Магнитофоны

Конструкции головок

Все магнитные головки отличаются между собой в основном конструктивным выполнением сердечника. По этому признаку голов­ки можно разделить на четыре группы. К первой группе относятся головки, у которых сердечник склеен из тонких пластин магнитомяг­кого материала, ко второй — головки, имеющие сердечник из одной или нескольких согнутых пластин, к третьей — головки с феррито­вым сердечником. Четвертая группа — это головки с комбинирован­ным сердечником из частей, для каждой из которых подбирается материал с оптимальными рабочими свойствами. Наиболее распро­страненная комбинация материалов в таких головках, когда часть сердечника, несущая обмотку, выполняется из обычного феррита, а другая часть, в которой образуется рабочих зазор — из износо­стойкого магнитного сплава.

С учетом свойственных каждой группе качественных характери­стик, стоимости, технологичности и эксплуатационных особенностей сердечники имеют свои области применения. Головки первой груп­пы используются в аппаратуре, для которой необходимы высокие рабочие свойства в сочетании с большой надежностью и долговеч­ностью. Головки второй группы чаще всего применяются в быто­вых магнитофонах, где наиболее важна простота конструкции и возможность крупносерийного изготовления при небольшой стоимо­сти. Головки третьей группы уже давно применяются как стираю­щие в тех случаях, когда необходимо экономичное стирание. В по­следнее время в связи с появлением новых ферритов головки этой группы находят широкое применение при больших скоростях запи­си в бытовых видеомагнитофонах.

Четвертая группа головок имеет ограниченное применение в специальной аппаратуре.

Головки с пакетным сердечником

Пакетный сердечник склеивается из пластин магнитомягкого ма­териала, предварительно прошедших соответствующую термообра­ботку.

Как известно, потери на вихревые токи определяются значени­ем магнитной индукции в сердечнике, толщиной пластин и электри­ческим сопротивлением материала. Поэтому для уменьшения потерь сердечник склеивается из возможно более тонких пластин, изоли­рованных между собой слоем клея

Выбор толщины пластин и материала определяется рабочим диапазоном частот, а также частотой подмагничивания и стирания.

Материалы для корпусов и арматуры головок. Для изготовления корпусов и арматуры наиболее широко используются пластмассы и металлы. Применение того или иного материала определяется кон­струкцией корпуса и головки в целом. Вариантов конструктивно^ выполнения корпуса много, но в своей основе все они сводятся к двум способам механической фиксации сердечника. Первый спо­соб — когда полусердечники стягиваются с помощью винтов или пружин. Второй способ — когда сердечник или полусердечники за­крепляются монолитно с помощью заливочного компаунда.

Применение пластмассы позволяет упростить технологический процесс изготовления головок и при массовом изготовлении обес­печить сравнительно небольшую их стоимость, что является реша­ющим для недорогих бытовых магнитофонов. Однако рабочие ха­рактеристики таких головок неустойчивы как во времени, так и под влиянием климатических воздействий из-за неизбежного коробления корпуса, нарушающего размеры рабочего зазора. При трении лен­ты о пластмассу последняя электризуется и на нее начинает нали­пать магнитный порошок, загрязняющий головку. Если сердечник не имеет хорошего электрического соединения с общим корпусом магнитофона, то в процессе воспроизведения прослушиваются щелч­ки от стекания зарядов.

Применение металлических материалов для корпусов и армату­ры головок позволяет избежать главных недостатков пластмассы. Основное преимущество металла заключается в возможности точной механической обработки деталей и достижении благодаря этому высокого качества головок и повторяемости их параметров при се­рийном изготовлении.

‘ К недостаткам лрименения металла относятся большая трудо­емкость изготовления и износ точного оборудования, что значитель­но удорожает стоимость головок. Металлические материалы в на­стоящее время применяются главным образом для головок в про­фессиональных аппаратах магнитной записи.

Выбор ширины сердечника. Ширина сердечника обычно совпа­дает с длиной рабочего зазора. Для обеспечения взаимозаменяе­мости записей размеры и расположение сердечников головок должны выдерживаться в строгих допусках.

