Cabeças magnéticas de ferrite para gravação de som e características de sua aplicação. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica

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Na primeira parte do artigo, são considerados os projetos de cabeças magnéticas de ferrite, produzidas comercialmente no CIS: seus parâmetros são indicados e as características de aplicação são anotadas. As partes a seguir descrevem a tecnologia de fabricação dos cabeçotes, fornecem métodos adicionais para medir os parâmetros dos cabeçotes e recomendações para ajustar gravadores com esses cabeçotes. Esta informação será útil para radioamadores e especialistas envolvidos no reparo e projeto de equipamentos de gravação de som magnético.

A era do domínio do gravador de cassetes provavelmente está chegando ao fim. Porém, levando em consideração considerações econômicas e a presença de um grande número de fonogramas em cassetes compactos entre a população, pode-se supor que em nosso país durará e os gravadores de cassetes servirão aos seus proprietários por pelo menos mais 15 a 20 anos.

Publicações dedicadas a cabeças magnéticas (MG) para gravação de som já apareceram nas páginas da "Radio" [1, 2]. E, no entanto, informações, em particular, sobre MGs de ferrite, infelizmente, claramente não são suficientes. Nos últimos dez anos, podemos lembrar apenas alguns materiais em cabeças de ferrita que apareceram em [3,4,5]. Além disso, em alguns materiais [1,2, XNUMX] foram feitas imprecisões, levando a sérios problemas no seu uso.

O autor procurou dar informações mais completas sobre os MGs de ferrite produzidos atualmente e falar sobre as características de seu uso em gravadores de cassetes.

Assim como o nome geral "metal" MGs significa cabeças feitas de diferentes materiais (permalloy, sendust, ligas amorfas), e o nome "ferrite" (ou "ferrite de vidro") MGs significa cabeças feitas de diferentes materiais com diferentes tecnologias de fabricação, o que afeta significativamente seus parâmetros e propriedades de desempenho. Para MGs domésticos, as informações sobre materiais e tecnologia de fabricação estão contidas em um número de dois dígitos - o número de modificação - após o ponto no símbolo MG. Certas tecnologias e materiais correspondem a áreas específicas de números de modificação; isso foi padronizado na década de 70 e, com raras exceções, agora está em vigor (Tabela 1) As empresas estrangeiras marcam as cabeças de acordo com uma variedade de padrões internos da empresa (muitas vezes fechados), por isso é praticamente impossível extrair as informações necessárias da designação de MG estrangeiro.

A vantagem mais óbvia dos MGs de ferrite - sua durabilidade - é determinada pelo material da superfície de trabalho. Existem ferritas de estruturas policristalinas e monocristalinas. As ferritas policristalinas utilizadas para a fabricação de MGs são obtidas por tecnologia de prensagem a quente - ferritas prensadas a quente (HPC), ou por prensagem isostática (IPF) ou tecnologia "Oxostat". Com a prensagem isostática, a compressão do pó prensado ocorre uniformemente em todos os lados, enquanto na prensagem a quente, é apenas em uma direção. Como resultado, a porosidade de 10000 MT-1 GPF não excede 0,5%, e a de 10000 MT-2 ferrita (IPF) não excede 0,1%. A ferrita M1500NMZ prensada (no estágio de moldagem) ([1]), que é amplamente utilizada para a fabricação de cabeças de apagamento, tem uma porosidade de até 5% ou mais. A porosidade do material determina não só o desgaste do próprio MG. mas, mais importante, o desgaste da camada de trabalho da fita magnética (ML). A superfície de trabalho das cabeças apagadoras (para gravadores como "Or-bita-205") feita de ferrite comum com porosidade de até 20% é, na verdade, um "ralador* que descasca impiedosamente a camada de trabalho do ML (lembre-se das colinas de pó no mecanismo da unidade de fita). Somente no MG tipo 6S24.710, o BPF é usado, o que garante baixo desgaste do ML (em [1] é impreciso indicou que o material foi obtido por prensagem a quente).

As ferritas de cristal único (MCF) são obtidas usando a tecnologia de cultivo de rubis e safiras artificiais usando os métodos Verneuil, Czochralski ou Bridgman. Os dois primeiros métodos são mais produtivos, mas os cristais são de qualidade inferior, então o método Bridgman é mais usado [6, 7]. O cultivo de um cristal (o chamado "boule") de 8 kg, juntamente com o resfriamento, leva cerca de 20 dias. Um único cristal é um material anisotrópico e requer orientação ao longo dos eixos cristalográficos na fabricação de MG.

A natureza do desgaste da superfície de trabalho feita de HPF ou IPF e um único cristal é muito diferente. A superfície de trabalho da cabeça é afetada pela abrasividade do ML, adesão (aderência) ao ML, efeitos térmicos e eletrostáticos de origem friccional (especialmente em dispositivos de reescrita de alta velocidade), bem como impactos de microinclusões na camada de trabalho do ML (típico para ML doméstico e estrangeiro desgastado). Se as cabeças de permalloy, como as mais macias, falham devido a uma mudança na forma da superfície de trabalho ("serra"), sendastoides - por perda de linearidade da borda, preenchimento de lacunas sob a ação da adesão (Fig. 1), as cabeças feitas de HPF (em maior extensão) ou IPF (em menor grau) se desgastam devido à erosão, lascamento de grãos de policristal. O tamanho do grão em HPF é 15..,30 µm, em IPF - 10...15 µm. A erosão ocorre a partir do impacto de forças eletrostáticas, microtensões de temperatura e impactos de microinclusões nas áreas mais fracas - contornos de grão. Um "buraco" de 10..30 µm de largura é formado na folga de trabalho. Lascas únicas rapidamente se transformam em enormes e a cabeça falha. Com uma profundidade de folga de 60...80 µm, a restauração dessas cabeças é difícil. Além disso, as bordas dos "buracos" arranham a camada de trabalho da fita, levando a um aumento do nível de ruído.

