казателями (прочностью, влагостойкостью, теплостойкостью), либо полиамида. Рабочий слой представляет собой слой магнитного лака, состоящего из немагнитного связывающего вещества, в котором равномерно распределены мельчайшие магнитные частицы, размером 0,1...0,5 мкм, изготовленные из чистого железа (Fe) или его окислов, феррита кобальта, либо двуокиси хрома (СгОг).

Записываемые на магнитную ленту электрические сигналы подводятся к головке записи, представляющей собой электромагнит тороидальной формы и содержащей сердечник 4 и обмотку 5. С конструктивной точки зрения сердечник записывающей и воспроизводящей головок имеет два зазора: рабочий 6, в области которого возникает магнитный поток рассеяния 7, намагничивающий носитель записи, и технологический 8. При его отсутствии магнитное сопротивление звена головка - лента определяется в основном магнитным сопротивлением носителя. Поэтому неравномерности в слое ленты или дрожание , связанные с плохим прилипанием ленты, приведут к изменению амплитуды магнитного потока записи и к появлению паразитной амплитудной модуляции. Наличие дополнительного немагнитного зазора величиной 30...40 мкм стабилизирует сопротивление магнитной цепи.

Рис. 10,2, Структурная схема аппарата магнитной записи -воспроизведения электрических сигналов 1 - лентопротяжный механизм; 2 - магнитная лента; 3 - головка стирания; 4 - записывающая головка; 5 - воспроизводящая головка; 6 -генератор высокочастотных колебаний стирания и намагничивания; 7 - входной преобразователь; 8 - усилитель записи; 9 - усилитель воспроизведения; 10 - выходной преобразователь

Обобщенная структурная схема устройства магнитной записи электрических сигналов приведена на рис. 10.2. Входной сигнал подается в обмотку записывающей головки и создает в ее сердечнике переменный магнитный поток.

Для согласования параметров сигнала с характеристиками тракта записи используется преобразование входного сигнала с помощью специального преобразователя. Особенностью данного устройства является использование режима высокочастотного подмагничивания (ВЧП). Сущность записи с ВЧП заключается в том, что по обмоткам магнитной головки одновременно с записываемым сигналом пропускается ток с частотой, в 5-6 раз превышающей верхнюю частоту записываемого электрического сигнала. В этом случае каждый элемент носителя записи при прохождении мимо рабочего зазора записывающей головки испытывает несколько десятков циклов перемагничива-ния. Режим ВЧП устанавливается для уменьшения нелинейных искажений записываемых электрических сигналов, обусловленных природной нелинейной зависимостью остаточной намагниченности ферромагнетиков от напряженности намагничивающего поля [1].

При воспроизведении записанных сигналов намагниченная лента движется мимо воспроизводящей головки. В некоторых случаях для записи и воспроизведения используется одна и та же универсальная магнитная головка.

Стирание записанных сигналов основано на физическом явлении размагничивания ферромагнитного материала при его помещении в достаточно сильное знакопеременное магнитное поле. Конструктивными особенностями стирающей магнитной головки являются большая ширина рабочего зазора, достигающая 100... 150 мкм, и отсутствие технологического зазора. Это обеспечивает большое поле рассеяния и сравнительно большой коэффициент полезного действия.

АЧХ магнитофона. Важнейшим параметром любого магнитофона является его результирующая амплитудно-частотная характеристика (АЧХ), которая определяется частотными свойствами центрального узла аппаратуры записи - лента-головка , влиянием различных потерь, а также частотными характеристиками усилителей записи - воспроизведения. Рассмотрим более детально влияние каждого фактора.

