Системы аудиозаписи: Методические указания к лабораторным работам

Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Ульяновский государственный технический университет

Системы аудиозаписи Методические указания к лабораторным работам для студентов, обучающихся по специальности 21030265 «Радиотехника»

Составитель О. А. Дулов

Ульяновск 2007

УДК 681.84 (076) ББК 32.871 Я 7 С40 Рецензент: зам. директора Ульяновского филиала института радиотехники и электроники Российской академии наук канд. техн. наук А. А. Широков. Одобрено секцией методических пособий научно – методического совета университета

С40 Системы аудиозаписи: методические указания к лабораторным работам / Сост. О. А. Дулов. − Ульяновск : УлГТУ, 2007. – 32 с. Указания составлены в соответствии с учебным планом специальности 21030265 «Радиотехника». Содержат сведения по теории магнитной записи-воспроизведения, описание двух лабораторных работ по исследованию аудиомагнитофонов. Работа выполнена на кафедре «Радиотехника». УДК 681.84 (076) ББК 32.871 Я 7

 О. А. Дулов, составление, 2007  Оформление. УлГТУ, 2007

3

СОДЕРЖАНИЕ Правила выполнения работ……………………………………...……….……..… 4 Правила техники безопасности для студентов, работающих в радиотехнических лабораториях…………………………………...…….…….… 5 Лабораторная работа №1 «Исследование влияния тока подмагничивания на величину нелинейных искажений записываемого сигнала.»…………………........ 6 Лабораторная работа №2 «Исследование АЧХ элементов магнитной записи и воспроизведения магнитофона «Вега МП-122 С»………………...…...……. 13

4

ПРАВИЛА ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТ 1. При подготовке к работе ознакомиться с описанием работы и установки (стенда), составить необходимые функциональные и принципиальные схемы, продумать назначение отдельных элементов стенда и порядок включения, выполнить предусмотренные описанием предварительные расчеты, ознакомиться с приборами, необходимыми для выполнения работы. 2. Перед выполнением работы каждый студент обязан предоставить преподавателю заготовленную форму отчета, содержащую необходимые расчеты, функциональные и принципиальные схемы, выполненные в соответствии со стандартами ЕСКД и исследуемые в данной работе. 3. Выполнение лабораторной работы рассчитано на 4 часа аудиторного времени и производится в часы, предусмотренные расписанием. 4. Выполнению работы предшествует проверка готовности студента к работе. Проверка производится преподавателем в начале каждого занятия в следующем порядке: - студент предъявляет все материалы согласно пп. 1,2; - если предъявленный материал найден удовлетворительным, студент получает контрольные вопросы по теме предстоящей работы; - при удовлетворительных ответах на контрольные вопросы студент допускается к выполнению работы. Если материалы, предоставленные студентом, или его ответы на вопросы признаны неудовлетворительными, то студент к работе не допускается. 5. Студенты, допущенные к работе, выполняют её в соответствии с описанием, бригадами по 2-4 человека. Работа считается законченной после утверждения полученных результатов преподавателем. 6. По окончании работы студент должен выключить все источники питания и приборы, отключить их от сети, разобрать исследуемые схемы на стенде и привести рабочее место в порядок. 7. Отчет о работе составляется на стандартных листах писчей бумаги (формат А4) с оставлением полей 20 мм для подшивки и 40 мм для пометок. Используются обе стороны листа. 8. Титульный лист оформляется по установленному образцу. 9. Графики вычерчиваются непосредственно на листах отчета или миллиметровой бумаге (формат А4), листы которой включаются в отчет. Каждый график должен иметь порядковый номер и пояснительную надпись. 10. Отчет должен содержать выводы по проделанной работе. 11. Студент получает зачет по работе после предоставления оформленного отчета. 12. Студент, не сдавший отчета по проделанной работе, к последующей работе не допускается 13. На основании зачетов по всем проделанным работам преподаватель ставит зачет по всему курсу лабораторных работ.

