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ENCICLOPEDIA DELLA RADIOELETTRONICA ED ELETTRICA Testine magnetiche in ferrite per la registrazione del suono e caratteristiche della loro applicazione. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica
Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / Audio La prima parte dell'articolo esamina i progetti delle testine magnetiche in ferrite prodotte in serie nella CSI: vengono indicati i loro parametri e vengono annotate le caratteristiche dell'applicazione. Le parti seguenti descrivono la tecnologia per la produzione delle testine, forniscono metodi aggiuntivi per misurare i parametri della testina e raccomandazioni per la regolazione dei registratori con tali testine. Queste informazioni saranno utili ai radioamatori e agli specialisti coinvolti nella riparazione e nella progettazione di apparecchiature per la registrazione del suono magnetico. L’era del dominio dei registratori a cassette potrebbe volgere al termine. Tuttavia, tenendo conto delle considerazioni economiche e della disponibilità di un numero enorme di fonogrammi su cassette compatte tra la popolazione, possiamo presumere che nel nostro paese durerà e che i registratori a cassette serviranno ai loro proprietari per almeno altri 15-20 anni. Sulle pagine di “Radio” sono già apparse pubblicazioni dedicate alle testine magnetiche (MH) per la registrazione del suono [1, 2]. Eppure le informazioni, in particolare sui MG in ferrite, purtroppo chiaramente non sono sufficienti. Negli ultimi dieci anni si possono ricordare solo pochi materiali sulle teste di ferrite, apparsi in [3,4,5]. Inoltre, alcuni materiali [1,2] contenevano imprecisioni che portavano a seri problemi nel loro utilizzo. L'autore ha cercato di fornire informazioni più complete sugli MG in ferrite attualmente prodotti e di parlare delle caratteristiche del loro utilizzo nei registratori a cassette. Sia il nome generale MG “metallo” si riferisce a teste realizzate con materiali diversi (permalloy, sendust, leghe amorfe), sia il nome MG “ferrite” (o “ferrite di vetro”) si riferisce a teste realizzate con materiali diversi con tecnologie di produzione diverse, che è significativo influenza i loro parametri e le proprietà prestazionali. Per le MG domestiche, le informazioni sui materiali e sulla tecnologia di produzione sono contenute in un numero a due cifre - il numero di modifica - dopo il punto nel simbolo MG. Alcune tecnologie e materiali corrispondono a specifiche aree del numero di modifica; questo è stato standardizzato negli anni 70 e, con rare eccezioni, è in vigore anche adesso (Tabella 1). Le aziende straniere marchiano i capi secondo una serie di standard interni (spesso chiusi), quindi è praticamente impossibile estrarre le informazioni necessarie dalla designazione di una MG straniera.
Il vantaggio più evidente delle MG in ferrite - la loro durata - è determinata dal materiale della superficie di lavoro. Esistono ferriti con struttura policristallina e monocristallina. Le ferriti policristalline utilizzate per la produzione di MG sono ottenute mediante la tecnologia di pressatura a caldo - ferriti pressate a caldo (HPP), o mediante tecnologia di pressatura isostatica (IPP) o "Oxostat". Con la pressatura isostatica, la compressione della polvere da pressa avviene in modo uniforme su tutti i lati, mentre con la pressatura a caldo avviene solo in una direzione. Di conseguenza, la porosità della ferrite GPF grado 10000 MT-1 non supera lo 0,5% e la porosità della ferrite grado 10000 MT-2 (IPF) non supera lo 0,1%. Ferrite pressata (in fase di stampaggio) M1500NMZ ([ 1 ]) ha una porosità fino al 5% o più. La porosità del materiale non determina solo l'usura della MG stessa. ma, soprattutto, l'usura dello strato di lavoro del nastro magnetico (MT). La superficie di lavoro delle testine di cancellazione (per registratori come "Or-bita-205") in ferrite ordinaria con una porosità fino al 20% è, infatti, una "grattugia" che stacca senza pietà lo strato di lavoro della ML (ricordare i mucchi di polvere sul meccanismo di trascinamento del nastro). Solo nella MG viene utilizzato il tipo 6S24.710 IPF, che garantisce una bassa usura della ML (in [1] è erroneamente affermato che il materiale è stato prodotto mediante pressatura a caldo) . Le ferriti monocristalline (MCF) sono ottenute utilizzando la tecnologia di coltivazione di rubini e zaffiri artificiali utilizzando i metodi Verneuil, Czochralski o Bridgman. I primi due metodi sono più produttivi, ma i cristalli risultanti sono di qualità inferiore, quindi viene utilizzato più spesso il metodo Bridgman [6, 7]. Per far crescere un cristallo (la cosiddetta “boule”) del peso di 8 kg, compreso il raffreddamento, occorrono circa 20 giorni. Un singolo cristallo è un materiale anisotropo e, quando si producono MG, richiede l'orientamento lungo gli assi cristallografici. La natura dell'usura della superficie di lavoro in GPP o IPF e un singolo cristallo è molto diversa. La superficie di lavoro della testa è influenzata dall'abrasività della ML, dall'adesione (adesione) alla ML, dagli effetti termici ed elettrostatici di origine frizionale (specialmente nei dispositivi di riscrittura ad alta velocità), nonché dagli impatti delle microinclusioni nello strato di lavoro della ML (tipica della ML nazionale e straniera usurata). Se le teste di permalloy, come quelle più morbide, si rompono a causa di un cambiamento nella forma della superficie di lavoro ("segata"), le teste sabbiose - a causa della perdita di linearità dei bordi, coprono lo spazio sotto l'influenza dell'adesione (Fig. 1), le teste in GPF (in misura maggiore) o in IPF (in misura minore) si usurano a causa dell'erosione e della scheggiatura dei grani di policristallo. La dimensione del grano in GPF è 15...30 µm, in IPF - 10...15 µm. L'erosione si verifica a causa dell'influenza delle forze elettrostatiche, dei microstress termici e degli effetti delle microinclusioni sulle aree più deboli: i bordi dei grani. Nell'intercapedine di lavoro si forma una “buca” con una larghezza di 10..30 micron. I singoli trucioli si trasformano rapidamente in massicci e la testa cede. Con una profondità della fessura di 60...80 micron, il ripristino di tali teste è difficile. Inoltre, i bordi delle “buche” graffiano lo strato di lavoro del nastro, provocando un aumento del livello di rumore.
