Владимир Поляков - Посвящение в радиоэлектронику
Теперь становится ясно, какой материал нужен для рабочего ферромагнитного слоя магнитной ленты. Магнитомягкий материал не подходит: запись на нем исчезает сразу, как только данный участок ленты пройдет мимо головки. Нужен магнитотвердый материал с большой остаточной индукцией. Чем она больше, тем большим может быть уровень записи.
Для стирания записи используют высокочастотный способ размагничивания ленты. В стирающую головку подается переменный ток высокой частоты 40… 100 кГц. Каждый участок ленты, проходя мимо зазора головки, несколько раз перемагничивается от насыщения до насыщения. Но затем, по мере удаления этого участка от зазора, перемагничивание будет происходить все в меньших пределах. На графике это можно изобразить спиралью сложной формы, состоящей из ряда все уменьшающихся петель гистерезиса. Для хорошего стирания необходимо, чтобы за время прохождения зазора головки пленка перемагнитилась много раз (не менее 100… 200). В результате остаточная индукция ленты станет равной нулю.
Запись с высокочастотным подмагничиванием.
Запись с подмагничиванием постоянным током.
Стереть запись с магнитной ленты можно и не перематывая ее лентопротяжным механизмом. Для этого достаточно поместить ленту (на катушке или в кассете) в сильное магнитное поле. Поэтому остерегайтесь оставлять кассету рядом с источниками постоянных или переменных магнитных полей: трансформаторами, магнитами, стабилизаторами напряжения, двигателями.
Теперь мы подошли к обсуждению самых главных процессов в магнитной записи — процессов собственно записи и воспроизведения. Казалось бы, чего проще — подать ток звуковой частоты в обмотку головки и получить запись. Запись, конечно, получится, но качество ее будет очень низким. Чтобы понять, в чем здесь дело, достаточно посмотреть на основную кривую намагничивания материала пленки.
Она показана для намагничивания в обоих направлениях. Поскольку начальный участок кривой пологий, намагничивание пленки при слабых сигналах происходит плохо. Если на головку подается синусоидальный звуковой сигнал, то остаточная индукция пленки оказывается далеко не синусоидальной. Исправить положение можно, подав в головку постоянный ток подмагничивания и сместив начальную точку на крутой и более или менее линейный участок кривой. Но это плохой выход, так как динамический диапазон записи получается небольшим, а в паузах записи возникает шум намагниченной пленки. Поэтому во всех современных магнитофонах применяют подмагничивание высокочастотным током, обычно той же частоты, которая используется и для стирания старой записи.
При высокочастотном подмагничивании в обмотку головки подаются сразу два сигнала: один звуковой частоты и переменной амплитуды, а другой — высокочастотный и постоянной амплитуды. Высокочастотное магнитное поле как бы раскачивает домены ферромагнетика, разрушая жесткие связи между ними и облегчая намагничивание пленки. Очень важен правильный выбор тока подмагничивания — высокочастотные колебания должны выводить наложенные на них звуковые на середину крутого участка кривой намагничивания.
Поскольку высокочастотные колебания успевают перемагнитить пленку несколько раз, пока она проходит мимо зазора головки, в записи этих колебаний практически не остается. К тому же их частота лежит в неслышимой ультразвуковой области и не пропускается усилителем воспроизведения.
Итак, пленка намагничена в соответствии с записываемым звуковым сигналом. Теперь надо воспроизвести запись. В профессиональных магнитофонах для воспроизведения используют отдельную головку, такую же по конструкции, как и записывающая головка, но с большим числом витков в обмотке. Кроме того, в записывающей головке делают еще один, задний зазор магнитопровода. Он непосредственно не участвует в процессе записи, но предотвращает насыщение и остаточное намагничивание магнитопровода головки. В бытовых магнитофонах предпочитают обходиться одной универсальной головкой и для записи, и для воспроизведения. Когда намагниченная пленка с записью протягивается мимо зазора воспроизводящей головки, часть магнитного потока ответвляется в ее магнитопровод. Магнитный поток изменяется в такт с записанными звуковыми колебаниями, а поэтому в обмотке головки возникает ЭДС индукции. По закону электромагнитной индукции Фарадея ЭДС индукции прямо пропорциональна скорости изменения магнитного потока. Поэтому чем быстрее протягивается пленка и чем выше частота записанных колебаний, тем больше ЭДС индукции.