Ширина сердечника у головок воспроизведения должна быть несколько меньше, а у головок стирания несколько больше, чем ширина дорожки записи. Хотя уменьшение ширины сердечника у го­ловки воспроизведения связано с соответствующим уменьшением ее отдачи, однако с этим приходится мириться, поскольку таким путем ослабляют паразитную амплитудную модуляцию, возникающую из- за слабого прилегания головки к краю ленты и неровностей этого края. При многодорожечной фонограмме уменьшение ширины сер­дечника позволяет также ослабить амплитудную модуляцию, воз­никающую в результате смещения воспроизводящих сердечников относительно дорожек записи из-за неточного расположения го­ловок.

Расширение пакета сердечника головки стирания по тем же причинам позволяет обеспечить стирание со всей дорожки записи..

Что касается универсальных головок, то ширину их сердечника выбирают в соответствии с требуемой шириной дорожки записи.

Головки с тороидальным сердечником. Обычная тороидальная головка так называемой классической конструкции была предложе­на Э. Шюллером еще в 1935 г. Простота устройства и хорошие ха­рактеристики, получаемые благодаря кольцеобразной форме маг- нитопровода, обеспечили в свое время таким головкам наибольшее распространение как в профессиональной, так и в бытовой аппара­туре. Сердечник головки составлен из полусердечников с обмотками; в стыках между полуеердечниками обра­зуются два зазора: рабочий и дополнительный. Ширина зазоров определяется толщиной вставляемых калиброванных прокладок.

Сборка головки осуществляется стяжкой сердечника между алюминиевыми шайбами и креплением заливочной массой. Устой­чивость головки к механическим и климатическим воздействиям определяется тем, насколько она способна сохранять при этих воз­действиях заданные размеры рабочего зазора, и зависит от спосо­ба соединения и крепления сердечника. Опыт производства и экс­плуатации тороидальных головок показывает, что из-за неравно­мерности и непостоянства усилий стяжки или вследствие неизбежной разницы температурных коэффициентов расширения материала сердечника и заливочной массы сердечник де­формируется, половинки его смещаются относительно друг друга и заданная форма рабочего зазора нарушается. Это приводит к из­менению качественных показателей головки. Поэтому оба конструк­тивных варианта недостаточно надежны в работе, особенно когда окружающие климатические условия непостоянны либо когда голов­ки подвергаются вибрации или ударам.

Известен и практически используется способ повышения на­дежности головок, в значительной степени устраняющий указанный дефект. Этот способ заключается в том, что обе половинки сердеч­ника спаивают между собой оловянно-свинцовым припоем.

Кратковременное нагревание практически не изменяет магнит­ных и механических свойств сердечника. Нанесение электропрово­дящего припоя увеличивает потери на вихревые токи в сердечнике незначительно, поскольку припой наносится в местах, где рассеива­ется незначительная часть нерабочего магнитного потока.

Как уже указывалось, мощность потерь в сердечнике возраста­ет с увеличением его объема. Поэтому объем сердечников выбран сравнительно небольшим.

Наиболее трудоемкая и ответст­венная операция при изготовлении тороидальных головок — обработка рабочей поверхности. Эта операция выполняется или вручную, или на очень сложных станках, работающих по принципу маятника.

Головки с пластинчатым сердечником

Само название сердечника в значительной степени определяет его устройство. Они просты, миниатюрны и дешевы. Значительная часть выпущенных бытовых магнитофонов имеет головки с пластин­чатыми сердечниками. Однако такие головки не используются в маг­нитофонах для высококачественной записи из-за несколько худших характеристик. К основным недостаткам головок с пластинчатыми сердечниками относятся: большие частотные потери из-за монолит­ности сердечника, доходящие до 6—8 дБ уже на частоте 5000 Гц; малое сечение, уменьшающее коэффициент шунтирования Л и сни­жающее поэтому эффективность головки при воспроизведении; трудность получения правильной формы рабочего зазора. Кроме то­го, малая длина рабочей поверхности в направлении движения лен­ты у большей части таких сердечников является причиной волнообразности частотной характеристики воспроизведе­ния на средних и низких частотах даже при сравнительно неболь­ших скоростях движения ленты.