A differenza delle testine basate su GPF e IPF, l'usura delle testine realizzate con IPF è prevalentemente di natura abrasiva, l'erosione (cioè la lacerazione di particelle di materiale) non viene praticamente osservata. Innanzitutto, il vetro più morbido che riempie lo spazio si consuma, il foro risultante espone i bordi dello spazio, quindi i bordi “collassano”, portando ad una graduale espansione della larghezza effettiva dello spazio. È importante che la testina basata sull'ICF mantenga la superficie dei nastri magnetici speculare anche quando la testina stessa è fortemente usurata. A proposito, le conseguenze dell'usura moderata delle testine MKF possono essere facilmente eliminate senza rimuoverle dal registratore facendo scorrere un nastro lucidante (elettrocorindone con una grana di 10 micron), tagliato ad una larghezza di 3,81 o 6,3 mm. Questo nastro è prodotto da molte fabbriche (a San Pietroburgo - LOMO, stabilimento Magneton). Tempo di esecuzione: 1...2 minuti. Durante la lucidatura viene rimosso uno strato di soli 2...4 micron di spessore che ripristina completamente i parametri dell'MG (durante la lucidatura la risposta in frequenza viene monitorata ogni 30 s fino al completo ripristino). Grazie a ciò, gli MG di MCF possono essere prodotti con una profondità della fessura di soli 40...60 µm. Dopo aver utilizzato il nastro per lucidatura, è opportuno far funzionare il registratore per diverse ore su un nastro di basso valore con maggiore abrasività (Sound Breeze o TASMA MK 60-7) per finalizzare la superficie. È noto che quando un registratore funziona per 2 ore al giorno, le testine in permalloy si guastano dopo 1,5...2 anni, le testine sen-dust dopo 2...2,5 anni, le MG di GPF o IPF - dopo 2... 4 anni. Per fare un confronto: le MG dell'ICF durano 6...10 anni e, inoltre, sono facilmente ripristinabili. Nei dispositivi di riscrittura ad alta velocità, la durata diminuisce in proporzione all'aumento della velocità e del tempo di funzionamento giornaliero, ad eccezione degli MG di GPF o IPF, che si guastano più velocemente (in particolare le testine di registrazione). Una caratteristica inaspettata: le testine ICF con nastro MEK II (CrOg) di solito funzionano più a lungo rispetto a quelle con nastro IEC I (y-Fe2O3). Nella fig. La Figura 2 mostra la natura della distruzione dello spazio vuoto del campione di testa ZD24.712 da GPF 10000 MT-1 dopo 1000 ore di funzionamento, e in Fig. 3 - svincolo della testa 6V24.710 dalla MKF dopo 5000 ore di funzionamento. Nelle vicinanze (sotto) puoi vedere uno schermo intercanale eroso fatto di GPF.
I parametri elettromagnetici delle teste sono riportati in tabella. 2. Per le teste ZD24.012 (PO EVT, Penza) e 6A24.510 e 6B24.510 (Erevan) vengono forniti i dati del passaporto, per il resto - dati reali, misurati su un gran numero di teste. Le condizioni di misurazione sono fornite in conformità con [8]. Il coefficiente di shunt Ksh caratterizza le perdite nella testina magnetica e si calcola utilizzando la formula dove E è la forza elettromotrice (EMF) della testa reale, mV; Fine - EMF della testa senza perdite, mV. Nel caso generale Fine \u2d 0p f F103 h W XNUMX. dove f è la frequenza di misura, Hz; F0 è il valore efficace del flusso magnetico di cortocircuito per 1 m di larghezza del binario secondo [9], Wb/m; h - carreggiata, m; W è il numero di giri. Sostituendo i valori otteniamo per registratori a cassette a f = 315 Hz, Ф0 = 250 nWb/m, h = 0,6 mm, W = 1000 giri Fine = 2,97 10-4 V; e per registratori da bobina a bobina con h = 0,94 mm Fine = 4,6 5-10-4B. La risposta in ampiezza-frequenza (AFC) della testina senza perdite, Dpnd dB, viene calcolata utilizzando la formula Dpnd = 20lg(fmeas Jf) + Nmeas dove fmeas - la frequenza nominale di misurazione della risposta in frequenza, Hz (frequenza superiore); f - frequenza di riferimento pari a 315 Hz; Nmeas è il livello di registrazione relativo alla frequenza di misurazione nominale secondo [9]. db. Nella tabella 2 non fornisce dati sulle testine cancellatrici (HE). Ciò è dovuto al fatto che i parametri del GS per i registratori a bobina sono riportati in [1], e i GS domestici per i registratori a cassette non interessano, poiché sono realizzati in ferrite pressata e si staccano senza pietà il nastro. Inoltre, queste testine non funzionano con il nastro IEC IV ("Metallo"). La smagnetizzazione di alta qualità di tali nastri è l'argomento di un articolo separato. Esiste una classe speciale di testine di cancellazione utilizzate nei dispositivi stranieri economici: testine a magnete permanente. Un nucleo in ferrite ad alta coercività viene magnetizzato secondo una legge speciale, risultando in un campo magnetico alternato decrescente. Il numero di poli va da tre a dieci o più. La qualità della cancellazione è bassa: aumento del rumore e della distorsione non lineare. Utilizziamo tali testine nei registratori "Electronics-402S", "Electronics 331S" e loro modifiche (prodotte a Zelenograd e Voronezh). Per quanto riguarda le testine per la registrazione e la riproduzione, lo stabilimento Magneton (San Pietroburgo) le ha prodotte con nucleo magnetico sia da GPF che IPF, assegnando loro l'indice “P”, e da MKF con l'indice “M”. Dalla metà degli anni '80, sulla base dei risultati dei test, le teste sono state prodotte solo da MKF. PO EVT (Penza) ha prodotto teste da GPF 10000 MT-1 (ferrite prodotta dallo stabilimento Magneton). Lo stabilimento di Yerevan produce teste in GPP di propria produzione. Le testine in ferrite che arrivano al nostro mercato dall'estero, quasi tutte, anche quelle considerate di alta qualità (Hitachi, Sony, JVC), sono realizzate in GPF o, nella migliore delle ipotesi, IPF.
