книги из ГПНТБ / Козырев А.В. Конструирование любительских магнитофонов

процессы в них достаточно сложны и определяются многими электри­ ческими и конструктивно-технологическими факторами.

В настоящее время в продаже имеется достаточно большой ассор­ тимент магнитных головок. В то же время изготовление высококаче­ ственных магнитных головок в домашних условиях вряд ли возможно и целесообразно из-за сложности технологических процессов (отжига, шлифовки сердечников, сборки и т. п.).

Несмотря на это, радиолюбитель должен понимать основные осо­ бенности и характеристики различных головок, что необходимо для правильной ориентации в их выборе в зависимости от класса и назначе-

Рие. 77

ния магнитофона. На рис. 77 показано упрощенно устройство магнит­ ной головки. Основной частью любой магнитной головки является сердечник из магнитного материала, на котором размещается обмотка с проводом. В сердечнике имеется рабочий зазор с прокладкой из диамагнитного материала.

Головка взаимодействует с магнитной лентой в основном через рабочий зазор сердечника головки, который обеспечивает переход магнитного поля головки на ленту в процессе записи или стирания и поступление внешнего магнитного потока ленты в сердечник при вос­ произведении.

В сердечниках записывающих головок для уменьшения уровня шу­ мов в паузе при записи делается дополнительный зазор из изоляцион­ ного диамагнитного материала. Дополнительный зазор увеличивает магнитное сопротивление сердечника, предохраняя его от остаточного намагничивания. Магнитное насыщение сердечника головки может возникнуть из-за большой напряженности магнитного поля, от бро­ сков тока при включении и выключении магнитофона, а также от значительных пиков сигнала при записи и настройке.

Неотъемлемой частью головок, особенно головок воспроизведения, является магнитный экран, влияющий на качественные показатели их

130

Ф3 , намагничивающий ленту при ее движении над рабочим зазором головки. После удаления от рабочего зазора магнитная индукция в ленте уменьшается до значения остаточной индукции Б0«г-

Для получения неискаженной записи работа должна происходить на линейном участке кривой остаточного намагничивания ленты. С этой целью в обмотку записывающей головки вместе с током звуковой частоты подают постоянное или высокочастотное подмагничивание. В современных магнитофонах используют способ записи с высокочас­ тотным подмагничиванием. При этом остаточное намагничивание ленты

в паузах практически сводится к нулю, что резко уменьшает шумы в паузах, и тем самым, расширяет динамический диапазон записи. Как указывалось, дополнительный зазор записывающей головки снижает остаточную намагниченность ленты, а следовательно, и шумы. Кроме того, он уменьшает паразитную амплитудную модуляцию записанного сигнала.

Причина возникновения паразитной амплитудной модуляции — плохое прилегание ленты к рабочему зазору головки из-за недостаточ­ ного прижима, плохой работы ЛПМ, низкого качества поверхности ленты или рабочей поверхности головки.

Участок ленты, соприкасающийся с рабочим зазором головки, шун­ тирует его и поэтому входит в общую магнитную цепь головки. Изме­ нение магнитного сопротивления за счет неплотного контакта ленты и головки приводит к изменению магнитного потока в сердечнике и, следовательно, к изменению напряженности намагничивающего поля. Дополнительный зазор значительно увеличивает общее сопротивление магнитной цепи, поэтому изменения, вызываемые лентой, мало влияют на магнитный поток в сердечнике головки.

Высокое качество магнитной звукозаписи достигается за счет запи­ си и воспроизведения широкого диапазона звуковых частот (20 Гцч- -т- 25 кГц), при достаточно большом отношении сигнал/помеха (50— 60 дБ) и малых нелинейных искажениях (1 -н 2%).

Существующие ленты и обычные магнитные головки обеспечивают выполнение этих требований при плотности записи порядка 100 Гц/мм. При дальнейшем увеличении плотности записи возрастают волновые потери: начинает заметно проявляться эффект саморазмагничивания ленты и особенно возрастают потери, обусловленные конечной шириной зоны записи.

Известно, что волновые потери при записи непосредственно не за­ висят от ширины рабочего зазора записывающей головки, а опреде­ ляются крутизной спада напряженности магнитного поля за ее пиком в направлении движения звуконосителя.