Если на магнитную ленту записан синусоидальный сигнал с круговой частотой со, то в идеальной магнитной системе при отсутствии искажений распределение магнитного потока по оси ленты (координата х) определяется выражением

Ф = Фо81П -X,

где Ф(, - амплитуда магнитного потока; - скорость записи сигнала. ЭДС, которая будет индуцироваться в витках обмотки головки при движении магнитной ленты, пропорциональна скорости изменения потока wdO/df, где w - число витков обмотки головки. Для дифференцирования данного выражения необходимо заменить переменные: вместо изменения магнитного потока по координате х ввести изменение сигнала по времени t х = VJ, где - скорость воспроизведения. При \/з = \/з (скорости записи и воспроизведения одинаковы) получим

е = -W- = 0(,iv(Bcos©f. dt

(10.1)

Из соотношения (10.1) следует, чтс при постоянной скорости движения ленты относительно головки ЭДС будет изменяться пропорционально частоте записываемого сигнала. При увеличении частоты сигнала в 2 раза, что будет соответствовать ее повышению на одну октаву, ЭДС также возрастет в 2 раза (на 6 дБ).

Для примера на рис. 10.3 сплошной линией показана идеализированная частотная характеристика узла лента - головка . Это наклонная прямая с крутизной наклона 6 дБ на октаву. Очевидно, что даже при такой идеализированной форме частотной характеристики возникают искажения электрических сигналов, которые необходимо корректировать в электрических цепях усилителей записи - воспроизведения.

Реальные частотные характеристики записывающего и воспроизводящего устройств ограничиваются в нижней и верхней частях частотного диапазона из-за наличия различных потерь.

Реальная частотная характеристика узла лента - головка показана на рис. 10.3 штриховой линией. В нижней части частотного диапазона искажения обусловлены тем, что магнитный поток от намагниченных участков носителя в области длин волн, превышающих длину контакта рабочей поверхности головки с лентой, не замыкается пол-

о h 2/i /

Рис. 10.3. Частотная характеристика узла лента - головка

ностью через сердечник головки. При этом наклон частотной характеристики в этой области может достигать 18 дБ на октаву [1].

При записи и воспроизведении сигнала, содержащего вьюокие частоты, неравномерность частотной характеристики узла лента -головка обусловливается искажениями, наступающими вследствие соизмеримости рабочего зазора магнитной головки и длины волны записи. При очень малых длинах волн за время прохождения элемента ленты по всему участку магнитного поля записывающей головки электрический сигнал может изменяться и даже переменить полярность.

Частотные искажения, вносимые магнитным звеном, компенсируются подбором формы частотных характеристик усилителей тракта записи - воспроизведения.

Особенности записи - воспроизведения различных электрических сигналов. Рассмотрим конкретные условия записи - воспроизведения звуковых и ТВ сигналов. В звуковом сигнале отношение максимальной частоты (20 кГц) к минимальной (20 Гц) равно 10, или

10 октавам. Длина волны записи X на магнитном носителе, соответствующая участку синусоидального распределения остаточной индукции на ленте, зависит от частоты сигнала записи f и скорости движения носителя относительно головки X = \/Jf. Следовательно, минимальная длина волны Х, соответствует максимальной частоте записи. Допустимое значение Х, определяется величиной рабочего зазора головки d. Для нормальной работы магнитофона должно выполняться условие: Х>2с1, отсюда fVJlcl. Современные устройства магнитной записи обеспечивают запись (воспроизведение) сигналов с минимальной длиной волны Х; = 2...3 мкм. Тогда, если 4 =20 кГц, то = 4...6 см/с. При увеличении ширины рабочего зазора скорость движения ленты должна возрастать. На практике для записи звуковых сигналов используются следующие скорости движения магнитной ленты: 38,1; 19,05 и 9,53 см/с.

Основным отличием магнитной записи ТВ сигналов от звуковых является необходимость записи широкого частотного диапазона (/ =50 Гц, 4=60 МГц). В этом случае отношение максимальной частоты к минимальной равно 1,2-10, что составляет приблизительно 18 октав. Для записи максимальной частоты ТВ сигнала потребуется скорость движения ленты относительно головки = 12... 18 м/с, что неприемлемо с практической точки зрения.