Le teste in ferrite (Tabella 2) sono realizzate secondo due schemi di progettazione (Fig. 4,5): con contattori a forma di “U” e con contattori lineari. Il primo progetto ha un volume maggiore di materiale magnetizzabile, che porta ad una maggiore non linearità nella riproduzione di segnali con un basso livello di registrazione (“suono di ferrite”), ma consente il posizionamento di un avvolgimento con un gran numero di spire. Utilizzato nelle testine per registratori a bobina.
Il secondo disegno (Fig. 5) fornisce una buona linearità durante la riproduzione, ma il numero di giri è limitato dalla dimensione della finestra per l'avvolgimento e dalle dimensioni esterne della MG.
Un tempo si credeva che con un tale schema di progettazione fosse impossibile ottenere un valore accettabile della EMF MG. Tuttavia, il calcolo dettagliato del circuito magnetico effettuato dall'autore utilizzando una metodologia raffinata ha rivelato l'area dei parametri di progettazione in cui le MG che utilizzano tale schema sono competitive. Ciò ha reso possibile per la prima volta la creazione di MG in ferrite per registratori a cassette, caratterizzati dall'assenza del “suono di ferrite” durante la riproduzione. La tecnologia di produzione di una testa a cassetta a due canali in generale si riduce a quanto segue: - i cosiddetti limitatori di spessore normalizzato vengono spruzzati sui semiblocchi (Fig. 6), a seconda della larghezza richiesta dello spazio di lavoro.
Successivamente, i mezzi blocchi vengono saldati con vetro. Il vetro scorre capillarmente nello spazio formato dai limitatori. Quindi dal pezzo saldato vengono ritagliati blocchi di 1,55 mm (la larghezza di due canali), su ciascun blocco viene tagliata una scanalatura per lo schermo intercanale (Fig. 7), lo schermo intercanale viene incollato e il ponticello viene molato ( Fig. 8, 9).
Terminato l'incollaggio degli elementi che costituiscono il piano di lavoro, il pezzo viene rettificato lungo il raggio (Fig. 10), mantenendo una profondità della fessura di 40...60 micron. Dopo lo smistamento, le espansioni polari con l'intercapedine formata sono pronte per il montaggio.
Il vantaggio di questa tecnologia ad alta intensità di manodopera è che il parallelismo e l'allineamento degli spazi dell'unità principale stereo sono garantiti automaticamente. Un metodo più semplice è l'assemblaggio “elemento per elemento”: le teste dei canali, lo schermo e gli altri elementi vengono realizzati separatamente e quindi “impilati” incollati o saldati con il vetro. Ma tale semplicità, come si suol dire, “si ritorce contro”: è quasi impossibile mantenere l’allineamento e il parallelismo delle lacune. Utilizzando questa tecnologia, le teste sono state prodotte presso la Penza Production Association EVT, in particolare ZD24.012. I principali ambiti di applicazione dei capi ICF:
Naturalmente, sono possibili anche gli estremi: l'installazione della testina ZD24.751 in un pannello di registratore di classe molto bassa (nel registratore radio Melodiya-106) invece di un tipo MG BRG ZD24.M (Ungheria) ha completamente trasformato il suono ( come si dice, “è irriconoscibile!”). È inoltre necessario tenere conto che le testate riportate in tabella. 2, non scrivere su ML M3KIV ("Metallo"). Nel calcolo dei costi si può supporre che una testina in MKF equivalga in durata a tre testine in sendust (la durata è limitata dall'usura completa del registratore). Se acquisti in fabbrica, il costo di una testa del tipo ZD24.750 varia da 20 a 24 rubli, a seconda di dove acquistare: nel reparto vendite dello stabilimento Magneton o nel negozio della fabbrica. Sul mercato, a ciò si aggiunge l'imbroglio dei rivenditori. Quando si sintonizzano registratori con testina in ferrite, appaiono caratteristiche legate alle proprietà del materiale utilizzato: ad esempio, la corrente di polarizzazione è 2...2,5 volte inferiore a quella delle testine metalliche e l'elevato fattore di qualità porta ad una forte influenza dei fenomeni di risonanza sul processo di accordatura. I parametri delle ferriti utilizzate per la fabbricazione di MG sono riportati nella tabella. 3. Per confronto, vengono forniti i parametri di alcune leghe magnetiche (per altri materiali, vedere anche [10, 11]).
Prima di installare l'MG, è consigliabile determinarne l'induttanza Lmg, la propria capacità Smg e il fattore di qualità Qmg. In precedenza, il produttore nel passaporto della MG forniva valori individuali di Lmg, EMF, nonché correnti di registrazione e polarizzazione. Ora il passaporto prevede solo limiti ingiustificatamente ampliati dei loro valori, il che, dato il costo significativo delle teste, provoca solo sconcerto. Se i valori attuali possono essere presi in media dalla tabella. 2, allora l'induttanza deve essere determinata in modo più preciso. Possiamo consigliare il seguente metodo per misurare Lmg, Smg. Il diagramma di misura è mostrato in Fig. undici.
