Тема 10. Магнитен запис на сигнали. Магнитен видеозапис

Магнитните видеозапис и звукозапис използуват едни и същи принципи и имат много общи черти. Не трябва да се забравя, че всеки видеомагнитофон има един или няколко звукови канала. В основата на всяка система за магнитен запис е явлението "магнитен хистерезис", фиг.1.47.

Фиг. 1.47

Тази крива е нелинейна в началото и в края, и е линейна в средната си част. Параметрите на кривата показват пригодността на дадения материал за определени приложения.

Mагнитният носител трябва да има (крива 1):

- Голяма остатъчна намагнитеност за осигуряване на високо отношение "сигнал/шум".

- Голяма коерцитивна сила за отстраняване влиянието на външни магнитни полета върху записаната сигналограма.

Фиг. 1.49

Материалът за магнитната глава трябва да има (крива 2):

- Високо отношение B/H за получаване на малко магнитно съпротивление на сърцевината (за възпроизвеждащи глави).

- Малка коерцитивна сила за намаляване на възможността от случайно намагнитване на сърцевината.

Когато през намотката на магнитната глава, фиг. 1.50, протича ток, в сърцевината се индуцира магнитен поток, пропорционален на големината на тока i (t) (при постоянна магнитна проницаемост µ). Работният процеп е шунтиран от магнитния слой на лентата и образува затворена магнитна верига с малко магнитно съпротивление за магнитния поток. Разпределението на магнитния поток, преминаващ през полюсните накрайници на главата е показано на фигурата. Част от този поток, излизащ извън сърцевината до работния процеп се затваря през подложката на лентата и през немагнитния материал на процепа, но основната му част преминава през феромагнитния работен слой на лентата. Остатъчната намагнитеност върху работния слой на лентата се изменя по дължината и в съответствие с изменението на магнитния поток в сърцевината. Наличието на допълнителен процеп е породено от конструктивни съображения. В записващата глава той е запълнен с немагнитен материал (мед, силиций, хартия и др.) за стабилизиране на магнитното съпротивление. Така се стабилизира големината на магнитния поток в сърцевината при зададен ток, компенсирайки изменението на началната µ или изменението на размерите на сърцевината поради износване при работа.

За възпроизвеждащата глава работният процеп има по-малка ширина, а допълнителният се запълва с магнитен материал за увеличаване на чувствителността на възпроизвеждащата глава.
Изтриващата глава обикновено има значително по-широк работен процеп, което значително увеличава магнитното съпротивление на сърцевината и. Това изисква увеличаване на подаваната към намотката мощност.
При записването на сигнали, когато при движение лентата се намагнитва по дължината си в съответствие с направлението и големината на тока през намотката, за да бъде моментната стойност на остатъчната намагнитеност на участъка от лентата пропорционална на стойността на тока през намотката е необходимо времето, за което лентата преминава край работния процеп, да бъде по-малко в сравнение с периода на промяна на сигналния ток. Ако токът в намотката е синусоидален, остатъчната намагнитеност на лентата се изменя по същия закон. Когато токът е максимален, то и намагнитеността е максимална. На фиг. 1.51 схематично е показано намагнитването на лентата и съответната остатъчна намагнитеност. При положителна посока на тока намагнитеността на лентата съответствува на "N-->S" (условно). При отрицателния полупериод полярността променя своя знак - "S-->N". Дължината на вълната върху лентата условно може да сe разглежда като два постоянни магнита с дължина, равна на
l/2 на сигнала. Необходимо е да се знае, че надлъжната съставна на намагнитеността Bх на практика ще се изменя по синусоидален закон. Дължината на вълната на записа върху лентата зависи от честотата на сигнала f и скоростта V на движение на лентата и е равна на разстоянието, изминавано от лентата за един период Т на сигнала
l = V. T = (1.44)

Намагнитеният носител може да се съхранява дълго време, тъй като магнитното му състояние не се променя.

При възпроизвеждане се извършва преобразуване на измененията на магнитния поток по координатата Х, в изменения на сигнала във времето t. Ако се пренебрегнат загубите, може да се запише за магнитния поток в магнитопровода на главата

F = Fm. sin w.t

Електродвижещото напрежение, което ще се индуцира в намотката на възпроизвеждащата глава при движение на лентата ще бъде

e = - w. = w.Fm.w. cos w. t = E. cos w. t (1.45)

където w е броят на навивките.

При постоянна скорост на движение на лентата се вижда, че амплитудата на е.д.н. Е = Фm. w. w ще се изменя пропорционално на честотата. Това е общата амплитудно - честотна характеристика на системата "магнитна лента - магнитна глава" за процеса "магнитен запис - възпроизвеждане" и е много важен параметър. Ако честотата се увеличи два пъти (1 октава), е.д.с. също нараства два пъти, което съответствува на увеличаване на напрежението с 6 dB. Отклонения от закона 6 dВ/oct има при ниски и при високи честоти, фиг. 1.53.

Фиг. 1.53

При ниски честоти с увеличаване на дължината на вълната на записа, когато тя става съизмерима с размерите на механичния контакт между лентата и главата, магнитният поток частично се затваря през въздуха, в екрана извън сърцевината и само частично през главата, фиг. 1.54.а. Това води до намаление на е.д.с. при ниски честоти, където честотната характеристика е неравномерна с максимуми и минимуми. Наклонът на характеристиката в тази област може да достигне до 18 dB/oct.