Головки с пластинчатым сердечником и большой длиной рабо­чей поверхности по форме частотной характери­стики и коэффициенту шунтирования почти равноценны головкам с пакетным сердечником, однако наличие больших частотных потерь в сердечнике делает их также не пригодными для применения в вы­сококачественной аппаратуре.

Головки с пластинчатыми сердечниками целесообразно исполь­зовать только в дешевых магнитофонах, работающих на очень ма­лых скоростях.

К недостаткам конструкций, кроме изменения рабочих свойств во времени и при резких колебаниях температуры, следует отнести и сам конструктивный способ получения рабочего зазора путем взаимного перекрытия пластин. Он не обеспечивает требуемого по­стоянства длины рабочего зазора (ширины дорожки записи) как у только что изготовленных головок, так и по мере их износа.

Сборка головки сводится к установке прокладки между сужен­ными концами пластины сердечника, которые затем стягиваются с помощью специального приспособления и закрепляются клеем че­рез отверстие в латунной планке. Для предупреждения образова­ния короткозамкнутого витка металлическую прокладку в зазоре изолируют от латунной планки. Собранный сердечник со всей арма­турой с помощью эпоксидного компаунда закрепляется в пермаллоевом экране.

Комбинированные головки

Комбинированные головки в отличие от универсальных позво­ляют одновременно выполнять функции нескольких головок, чаще всего двух, например универсальной (записи — воспроизведения) и стирания или головки записи и головки воспроизведения. Комбини­рованная головка может иметь как раздельные сердечники для обес­печения соответствующих функций головки, так и один общий. Рассмотрим устройство простой комбинированной головки с двумя сердечниками, разнесенными в направлении движения лен­ты. Один сердечник используется для записи и воспроизведения, другой — для стирания. Подобная головка очень удобна для при­менения в небольших магнитофонах. Сердечники головки — пластинчатые, с малой длиной рабочей по­верхности и несимметричной формой. Между сердечниками распо­ложен экран. Соединение каждого сердечника, закрепление их в латунной планке и фиксация в общем пермаллоевом экране выполняются в приспособлении с помощью заливочно­го компаунда.

Недостатком устройств простых комбинированных головок яв­ляется относительно большая временная задержка между выполня­емыми функциями, определяемая расстоянием между рабочими за­зорами. Это расстояние трудно поддается сокращению из-за взаим­ного влияния магнитных цепей головок. В случае превышения уров­ня рабочих сигналов в одной части головки на несколько порядков по отношению к другой влияние оказывается односторонним. Вли­яние, большая часть которого обусловлена магнитной индукцией, приводит к прониканию сигналов из записывающей части голов­ки в воспроизводящую и искажает воспроизводимый сигнал.

Известно несколько методов, позволяющих уменьшить проника­ние. Из них наиболее распространенным является экранирование частей сердечника, который из-за относительной громоздкости са­мих экранов не позволяет близко располагать рабочие зазоры.

Полностью устранить проникание не удается, поэтому одним из ос­новных и трудновыполнимых параметров такой головки становится переходное затухание, главным образом связанное с прониканием магнитного потока из записывающей части головки в воспроизво­дящую.

Ферритовые головки

В бытовых видеомагнитофонах и магнитофонах в последнее вре­мя широко используются головки, выполненные из так называемых высокоплотных ферритов, отличающихся высокой стойкостью к аб­разивному разрушению и необходимыми магнитными свойствами в широком частотном диапазоне. Хотя высокоплотные ферриты появи­лись недавно, однако успешное их применение изменяет прежнее представление о феррите, как о непригодном материале для массо­вого изготовления высокоэффективных головок.

Для магнитной записи с высокой плотностью минимальная дли­на волны записи составляет 2—3 мкм, поэтому ширина рабочего за­зора головок соответственно должна быть еще меньше. Получение столь узких зазоров связано с увеличенным ответвлением магнитного потока в самом зазоре и тем самым с уменьшением коэффициента шунтирования. Принятый способ устранения этого недостатка осно­ван на «эффекте уменьшения глубины рабочего зазора».