L'induttanza della testa magnetica Lmg forma un circuito oscillatorio con una capacità totale Smg + Spar + Sdop, dove Smg è la capacità Spar della testa - la capacità di installazione; Sdop: capacità aggiuntiva. Per le misurazioni, è auspicabile avere 4-5 valori di Sdop da 5 a 80 pf, noti con una precisione non inferiore al 5%, ciò influisce direttamente sulla precisione della misurazione. La tolleranza su R1 e R2, la capacità di ingresso e la resistenza di ingresso del millivoltmetro non sono critiche. Il collegamento all'MG viene eseguito meglio utilizzando prese da un connettore adatto di piccole dimensioni (ad esempio da RG35-ZM, ecc.). Il cavo di collegamento all'MG ed ai terminali R1, Sdop deve avere una lunghezza minima per ridurre lo Spar. L'errore richiesto nell'impostazione della frequenza del generatore è 1...2%, la tensione di uscita nell'intervallo 20...200 kHz è almeno 3 V. La sensibilità richiesta del millivoltmetro è 3 mV. Collegando a turno condensatori Sdop di diversa potenza, iniziando con valori piccoli, la frequenza di risonanza del circuito viene conteggiata in base alla lettura minima del millivoltmetro quando cambia la frequenza del generatore. Trasformando la nota formula, otteniamo CΣ=(2,53/Lmg)x104/f2res. dove СΣ - capacità totale, pF; Lmg - induttanza, H (per le testine in ferrite in questo intervallo di frequenze il valore è quasi costante); fpe - frequenza di risonanza, kHz. Ne consegue che esiste una relazione lineare tra CΣ e 1/f2pe, da cui si può determinare Cm. Questo viene fatto come segue [12]:
Dai punti ottenuti si traccia una linea retta fino ad intersecare l'asse delle ascisse. Il punto di intersezione fornisce il valore (Smg+Spar). Se la lunghezza dei collegamenti tra R1, Sdop e MG è inferiore a 2 cm, la capacità Spar può essere assunta pari a 2pF. Nell'esempio sopra (Cmg + Cpar) = 13 pF. Da qui troviamo Lmg \u2,53d 04 / (Smg + Spar) x 2 / f2,53res. = 13/0,485x0,0944 = XNUMX H; Smg \u13d 2-11 \uXNUMXd XNUMXpF. I valori misurati di Smg per diversi esemplari di testine del tipo ZD24.750 - ZD24.752 rientrano nell'intervallo 7...20 pF. Questa capacità differisce per i diversi canali e varia a seconda del collegamento del filo comune all'uno o all'altro terminale dell'MG Per le testine metalliche questo metodo per determinare la propria capacità e induttanza non è adatto a causa del loro basso fattore di qualità e, di conseguenza, della forte dipendenza dalla frequenza dell'induttanza. La misurazione accurata del Qmg in condizioni amatoriali è difficile. Nel caso generale, il fattore di qualità Q del circuito è determinato dalla curva di risonanza (vedi [12]): Q=fres/(fmax - fmin) dove f è la frequenza di risonanza, kHz; fmin e fmax - frequenze alle quali la tensione sul circuito scende al livello di 0,707 Umax, kHz. La precisione della misurazione dipende dal grado di derivazione del circuito da parte delle resistenze di ingresso degli strumenti di misura, dalla precisione di lettura di 0,707 Umax e dalle frequenze fres fmin e fmax. Per misure con errore fino al 5% a Q = 20...40, è necessario che la resistenza di shunt sia almeno 10 MOhm, e i valori fpez, fmin, fmax 0,707 Umax siano misurati con un errore di non più dello 0,2%. Secondo lo schema in Fig. 11, la resistenza di shunt è approssimativamente uguale a R1, il che dà una riduzione di Q del 50...70%. L’uso di transistor ad effetto di campo con un’elevata resistenza di ingresso rende necessario adottare misure di protezione contro l’elettricità statica (il potenziale di tensione statica sulle mani dell’operatore rispetto al suolo può raggiungere 20 kV!). Nel lavoro pratico, puoi fare affidamento sui dati di misurazione forniti nella tabella. 5.
Le misurazioni sono state effettuate sia nella gamma delle frequenze audio elevate che nella gamma di frequenze della corrente di polarizzazione. L'errore di misurazione è di circa il 5%. Nelle misurazioni sono stati utilizzati condensatori con basse perdite e Cmg e Cpar sono stati presi con un'ipotesi ampia di 15 e 6 pF, rispettivamente. Questa ipotesi e l'errore verificatosi durante i calcoli hanno prodotto una dispersione dei valori di induttanza Lmg, che sono stati calcolati utilizzando la formula fornita in precedenza. La resistenza di risonanza del circuito oscillatorio parallelo Rpe e la resistenza di perdita attiva Rs sono state calcolate utilizzando le formule [12]:
dove Rres è la resistenza di risonanza, MOhm; Lmg - induttanza della testa, H; CΣ - capacità totale, pF; Rs - resistenza alla perdita attiva, Ohm. Per coloro che vogliono comprenderlo più in dettaglio, consigliamo [13]. L'analisi dei dati ottenuti mostra quanto segue: il fattore qualità diminuisce con un MG gap più ampio e con un aumento di CΣ, rimanendo molto alto (decine di unità) nella regione delle frequenze sonore superiori. Alle frequenze della corrente di polarizzazione, anche il fattore di qualità delle teste di ferrite è piuttosto elevato (su una MG di metallo è inferiore all'unità, non è possibile misurarlo). In questo caso, Rrez è tale che se la frequenza frez coincide con la frequenza della corrente di polarizzazione in modalità di registrazione, diventa impossibile impostare le correnti di polarizzazione nominali con il solito schema della loro fornitura (risulta essere "eccessivo" ). L'Rs delle MG in ferrite è significativamente inferiore a quello delle MG in metallo, ad esempio del tipo ZD24.211 ("Mayak"), soprattutto alle frequenze medie e alte (200 Ohm contro 3...5 kOhm!). Ciò spiega il livello significativamente più basso di rumore termico delle testine in ferrite. Prima di passare a questioni specifiche sull'ottimizzazione dei parametri e sulla regolazione dei registratori con testine in ferrite, è necessario ricordare alcuni termini e disposizioni adottati nella tecnologia di registrazione del suono magnetico. La frequenza di riferimento, adottata come 315 Hz (in precedenza, prima del 01.07.88 luglio 400, la frequenza nominale era 8 Hz), consente il confronto dei risultati delle misurazioni [14]. A questa frequenza viene misurata la forza elettromotrice delle testine durante la riproduzione e anche la risposta in frequenza viene misurata in relazione a questa frequenza. A tale scopo viene utilizzato un segnalegramma, registrato in conformità con le raccomandazioni della Commissione Elettrotecnica Internazionale (IEC). La risposta in frequenza del flusso magnetico di cortocircuito di questo segnalegramma N, dB, viene calcolata utilizzando la formula [XNUMX]:
dove f - frequenza, Hz; τ1, τ2 - costanti di tempo, s. Il livello di registrazione del flusso magnetico relativo di cortocircuito viene calcolato come differenza tra N(f) e N(315 Hz), dove 315 Hz è la frequenza di riferimento. I valori numerici del relativo livello di registrazione sono riportati in [9]. Sulla base di questi valori viene calcolata la lettura 0 senza perdite della prevalenza. Nella tabella La Figura 6 mostra i valori calcolati del relativo livello di registrazione (frequenza di riferimento 315 Hz, τ2 = 3180 μs, τ1 = 70 e 120 μs).