Низкочастотные компоненты спектра ТВ сигнала будут запиды-ваться с длиной волны Хх = т\в1н = 240...360 мм, которая примерно в 100 раз превышает длину рабочей поверхности головки. Однако с достаточным уровнем может быть воспроизведен только тот сигнал, длина волны записи которого не превышает размеров рабочей поверхности магнитной головки. Следовательно, при записи ТВ

сигналов будут возникать очень значительные частотные искажения, трудно корректируемые в электрических цепях канала изображения видеомагнитофона. Кроме того, при малых значениях низкочастотных составляющих ТВ сигнала ЭДС, генерируемая воспроизводящей головкой, может оказаться ниже уровня шумов.

Поэтому в видеозаписи нельзя непосредственно использовать способ записи звуковых сигналов, т.е. с продольной дорожкой, который иллюстрируется рис. 10.1 [1].

10.2. Магнитная запись телевизионных сигналов

Использование частотной модуляции при магнитной видеозаписи. Для уменьшения частотных искажений в канале изображения видеомагнитофона перед записью необходимо в первую очередь осуществить относительное сжатие частотного диапазона путем переноса спектра ТВ сигнала в более вьюокую частотную область. В этом случае в аппаратуре магнитной видеозаписи одновременно уменьшается сложность записи низкочастотных составляющих ТВ сигнала.

Для переноса спектра ТВ сигнала вверх по шкале частот достаточно использовать модуляционный метод преобразования.

Однако применить AM ТВ сигналов при магнитной видеозаписи практически не представляется целесообразным из-за помех. Такими помехами являются: непостоянство контакта лента - головка, неоднородность магнитного слоя ленты, продольные колебания ленты и др. Поэтому при записи ТВ сигналов на магнитную ленту применяется ЧМ.

Способы магнитной записи ТВ сигналов. Для практической реализации магнитной видеозаписи необходимо было снизить скорость записи. Решающим шагом в развитии техники магнитной видеозаписи явился отказ от продольной записи на ленту и переход к строчной записи. В этом случае ТВ сигнал записывается отдельными строчками записи, расположенными в плоскости ленты. В практике видеозаписи известны две разновидности строчной записи: поперечно-строчная и наклонно-строчная. При этом траектория перемещения головки по магнитной ленте определяется совместно вращательным движением видеоголовки и поступательным движением ленты, а результирующая скорость записи может быть найдена как векторная сумма линейной поступательной скорости движения ленты (\/л) и окружной линейной скорости вращения видеоголовок ().

Если строчки записи располагаются почти перпендикулярно основанию ленты, видеозапись называется поперечно-строчной. При поперечно-строчной записи блок вращающихся головок представляет собой диск диаметром около 50 мм, на котором по окруж-

Рис, 10.4, Конструкция узла лента - головка при поперечно-строчной записи

1 - вакуумная направляющая камера; 2 - магнитная лента; 3 - вращающийся диск; 4 - магнитная видеоголовка

ности со сдвигом 90° относительно друг друга смонтированы четыре видеоголовки (рис, 10,4), Диск вращается со скоростью 250 об/с, а скорость перемещения ленты составляет 39,7 см/с. Причем плоскость ленты перпендикулярна вращающемуся диску с видеоголовками. В том месте, где головки соприкасаются с поверхностью ленты, она изгибается с помощью вакуумной направляющей камеры, и на ее поверхности остается магнитный след в виде вертикальной строки. Поперечно-строчная запись является сегментной, так как на каждой строчке записи фиксируется только часть поля ТВ изображения.

Недостатком сегментного способа записи является возможность появления заметных полос на изображении, обусловленных неидентичностью параметров видеоголовок.

Наклонно-строчная видеозапись осуществляется одной или двумя видеоголовками, расположенными на вращающемся диске, который находится между двумя половинками направляющего барабана (рис. 10.5). Для осуществления записи ось направляющего барабана с диском наклонена по отношению к направлению движения ленты на некоторый угол 9.

Наклонно-строчная видеозапись может быть как сегментной, так и несегментной. В последнем случае на одной строчке записывается полностью одно поле ТВ изображения и большая часть КГИ,

Видеомагнитофоны с наклонно-строчной записью имеют более высокую плотность записи. Кроме того, они свободны от присущих четырехголовочным видеомагнитофонам с поперечно-строчной записью искажений, вызываемых неидентичностью характеристик вращающихся видеоголовок.