Ao contrário das cabeças baseadas em HPF e IPF, o desgaste das cabeças feitas de MCF é predominantemente de natureza abrasiva, a erosão (ou seja, arrancamento de partículas de material) praticamente não é observada. Primeiro, o vidro mais macio que preenche a lacuna se desgasta, a covinha resultante expõe as bordas da lacuna, depois o “bloqueio” das bordas, levando a uma expansão gradual da largura efetiva da lacuna. É importante que o cabeçote baseado em ICF retenha a superfície espelhada das fitas magnéticas mesmo quando o próprio cabeçote estiver muito desgastado.

A propósito, as consequências do desgaste moderado das cabeças do ICF são facilmente eliminadas sem removê-lo do gravador, passando uma fita de polimento (eletrocorindo com grão de 10 mícrons), cortada na largura de 3,81 ou 6,3 mm. Essa fita é produzida por muitas fábricas (em São Petersburgo - LOMO, a fábrica Magneton). Tempo de funcionamento - 1...2 min. Durante o polimento, uma camada com espessura de apenas 2...4 mícrons é removida, o que restaura completamente os parâmetros do MG (no polimento, a resposta de frequência é monitorada a cada 30 s até que seja completamente restaurada). Graças a isso, o MG da MKF pode ser produzido com uma profundidade de folga de apenas 40...60 µm. Depois de passar a fita de polimento, faz sentido dirigir o gravador por várias horas em uma fita de baixo valor com maior abrasividade (Sound Breeze ou TASMA MK 60-7) para finalizar a superfície.

É bem sabido que quando um gravador é operado por 2 horas por dia, as cabeças Permalloy falham após 1,5 ... 2 anos, as Saint-Dust - após 2 ... 2,5 anos, MG de GPF ou IPF - após 2 ... 4 anos. Para comparação: os MGs do IFF servem de 6 a 10 anos e, além disso, são facilmente restaurados. Em dispositivos de reescrita de alta velocidade, a vida útil diminui proporcionalmente ao aumento da velocidade e do tempo de operação diário, exceto para MG do GPF ou BPF, que falham mais rapidamente (especialmente os cabeçotes de gravação). Uma característica inesperada: cabeçotes MKF com fita IEC II (CrOg) geralmente duram mais do que com fita IEC I (y-Fe2O3). Na fig. A Figura 2 mostra a natureza da destruição do gap da amostra de cabeçote ZD24.712 do GPF 10000 MT-1 após 1000 horas de operação, e na fig. 3 - folga do cabeçote 6V24.710 do MKF após 5000 horas de operação. Perto (abaixo) pode-se ver uma tela intercanal feita de HPF, corroída pela erosão.

Os parâmetros eletromagnéticos das cabeças são dados na Tabela. 2. Para as cabeças ZD24.012 (PO EVT, Penza) e 6A24.510 e 6V24.510 (Yerevan), são dados os dados do passaporte, para o resto - reais, medidos em um grande número de cabeças. As condições de medição são dadas de acordo com [8]. O coeficiente de derivação Ksh caracteriza as perdas na cabeça magnética e é calculado pela fórmula

onde E é a força eletromotriz (EMF) de uma carga real, mV; End - EMF da cabeça sem perda, mV.

No caso geral

Fim \u2d 0p f F103 h W XNUMX.

onde f é a frequência de medição, Hz;

Ф0 é o valor efetivo do fluxo magnético de curto-circuito por 1 m de largura da via conforme [9], Wb/m;

h - largura da via, m;

W é o número de voltas.

Substituindo os valores, obtemos para gravadores de fita cassete em f=315 Hz, Ф0 = 250 nWb/m, h = 0,6 mm, W = 1000 voltas

Fim = 2,97 10-4 V; e para gravadores bobina a bobina com h = 0,94 mm

Fim = 4,6 5-10-4B.

A resposta de reprodução de frequência de amplitude (AFC) de uma cabeça sem perdas, Dpnd dB, é calculada pela fórmula

Dpnd = 20lg(fmeas Jf) + Nmeas

onde fmeas - a frequência nominal de medição da resposta em frequência, Hz (frequência superior);

f - frequência de referência igual a 315 Hz;

Nmeas é o nível de registro relativo na frequência de medição nominal de acordo com [9]. banco de dados

Na tabela. 2 não fornece dados sobre as cabeças de apagamento (HS). Isso se deve ao fato de que os parâmetros do HS para gravadores de bobina a bobina são fornecidos em [1], e o HS doméstico para gravadores de cassete não é interessante, pois são feitos de ferrite prensado e descascam impiedosamente a fita. Além disso, essas cabeças não funcionam com fita IEC IV ("Metal"). A desmagnetização de alta qualidade dessas fitas é o tema de um artigo separado.

Existe uma classe especial de cabeças de apagar usadas em dispositivos estrangeiros baratos - cabeças com ímã permanente. Um núcleo feito de ferrita de alta coercividade é magnetizado de acordo com uma lei especial, obtendo um campo magnético de queda alternada de sinais. O número de pólos é de três a dez ou mais. A qualidade de apagamento não é alta: ruído aumentado e distorções não lineares. Usamos essas cabeças em gravadores "Electronics-402C", "Electronics 331C" e suas modificações (fabricadas em Zelenograd e Voronezh).

Quanto aos cabeçotes para gravação e reprodução, a fábrica de Magneton (São Petersburgo) os produziu com um circuito magnético tanto do GPF ou IPF, atribuindo-lhes o índice "P", quanto do IFF com o índice "M". Desde meados dos anos 80, de acordo com os resultados dos testes, as cabeças são produzidas apenas no IFF. PO EVT (Penza) produziu cabeças de GPF 10000 MT-1 (ferrita produzida pela fábrica de Magneton). A fábrica de Yerevan produz cabeçotes de HPF de fabricação própria. As cabeças de ferrite vindas do exterior para o nosso mercado, quase todas, mesmo as consideradas de alto padrão (Hitachi, Sony, JVC), são feitas de HPF ou, na melhor das hipóteses, de IPF.

(clique para ampliar)

As cabeças de ferrite (Tabela 2) são fabricadas de acordo com dois esquemas de projeto (Fig. 4,5): com contatores em forma de "P" e com contatores lineares. O primeiro design possui um volume maior de material remagnetizável, o que leva a uma maior não linearidade na reprodução de sinais com baixo nível de gravação ("som de ferrite"), mas permite colocar um enrolamento com um grande número de voltas. É usado em cabeçotes para gravadores de fita bobina a bobina.