При записи движущийся звуконоситель после воздействия пико­ вого значения напряженности поля записи подвергается действию спадающего переменного магнитного поля подмагничивания. При

Обычно для ослабления этого эффекта уменьшают либо рабочий зазор записывающей головки, либо подмагничивание. Однако уменьшение зазора приводит к снижению напряженности магнитного поля записи, в результате чего уменьшается чувствительность канала записи, а уменьшение подмагничивания снижает глубину проникновения поля в звуконоситель. Это сопровождается увеличением искажений на низ­ ких и средних частотах и, кроме того, уменьшением «прочности записи». Уровень записанного сигнала уменьшается от механических воздей­ ствий (например, от числа воспроизведений данной записи), а также от воздействия даже слабых магнитных полей.

Обычно величину подмагничивания выбирают исходя из допустимых нелинейных искажений на средних частотах и завала на высоких час­ тотах. Поэтому способы устранения влияния сбегающего края поля подмагничивания имеют важное значение для дальнейшего повышения плотности записи без потери ее качества. В последнее время для этой цели разработаны и применяются специальные головки.

Основной принцип устройства таких головок заключается в нало­ жении на основное поле высокочастотного подмагничивания дополни­ тельного высокочастотного поля таким образом, чтобы образовалось более узкое «сфокусированное» результирующее поле, которое имело бы резкий спад за пиком напряженности в направлении движения звукоснимателя.

На рис. 79, а показан принцип работы головки с двумя рабочими зазорами, создающими «сфокусированное» поле подмагничивания. Левый (широкий) рабочий зазор используется для стирания, правый (узкий) — для записи. Из-за близкого расположения рабочих зазоров часть потока стирающего зазора образует почти вертикальное поле, накладывающееся на поле подмагничивания записывающего рабочего зазора. Высокочастотные поля одинаковой частоты сфазированы так,

132

что результирующее магнитное поле получается «сфокусированным» (рис. 79, б) и быстро уменьшается в месте выхода звуконосителя из зоны записи.

На рис. 79, г показан другой способ создания «сфокусированного» поля, разработанный фирмой «Akai». Для высокочастотного подмагничивания используется отдельная головка, расположенная со стороны основы магнитной ленты. Этот способ получил название «Cross-field» или «Х-field». Из рисунка видно, что в отличии от обычной записи (рис. 79, в) звуконоситель выходит из зоны рабочего зазора, в меньшей

Рис. 79

степени подвергаясь последующему перемагничиванию, а это улучшает запись высоких частот. По сообщениям фирмы верхняя граница рабо­ чего диапазона частот при использовании способа «Cross-field» на ско­ рости 1,18 см/с—10 кГц, на скорости 4,75 см/с—13 кГц и на скорости 19 см/с — 52 кГц. Проверка на отечественной ленте типа 6 показала, что при скорости 19,05 см/с увеличение выхода на частоте 12 кГц составляет 3 дБ, на 16 кГц — 6 дБ (при коэффициенте нелинейных искажений не более 2% на частоте 400 Гц).

Таким образом, преимуществами использования «сфокусированно­ го» поля являются улучшение частотных и амплитудных характеристик при записи высоких частот на малых скоростях звуконосителя, увеличе­ ние «прочности записи», а также снижение модуляционных шумов.

Но заметим, что преимущества в отношении частотных характерис­ тик по передаче высоких частот при толщине рабочего слоя ленты ме­ нее 6 мкм практически не ощущаются. Это объясняется тем, что для проникновения поля подмагничивания на всю толщину рабочего слоя ленты достаточен его малый уровень.

Головки, реализующие рассмотренный способ записи, находят применение в некоторых зарубежных магнитофонах. Однако широкое внедрение этих головок в бытовые магнитофоны в настоящее время сдерживается трудностями конструктивного характера и патентными ограничениями. Головки, показанные на рис. 79, г, требуют высокой точности взаимного расположения рабочих зазоров головок и поддер-

133

жания его в процессе эксплуатации, поскольку износ одной из головок за счет абразивности рабочего слоя ленты нарушает «фокусировку» поля подмагничивания, а следовательно, и качество записи.

Ш Кроме того, головки (рис. 79, г) предъявляют жесткие требования к стабильности толщины магнитной ленты. В этом отношении головка, устройство которой показано на рис. 79, а, свободна от указанного

поток ленты Фв (рис. 78) замыкается через сердечник головки, имеющий малое магнитное сопротивление. В обмотке

сердечнике (увеличение магнитного сопротивления материала сердеч­ ника с увеличением частоты и потерями на вихревые токи в металли­ ческих прокладках зазоров).