5

ПРАВИЛА ТЕХНИКИ БЕЗОПАСНОСТИ ДЛЯ СТУДЕНТОВ, РАБОТАЮЩИХ В РАДИОТЕХНИЧЕСКИХ ЛАБОРАТОРИЯХ Несчастные случаи во время проведения лабораторных работ происходят чаще всего из-за несоблюдения правил техники безопасности. Поэтому студенты допускаются к лабораторным занятиям только после инструктажа по этим правилам, о чем должны свидетельствовать их личные подписи в специальном журнале. Необходимо иметь в виду, что неаккуратность, невнимательность, незнание аппаратуры, спешка и недостаточная подготовка к работе могут повлечь за собой несчастные случаи. Лица, не выполняющие правила техники безопасности или допустившие их нарушения, отстраняются от выполнения работ и привлекаются к ответственности. От студентов, работающих в лаборатории, требуется не нарушать самим и останавливать всех лиц, не выполняющих правила техники безопасности. Следует помнить, что опасно все оборудование, находящееся под напряжением, причем напряжение свыше 65 В является основным источником несчастных случаев со смертельным исходом. Если с кем-либо произошел несчастный случай, замечены неисправности или нарушения правил техники безопасности, то необходимо сообщить об этом преподавателю или лаборанту. Строго воспрещается: 1. Касаться руками проводников и неизолированных частей аппаратуры, находящихся под напряжением. 2. Включать под напряжение схему без предварительной проверки и разрешения преподавателя. 3. Производить переключение в схемах, находящихся под напряжением и отключенных без предварительной разрядки конденсаторов. 4. Оставлять без наблюдения схему, находящуюся под напряжением. 5. Подходить к главному щиту электропитания. 6. Загромождать свое рабочее место одеждой, портфелями, книгами и другими вещами, не относящимися к работе. 7. Ходить без дела по лаборатории и отвлекать товарищей разговорами. Если произошел несчастный случай, то необходимо немедленно: - отключить напряжение от схемы; - сообщить преподавателю или лаборанту; - оказать первую помощь пострадавшему; - вызвать скорую помощь по телефону 03. Содержание отчета Отчет должен содержать: цель работы, функциональную схему лабораторной установки, экспериментальные результаты в форме таблиц и построенных по ним графиков, выводы, содержащие анализ результатов экспериментов и ответы на контрольные вопросы.

6

Лабораторная работа №1 ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ТОКА ПОДМАГНИЧИВАНИЯ НА ВЕЛИЧИНУ НЕЛИНЕЙНЫХ ИСКАЖЕНИЙ ЗАПИСЫВАЕМОГО СИГНАЛА Цель работы: Изучение принципа записи на магнитный носитель с подмагничиванием постоянным и переменным полем. Исследование влияния тока подмагничивания на величину нелинейных искажений записываемого сигнала. 1. Теоретическая часть При записи с высокочастотным подмагничиванием (ВЧП) в записывающую головку, кроме сигнала (рис. 1.1,а), подается также синусоидальный ток высокой частоты (ток ВЧП, рис. 1.1,б), так что в головке суммируются токи сигнала и ВЧП (рис. 1.1,в).

Рис. 1.1. Запись с высокочастотным подмагничиванием

Частота тока ВЧП выбирается такой, чтобы каждый элемент носителя при прохождении в районе рабочего зазора испытал несколько циклов перемагничивания. Поэтому частота тока ВПЧ обычно в 5 – 10 раз выше максимальной частоты сигнала. Намагничивание носителя при записи с ВЧП имеет много общего с так называемым идеальным намагничиванием. Идеальное намагничивание происходит при воздействии на ферромагнетик суммой постоянного (Н=) и переменного (Н~) полей. При этом задают определенную напряженность постоянного поля, а напряженность переменного поля постепенно уменьшают до нуля. После снятия переменного поля измеряют остаточную намагниченность. При идеальном намагничивании ферромагнетик испытывает многократные перемагничивания. По7

тери на гистерезис возмещаются за счет энергии переменного поля, а полезная намагниченность создаётся постоянным полем в отсутствии таких потерь. На рис. 1.2 приведены зависимости остаточной намагниченности от напряженности постоянного поля при идеальном намагничивании. Из графиков видно, что действие переменного поля приводит к повышению чувствительности и улучшению линейности процесса намагничивания при малых (Н=). При этом существует некоторое предельное значение напряженности переменного поля (Н4~ рис. 1.2), превышение которого не сказывается на характеристике. Используя графики, приведенные на рис. 1.2, можно построить зависимости остаточной намагниченности от величины (Н~) при (H=)=const (рис. 1.3).