Запись на магнитной ленте.
Магнитный поток ленты и воспроизводящей головки.
Действительно, при равномерно намагниченной ленте магнитный поток в воспроизводящей головке не изменяется при движении ленты и ЭДС на ее выводах равняется нулю. Это соответствует нулевой частоте записанного сигнала. По мере повышения частоты записанного сигнала длина волны записи укорачивается и направление магнитного потока в головке все чаще изменяется на обратное, а следовательно, возрастает и скорость изменения потока, а с ним — и ЭДС на выводах головки.
Если бы зазор головки был бесконечно узким, мы получили бы линейную зависимость ЭДС индукции на выводах головки Uвоспр от частоты записанных колебаний. Но зазор нельзя сделать бесконечно узким. Во-первых, из механических соображений. В зазор между полюсами головки надо положить прокладку из твердого немагнитного материала, стачивающегося лентой примерно с той же скоростью, что и материал полюсных наконечников. Иначе зазор забьется ферромагнитной пылью от рабочего слоя ленты и головка вообще перестанет работать. Обычно для прокладки используют фосфористую бронзу, фольгу из которой трудно сделать тоньше нескольких микрометров. Впрочем, в последние годы разработаны головки с магнитопроводом из феррита. Зазором в них служит тонкий слой стекла. Эти материалы почти не подвержены абразивному действию магнитной ленты, поэтому стеклоферритовая головка служит гораздо дольше обычной. Во-вторых, при слишком узком зазоре уменьшится магнитный поток, ответвляющийся в магнитопровод, и уменьшится отдача головки. Следовательно, зазор имеет конечную толщину — несколько микрометров. Но как только при повышении частоты записанных колебаний на ширине зазора уложится более полуволны этих колебаний, ЭДС головки перестанет расти. А как только на ширине зазора уложится целая волна, т. е. один период колебаний, ЭДС головки упадет до нуля. Есть, правда, еще несколько максимумов отдачи головки, когда на длине зазора укладывается 3, 5, 7… или большее нечетное число полуволн записанного сигнала. Но практической пользы от этих максимумов нет, поскольку получить воспроизведение с приемлемым качеством при такой изрезанной, с нулями и максимумами, частотной характеристике просто нельзя.
Амплитудно-частотная характеристика головки с бесконечно узким зазором.
Изменение магнитного потока головки при увеличении ширины ее зазора.
Итак, мы имеем частотную характеристику воспроизведения сигналов с магнитной ленты. Как видим, она очень неравномерна. Со стороны низких частот диапазон ограничен линейным спадом (на низких частотах длина волны на ленте велика, поэтому скорость изменения магнитного потока в головке и ее ЭДС получаются малыми), а со стороны высоких частот — спадом, обусловленным конечной шириной зазора головки. Как часто случается в радиотехнике, приходится выбирать некоторый оптимум и так подбирать параметры ленты, толщину зазора и скорость протяжки, чтобы получать приемлемый частотный диапазон. Собственно, последние 20 лет в магнитной записи и решались преимущественно эти проблемы. Результаты достигнуты неплохие. Например, при скорости ленты 4,75 см/с на портативном кассетном магнитофоне хорошего качества удается записать диапазон звуковых частот 40 Гц… 12,5 кГц.
Разумеется, это невозможно было бы сделать без коррекции частотной характеристики усилителей как при записи, так и при воспроизведении. При записи в усилителе искусственно поднимают верхние звуковые частоты и тем самым компенсируют эффект саморазмагничивания ленты и частично — влияние конечной ширины зазора. При воспроизведении характеристику усилителя корректируют еще больше. Во-первых, поднимают нижние частоты, чтобы скомпенсировать падение ЭДС головки на этих частотах. Во-вторых, снова поднимают верхние частоты, чтобы скомпенсировать влияние ширины зазора головки. В результате стольких усилий получают примерно равномерную частотную характеристику сквозного канала — от входа усилителя при записи до выхода усилителя при воспроизведении.