O segundo desenho (Fig. 5) oferece boa linearidade durante a reprodução, mas o número de voltas é limitado pelo tamanho da janela de enrolamento e pelas dimensões externas do MG.

Ao mesmo tempo, acreditava-se que com tal esquema construtivo era impossível obter um valor EMF aceitável de MG. No entanto, o cálculo detalhado do circuito magnético realizado pelo autor de acordo com o método refinado revelou a área de parâmetros de design em que o MG de acordo com esse esquema é competitivo. Isso tornou possível pela primeira vez criar MGs de ferrite para gravadores de fita cassete, que se distinguem pela ausência de um "som de ferrite" durante a reprodução.

A tecnologia de fabricação de um cabeçote de cassete de dois canais em termos gerais é a seguinte: - os chamados limitadores de espessura normalizada são pulverizados nos semi-blocos (Fig. 6), dependendo da largura necessária da folga de trabalho.

Em seguida, os semi-blocos são soldados com vidro. No vão formado pelos limitadores, o vidro escoa capilarmente. Em seguida, blocos de 1,55 mm de tamanho (a largura de dois canais) são cortados da peça de trabalho soldada, uma ranhura para a tela intercanal é cortada em cada bloco (Fig. 7), a tela intercanal é colada e o jumper é retificado (Fig. 8, 9).

Terminada a colagem dos elementos que formam a superfície de trabalho, a peça é retificada ao longo do raio (Fig. 10), mantendo uma profundidade de folga de 40 ... 60 mícrons. Após a classificação, as peças polares com folga estão prontas para montagem.

A vantagem de uma tecnologia tão trabalhosa é que o paralelismo e a coaxialidade das lacunas da unidade principal estéreo são fornecidos automaticamente.

Um método mais simples é a montagem "elemento por elemento": as cabeças dos canais, a tela e outros elementos são feitos separadamente e, em seguida, colados ou soldados com vidro em uma "pilha". Mas essa simplicidade, como dizem, "anda de lado": é quase impossível manter o alinhamento e o paralelismo das lacunas. Usando esta tecnologia, as cabeças foram produzidas no Penza PO EVT, em particular ZD24.012.

As principais áreas de aplicação das cabeças do MKF:

• dispositivos para dublagem em alta velocidade, operando em velocidades acima da nominal. As correntes de polarização, dependendo da velocidade, têm frequência de 200 kHz a 2 MHz;
• gravadores domésticos de alta qualidade, projetados para uma longa vida útil e trabalho consistentemente de alta qualidade;
• gravadores de classe média (grupos de complexidade 1-2), que, devido ao uso de tais cabeçotes, não apenas se beneficiam em durabilidade, mas também melhoram a qualidade do som [3].

Claro, extremos também são possíveis: a instalação da cabeça ZD24.751 em um gravador de classe muito baixa (no gravador de rádio Melodiya-106) em vez do tipo MG BRG ZD24.M (Hungria) transformou completamente o som (como dizem, "não sei!").

Também deve-se ter em mente que as cabeças dadas na Tabela. 2, não escreva em ML M3KIV ("Metal").

Ao calcular os custos, pode-se supor que uma cabeça do MKF equivale em termos de durabilidade a três do sendust (o prazo é limitado pelo desgaste total do gravador). Se você comprar na fábrica, o custo de uma cabeça ZD24.750 varia de 20 a 24 rublos, dependendo de onde você a compra - no departamento de vendas da fábrica Magneton ou na loja da fábrica. No mercado, os revendedores são adicionados a isso.

Ao sintonizar gravadores com cabeça de ferrite, aparecem características associadas às propriedades do material usado: por exemplo, a corrente de polarização é 2 ... 2,5 vezes menor que a das cabeças de metal, e um fator de alta qualidade leva a uma forte influência dos fenômenos de ressonância no processo de ajuste. Os parâmetros das ferritas utilizadas para a fabricação de MG são dados na Tabela. 3. Para comparação, são dados os parâmetros de algumas ligas magnéticas (para outros materiais, ver também [10, 11]).

Antes de instalar o MG, é desejável determinar sua indutância Lmg, sua própria capacitância Cmg e fator de qualidade Qmg. Anteriormente, o fabricante no passaporte para MG fornecia valores individuais de Lmg, EMF, bem como correntes de registro e polarização. Agora, no passaporte, são fornecidos apenas limites excessivamente estendidos de seus valores, o que, dado o custo significativo das cabeças, causa apenas perplexidade. Se os valores das correntes podem ser tirados em média da tabela. 2, então a indutância precisa ser determinada com mais precisão. Podemos recomendar o seguinte método para medir Lmg, Smg. O esquema de medição é mostrado na fig. onze.

A indutância do cabeçote magnético Lmg forma um circuito oscilatório com capacitância total Cmg + Spar + Cdop, onde Cmg é a capacitância do próprio cabeçote Spar - capacidade de montagem; Sdop - capacidade adicional. Para medição, é desejável ter 4 - 5 valores de Cdop de 5 a 80 pF, conhecidos com uma precisão não inferior a 5%, isso afeta diretamente a precisão da medição. A tolerância em R1 e R2, a capacitância de entrada e a resistência de entrada do milivoltímetro não são críticas. A conexão com o MG é melhor feita usando soquetes de um conector de tamanho pequeno adequado (por exemplo, de RG35-ZM, etc.). O fio que conecta ao MG e as conclusões R1, Sdop deve ter um comprimento mínimo para reduzir o Spar.

O erro necessário ao definir a frequência do gerador é de 1 ... 2%, a tensão de saída na faixa de 20 ... 200 kHz é de pelo menos 3 V. A sensibilidade necessária do milivoltímetro é de 3 mV.

Ao conectar alternadamente capacitores Cdop de diferentes classificações, começando com valores pequenos, a frequência de ressonância do circuito é contada de acordo com a leitura mínima do milivoltímetro quando a frequência do gerador muda. Transformando a fórmula conhecida, obtemos

CΣ=(2,53/Lmg)x104/f2res. onde СΣ - capacitância total, pF;

Lmg - indutância, H (para cabeças de ferrite nesta faixa de frequência, o valor é quase constante); fpez - frequência de ressonância, kHz.