Из рис. 1.3 видно, что зависимость остаточной намагниченности от напряженности переменного поля при идеальном намагничивании имеет выраженный участок насыщения. Если рассмотреть запись на магнитную ленту с ВЧП, то намагничивание носителя осуществляется полем рабочего зазора. Поле в рабочем зазоре максимально в центре зазора и спадает у его краев, при этом напряженность поля сигнала изменяется по тому же закону, что и напряженность поля ВЧП.

Рис. 1.2. Характеристики идеального намагничивания

Рис. 1.3. Характеристики подмагничивания при идеальном намагничивании

В процессе записи элемент носителя испытывает в начале влияние нарастающих, а затем спадающих по напряженности полей сигнала и ВЧП. Это приводит к некоторому отличию характеристик намагничивания при записи с ВЧП от характеристик идеального намагничивания (рис. 1.4).

8

Рис. 1.4. Характеристики намагничивания при записи с высокочастотным подмагничиванием

Главное отличие – отсутствие насыщения в зависимости остаточной намагниченности от напряженности переменного поля. Имеется максимум, которому соответствует Н~опт. Так как напряжённость поля убывает по мере удаления от поверхности головки, подмагничивание не может быть оптимальным для всех элементарных слоев ленты. Варьируя напряженность подмагничивающего поля, можно создавать оптимальные условия для разных элементарных слоев, перемещать максимум намагниченности по ее толщине. Из-за влияния слойных потерь сигналограммы с разными λз имеют как бы различное проникновение в рабочий слой ленты (при меньших λз – глубина проникновения меньше). В силу этого на зависимость ЭДС головки воспроизведения (ГВ) от тока подмагничивания влияет длина волны записи λз. Чем меньше ток ВЧП, тем меньше глубина проникновения поля (рис.1.5).

Рис. 1.5. Зависимость ЭДС головки воспроизведения от значения тока высокочастотного подмагничивания при разных длинах волн

Это различие характеристик подмагничивания при разных λз тем заметнее, чем толще рабочий слой. При тонких рабочих слоях (d<1мкм) это явление не наблюдается. Из графиков также видно, что чем больше длина волны записи, тем выше уровень воспроизведения сигнала. Меняя напряженность поля ВЧП, можно обеспечить лучшие условия для передачи ВЧ составляющих сигнала, либо добиться увеличения общего уровня отдачи.

9

Зависимость ЭДС ГВ от уровня записи показана на рис. 1.6. Ее вид объясняется тем, что при малых λз характеристика намагничивания не имеет участка насыщения, и абсолютная величина максимумов отдачи падает при уменьшении λз.

Нелинейные искажения при записи с ВЧП значительно меньше, чем при других способах и не превышают 2% в оптимальном режиме, а его минимум достигается при токе подмагничивания несколько меньше оптимального (обычно iвчп = iопт, чтобы обеспечить Рис. 1.6. Зависимость ЭДС головки воспроизмаксимум уровня записи). ведения от тока записи при разных длинах волн записи

Рис. 1.7. Зависимость коэффициента гармоник (Кг) и ЭДС головки воспроизведения (Eв) от тока ВЧП

