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

Блоки питанияБлоки питания

Электрическое питание магнитофонов может осуществляться от Сети переменного тока частотой 50 гц или от источников постоянного тока (батарей или аккумуляторов). Потребляемая магнитофонами мощность колеблется от нескольких десятков ватт до 250

ДетальнееДетальнее

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

Направляющие стойки и лентоприжимыНаправляющие стойки и лентоприжимы

Во время работы магнитофона лентопротяжный механизм дол­жен ограничивать перемещения ленты по высоте для того, чтобы на­правлять движение ленты по сердечникам магнитных головок строго на одном уровне и для получения ровного

ДетальнееДетальнее