает измениться, а следовательно, напряженности у набегающего и сбегающего краев зазора будут различными. В результате запись сигналов высоких частот и импульсов производится со значительным искажением, для уменьшения которого необходимо уменьшить зазор бр. Кроме того, для

318

лучшего «промагничивания» носителя (т. е. намагничивания на всю толщину магнитного слоя) зазор не должен быть меньше 4—5 мкм.

Чтобы рабочий зазор не засорялся частичками ферромагнитного носителя, в него закладывают фольгу из бериллиевой или фосфористой бронзы, коэффициент истирания которой приблизительно такой же, как у пермаллоя. Вихревые токи в фольге способствуют вытеснению потока из рабочего зазора и этим усиливают поле записи. Задний зазор

ловка магнитного барабана машины «Урал-2» на две дорожки (толщи­

в записывающих головках необходим для снижения в них остаточной индукции, которая может сохраняться после больших токов записи, несмотря па магнитную мягкость материала головки. Этот зазор должен иметь достаточно большое магнитное сопротивление, увеличивающее угол у (ср. рис. 1.8, й). В существующих магнитных головках рабочий зазор имеет порядок 5—20 мкм, а задний — достигает 0,4 мм.

Зазор бр считывающей головки определяется верхним пределом частоты (см.рис. 13.4) записанного сигнала.Однако при слишком узком зазоре ухудшается чувствительность головки на низких частотах. Поэтому величину рабочего зазо­ ра рекомендуется выполнять не менее 0,7 наименьшей длины волны. Задний за­ зор в считывающих головках не нужен, так как он только ослабляет и без того небольшое поле, создаваемое намагниченными участками носителя.

Несмотря на различные требования к записывающим и считывающим го­ ловкам часто эти головки выполняют универсальными, идя на компромиссное

319