Оптимальный ток подмагничивания выбирают, исходя из допустимого уровня нелинейных искажений (оцениваемого в данном случае по третьей гармонике сигнала), наивысшей рабочей частоты и суммарных потерь в сквозном тракте записи – воспроизведения. Графики, иллюстрирующие зависимости коэффициента третьей гармоники и ЭДС воспроизводящей головки от тока подмагничивания, приведены для случая записи головкой с рабочим зазором 10 мкм при скорости ленты 9,53 см/с и частоте подмагничивания 100 кГц на рис.1.8, где на горизонтальной оси отложены отношения значения тока подмагничивания к значению оптимального тока подмагничивания. Как видно из рисунка, значению оптимального тока подмагничивания соответствует максимум воспроизводимого сигнала на частотах от 333 Гц до 5 кГц и сравнительно малый коэффициент третьей гармоники К3. При увеличении тока подмагничивания коэффициент К3 снижается медленно, а уровень воспроизводимого сигнала на высоких частотах резко падает. Установку оптимального значения тока подмагничивания при налаживании магнитофона целесообразно производить при 10

частоте сигнала более 5 кГц, поскольку уровень воспроизведения частот выше 5 кГц сильно зависит от тока подмагничивания. Оптимальный ток подмагничивания зависит также от скорости движения ленты.

Рис. 1.8. Зависимость коэффициента третьей гармоники и ЭДС головки воспроизведения от значения тока подмагничивания

11

2. Порядок выполнения работы 2.1. Исследовать влияние высокочастотного подмагничивания на уровень записи магнитофона ИЖ-305С. 2.1.1. Собрать лабораторную схему установки согласно приведенной структурной схеме, для чего выход генератора Г3-118 подключить к входу магнитофона ИЖ-305С, а милливольтметр В3-56 – к гнездам «Выход Iподм» магнитофона.

Рис. 2.1. Структурная схема установки

2.1.2. Установить на генераторе Г3-118 значение выходного напряжения 0 В и частоту 3 кГц. 2.1.3. Установить переменным резистором на дополнительной панели магнитофона значение тока подмагничивания Iподм = 0. Значение тока подмагничивания определяется по показаниям милливольтметра В3-56: Iподм =Uвых подм/R1 , где Uвых подм – значение напряжения на клеммах магнитофона «Выход Iподм». R1 = 10 Ом – измерительный резистор, включенный последовательно с магнитной головкой магнитофона. 2.1.4. Установить магнитную кассету в магнитофон, установить амплитуду выходного напряжения генератора Г3-118 равной 0,4 В и произвести запись на магнитную ленту, для чего включить магнитофон в режим записи. Запись производить в течение 20 с, затем отсоединить генератор от входа магнитофона на 10 с, чтобы в сигналограмме образовалась пауза. В течение паузы увеличить значение тока подмагничивания, зафиксировать его значение, подключить генератор, произвести следующий цикл записи и т. д. 2.1.5. Перемотать ленту на начало, переключить милливольтметр к линейному выходу магнитофона, а магнитофон включить в режим воспроизведения. Произвести измерение выходного напряжения магнитофона, данные занести в таблицу 2.1. Табл.2.1. Uвых подм Iподм Uвых 2.2. Исследовать влияние высокочастотного подмагничивания на сквозную АЧХ магнитофона. 2.2.1. Установить на генераторе Г3-118 выходное напряжение равным 0,4 В и частоту 100 Гц. 2.2.2. Переключить милливольтметр к гнездам «Выход Iподм» магнитофона. Уста12

новить значение тока подмагничивания Iподм = 0. 2.2.3. Произвести запись напряжения частотой 100 Гц на магнитную ленту в течение 20 с, затем сделать паузу 10 с в сигналограмме. В течение паузы перестроить генератор на следующую частоту (см. табл.2.2 ), произвести запись в течение 20 с и т. д. 2.2.4. Перемотать ленту на начало записи, переключить милливольтметр к линейному выходу магнитофона, перевести магнитофон в режим воспроизведения. Произвести измерение выходного напряжения на всех частотах, данные занести в таблицу 2.2. Зарисовать осциллограммы выходного напряжения на частотах 100 и 2000 Гц.