За счет уменьшения глубины удается повысить эффективность головок, однако из-за абразивного действия ленты при малой глуби­не рабочих зазоров головок, выполненных из традиционных магнит­ных сплавов, они начинают быстро изнашиваться. Эта проблема по­ка еще не решена из-за отсутствия материалов, отвечающих всем требованиям специфических условий работы головок, однако появ­ление новых марок ферритов в этом смысле существенно улучшает положение.

Головки для бытовых видеомагнитофонов. Применение в голов­ках для видеозаписи монокристаллических (МКФ) и горячепрессо­ванных ферритов (ГПФ) дало возможность отказаться от защиты феррита металлическими полюсными наконечниками и делать магнитопровод полностью из феррита. Для высококачественных головок предпочтительным следует считать МКФ. К преимуществу этого- материала относятся: высокая устойчивость к истиранию благодаря высокой плотности; отсутствие границ зерен, позволяющее создавать точные размеры рабочего за­зора порядка одного микрометра; анизотропность магнитных и ме­ханических свойств, позволяющая выбирать в сердечнике оптимальное кристаллографическое направление.

Интегральные головки

В последнее время все большую известность приобретают голов­ки и блоки головок, изготовляемые новейшими технологическими методами без механической обработки. К таким головкам относятся так называемые интегральные головки, выполняемые напылением, катодным распылением, электроосаждением, фототравлением и дру­гими аналогичными методами технологии интегральных схем. Ин­тегральные головки называют иногда пленочными, исходя из того что процесс их изготовления сводится к созданию пленок с заданной конфигурацией и необходимыми свойствами.

К достоинствам новой технологии изготовления головок относят­ся: совмещение процессов изготовления необходимых материалов для головки и самой головки; образование сердечника без повреж­дений магнитных, электрических или механических свойств мате­риала, неизбежных при обычной технологии; возможность получе­ния магнитной анизотропии в направлении рабочего потока.

Методы новой технологии в отличие от механической обработ­ки не только не связаны с необходимостью использования громозд­кого парка дорогостоящих прецизионных станков, специальных обес­пыленных помещений и высококвалифицированного рабочего труда, но еще позволяют и улучшать параметры головок.

Пока молено наметить три перспективных направления для новой технологии изготовления. Первое — направление частичного ее ис­пользования, например, для создания только главных элементов сердечника: точного рабочего зазора и заданной формы рабочей по­верхности.

Второе направление — полное изготовление сердечника как для отдельной головки с обмоткой, так и для многодорожечного блока головок.

Третье направление — изготовление головки или блока головок совместно с электрической схемой подключения, например головка стирания и в ее корпусе генератор тока стирания.

Голов­ка предназначена для бесконтактной записи. Особенностью головки является устройство рабочего зазора, выполненного электроосажде­нием пленок магнитомягких материалов по бокам немагнитной плен­ки. В таких головках эффективная ширина рабочего зазора уже не зависит от свойств материала сердечника и возможного закругле­ния ребер полюсов рабочего зазора, поскольку действующими полюсами является не обработанный материал сердечника, а слои маг­нитомягкого покрытия, так называемой комбинированной прокладки, зажатой между полусердечниками.

Конструктивно записывающие и воспроизводящие головки от­личаются только толщиной магнитных и немагнитных слоев комби­нированных прокладок и данными обмоток. Корпус головки име­ет цилиндрическую форму, выполнен из магнитного материала для экранирования от внешних помех. Внутри корпуса помещаются ферритовые полусердечники с обмотками, между торцами полусердечников со стороны рабочей поверхности помещается прокладка из меди с магнитомягкими покрытиями FeNi на ее боках. Арма­тура и детали сердечника внутри закрепляются с помощью эпок­сидного компаунда. С тыльной стороны корпуса расположен плинт с контактными выводами для подключения головки ко внешней схеме. Рабочая поверхность полюсов головки плоская. С по­мощью латунной планки в процессе изготовления головки обес­печивается необходимое положение рабочего зазора относительно базовых пазов. Эти пазы при многодорожечной записи служат направляющими при установке головок в гнездах стойки-держа­теля, позволяющей перемещать каждую головку относительно носителя записи, например, барабана в радиальном направлении для получения воздушного зазора С помощью спиральной пружины и шайбы, расположенных в проточке, головка выточкой прижимается к ограничительной планке и вращением регули­ровочного винта подводится к рабочей поверхности магнитного барабана и фиксируется на строго заданном расстоянии, определяе­мом толщиной калибровочной пластины. Таким образом, в аппарате может быть достигнута правильная установка всех головок в по­перечном и тангенциальном направлениях относительно рабочей по­верхности.