Segue-se daqui que existe uma relação linear entre CΣ e 1/f2pez, que pode ser usada para determinar Cm. Isso é feito da seguinte maneira [12]:

• para cada valor C utilizado, é calculado o valor 104/f2pez (ver exemplo na Tabela 4);
• um gráfico é construído (Fig. 12), onde os valores de Cdop são plotados ao longo do eixo das abcissas e 104 / f2pez são plotados ao longo do eixo das ordenadas.

Uma linha reta é traçada ao longo dos pontos obtidos até cruzar com o eixo das abcissas. O ponto de interseção e dá o valor (Smg + Spar). Quando o comprimento das conexões entre R1, Сdop e MG for menor que 2 cm, a capacitância Сpar pode ser considerada igual a 2pF. No exemplo acima (Smg + Cpar) = 13 pF. A partir daqui encontramos

Lmg \u2,53d 04 / (Smg + Spar) x 2 / f2,53res. = 13/0,485x0,0944 = XNUMX H;

Smg \u13d 2-11 \uXNUMXd XNUMXpF.

Os valores medidos de Cmg para diferentes amostras de cabeças do tipo ZD24.750 - ZD24.752 estão dentro de 7 ... 20 pF. Esta capacitância difere para diferentes canais e varia dependendo da conexão do fio comum a uma ou outra saída do MG

Para cabeças de metal, este método de determinação da capacitância e indutância intrínseca é inadequado devido ao seu baixo fator de qualidade e, como resultado, à forte dependência de frequência da indutância.

A medição precisa de Qmg em condições amadoras é difícil. No caso geral, o fator de qualidade do circuito Q é determinado a partir da curva de ressonância (ver [12]):

Q=fres/(fmax - fmin)

onde f é a frequência de ressonância, kHz; fmin e fmax - frequências nas quais a tensão no circuito cai para o nível de 0,707Umax, kHz.

A precisão da medição depende do grau de desvio do circuito pelas impedâncias de entrada dos instrumentos de medição, a precisão da leitura 0,707Umax e as frequências fres fmin e fmax. Para medições com erro de até 5% em Q = 20...40, é necessário que a resistência de shunt seja de no mínimo 10 MΩ, e os valores fpez, fmin, fmax 0,707Umax devem ser medidos com erro não superior a 0,2%. De acordo com o diagrama da Fig. 11, a resistência do shunt é aproximadamente igual a R1, o que reduz Q em 50 ... 70%.

O uso de transistores de efeito de campo com grande impedância de entrada torna necessário tomar medidas de proteção contra eletricidade estática (o potencial estático da tensão nas mãos do operador em relação ao solo pode chegar a 20 kV!).

No trabalho prático, você pode se concentrar nos dados de medição fornecidos na Tabela. 5.

As medições foram realizadas tanto na faixa de frequências sonoras superiores quanto na faixa de frequência da corrente de polarização. O erro de medição é de cerca de 5%. Capacitores de baixa perda foram usados ​​nas medições, e Cmg e Cpar foram medidos com uma grande tolerância de 15 e 6 pF, respectivamente. Essa suposição e o erro nos cálculos deram um spread nos valores da indutância Lmg, que foram calculados usando a fórmula fornecida anteriormente. A resistência ressonante do circuito oscilatório paralelo Rres e a resistência de perda ativa Rs foram calculadas pelas fórmulas [12]:

onde Rres - resistência ressonante, MΩ; Lmg - indutância da cabeça, H; СΣ - capacitância total, pF; Rs - resistência à perda ativa, Ohm. Para quem quiser entender com mais detalhes, recomendamos [13].

A análise dos dados obtidos mostra o seguinte: o fator de qualidade diminui com um intervalo MG mais amplo e com um aumento de СΣ, permanecendo muito alto (dezenas de unidades) na região das frequências sonoras superiores. Nas frequências de corrente de polarização, o fator de qualidade das cabeças de ferrite também é bastante grande (em um MG de metal é menor que a unidade, não pode ser medido). Ao mesmo tempo, Rpez é tal que, se a frequência fpez coincidir com a frequência da corrente de polarização no modo de gravação, torna-se impossível definir as correntes de polarização nominais no esquema usual de seu fornecimento (acaba sendo "força bruta"). Rs de MGs de ferrite é muito menor que o de MGs de metal, por exemplo, tipo ZD24.211 ("Mayak"), especialmente em frequências médias e altas (200 Ohm versus 3 ... 5 kOhm!). Isso explica o nível significativamente mais baixo de ruído térmico nas cabeças de ferrite.

Antes de abordar questões específicas de otimização de parâmetros e ajustes de gravadores com cabeças de ferrite, é necessário relembrar alguns termos e disposições adotados na técnica de gravação de som magnético. A frequência de referência, adotada como 315 Hz (anteriormente, antes de 01.07.88/400/8, a frequência nominal - 14 Hz), permite comparar os resultados das medições [XNUMX]. Nesta frequência, o EMF das cabeças é medido durante a reprodução, a resposta de frequência também é medida em relação a esta frequência. Para isso, é utilizado um sinal-grama, registrado de acordo com as recomendações da Comissão Eletrotécnica Internacional (IEC). A resposta em frequência do fluxo magnético de curto-circuito deste sinalograma N, dB, é calculada pela fórmula [XNUMX]:

onde f - frequência, Hz;

τ1, τ2 - constantes de tempo, s. O nível de registro do fluxo magnético de curto-circuito relativo é calculado como a diferença entre N(f) e N(315 Hz), onde 315 Hz é a frequência de referência. Os valores numéricos do nível de gravação relativo são dados em [9]. Esses valores são usados ​​para calcular o 0Rid sem perdas da cabeça. Na tabela. A Figura 6 mostra os valores calculados do nível de gravação relativo (frequência de referência 315 Hz, τ2 = 3180 µs, τ1 = 70 e 120 µs).