La correzione della frequenza del canale di riproduzione, ovvero il percorso dell'amplificatore di riproduzione principale (PA), deve garantire che i requisiti per l'irregolarità della risposta in frequenza siano soddisfatti in un determinato intervallo di frequenza. Pertanto, la standardizzazione della dipendenza della risposta in frequenza N(f), proposta da Heegaard negli anni cinquanta, porta alla standardizzazione della risposta in frequenza del canale di riproduzione. La scelta della distribuzione della preenfasi tra i canali di registrazione e di riproduzione è stata fatta, come affermato in [15], “in base alla risposta in frequenza del flusso magnetico residuo del fonogramma registrato, che può essere ottenuta con i nastri esistenti e un ragionevole quantità di preenfasi nell’amplificatore di registrazione.” Ciò da un lato consente lo scambio di documenti, ma dall’altro ostacola lo sviluppo e l’utilizzo di nuovi nastri magnetici “non standard”. Non considereremo qui le ragioni per scegliere valori specifici di τ1 e τ2. Nella tabella La Figura 6 mostra i valori di Dread della risposta in frequenza senza perdite della testina, e la Fig. La Figura 13 mostra la sua vista insieme alla risposta in frequenza delle testine dei tipi ZD24.752 (τ1 = 120 μs), ZD24.751 e ZD24.750 (τ1 = 70 μs).
L'elevata pulizia della superficie di lavoro delle teste consente basse perdite di contatto. A proposito, grazie alla "scivolosità" della superficie MG, praticamente non si sporcano e non richiedono una pulizia frequente. Le elevate proprietà magnetiche della ferrite monocristallina garantiscono perdite trascurabili dovute alle correnti di Foucault e all'inversione della magnetizzazione del materiale. Tuttavia, l’andamento delle caratteristiche reali delle onde è caratterizzato da un certo “appiattimento” del picco e da un declino più graduale nella regione delle alte frequenze. Ciò potrebbe essere spiegato dalla forma a cuneo dello spazio vuoto, come mostrato in [16], ma le misurazioni della larghezza dello spazio vuoto non lo hanno rivelato (entro i limiti dell'accuratezza della misurazione). La spiegazione più probabile è un cambiamento nella permeabilità magnetica del materiale nell'area dello spazio vuoto dovuta alla diffusione del vetro nel nucleo (che può essere rappresentata dal funzionamento parallelo di più spazi vuoti di diversa larghezza). La risposta in frequenza nella regione delle basse frequenze è circa 1 dB più alta di Drid e in Fig. 13 non è dettagliato. Lo schema a blocchi del canale di riproduzione è mostrato in fig. quattordici.
L'amplificatore di riproduzione ha una risposta in frequenza che è inversa alla risposta in frequenza di una testina Drid ideale (vedere Fig. 13), e la correzione della risposta in frequenza ad alte frequenze audio viene solitamente eseguita a causa della risonanza del circuito in serie formato da l'induttanza Lmg e la capacità totale composta da Smg, la capacità di montaggio Spar. capacità di ingresso dell'amplificatore Svh e capacità aggiuntiva Add. La tensione attraverso la capacità totale, cioè all'ingresso dell'onda d'urto, per un tale circuito la frequenza di risonanza aumenta di Q volte, dove Q è il fattore di qualità del circuito. L'aumento della risposta in frequenza alla frequenza di risonanza dal livello del segnale senza tener conto della risonanza è pari a 20lgQ, dB. A causa dell'effetto di smistamento di Rin e Rsh, il fattore di qualità diminuisce. L'influenza di Rin senza tenere conto delle perdite nella capacità totale può essere stimata con sufficiente precisione utilizzando la formula Qsh=Q Rin/(Rres+Rin) dove Q è il fattore di qualità iniziale del MG (vedi tabella 5); Rin - resistenza di ingresso SW, kOhm; Rres - resistenza risonante (vedi Tabella 5), kOhm; Qsh - fattore di qualità del circuito derivato. Quindi con Q = 15, Rres = 150 kOhm, Rin = 100 kOhm, otteniamo Qsh = 6, cioè un aumento della risposta in frequenza di 15,6 dB. A Rin = 1000 kOhm, Qsh = 13 (aumento della risposta in frequenza di 22,3 dB). A causa dell'elevata qualità della superficie del MKF MG, l'aumento effettivamente richiesto nella risposta in frequenza è solo da 6 a 10 dB, che corrisponde a Qsh = 2...3. Utilizzando la formula è possibile calcolare approssimativamente il valore di Rsh necessario per ottenere il fattore di qualità desiderato 1/Rsh=(Q-Qsh)/(QshRres)-1/Rin, dove Rsh - resistenza di shunt, kOhm; Qsh - fattore di qualità richiesto del circuito derivato; Rres - resistenza secondo la tabella. 5, kOhm; Rin - impedenza di ingresso dell'amplificatore, kOhm; Quindi, per Qsh = 3 (aumento della risposta in frequenza non superiore a 10 dB) a Q = 15, Rres = 150 kOhm, Rin = 100 kOhm, Rsh = 60 kOhm; per Rin = 1000 kOhm - Rsh = 39 kOhm. Possiamo distinguere due problemi per la cui soluzione è consigliabile utilizzare MG in ferrite:
L'ultimo compito si riduce allo sviluppo di un amplificatore di riproduzione “compatibile” con rumore intrinseco non peggiore di -65...-70 dB e bassa distorsione di intermodulazione. L'onda d'urto deve funzionare stabilmente con MG di alta qualità (la maggior parte delle onde d'urto esistenti vengono eccitate in assenza di Rsh). Inoltre, è necessario poter operare a doppia velocità per la riscrittura. Ciò richiede la modifica del valore della capacità totale da 1300...630 pF a Lmg = 100 mH (alta frequenza 14...20 kHz) a 320...160 pF (alta frequenza a doppia velocità 28...40 kHz ). Se Cm = 11 pF, Cpar = 20...40 pF, allora con una grande capacità di ingresso del SW diventa impossibile ottenere una buona qualità alla doppia velocità. La modifica della capacità totale si ottiene in due modi:
Determiniamo la frequenza superiore fеpx per diversi tipi di MG di ferrite prodotti, in base al requisito della necessaria irregolarità della risposta in frequenza del canale di riproduzione. Le risposte in frequenza tipiche dei canali di riproduzione per tre tipi di MG senza tenere conto della correzione alle alte frequenze sono mostrate in Fig. 15.