У воспроизводящих головок, когда длина волны записанного сиг­ нала соизмерима или больше размеров головки или ее экрана, наблю­ дается волнистость частотной характеристики в области низких частот (рис. 80) — так называемая «змейка».

Возникновение волнистости объясняется периодическим суммиро­ ванием или вычитанием магнитных потоков от длин волн записанного сигнала, кратных размерам головки {экрана). Поэтому головки неболь­ ших размеров применяют при сравнительно низких скоростях движе­ ния ленты. Иногда необходимо учитывать контактные потери — умень­

и загрязнением поверхностей или недостаточным прижимом ленты к головке.

Возможность воспроизведения высоких частот обусловливается шириной рабочего зазора головки. Практически взаимодействие с лентой осуществляется в несколько большей области, чем геометри­ ческая ширина рабочего зазора головки. Поэтому вводится понятие так называемой эффективной ширины рабочего зазора бэ , которая обычHOjia 10—20% превышает геометрическую ширину.

"эффективная ширина рабочего зазора особенно важна для головки воспроизведения, поскольку она определяет частотные искажения,

134

вносимые рабочим зазором в области высоких частот. Известно, что отдача Е — представляющая собой э. д. с , индуцируемую в обмотке головки при воспроизведении записи с определенной намагниченностью и частотой, определяется формулой:

где / — частота воспроизводимого сигнала; п — число витков обмотки;

К— длина волны записи;

Ф— магнитный поток фонограммы;

бэ — эффективная ширина рабочего зазора;

sin я 6Э

множитель, характеризующий частотные искажения,

вносимые рабочим зазором.

Этот множитель показывает, что при уменьшении длины волны запи­ си э. д. с. головки уменьшается, и при бэ = К э. д. с. головки воспро­

Рис. 81

Таким образом для уменьшения частотных искажений в области высоких частот рабочий зазор головки воспроизведения должен быть достаточно узким. Однако при очень узком рабочем зазоре уменьшае­ тся э. д. с. головки на средних и особенно на низких частотах, и такой зазор трудно выполнить по технологическим причинам. Ширина ра­ бочего зазора обычно выбирается так, чтобы частотные искажения, обусловленные рабочим зазором, не превышали 5 дБ .

Дополнительные частотные искажения в области высоких частот могут возникнуть также из-за перекоса рабочих зазоров магнитных головок при записи и воспроизведении.

, 135

i

Объясняется это тем, что при записи высоких частот длина волны записанных колебаний становится соизмеримой с размерами перекоса

ты. Для этого фонограмма, проходя через переменное магнитное поле над рабочим зазором стирающей головки, многократно перемагничивается: вначале намагничиваясь почти до насыщения, а потом, в спадаю­ щем магнитном поле, размагничивается до нуля.

В простейших экономичных магнитофонах для размагничивания ленты иногда применяют головки стирания с постоянным магнитом специальной конструкции (рис. 82). Такая головка состоит из двух стальных гребенок 1, 3 я постоянного магнита 2. Головку устанавли­ вают так, чтобы рабочий слой ленты касался одного из крайних зазо­ ров. При этом в направлении движения фонограммы создается плавно убывающее, переменное по направлению, магнитное поле. Фонограмма

.136

при движении через такое поле подвергается нескольким циклам перемагничивания, вследствие чего она размагничивается. Эффект, по­ лучаемый при этом, напоминает стирание с помощью высокочастотного поля. Недостаток такой головки — больший уровень шума ленты по сравнению с шумом ленты, размагниченной полем высокой частоты.

Разновидности магнитных головок

С п е ц и а л ь н ы е г о л о в к и предназначены для выполнения только одной операции записи, воспроизведения или стирания. Такие головки применяют преимущественно в высококачественных профес­ сиональных и бытовых магнитофонах.

У н и в е р с а л ь н ы е г о л о в к и осуществляют несколько функций (поочередно или по выбору). Например, запись и воспроиз­ ведение или запись и стирание.

Условия работы головки в каждом режиме различны, поэтому вы­ бор параметров универсальной головки приходится делать компро­ миссным путем. Так, в универсальной головке для записи и воспроизве­ дения, с целью снижения остаточной намагниченности сердечника и уменьшения уровня шумов при записи, в сердечнике делают дополни­ тельный зазор шириной 60 -=- 100 мкм, хотя это и уменьшает э. д. с. головки при воспроизведении.