Намалява се ефективността на видеозаписа за високочестотните съставни на сигнала. При различни съотношения на дължината на вълната на записвания сигнал и работната ширина на процепа, при възпроизвеждане ще се променя магнитния поток във видеоглавата, обусловен от напрегнатостта на магнитното поле по дължината на лентата. Този процес ще предизвика резки неравномерности на честотната характеристика с максимуми и минимуми в областта на високите честоти, фиг. 1.53 - с пунктир. Горната гранична честота в характеристиката зависи от скоростта "лента-глава", ширината на работния процеп, разделителната способност на лентата, качествата на нейната повърхност и т.н. Сега се използуват магнитни глави с ширина на работния процеп от около 0,4 до 1,5 µm. На практика може да се записват минимални дължини на вълната от около 1 до 2,5 µm.

Основните технически задачи при магнитния запис на широколентовите телевизионни сигнали са:

• 
  - записване на широколентов сигнал с висока горна гранична честота,
  
• 
  - записване на къси дължини на вълните.
  
• 
  Телевизионният сигнал съгласно приетия у нас стандарт заема честотна лента от 50 Hz до 6 MHz, което представлява 17 октави, докато ширината на честотната лента за магнитен запис не превишава 10 октави. Задачата, свързана с намаляването на броя на октавите на записвания видеосигнал се решава чрез използуване на някаква модулация. По този начин нискочестотните съставни на записвания сигнал се преместват към по-високи честоти като се намалява относителната ширина на записвания върху магнитна лента сигнал независимо, че се увеличава горната гранична честота. Например, ако модулиращият сигнал заема честотна лента от 0 до 6 MHz, то при модулация с него на носеща честота 8 MHz, полученият модулиран сигнал ще заема честотна лента от 2 до 14 MHz (при двулентово предаване). Ширината на честотната лента, заемана от такъв сигнал е по-малка от 3 октави. При това почти винаги се използува честотна модулация, благодарение на нечувствителността и към амплитудните изменения на сигнала, каквито винаги се получават при магнитен запис. За намаляване ширината на честотната лента на ЧМ-сигнал се вземат специални мерки: носещата честота се избира близка до горната модулираща честота; спектърът на горната странична лента частично се подтиска; девиацията на честотата f се избира така, че индексът на модулацията
  

за ниските честоти да бъде по-голям от единица, а при високи честоти - по-малък от единица, фиг. 1.55.

За записване на високочестотен сигнал е необходимо използуване на магнитни глави с достатъчно малък работен процеп и висока скорост на преместване на главата спрямо лентата, заедно с повишаване на разделителната способност на самата лента.

Скоростта "лента-глава" трябва да бъде по-голяма от 10-12 m/s. За достигане на такава скорост обикновено се използуват магнитни глави, монтирани на диск или барабан, въртящ се с голяма скорост относно лентата, която се движи със сравнително малка скорост (до 40 cm/s). При това главите се преместват по лентата от единия до другия и край. В резултат на записа, върху лентата се получава определено разположение на пътечки и редове, което се нарича "формат на записа". Сега има две основни разновидности на формата за видеозапис: с напречен запис (Quadruplex) и с диагонален запис (Helical).

В апаратурата за напречен запис и възпроизвеждане се използуват четири магнитни глави, монтирани по периферията на въртящ се диск, отместени на 90o една спрямо друга, фиг. 1.56.

Скоростта на въртене на диска е 250 s-1, а скоростта на придвижване на лентата - 39,7 cm/s. Използува се лента с ширина 50,8 mm , като направлението на движение на лентата и направлението на записа сключват ъгъл около 90o. С помощта на вакуум и специален водач, на лентата се придава цилиндрична форма в областта на въртящия се диск с магнитните глави. В резултат от постъпателното движение на лентата и въртеливото движение на главите се образуват напречни пътечки със записания видеосигнал. На една пътечка се записват 16-17 телевизионни реда, като за записване на един полукадър са необходими около 20 последователни пътечки.

При използуване на една магнитна глава лентата се движи,

Техника на магнитния видеозапис се използува в много сфери на човешката дейност: в научните изследвания; в промишлеността; образованието; медицината; спорта; в бита и др. Поради високите технологично-икономически показатели на магнитния видеозапис и осигуреното високо качество на възпроизвежданите изображения магнитен видеозапис се използува широко в системите за телевизионно разпръскване. За неизкривено предаване формата на пълния телевизионен сигнал, каналът "запис-възпроизвеждане" трябва да притежава определени свойства, които се оценяват по много параметри. За видеомагнитофоните в телевизионното разпръскване параметрите на системата "глава-лента" се избират така, че да осигурят предаване на целия честотен спектър. При това е необходимо да се повиши скоростта на запис до 40-45 m/s. В последните разработки на видеомагнитофони, вследствие приложение на феритни видеоглави с по-тесен (0,3-0,8 µm) процеп и на магнитни ленти с подобрена разделителна способност, скоростта "глава-лента" се намалява до 20-25 m/s. За полупрофесионални и битови видеомагнитофони скоростта на запис се намалява още повече за икономия на лента, като честотната лента за видеосигналите се ограничава до 2-3 MHz. За запис на цветни програми в такива видеомагнитофони се прилага разделяне на сигналите за яркост и цветност и записването им в един канал с пренасяне на спектъра на сигнала за цветност надолу, чрез подносеща честота около 500-800 kHz също с известно ограничение на лентата на пропускане за сигнала.

Независимо от различните формати на видеозапис са налице два най-общи признака за всички способи на видеозапис върху магнитна лента:

Фиг. 1.58

с последващо възпроизвеждане. Точността на изпълнение на възлите и идентичността на настройката им определя не само качеството на самото устройство, но и взаимозаменяемостта на видеофонограмите (при това да се разбира възпроизвеждане от еднотипни видеомагнитофони).