Queste risposte in frequenza sono state ottenute dai dati per MG ZD24.750 - ZD24.752 (vedi Fig. 13). Sovrapponendo le curve di risonanza del circuito di ingresso su queste curve a diversi declini della risposta in frequenza, si può essere convinti che si ottiene un'irregolarità accettabile della risposta in frequenza totale se si considera fеpx la frequenza alla quale la risposta in frequenza diminuisce senza correzione. non superare i -10 dB. Per 3D24.752fВеpx = 14...16 kHz, per ЗД24.751 fВеpx = 16...18 kHz e per ЗД24.750 fВеpx = 18...20 kHz. La Figura 15 mostra le curve di risonanza da un livello di -10 dB alla frequenza di 20 kHz con Qsh pari a 10, 3 e 2, nonché il tipo di risposta in frequenza totale del canale di riproduzione. Come puoi vedere, la correzione ottimale delle alte frequenze per MG ZD24.750 avviene con un valore Qsh compreso tra 2 e W. Pertanto, quando si installa un MG in ferrite in un registratore, se l'HF ha una regolazione per la correzione ad alta frequenza (ad eccezione della formazione delle costanti di tempo standard τ1 e τ2), e/o un circuito di feedback positivo per aumentare il fattore di qualità di circuito di ingresso [17], è necessario ridurne al minimo le regolazioni. Successivamente, in parallelo all'MG, è necessario collegare un resistore di trimming di piccole dimensioni con valore nominale compreso tra 80...100 kOhm come Rsh, impostandone il valore massimo e spegnendo il resistore di shunt presente nell'MG . Quando si installa la MG, oltre all'inclinazione (azimut), all'allineamento e al “cenno” della testa solitamente controllati, è necessario verificare la profondità di inserimento della MG nella cassetta. A causa dell'eccessiva pressione del nastro sulla superficie di lavoro, oltre alla maggiore usura della MG, si verificano anche dei “fischi” da attrito, soprattutto se la superficie di lavoro è contaminata da tracce di colla del nastro adesivo utilizzato per incollare le classifiche. . È più conveniente eseguire il test utilizzando una cassetta, nel cui coperchio superiore è presente un ritaglio nel punto in cui la testina entra nella cassetta. L'area di contatto della superficie di lavoro con il nastro magnetico dovrebbe trovarsi entro 3,5...4,5 mm simmetricamente rispetto allo spazio vuoto. Se all'accensione del dispositivo vengono eccitate le onde d'urto è necessario ridurre il valore di Rsh fino alla scomparsa dell'eccitazione. La frequenza superiore viene presa uguale a fBepx di un tipo specifico di MG, oppure viene sottovalutata se il registratore non fornisce la necessaria stabilità dell'azimut del movimento del nastro magnetico o la MV ha una limitazione nella frequenza superiore. Il circuito di ingresso viene sintonizzato su questa frequenza selezionando Aggiungi. A causa dell'elevata resistenza all'usura delle testine in MKF (usura di 3 micron ogni 1000 ore), non sono necessarie regolazioni durante il funzionamento. La frequenza di risonanza è determinata dal segnale di uscita massimo dell'onda d'urto quando un campo magnetico del segnale viene applicato al gap MG utilizzando una bobina sul frame-former secondo [9]. Il telaio di tale telaio ha dimensioni 8x75x3 mm, il numero di giri è 20±5 con filo PEV 0,2. Il segnale dal generatore viene fornito attraverso un resistore limitatore da 100 Ohm. Questo metodo non richiede saldature indesiderate sui circuiti stampati del registratore. Il campo magnetico può anche essere fornito allo spazio vuoto utilizzando un conduttore flessibile incollato alla superficie di lavoro dell'MG nell'area dello spazio vuoto (convenientemente incollato con colla alcolsolubile tipo BF-6). È più conveniente regolare la fеpx e la risposta in frequenza del canale di riproduzione utilizzando il segnalegramma dei nastri di misurazione del tipo ZLIT1.4.4-120 [9], costituiti da pacchetti di raffiche di frequenza. La frequenza di ripetizione dei burst è di 18 Hz, la durata di un burst di frequenza è di almeno 3 ms, la pausa tra i burst è di 1 ms, la frequenza massima è di 14 kHz. La frequenza di risonanza viene determinata utilizzando un oscilloscopio dall'ampiezza massima del segnale di frequenza corrispondente. Se fеpx è maggiore di 14 kHz o non esiste un nastro di misurazione di questo tipo, è possibile generarlo utilizzando un personal computer. Nella memoria vengono registrati un certo numero di messaggi necessari, che vengono registrati su una cassetta utilizzando un registratore ben sintonizzato con una gamma di frequenza sufficiente. La durata dei messaggi e la frequenza di ripetizione sono le stesse di ZLIT.Ch.4-120. Il numero di burst di frequenza è fino a 10. Con una frequenza di campionamento di 44 kHz si può ottenere una frequenza massima fino a 20 kHz, con una frequenza di campionamento di 54 kHz - fino a 24...25 kHz. È adatto anche un nastro come ZLIM.UNCHK.4 della Magnolia JSC (circa 8...10 dollari), che ha tutti i segnali necessari (per controllare la risposta in frequenza, la detonazione, il livello nominale, il bilanciamento, ecc.). Dopo aver impostato il circuito di ingresso su ftop, impostare il livello nominale sull'uscita lineare e le letture dell'indicatore corrispondente in modalità di riproduzione. Per fare ciò, è necessario un nastro di misurazione con un segnalegramma della frequenza di riferimento del livello nominale. La linearità della risposta in frequenza viene regolata utilizzando un resistore regolato Rsh, che viene poi sostituito con uno costante. Quando si utilizza un metro a nastro fatto in casa per regolare la risposta in frequenza, è necessario assicurarsi che il livello di registrazione sia a -20 dB. Per fare ciò, quando si registra su un registratore di riferimento, la tensione di ingresso viene ridotta di 10 volte rispetto a quella nominale. Con sufficiente esperienza è possibile regolare la risposta in frequenza senza metro a nastro secondo lo schema di Fig. 16, ponendo l'aumento delle frequenze superiori pari al declino della tipica risposta in frequenza (vedi Fig. 15). È possibile regolare la risposta in frequenza in modo abbastanza soddisfacente impostando Rsh con la resistenza calcolata secondo i dati in tabella. 5 per Qsh = 2 con RBX noto. La sintonizzazione "a orecchio" utilizzando colonne sonore musicali, di regola, dà risultati negativi a causa del mascheramento dei segnali di frequenza più alta da parte di quelli a frequenza media e della differenza nella qualità e nell'equilibrio spettrale delle registrazioni. Allo stesso tempo, l'RBX può essere facilmente misurato, ad esempio, utilizzando il metodo di compensazione.
