АМПЛІТУДНО-ХВИЛЬОВА ТА АМПЛІТУДНО-ЧАСТОТНА ХАРАКТЕРИСТИКИ ІДЕАЛІЗОВАНОГО ТРАКТУ ВІДТВОРЕННЯ



Хвильові втрати при відтворенні



Розглянемо процес відтворення гармонічного сигналу ідеалізованою головкою, що має нескінчену протяжність робочої поверхні, ширину щілини 2, та магнітну проникність осердя =.

Відстань між стрічкою та головкою (неконтакт) , робочий шар плівки , швидкість стрічки .

Тоді довжина хвилі запису

(3.1)

Просторова частота

(3.2)

Магнітний потік в осерді можна визначити за формулою:

, (3.3)

де - коефіцієнт щілинних втрат;

- коефіцієнт контактних втрат;

- коефіцієнт шарових втрат.

Уведені коефіцієнти залежать від довжини хвилі запису і тому їх називають хвильовими, а втрати, що ними визначаються – хвильовими втратами. Кожен із коефіцієнтів визначається одним з конструктивних параметрів пари головка-носій: шириною робочого зазору головки on.3 HYPER14HYPER15; відстанню між головкою та робочим шаром a; товщиною робочого шару d. Максимальне значення кожного із коефіцієнтів дорівнює одиниці. Із збільшенням частоти значення коефіцієнтів зменшуються.

Розраховуємо ці коефіцієнти:

HYPER15 (3.4)

(3.5)

(3.6)

Сукупний коефіцієнт втрат:

(3.7)



Побудуємо відповідні нормовані графіки щілинних, контактних та шарових втрат.



Рисунок 3.1- Щілинні втрати

де ;



Рисунок 3.2 - Контактні втрати

де ;



Рисунок 3.3 - Шарові втрати

де .



Побудуємо залежність втрат від частоти запису, при даних параметрах системи.



Рисунок 3.4 - Залежність втрат від частоти



Вплив на АЧХ скінчених розмірів головки

Головка відтворення і зона контакту її із магнітною стрічкою мають скінчені розміри. Будемо вважати, що головка має прямокутну форму, довжина її робочої поверхні дорівнюєL і відтворюється гармонічне коливання.



Рисунок 3.5. - Модель відтворюючої головки в області низьких частот та АЧХ з урахуванням спотворень типу "змійка"

Магнітний потік попадає у осердя не тільки у зоні робочого зазору, але і по усій довжині L робочої поверхні (контактної зони). Якщо довжина хвилі запису , то магнітні потоки, що виникають у осерді під дією позитивної та негативної напівхвиль залишкової намагніченості, взаємно компенсуються і амплітуда сигналу на виході буде близькою до нуля. Це призводить до появи на низьких частотах спотворень, які називаються змійкою.



Приймемо нижню і верхню частоти, при яких відповідно спотворення і рівень сигналу будуть сприйнятливі для роботи, рівними:

, (3.8) де а та b – коефіцієнти, які вибираються з умови допустимого спаду АХХ на верхніх частотах і її спотворень на нижніх частотах.

Враховуючи, що , uation.3 HYPER14HYPER15, , і прийнявши , виконаємо перетворення виразів (3.8):

, (3.9)

. (3.10)



Визначимо відносний діапазон робочих частот, які можуть відтворюватися головкою:

. (3.11)

Аналізуючи вираз (3.36), приходимо до важливого висновку, який полягає у тому, що відносний діапазон частот, які відтворює головка, визначається розміром її контактної зони та шириною робочого зазору .



Розрахунок зв’язку геометричних параметрів магнітної головки з діапазоном відтворюємих частот

Тороїдальна магнітна головка запису та відтворення має довжину контактної зони , ширина робочого зазору , .

Використовуючи формулу (3.11), розрахуємо ліву та праву її частини для аудіо та відеосигналу.

Діапазон частот аудіо сигналу .

(3.12)

EMBED Equation.3 HYPER14HYPER15. (3.13)

Видно, що , тобто головка з відповідними параметрами забезпечить запис-відтворення аудіо-діапазону.