A correção de frequência do canal de reprodução, ou seja, o caminho do amplificador principal de reprodução (HC), deve garantir que os requisitos para resposta de frequência desigual em uma determinada faixa de frequência sejam atendidos. Assim, a padronização da dependência da resposta em frequência N(f), proposta por Heegard na década de 15, leva à padronização da resposta em frequência do canal de reprodução. A escolha da distribuição da pré-distorção entre os canais de gravação e reprodução é feita, conforme afirmado em [1], “com base na resposta de frequência do fluxo magnético residual do fonograma gravado, que pode ser obtido com fitas existentes e uma quantidade razoável de pré-distorção no amplificador de gravação”. Por um lado, isso permite a troca de registros, mas, por outro lado, dificulta o desenvolvimento e o uso de novas fitas magnéticas "fora do padrão". Não consideraremos as razões para a escolha de valores específicos de τ2 e τXNUMX aqui.

Na tabela. 6 mostra os valores da resposta de frequência Drid da cabeça sem perdas, e na fig. 13 mostra sua visão juntamente com a resposta em frequência dos cabeçotes dos tipos ZD24.752 (τ1 = 120 μs), ZD24.751 e ZD24.750 (τ1 = 70 μs).

A alta limpeza da superfície de trabalho dos cabeçotes permite obter baixas perdas de contato. Aliás, devido ao "escorregadio" da superfície MG, praticamente não sujam e não requerem limpeza frequente. As altas propriedades magnéticas da ferrita de cristal único fornecem perdas insignificantes para correntes de Foucault e remagnetização do material. No entanto, o curso das características das ondas reais se distingue por algum "achatamento" do topo e uma queda mais suave na região de alta frequência. Isso pode ser explicado pelo formato de cunha do gap, conforme mostrado em [16], mas as medições da largura do gap não revelaram isso (dentro da precisão da medição). A explicação mais provável para isso é uma mudança na permeabilidade magnética do material na zona do gap devido à difusão do vidro no núcleo (que pode ser representada pela operação paralela de vários gaps de diferentes larguras). A resposta de frequência na região de baixa frequência fica aproximadamente 1 dB acima de Drid e na Fig. 13 não é detalhado.

O diagrama de blocos do canal de reprodução é mostrado na fig. quatorze.

O amplificador de reprodução tem uma resposta de frequência inversa à resposta de frequência de uma cabeça ideal Drid (ver Fig. 13), e a correção da resposta de frequência nas frequências de áudio superiores geralmente é realizada devido à ressonância do circuito em série formado pela indutância Lmg e a capacitância total, consistindo em Smg, capacitância de montagem Spar. capacitância de entrada do amplificador Svh e capacitância adicional Cdop. A tensão na capacitância total, ou seja, na entrada SW, para tal circuito na frequência de ressonância aumenta por um fator de Q, onde Q é o fator de qualidade do circuito. O aumento na resposta de frequência na frequência de ressonância do nível do sinal sem levar em consideração a ressonância é de 20lgQ, dB. Devido à ação de desvio de Rin e Rsh, o fator de qualidade diminui. A influência de Rin sem levar em conta as perdas na capacitância total pode ser estimada com precisão suficiente pela fórmula

Qsh=Q Rin/(Rres+Rin)

onde Q é o fator de qualidade inicial do MG (ver Tabela 5);

Rin - resistência de entrada SW, kOhm;

Rres - resistência ressonante (ver Tabela 5), ​​kOhm;

Qsh - fator de qualidade do circuito desviado.

Portanto, em Q = 15, Rres = 150 kOhm, Rin = = 100 kOhm, obtemos Qsh = 6, ou seja, a resposta de frequência aumenta em 15,6 dB. Em Rin \u1000d 13 kOhm, Qsh \u22,3d 6 (aumento da resposta de frequência em 10 dB). Devido à alta qualidade da superfície MG do ICF, o aumento real necessário na resposta de frequência é de apenas 2 a 3 dB, o que corresponde a Qsh = XNUMX...XNUMX. Você pode calcular o valor aproximado de Rsh necessário para obter o fator de qualidade desejado usando a fórmula

1/Rsh=(Q-Qsh)/(QshRres)-1/Rin,

onde Rsh - resistência de derivação, kOhm;

Qsh - fator de qualidade exigido do circuito desviado;

Rres - resistência de acordo com a tabela. 5, kOhm;

Rin - impedância de entrada do amplificador, kOhm;

Portanto, para Qsh = 3 (a amplificação da resposta de frequência não é superior a 10 dB) em Q = 15, Rres = 150 kOhm, Rin = 100 kOhm, Rsh = 60 kOhm; para Rin = = 1000 kOhm - Rsh = 39 kOhm.

Duas tarefas podem ser distinguidas, em cuja solução é aconselhável usar MGs de ferrite:

• substituição do MG desgastado no aparelho existente;
• desenvolvimento de um canal de reprodução para maximizar as capacidades dos MGs de ferrite, ou seja, para atingir um baixo nível de ruído (devido ao baixo Rs, consulte a Tabela 5), ​​boa linearidade na reprodução, uma ampla largura de banda de frequências reprodutíveis e boas respostas ao impulso.

A última tarefa é reduzida ao desenvolvimento de um amplificador de reprodução "compatível" tendo seu próprio ruído não pior que -65...-70 dB e baixa distorção de intermodulação. O SW deve funcionar de forma estável com MGs de alto Q (a maioria dos SWs existentes são excitados na ausência de Rsh). Além disso, é necessário poder trabalhar com o dobro da velocidade de reescrita. Isso requer a alteração do valor da capacitância total de 1300 ... 630 pF em Lmg = 100 mH (frequência superior 14 ... 20 kHz) para 320 ... 160 pF (frequência superior em velocidade dupla 28 ... 40 kHz). Se Cm = 11 pF, Spar = 20...40 pF, então com uma grande capacitância de entrada do SW, a obtenção de boa qualidade em velocidade dupla torna-se impossível. A alteração da capacitância total é obtida de duas maneiras:

• capacitor de comutação C add;
• controle eletrônico Svh. Uma descrição detalhada das opções de controle eletrônico do SV e uma análise do efeito da capacitância dinâmica são fornecidas em [17], mas a opção de SW ali proposta apresenta um nível de ruído de -58 dB, o que é claramente insuficiente. Parâmetros muito melhores têm um amplificador baseado em transistores de efeito de campo com uma junção pn, descrito em [5]. Talvez a conexão paralela de N do mesmo tipo de transistores de efeito de campo de baixo ruído, na qual o EMF do auto-ruído diminua em √N vezes, permite desenvolver um HC "compatível" para um gravador de cassetes com um nível de ruído abaixo de -70 dB (as cabeças do ICF permitem isso). Mas a questão de usar velocidade dupla permanece em aberto - a capacitância de entrada dinâmica é grande.