Uвых

F, Гц Iподм = 0 Iподм = Iопт Iподм = 1,5 Iопт

100

500

1000

2000

5000

Табл. 2.2 10 000

2.2.5. Повторить пункты 2.2.3, 2.2.4 для значений Iподм = Iопт и Iподм = 1,5 Iопт. Значение оптимального тока подмагничивания Iопт найти из результатов измерений, сведенных в таблицу 2.1. 2.3. Построить графики по полученным результатам и сделать выводы. Контрольные вопросы 1. Подмагничивание. Виды подмагничивания. 2. Как осуществляется запись без подмагничивания? 3. Запись с подмагничиванием постоянным полем на размагниченный носитель записи. 4. Запись с подмагничиванием постоянным полем на предварительно намагниченный носитель записи. 5. Идеальное намагничивание. 6. Высокочастотное подмагничивание. 7. Характеристики высокочастотного подмагничивания. 8. Динамическое подмагничивание.

13

Лабораторная работа №2 ИССЛЕДОВАНИЕ АЧХ ЭЛЕМЕНТОВ МАГНИТНОЙ ЗАПИСИ И ВОСПРОИЗВЕДЕНИЯ МАГНИТОФОНА «ВЕГА МП-122 С» 1. Цель работы Исследовать АЧХ элементов магнитной записи и воспроизведения магнитофона «Вега МП-122 С». 2. Основные характеристики: Скорость ленты 4,76 и 9,53 см/с; коэффициент детонации +0,13 %; диапазон воспроизводимых звуковых частот при работе с лентой: МЭК1 – 31,5…14 000 Гц, МЭК2 – 31,5…18 000 Гц; диапазон частот на линейном выходе на скорости 9,53 см/с с лентой МЭК1 и МЭК2 31,5…220 000 Гц; относительный уровень шумов без системы шумопонижения при работе с лентой МЭК-1 – 56, а с лентой МЭК-2 – 48 дБ, с системой шумопонижения соответственно 74 и 68 дБ; коэффициент гармоник на линейном выходе 2,5%; габариты 430×283×110 мм; масса 6 кг.

Рис. 2.1. Магнитофон-приставка «Вега МП-122 стерео»

Двухкассетный магнитофон-приставка «Вега МП-122 стерео» имеет два лентопротяжных механизма, обеспечивающих помимо обычной записи и воспроизведения звуковых программ ускоренную перезапись фонограмм с одной кассеты на другую, а также последовательное воспроизведение записи второй кассеты по окончании воспроизведения первой, и наоборот. Приставка снабжена устройством квазисенсорного управления, режимами работы, компандерной системой шумопонижения светодиодным индикатором уровня записи и воспроизведения, электронным счетчиком метража магнитной ленты. В ней установлены сендастовые головки, есть возможность работы в режимах: ускоренный поиск, память, обзор, возврат, пауза.

14

3. Теоретическая часть 3.1. Структурные схемы магнитофонов Структурная схема монофонического магнитофона с универсальным усилителем приведена на рис. 3.1. В состав схемы входят: входное устройство (ВУ); универсальный усилитель (УУ); цепи коррекции (К); генератор стирания и подмагинчивания (ГСП); магнитные головки стирания (В1) и универсальная (В2); индикатор уровня записи (И); усилитель мощности (УМ). Входное устройство в простейшем случае представляет собой делители напряжения, выполненные на резисторах. Выбор источника сигнала для записи осуществляется подключением его на соответствующий разъем (Мк – микрофон, Зв – звукосниматель, Р – радиоприемник или телевизор, Л – радиотрансляционная линия). Делители напряжения понижают уровень входного сигнала, если это необходимо, до величины, равной номинальной чувствительности универсального усилителя. В режиме записи сигнал с входного устройства через переключатель SA 1.1 поступает на универсальный усилитель. В универсальном усилителе происходит усиление сигнала и коррекция амплитудно-частотной характеристики при помощи цепей коррекции (К). Усиленный сигнал с выхода усилителя через переключатель SA 1.2 поступает на универсальную головку, работающую в качестве записывающей. Через этот же переключатель на головку подается ток подмагничивания от генератора стирания и подмагничивания. Одновременно ГСП запитывает и головку стирания. Для контроля уровня записи сигнал с выхода усилителя через переключатель SA 1.3 подается на инидикатор уровня записи. Установка уровня записи производится регулятором, расположенным в универсальном усилителе. Качество записываемого сигнала на слух контролируется громкоговорителем ВА1, на который нагружен усилитель мощности. Сигнал на вход усилителя мощности поступает с выхода универсального усилителя. В схеме усилителя мощности предусматриваются регуляторы громкости и тембра.