Una valutazione della non linearità del canale di riproduzione è solitamente richiesta quando si sviluppano idrocarburi o quando si confrontano MG di materiali diversi. Se si presenta tale necessità, si raccomanda di valutare la non linearità utilizzando il metodo della differenza Twin-Ton-Test [18]. In questo caso vengono forniti all'ingresso due segnali di prova della stessa ampiezza con un rapporto di frequenza di 1:1,06. Se l'ampiezza dei loro prodotti di intermodulazione è pari al 4,7% dell'ampiezza dei segnali di test, ciò corrisponde per uno dei segnali di test ad un coefficiente K3 = 3%. Per ottenere un buon suono, come da tempo dimostrato all'estero e finalmente riconosciuto anche da noi [19], è necessario raggiungere un coefficiente di distorsione di intermodulazione Ki inferiore allo 0,003%. In pratica, una valutazione qualitativa del Ki viene effettuata applicando un campo magnetico di segnali di test al gap MG, come descritto in precedenza. In questo caso è conveniente selezionare la frequenza del segnale da fвepx a fвepx/2 con una differenza tra loro di 0,5...1 kHz. L'ampiezza dei segnali viene aumentata da zero al livello nominale all'uscita lineare dell'UV. Se, ascoltando acusticamente una tale combinazione, preferibilmente con cuffie di alta qualità, si comincia a sentire una differenza di tono, ciò significa che il Ki diventa maggiore dello 0,003% [18; 19]. Per stimare più accuratamente il Ki, è necessario un analizzatore di spettro. Come già notato, a causa del volume minimo di materiale magnetizzato, della normalizzazione della forza coercitiva Hc e delle buone proprietà ad alta frequenza del materiale, le testine delle cassette in MKF hanno una nonlinearità abbastanza bassa durante la riproduzione: inferiore a quella delle testine sendust. e paragonabile alle migliori teste di permalloy. Tuttavia, durante la registrazione su IEC tipo IV ML, si osservano fenomeni associati alla saturazione dei bordi del gap di lavoro. I risultati di uno studio di questo effetto sono presentati in [20], dove si mostra che un aumento del campo nel gap HG (in oersteds, Oe) al di sopra del valore corrispondente alla metà dell'induzione di saturazione Bs (in gauss, G ), porta alla saturazione dei bordi dello spazio di lavoro. Di conseguenza, l'area di registrazione si espande, aumentano le perdite e aumentano le distorsioni non lineari. Fornisce inoltre una formula empirica per determinare il campo richiesto nello spazio HG (E) con una larghezza dello spazio g (μm) richiesto per la registrazione con il livello massimo di un segnale con una lunghezza d'onda λ (μm) su un portatore con una forza coercitiva Hc(E): HG \u1,7d (0,33 / g0,8 + 0,78 VgXNUMX) x Hc. È stato anche dimostrato in [20] che questo valore è vicino all'intensità del campo di polarizzazione ottimale per la registrazione con bias ad alta frequenza. La forza coercitiva Hc di vari tipi di ML rientra nei limiti [18]:
Da qui il campo richiesto nel gap HG (E):
Per lavorare con tipo I ML è necessario un materiale con Vsat > 2900 Gs (0,29 T):
Confrontando i valori ottenuti per Vs con i dati in Tabella. 3, possiamo concludere che non solo gli MG in ferrite, ma anche gli MG in metallo non garantiscono registrazioni senza distorsioni eccessive su tutti gli ML di tipo IV disponibili.Il rapporto sullo sviluppo di ML per la registrazione del suono con Hc = 160 kA/m (2000 Oe) in [18] aumenta il fabbisogno di materiale Vus fino a Vus > 1,4 Tesla. Esiste un design MG in ferrite in cui, per proteggere i bordi dell'intercapedine dalla saturazione, uno strato di una lega metallica con Bmax > 1,4 T e uno spessore di 2...10 μm viene applicato alle pareti interne dell'intercapedine. Si tratta delle cosiddette teste “MIG” (“Metal-ln-Gap” - metallo nello spazio) [21; 22]. Tali testine sono ampiamente utilizzate nelle apparecchiature video, ma la nostra industria (e quella straniera) praticamente non le produce per scopi di registrazione del suono, probabilmente a causa della distribuzione limitata dei nastri di tipo IV (aumento dei costi e, soprattutto, mancanza di dispositivi che realizzare i propri vantaggi). Per un MG tipo ZD24.750 prodotto in commercio con g = 1 μm, quando si registra un segnale con fеpx = 20 kHz su un MG di tipo II, è necessario un materiale centrale nella zona gap con Bmax > 0,36 T, che viene eseguito con un margine sufficiente (secondo la Tabella 3 ICF Vmax = 0,43...0,5 T). Pertanto, l'affermazione che "le teste in ferrite...danno il più alto livello di distorsione non lineare (in modalità di registrazione)" [2] quando applicate alle teste ICF sembra errata. Le misurazioni dirette mostrano il contrario. E infine, sulla configurazione dell'amplificatore di registrazione quando si installano MG in ferrite. Quando si imposta un canale di registrazione, prima di tutto, è necessario assicurarsi che la frequenza di polarizzazione fsubm sia inferiore alla frequenza di risonanza fpe del circuito formato dall'induttanza dell'MG Lmg e dalla capacità totale CΣ costituita dalla capacità stessa dell'MG , le capacità di uscita del generatore e dell'amplificatore (spine filtro) e la capacità di montaggio. È auspicabile che fsub < 0.8 fpez o, secondo la tabella. 