Применение в ламповых усилителях универсальной головки с большой индуктивностью позволяет получить достаточно высокий уро­ вень сигнала. Однако при записи такую головку трудно согласовать с генератором высокочастотных колебаний, поскольку от него в этом случае требуется сравнительно высокое напряжение для получения необходимого подмагничивания, а также большой уровень записыва­ емого сигнала. Поэтому иногда в универсальных головках для облегче­ ния режима записи делают отвод от определенного числа витков об­ мотки .

Универсальные головки для записи и воспроизведения широко при­ меняют в бытовых магнитофонах. В некоторых специальных магнито­ фонах, рассчитанных только на режим записи, используют универсаль­ ные головки для записи и стирания.

К о м б и н и р о в а н н ы е г о л о в к и могут одновременно вы­ полнять все три функции: запись, воспроизведение и стирание. Такие головки используют в основном в портативных кассетных магнито­ фонах.

Преимущество универсальных и особенно комбинированных го­ ловок — их компактность, позволяющая сократить размеры тракта движения ленты.

По конструктивному оформлению различают однодорожечные го­ ловки и многодорожечные блоки головок. Блоки состоят из одиночных головок, конструктивно объединенных в общем корпусе. Как и одиноч­

137

многодорожечной записи (более двух дорожек),г а также для стерео­ фонической записи.

В бытовых стереофонических магнитофонах обычно используют двухдорожечные или четырехдорожечные блоки головок.

Высота сердечника головки в зависимости от ее назначения приве­ дена на рис. 68. Как видим, высота сердечника головки воспроиз­ ведения берется несколько меньше ширины дорожки записи, а у головки стирания — несколько больше, чему головки записи. Это делается для того, чтобы при поперечных колебаниях из-за механических дефектов ленты или неточности работы ЛПМ лента не выходила за пределы сердечника головки воспроизведения (иначе возникнет амплитудная мо­ дуляция сигнала), а стирающая головка обеспечивала бы стирание со всей дорожки записи. В универсальных головках высоту сердечника выбирают в соответствии с требуемой шириной дорожки записи.

Конструкции

Взависимости от конструкции магнитопровода различают: головки

ссердечником, склеенным из тонких пластин магнитно-мягкого мате­ риала (пакетный сердечник), головки, имеющие сердечник из одной или нескольких согнутых пластин (пластинчатый сердечник), и голов­ ки с ферритовым сердечником.

ж

Каждая из перечисленных групп головок имеет свою область при­ менения. Так, головки первой группы обеспечивают хорошие харак­ теристики, высокую надежность и долговечность. Их используют в профессиональных и высококачественных бытовых магнитофонах.

138

На рис. 83 показаны формы пластин пакетных сердечников и пример выполнения головок с такими сердечниками. Для уменьшения потерь на высоких частотах, что особенно существенно в головках записи и стирания, пластины берут достаточно тонкими порядка 0,1 мм. Объем сердечника выбирают сравнительно небольшим, чтобы уменьшить мощность потерь в нем.

Головки с пластинчатым сердечником (рис. 84) отличаются простотой конструкции, серийноспособностью и сравнительно низкой стои­

ние мощности высокочастотного генератора. Так, на частоте генерато­ ра свыше 60 кГц расход мощности для питания ферритовой стираю­ щей головки уменьшается в 10 — 15 раз по сравнению с головкой, имеющей металлический сердечник. Это обстоятельство особенно важно для носимых магнитофонов с автономным питанием.

Ферритовые головки выполняют с одним или двумя рабочими зазо­ рами (рис. 85). На рис. 85, б показан сердечник ферритовой головки сти­ рания с обмоткой на центральном стержне и двумя рабочими зазорами. Достоинство такой головки по сравнению с головкой, имеющей один рабочий зазор — лучшее стирание и более слабое поле помех, излуча­ емое головкой. Это объясняется тем, что потоки в рабочих зазорах имеют противоположное направление и во внешнем пространстве ком­ пенсируют друг друга. Рабочие зазоры стирающих головок делают ши­ риной 50 -г- 100 мкм. Прокладки обычно слюдяные, так как примене­ ние металлических прокладок на частотах порядка 80 кГц увеличива-

\139