Vamos determinar a frequência superior fepx para diferentes tipos de MGs de ferrite produzidos, com base no requisito para a desigualdade necessária da resposta de frequência do canal de reprodução. A resposta de frequência típica dos canais de reprodução para três tipos de MG sem correção em altas frequências é mostrada na Fig. 15.

Estas respostas de frequência foram obtidas a partir dos dados para o MG ZD24.750 - ZD24.752 (ver Fig. 13). Ao sobrepor as curvas ressonantes do circuito de entrada nessas curvas em diferentes decaimentos de resposta de frequência, podemos garantir que uma irregularidade aceitável da resposta de frequência total seja obtida se tomarmos a frequência na qual o decaimento da resposta de frequência sem correção não exceda -10 dB para fvepx. Para 3D24.752fvepx = 14...16 kHz, para ZD24.751 fbepx = 16...18 kHz e para ZD24.750 fbepx = 18...20 kHz. A Figura 15 mostra as curvas de ressonância do nível de -10 dB na frequência de 20 kHz com Qsh igual a 10, 3 e 2, bem como a visualização da resposta de frequência total do canal de reprodução. Como pode ser visto, a correção ótima das altas frequências para o MG ZD24.750 ocorre em um valor de Qsh entre 2 e XNUMX.

Portanto, ao instalar um ferrite MG em um gravador, se o SW tiver um ajuste de correção de alta frequência (exceto para a formação de constantes de tempo padrão τ1 e τ2) e/ou um circuito de realimentação positiva para aumentar o fator de qualidade do circuito de entrada [17], é necessário trazer seus ajustes ao mínimo. Depois disso, em paralelo com o MG, é necessário conectar um resistor de ajuste de pequeno porte com valor nominal de 80 ... 100 kOhm como Rsh, definindo seu valor máximo e desligando o resistor shunt disponível no SW.

Ao instalar o MG, além da inclinação (azimute) normalmente verificada, centralização e "aceno" do cabeçote, é necessário verificar a profundidade de entrada do MG no cassete. Devido à pressão excessiva da fita na superfície de trabalho, além do aumento do desgaste do MG, também ocorrem "assobios" de fricção, principalmente se a superfície de trabalho estiver contaminada com vestígios de cola da fita adesiva usada para colar os cabos líderes.

É mais conveniente verificar usando um cassete, em cuja tampa superior existe um recorte no local onde o cabeçote entra no cassete. A zona de contato da superfície de trabalho com a fita magnética deve estar dentro de 3,5...4,5 mm simetricamente em relação à folga.

Se, ao ligar o dispositivo, o SW estiver excitado, é necessário reduzir o valor de Rsh até que a excitação desapareça.

A frequência superior é considerada igual a fBepx de um determinado tipo de MG ou é reduzida se o gravador não fornecer a estabilidade necessária do azimute do movimento da fita magnética ou o SW tiver um limite na frequência superior. O circuito de entrada é sintonizado nessa frequência selecionando Cdop. Devido à alta resistência ao desgaste das cabeças feitas de MKF (desgaste de 3 mícrons por 1000 h), o ajuste durante a operação não é necessário. A frequência de ressonância é determinada pelo sinal de saída máximo do SW quando o campo magnético do sinal é aplicado ao gap do MG usando uma bobina no shaper conforme [9]. A moldura dessa moldura tem dimensões de 8x75x3 mm, o número de voltas é de 20 ± 5 com um fio PEV 0,2. O sinal do gerador é alimentado através de um resistor limitador de 100 ohm. Este método não requer solda indesejada nas placas do gravador. O campo magnético também pode ser aplicado ao gap usando um condutor flexível colado na superfície de trabalho do MG na área do gap (é conveniente colá-lo com cola solúvel em álcool, como BF-6).

É mais conveniente sintonizar fvepx e a resposta de frequência do canal de reprodução usando um sinalograma de fitas métricas do tipo ZLIT1.4.4-120 [9], consistindo em pacotes de mensagens de frequência. A taxa de repetição do burst é de 18 Hz, a duração de um burst de frequência é de pelo menos 3 ms, a pausa entre os bursts é de 1 ms, a frequência máxima é de 14 kHz. A frequência de ressonância é determinada usando um osciloscópio pela amplitude máxima da mensagem de frequência correspondente. Se fvepx for superior a 14 kHz ou não houver tal fita métrica, ela poderá ser formada usando um computador pessoal. Várias mensagens necessárias são gravadas na memória, que são gravadas em uma fita cassete usando um gravador bem ajustado com uma faixa de frequência suficiente. A duração das parcelas e a frequência de repetição são as mesmas de ZLIT.CH.4-120. O número de rajadas de frequência é de até 10. Com uma frequência de amostragem de 44 kHz, pode ser obtida uma frequência máxima de até 20 kHz, com uma frequência de amostragem de 54 kHz - até 24 ... 25 kHz. Também é adequada uma fita do tipo ZLIM.UNCHK.4 fabricada pela Magnolia JSC (cerca de $ 8 ... 10), na qual existem todos os sinais necessários (para verificar a resposta de frequência, detonação, nível nominal, equilíbrio, etc.).