Новая технология позволяет реализовать также и другие кон­структивные особенности в головках. Так, например, представляет­ся возможность создать головки с изменяющейся шириной рабочего зазора. С этой целью необходимо упомянутую комбинированную прокладку выполнять таким образом, чтобы магнитные слои по­крытия имели большее значение магнитной проницаемости и мень­шую индукцию насыщения (примерно в 5 раз), чем у материала основной части сердечника. Тогда в процессе записи магнитные слои будут насыщаться, а эффективная ширина рабочего зазора увели­чиваться и становиться равной полной ширине всей комбинирован­ной прокладки. В процессе воспроизведения эффективная ширина рабочего зазора будет соответствовать ширине немагнитного слоя, поскольку в этом случае решающее значение имеет только магнитная проницаемость.

Исследования показали, что если значение магнитной проницае­мости магнитных слоев выбирать больше, чем у основного сердеч­ника при тех же значениях индукции насыщения, то магнитные слои комбинированной прокладки в процессе записи в некоторой мере будут способствовать локализации поля около рабочего зазо­ра подобно головкам с заостренными полюсами рабочего зазора, создающим высокую концентрацию поля записи.

Известны успешные опыты промышленного производства головок с использованием второго направления новой технологии. Изготов­лены миниатюрные универсальные головки записи и воспроизведе­ния полностью способами последовательного осаждения магнитных, изоляционных и электропроводных пленок. Магнитным материалом сердечника служит сплав FerNiCr с магнитной проницаемостью. Обмотка выполняется как обычным способом, так и новым подобно сердечнику. В последнем случае обмотка выполняется в виде плоской спирали. Эти способы позволяют получать размер го­ловки на порядок меньше, чем в настоящее время их удается из­готовить из феррита.

Решение проблемы миниатюризации головок позволяет решить ряд и других проблем. Уменьшение размера головки резко умень­шает их чувствительность к внешним магнитным помехам и упро­щает компоновку многодорожечных блоков головок.

Ко второму направлению новой технологии в будущем, очевид­но, будет относиться и производство головок для видеозаписи. Обычная технология изготовления металлических и ферритовых го­ловок для видеозаписи основана на механических процессах выруба­ния или вырезания пластин сердечника с последующим скреплением в сердечник, шлифовкой и точной доводкой размеров. Подобные операции связаны не только с большой трудоемкостью и соответ­ствующими затратами, но и с разрушением в большей или меньшей мере поверхностного слоя сердечников и тем самым ухудшением его магнитных свойств. Так, значение магнитной проницаемости метал­лических сердечников падает в несколько раз. В результате ухуд­шаются рабочие параметры головки, поскольку в этом слое благо­даря влиянию поверхностного эффекта сосредоточена основная часть магнитного потока. Этот недостаток головок может быть устранен использованием новой технологии, например осаждением пленок такого же состава, как и в обычных головках для видео­записи.



­


Материалы по теме

ЭлектродвигателиЭлектродвигатели

Основная часть лентопротяжных механизмов магнитофонов — электродвигатель, приводящий в движение детали и узлы механизма. В магнитофонах, работающих от сети переменного тока, применяют­ся однофазные асинхронные и синхронные электродвигатели. В пере­носных магнитофонах,

ДетальнееДетальнее

Детали передачи вращенияДетали передачи вращения

В лентопротяжных механизмах с одним и двумя электродвига­телями применяются детали передачи вращения ведущему и боковым узлам. Обычно используются фрикционные передачи с системой шки­вов и промежуточных роликов. С помощью шкивов разных

ДетальнееДетальнее