Рис. 3.1. Структурная схема монофонического магнитофона с универсальным усилителем

15

В режиме воспроизведения сигнал с универсальной головки через переключатели SA 1.2 и SA 1.1 поступает на воход универсального усилителя, в котором осуществляется усиление и коррекция АЧХ. Цепи коррекции в режиме воспроизведения несколько отличаются от цепей коррекции в режиме записи. Их коммутация при переходе с режима на режим производится переключателем SА 1.1. С выхода универсального усилителя сигнал поступает на вход усилителя мощности и на линейный выход (ЛВ). Линейный выход предназначен для подключения другого магнитофона в режиме записи или более мощного усилителя низкой частоты. Структурная схема двухканального стереофонического магнитофона изображена на рис. 3.2. Она содержит два идентичных канала (левый и правый), аналогичных рассмотренному выше. Общим для обоих каналов является генератор стирания и подмагничивания, который включается при установке переключателя режимов работы SА1 в положение «Запись». Магнитные головки выполнены в виде блоков. В каждом блоке по две головки, выполняющие одинаковые функции и подключенные к своему каналу.

Рис. 3.2. Структурная схема двухканального стереофонического магнитофона с универсальными усилителями

Стереофонический магнитофон можно использовать для записи и монофонических программ. В этом случае работает только один канал (левый или правый). При записи левым каналом отключаются стирающая и универсальная головки правого канала. При этом, чтобы не изменился режим работы генератора стирания и подмагинчивания (при отключении головок), генератор нагружают на эквивалентное сопротивление. При воспроизведении монофонической записи универсальные головки подключены ко входам усилителей. Но оба усилителя мощности подключаются к одному из предварительных усилителей. Применение такого режима снижает 16

эксплуатационные возможности кассетного магнитофона и в промышленных образцах не предусматривается. Магнитофоны первой и высшей групп сложности выполняются по схеме с раздельными усилителсями для записи и воспроизведения (рис. 3.3) и только в стереофоническом варианте. Так как оба канала такого магнитофона идентичны, как и в предыдущем случае, рассмотрим принцип работы на примере одного канала. При включении магнитофона на запись сигнал от источника сигнала через входное устройство подается на вход усилителя записи, в котором осуществляется его усиление и коррекция. Усиленный и скорректированный сигнал поступает на головку записи совместно с напряжением от генератора стирания и подмагинчивания. Записанный на магнитную ленту сигнал при движении ленты возле рабочего зазора головки воспроизведения наводит в ней ЭДС, которая далее поступает на усилитель воспроизведения. После усиления и соответствующей коррекции сигнал поступает на гнездо «Линейный выход», используемый при перезаписи на другой магнитофон. Таким образом, при работе магнитофона в режиме «Запись» записанный головкой записи сигнал сразу же может считываться головкой воспроизведения. Благодаря раздельным усилителям для записи и воспроизведения образуется так называемый сквозной канал, позволяющий вести одновременно слуховой и визуальный контроль качества записи. В отличие от магнитофона с универсальными усилителями магнитофон с раздельными усилителями позволяет осуществлять контроль не только записываемого сигнала, но и записанного. Выбор сигнала для контроля производится переключателем SA 1 (визуальный и слуховой). В хорошо отлаженном магнитофоне показания индикатора И при подключении к усилителю воспроизведения должны быть равны показаниям при подключении индикатора к усилителю записи. Так как в усилителе записи осуществляются частотные предыскажения сигнала, то для устранения различия в показаниях индикатора вводится корректор, исправляющий сигнал.