Depois de definir o circuito de entrada para ftop, defina o nível nominal na saída de linha e as leituras do indicador correspondente no modo de reprodução. Isso requer uma fita métrica com um sinalograma da frequência de referência do nível nominal. A linearidade da resposta de frequência é ajustada com um resistor sintonizado Rsh, que é então substituído por um constante. Ao usar uma fita métrica caseira para ajustar a resposta de frequência, você deve garantir que o nível de gravação esteja em -20 dB. Para fazer isso, ao gravar em um gravador de referência, a tensão de entrada é reduzida em 10 vezes em relação ao nominal. Com experiência suficiente, é permitido ajustar a resposta de frequência sem fita métrica de acordo com o esquema da Fig. 16, definindo o aumento de agudos igual ao rolloff típico de resposta de frequência (consulte a Fig. 15). É possível ajustar satisfatoriamente a resposta de frequência ajustando Rsh com uma resistência calculada a partir dos dados da Tabela. 5 para Qsh = 2 com RBX conhecido. Afinar "de ouvido" usando faixas de acompanhamento musicais, via de regra, dá resultados negativos devido ao mascaramento dos sinais de frequência mais alta pelos de frequência média e à diferença na qualidade e equilíbrio espectral das gravações. Ao mesmo tempo, o RBX pode ser facilmente medido, por exemplo, pelo método de compensação.

A estimativa da não linearidade do canal de reprodução geralmente é necessária no desenvolvimento de CFs ou na comparação de MGs de diferentes materiais. Se tal necessidade surgir, recomenda-se avaliar a não linearidade usando o método de tom de diferença Twin-Ton-Test [18]. Neste caso, dois sinais de teste da mesma amplitude com uma relação de frequência de 1:1,06 são aplicados à entrada. Se a amplitude de seus produtos de intermodulação for 4,7% da amplitude dos sinais de teste, isso corresponde a um coeficiente K3 = 3% para um dos sinais de teste.

Para obter um bom som, como há muito comprovado no exterior e finalmente reconhecido em nosso país [19], é necessário atingir um coeficiente de distorção de intermodulação Ki inferior a 0,003%. Na prática, uma avaliação qualitativa de Ki é realizada aplicando um campo magnético de sinais de teste ao intervalo MG, conforme descrito anteriormente. Nesse caso, é conveniente escolher a frequência do sinal de fvepx a fvepx / 2 com uma diferença entre eles de 0,5 ... 1 kHz. A amplitude dos sinais é aumentada de zero até o nível nominal na saída linear do SW. Se, ao ouvir acusticamente tal combinação, melhor em fones de ouvido de alta qualidade, um tom diferente começa a ser ouvido, isso significa que Ki se torna mais de 0,003% [18; 19]. Para uma avaliação mais precisa do Ki, é necessário um analisador de espectro.

Como já observado, devido ao volume mínimo de material remagnetizável, normalização da força coercitiva Hc e boas propriedades de alta frequência do material, os cabeçotes de cassete MCF têm uma não linearidade bastante baixa durante a reprodução: frequência mais baixa para cabeçotes sendust e comparável com os melhores cabeçotes permalloy. No entanto, ao gravar em um IEC tipo IV ML, são observados fenômenos associados à saturação das bordas da lacuna de trabalho. Os resultados do estudo desse efeito são dados em [20], onde é mostrado que um aumento do campo no gap HG (em oersteds, Oe) acima do valor correspondente à metade do valor da indução de saturação Bsat (em gauss, G) leva à saturação das bordas do gap de trabalho. Como resultado, a área de gravação se expande, as perdas aumentam e as distorções não lineares aumentam. Existe também uma fórmula empírica para determinar o campo necessário no intervalo HG (Oe) com uma largura de intervalo g (μm) necessária para gravar com um nível de sinal limitante com um comprimento de onda λ (μm) em um portador com uma força coercitiva Hc (E):

HG \u1,7d (0,33 / g0,8 ​​+ 0,78VgXNUMX) x Hc.

Também foi mostrado em [20] que este valor está próximo da intensidade do campo de polarização ideal para gravação com polarização de alta frequência.

A força coercitiva Hc de vários tipos de ML está dentro dos limites [18]:

• 24...28 kA/m (300...350 Oe) para tipo I ML (Fe2O3);
• 35...40 kA/m (440...500 Oe) para ML tipo II (CrO2 e seus substitutos);
• 80...120 kA/m (1000...1500 Oe) para ML tipo IV (Metal).

Daí o campo obrigatório na lacuna HG (E):

• para tipo I ML em fup = 14 kHz (λ = 4,76 cm/s (104/14000 Hz = 3,4 µm) d = 1,8 µm, HG = 940...1100 Oe;
• para ML tipo II em ftop, = 16 kHz (λ = 3,0 µm), g = 1,5 µm, HG = 1400... 1620 Oe;
• para tipo IV ML em ftop = 20 kHz (λ = 2,38 µm), g = 1,0 µm, HG = 3600...5400 Oe.

Para trabalhar com ML tipo I, é necessário um material com Vsat > 2900 Gs (0,29 T):

• com ML tipo II - com Vnas = 3250 Gs (0,33 T);
• com ML tipo IV - com Vnas = 7200 ... 10800 Gs (0,72 ... 1,08 T).

Comparando os valores obtidos para Vnas com os dados da Tabela. 3, podemos concluir que não apenas os MGs de ferrite, mas também os MGs de metal não garantem a gravação sem distorções excessivas em todos os MLs tipo IV disponíveis.

Existe um projeto de ferrite MG, no qual, para proteger as bordas do gap da saturação, uma camada de liga metálica com Vmax > 1,4 T e espessura de 2 ... 10 μm é aplicada nas paredes internas do gap. Estas são as chamadas cabeças "MIG" ("Metal-ln-Gap" - metal na lacuna) [21; 22]. Essas cabeças são bastante utilizadas na tecnologia de vídeo, mas para fins de gravação de som, nossa indústria (e estrangeira) praticamente não as produz, provavelmente devido à distribuição limitada de fitas do tipo IV (aumento do custo e, o mais importante, falta de dispositivos que percebam suas vantagens).

Para um MG tipo ZD24.750 disponível comercialmente com g = 1 μm, ao registrar um sinal com fbepx = 20 kHz em um tipo II ML, é necessário um material de núcleo na zona de gap com Vmax > 0,36 T, o que é feito com uma margem suficiente (de acordo com a Tabela 3, para MCF Vmax = 0,43 ... 0,5 T). Portanto, a afirmação de que "cabeças de ferrite ... fornecem o mais alto nível de distorção não linear (no modo de gravação)" [2], aplicada a cabeças do ICF, parece incorreta. Medições diretas mostram o oposto.