Діапазон частот відеосигналу .

(3.14)

. (3.15)

Видно, що , тобто головка з відповідними параметрами не здатна забезпечити запис-відтворення відео-діапазону.

Розрахуємо довжину контактної зони, при якій умова (3.11) буде дотримуватися.

. (3.16)

В даному випадку треба переносити спектр відеосигнала вище на кГц, тоді отримаємо:



. (3.17)



Враховуючи, шо кут , розрахуємо діаметр головки



. (3.18)



Відповіді на контрольні питання.

3.4.1 Пояснити фізичну природу щілинних втрат.

Щілинні втрати виникають через те, що ширина робочого зазору головки не є нескінченно малою, а на якісь частоті вона стає рівною або і перевищує довжину хвилі запису. Графік щілинних втрат має максимуми та нулі (рис. 3.7). Перший нуль функція (3.11) має при:

.

Звідси випливає, що це настає при , тобто коли ширина робочого зазору стає рівною довжині хвилі запису. Сигнал на виході обмотки головки при цій умові дорівнює нулю. Фізично це пояснюється тим, що утворені одним періодом вхідного коливання Uвх(t) (рис. 3.8, а) два елементарні магніти сигналограми (рис. 3.8, б) мають довжину, що дорівнює ширині робочого зазору головки (рис. 3.8, в). Різниця магнітних потенціалів цих магнітів між полюсами головки дорівнює нулю, сумарний магнітний потік у осерді теж є нульовим і ЕРС у обмотці головки не наводиться..

Пристрої запису конструюють таким чином, щоб мінімальна довжина хвилі запису задовольняла умові:

(3.18)

Якою повинна бути АЧХ наскрізного тракту запису-відтворення і яким способом цього досягають?

Рух носія біля відтворюючої головки викликає ЕРС (3.30), яка змінюється, як і вхідний струм, по гармонічному закону, але відрізняється від струму (напруги) запису добутком коефіцієнтів і є пропорційною частоті w. Крім цього вихідна ЕРС відрізняється від залишкової намагніченості стрічки та вхідної напруги зсувом фази на 900, так як sin(wt+90) = - cos(wt).

Типова залежність модуля коефіцієнта передачі ідеалізованого тракту наведена на рисунку (3.9).



При , тобто постійний магнітний потік носія, проходячи по осердю головки, не може навести у обмотці індукційної головки ЕРС. Подальше зростання частоти веде до збільшення модуля коефіцієнту передачі з швидкістю, приблизно рівній 6 дБ/октаву. Це спостерігається у області частот, де практично відсутні хвильові втрати. Пропорційне збільшення рівня сигналу при збільшені частоти є результатом диференціювання магнітного потоку індукційною головкою.

При подальшому збільшенні частоти починає проявлятися вплив хвильових втрат. Модуль коефіцієнту передачі досягає максимуму, а потім зменшується.

Фазова характеристика тракту є лінійною. Її нахил визначається часом затримки сигналу, а початковий фазовий зсув на /2 пояснюється диференціюванням магнітного потоку. Він визначає фазові спотворення сигналів.

Для забезпечення АЧХ, близької до ідеальної, потрібно зменшувати ширину робочого зазору, збільшувати довжину контактної зони, по можливості зменшувати індуктивність та опір котушки головки. Для збільшення діапазону робочих частот намагаються збільшити відношення довжини контактної зони до ширини зазору (що застосовується у відеомагнітофонах).



















Рисунок 3.6 – Спотворення АЧХ

типу “змійка”



Uвх(t)



T







бT



вT



а



N S



S N



N S



S N



t



2



Рисунок 3.8 – Природа щілинних втрат



Рисунок 3.7 – Залежність щілинних втрат від довжини хвилі запису



Головкака



Рисунок 3.9 - Результуючі характеристики ідеалізованого тракту



К(), ()



РА071.050901.006 ПЗ







Арк.



Дата



Підпис



№ докум.



Арк.



Змн.