5, fsub < 84...96 kHz. Se è stata misurata la capacità Smg, come discusso in precedenza, è possibile ottenere una limitazione più accurata sul valore di fsubm. Quando fsubm = fpez, il circuito LmgCΣ funziona come un filtro-risonatore e qualsiasi variazione di temperatura nei valori di Lmg e CΣ porta ad una variazione della corrente di polarizzazione e il suo valore risulta notevolmente sovrastimato. Se fsub>frez, la corrente di polarizzazione viene deviata da CΣ e, se non è regolata da resistori, ma da condensatori di regolazione, il carico sul generatore può aumentare notevolmente. A causa delle basse perdite di magnetizzazione delle MG in ferrite, la corrente ottimale risulta essere 2...3 volte inferiore a quella delle testine metalliche (a parità di tutte le altre condizioni). La corrente di scrittura è inferiore, ma non in modo significativo. Ciò porta al fatto che le regolazioni standard per impostare (ridurre) la corrente di polarizzazione non sono sufficienti; è necessario introdurre una resistenza aggiuntiva di 50...200 kOhm nell'interruttore di corrente oppure, se il livello di cancellazione lo consente, ridurre la tensione di alimentazione del generatore (che è peggio). Se la corrente di polarizzazione viene fornita attraverso la capacità di separazione, non deve essere ridotta (è meglio installare un resistore in serie), in modo da non entrare nella risonanza in serie di questa capacità e dell'induttanza della testa. È necessario prestare particolare attenzione a questo quando si installano i registratori MG ZA24.751 e ZA44.171 su dispositivi di duplicazione ad alta velocità. Se la frequenza fsub è superiore a 200 kHz per ZA24.751 e superiore a 500 kHz per ZA44.171, la regolazione della corrente di polarizzazione potrebbe non essere possibile a causa di fenomeni di risonanza. Quando si imposta la corrente di polarizzazione per un MG tipo ZA44.171, a causa della penetrazione del bias da un canale adiacente, a volte non ci sono regolazioni sufficienti per ridurre la corrente di polarizzazione (a una frequenza di 500 kHz, il livello di penetrazione per questo MG è -30dB). La penetrazione può essere contrastata collegando il canale in cui si verifica questo fenomeno con una resistenza da 10 kOhm. Prima di impostare la corrente di polarizzazione ottimale, è consigliabile selezionare il tipo principale di ML con cui si intende lavorare. La scelta viene solitamente fatta in base al rapporto qualità-prezzo. Di norma, ogni utente ha un tipo di MG collaudato e “abituale”, ma quando si installa un nuovo MG durevole, è possibile utilizzare altri tipi, in base ai dati [23, 24, 25]. Per esperienza, buoni risultati, soprattutto in termini di caratteristiche di frequenza, distorsione e “trasparenza” del suono, sono mostrati dai nastri prodotti dalla non molto conosciuta società coreana Sunkuong Magnetics Corp. (marchio SKC). Come già notato, in precedenza, il passaporto individuale per MG conteneva i valori delle correnti di registrazione e di polarizzazione ottenuti per MG standard: R723DG (IEC I) e S4592A (IEC II). Da questi dati, mediante ricalcolo [23, 24], è stato possibile determinare le correnti per il tipo di ML selezionato. Attualmente questo dato non è disponibile. L'impostazione della corrente Ipodm ottimale inizia con la determinazione della zona di regolazione e, se necessario, con l'installazione di una resistenza aggiuntiva. Per fare ciò, riducendo Ipm, troviamo il punto in cui viene registrato al livello massimo un segnale con una frequenza di 6,3 kHz. Quindi, aumentando questa corrente, ridurre il livello di 1...3 dB. La corrente ottimale è determinata dal rumore minimo del tipo ML selezionato o dalla distorsione non lineare minima durante la registrazione di un tono con una frequenza di 315 Hz. Questi valori sono generalmente vicini. L'impostazione finale dipende dalle capacità del registratore. Se l'SW (a τ1 = 120 μs) ha un rumore peggiore di -54...-57 dB (ahimè, ci sono molti SW di questo tipo), allora è difficile sintonizzarsi sul rumore ML minimo. La regolazione per la distorsione minima può essere effettuata senza un voltmetro selettivo, utilizzando il metodo descritto in [18]. La distorsione non lineare è determinata dalla deviazione della caratteristica di trasferimento durante la registrazione di un segnale di frequenza di riferimento da una linea retta (su scala logaritmica in dB). Una deviazione di 0,5 dB corrisponde al 3% di distorsione non lineare (Fig. 17). Questo metodo è descritto in [18] per i registratori a bobina; per i registratori a cassetta, è necessario verificare l'accuratezza dei risultati ottenuti. In generale, un accordatore esperto noterà una distorsione del 3% o più in base alla distorsione della forma dell'onda sinusoidale.
Dopo aver impostato le correnti di polarizzazione è necessario verificare la linearità della risposta in frequenza su tutto il campo di frequenza. Potrebbe essere necessario ridurre la correzione ad alta frequenza negli ultrasuoni. L'impostazione dello "zero" degli indicatori di registrazione al livello nominale viene effettuata, come di consueto, dopo aver calibrato gli ultrasuoni utilizzando un nastro di misurazione o in base alla capacità di sovraccarico del ML (e degli ultrasuoni) in termini di compromesso tra rumore e distorsione . Questo articolo è dedicato solo alle testine seriali, quindi l'influenza di parametri di progettazione come la larghezza dello spazio vuoto, la presenza di uno spazio posteriore, ecc. sulla qualità della registrazione non è stata considerata qui. Un ultimo avvertimento: a causa delle buone proprietà dielettriche e ad alta frequenza del materiale, le sfere di ferrite sono suscettibili alle interferenze ad alta frequenza provenienti da radio, scintille del commutatore del motore e motori controllati a impulsi. Ciò richiede un attento disaccoppiamento dei circuiti di alimentazione, compreso il filo comune. A volte, per ridurre le interferenze, è necessario ruotare i motori del commutatore attorno ad un asse (cosa solitamente prevista nella progettazione dei registratori) e quando ciò non aiuta, è necessario installare uno schermo in rame ad alta frequenza sotto la piattaforma di atterraggio della MG. Se il progetto lo consente, è una buona idea schermare anche il ricevitore della cassetta. Letteratura
Autore: V.Sachkovsky, San Pietroburgo
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Commenti sull'articolo: Vladimir Eccellente! Molto è stato utile! vincitore Ottimo articolo molto istruttivo! Imparato molto. Alexander F. Grazie per la tua professionalità. Questa è una rarità di questi tempi.
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