E, finalmente, sobre como configurar o amplificador de gravação ao instalar MGs de ferrite. Ao configurar o canal de gravação, antes de tudo, é necessário garantir que a frequência de polarização fsubm seja menor que a frequência de ressonância fpez do circuito formado pela indutância MG Lmg e a capacitância total CΣ, composta pela própria capacitância do MG, as capacitâncias de saída do gerador e amplificador (tubo de filtro) e a capacitância de montagem. É desejável que fsubm < 0.8 fpez ou, conforme Tabela. 5, fsubm < 84...96 kHz. Se a capacitância Cmg tiver sido medida, conforme discutido anteriormente, um limite mais preciso para o valor de fsubm pode ser obtido. Com fsubm = fpez, o circuito LmgCΣ funciona como um filtro ressonador, enquanto qualquer mudança de temperatura nos valores de Lmg e CΣ leva a uma mudança na corrente de polarização, e seu valor é muito superestimado. Se fsubm>fpez, a corrente de polarização é desviada por CΣ e, se for regulada não por resistores, mas por capacitores trimmer, a carga no gerador pode aumentar drasticamente.

Devido às baixas perdas de polarização para MGs de ferrite, a corrente ideal acaba sendo 2 a 3 vezes menor que a das cabeças de metal (ceteris paribus). A corrente de gravação é menor, mas não significativamente. Isso leva ao fato de que não há ajustes regulares suficientes para definir (reduzir) a corrente de polarização, você deve introduzir uma resistência adicional de 50 ... 200 kΩ no disjuntor de corrente ou, se o nível de eliminação permitir, reduzir a tensão de alimentação do gerador (o que é pior). Se a corrente de polarização for fornecida através da capacitância de separação, ela não deve ser reduzida (é melhor colocar um resistor em série) para não cair na ressonância em série dessa capacitância e na indutância da cabeça.

Atenção especial deve ser dada a isso ao instalar a gravação MG ZA24.751 e ZA44.171 em dispositivos de dublagem de alta velocidade. Se a frequência fpodm for maior que 200 kHz para ZA24.751 e acima de 500 kHz para ZA44.171, o ajuste da corrente de polarização pode não ser possível devido a fenômenos de ressonância. Ao definir a corrente de polarização para o tipo MG ZA44.171, devido à penetração da polarização do canal adjacente, às vezes não há ajustes suficientes que reduzam a corrente de polarização (na frequência de 500 kHz, o nível de penetração deste MG é -30 dB). A penetração pode ser combatida desviando o canal onde esse fenômeno afeta com um resistor de 10 kΩ.

Antes de definir a corrente de polarização ideal, é aconselhável escolher o tipo principal de ML com o qual deve funcionar.

A escolha é geralmente feita com base na relação "preço-qualidade". Como regra, cada usuário possui um tipo de ML comprovado e "familiar", mas ao instalar um novo MG durável, outros tipos podem ser usados, guiados pelos dados [23, 24, 25]. Por experiência, bons resultados, especialmente em termos de resposta de frequência, distorção e "transparência" do som, são mostrados por fitas produzidas pela não muito conhecida empresa coreana Sunkuong Magnetics Corp. (marca registrada SKC).

Como já observado, anteriormente no passaporte individual para o MG, foram fornecidos os valores das correntes de registro e polarização obtidas para MLs típicos - R723DG (IEC I) e S4592A (IEC II). Com base nesses dados, por recálculo [23, 24], foi possível determinar as correntes para o tipo de ML selecionado. Agora, esses dados não estão disponíveis. A configuração da corrente ideal Ipodm começa com a determinação da zona de regulação e, se necessário, com a configuração de resistência adicional. Para fazer isso, diminuindo Isubm, encontre o ponto em que o sinal com frequência de 6,3 kHz é registrado no nível máximo. Então, aumentando esta corrente, o nível é reduzido em 1...3 dB. A corrente ideal é definida pelo ruído mínimo do tipo de ML selecionado ou pela distorção não linear mínima ao gravar um tom com uma frequência de 315 Hz. Esses valores costumam ser próximos. A configuração final depende das capacidades do gravador. Se o SW (em τ1 = 120 μs) tiver ruídos piores do que -54...-57 dB (infelizmente, existem muitos desses SWs), é difícil ajustar para um mínimo de ruído ML.

O ajuste para a distorção mínima pode ser feito sem um voltímetro seletivo, usando o método descrito em [18]. A distorção harmônica é determinada pelo desvio da característica de transferência quando o sinal de frequência de referência é registrado a partir de uma linha reta (em uma escala logarítmica em dB). Um desvio de 0,5 dB corresponde a 3% de distorção harmônica (Fig. 17). Este método é descrito em [18] para gravadores bobina a bobina; para gravadores de fita cassete, é necessário verificar a precisão dos resultados obtidos. De um modo geral, um afinador experiente percebe uma distorção de 3% ou mais na distorção da forma senoidal.

Depois de definir as correntes de polarização, é necessário verificar a linearidade da resposta de frequência em toda a faixa de frequência. Pode ser necessário reduzir a correção de altas frequências nos EUA. A definição do "zero" dos indicadores de gravação para o nível nominal é realizada, como de costume, após a calibração do SW em uma fita métrica ou com base na capacidade de sobrecarga do ML (e US) por um compromisso entre ruído e distorção.

Este artigo é dedicado apenas a cabeçotes seriais, portanto, a influência de parâmetros de design como largura do intervalo, intervalo traseiro etc. na qualidade da gravação não foi considerada aqui.

Em conclusão, uma palavra de advertência: devido às boas propriedades dielétricas e de alta frequência do material, as cabeças de ferrite são suscetíveis a interferências de alta frequência de rádios, faíscas do comutador do motor e motores controlados por pulso. Isso requer desacoplamento cuidadoso de seus circuitos de energia, incluindo o fio comum. Às vezes, para reduzir a interferência, é necessário girar os motores coletores em torno do eixo (o que geralmente é fornecido no projeto dos gravadores) e, quando isso não ajuda, é necessário instalar uma tela de cobre de alta frequência sob a plataforma de pouso do MG. Se o design permitir, é útil proteger o receptor de cassete.

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Autor: V.Sachkovsky, São Petersburgo

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