Рис. 3.3. Структурная схема магнитофона с раздельными усилителями записи и воспроизведения

17

Усилитель мощности также подключается к усилителю записи через корректор. Применение раздельных усилителей для записи и воспроизведения позволяет значительно расширить эксплуатационные возможности магнитофона (наложение записи на запись, перезапись с дорожки на дорожку и т. д.). Наложение записи осуществляется отключением головки стирания от генератора стирания и подмагничивания переключателем SА2. Головка же записи производит запись нового сигнала на существующий. Чтобы не изменился режим работы ГСП, он нагружается на эквивалент стирающей головки Э. 3.2. Усилитель воспроизведения Входным сигналом усилителя воспроизведения является ЭДС воспроизводящей головки, величина которой на нижних частотах не превышает 100 – 150 мкВ и растет с увеличением частоты. Это требует от усилителя большого коэффициента усиления, чтобы обеспечить необходимый динамический диапазон. Как известно, динамический диапазон ограничивается снизу шумами. Отсюда главное требование к усилителям подобного рода – низкий уровень собственных шумов, обеспечивающий наибольшее отношение сигнал/шум. Удовлетворение этого требования зависит как от схемных решений каскадов электрической схемы, так и от рационального их исполнения. Наиболее ответственным узлом усилителя является первый каскад, так как даже незначительные шум или помеха, возникающие в первом каскаде и усиленные остальными каскадами, способны значительно уменьшить отношение сигнал/шум на выходе усилителя воспроизведения. К источникам шумов относятся тепловой шум сопротивления базы, дробовой шум эмиттерного и коллекторного переходов и шумы перераспределения тока эмиттера. Отсюда следует, что уменьшение высокочастотных шумов возможно только за счет правильного выбора транзисторов (малошумящих) в усилителе воспроизведения и их режимов. В настоящее время входные каскады строятся на транзисторах КТ3102, КТ3107, обратный ток коллектора которых составляет 0,01 – 0, 08 мкА. Это позволяет использовать их в режиме микротоков, что уменьшает уровень шумов на 2 – 3 дБ. При этом ток покоя коллектора составляет 30 – 60 мкА. Полевые транзисторы не нашли применения во входных каскадах из-за частого выхода из строя при размагничивании магнитных головок и узлов лентопротяжного механизма. Низкочастотные помехи прослушиваются как гудение или отдельные трески и шорохи. Появление гудения обусловлено влиянием внешних магнитных и электрических полей как на головку, так и на входной каскад. Устраняется эта помеха экранированием головок воспроизведения и входных каскадов с питанием последних напряжением с малым коэффициентом 18

пульсаций. Трески и шорохи возможны при микрофонном эффекте и низком качестве деталей усилителя. Второе требовние к усилителям воспроизведения – малые нелинейные искажения, возникающие при усилении. Величина их должна быть по возможности меньшей. Для их уменьшения необходимо правильно выбрать режим работы транзистора и обеспечить стабильность положения рабочей точки на прямолинейной характеристике транзистора. На качество воспроизведения магнитной записи, кроме нелинейных (гармонических) искажений и шумов, существенное влияние оказывают частотные искажения. Форма амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) усилителя должна быть строго определенной. Это необходимо для того, чтобы запись, сделанная на одном магнитофоне при определенной скорости движения магнитной ленты, могла быть воспроизведена с тем же качеством на любом другом магнитофоне, имеющем такую же скорость. С этой целью частотные характеристики усилителя воспроизведения для различных скоростей движения ленты стандартизируются (рис. 3.4). Форма АЧХ усилителя воспроизведенияобусловлена физическими процессами, происходящими при записи и воспроизведении. Основными источниками частотных искажений являются магнитные головки, магнитная лента и усилитель воспроизведения.

Рис. 3.4 Стандартные частотные характеристики усилителя мощности

Сложение всех частотных искажений, возникающих из-за специфических особенностей магнитной звукозаписи и воспроизведения, позволяет получить неискаженную суммарную частотную характеристику магнитной записи (линия 2 на рис. 3.5) Рис. 3.5 Частотные характеристики усилителя воспроизведения

Такая характеристика получается при постоянной величине тока записи и при линейной частотной характеристике усилителя воспроизведения. Очевидно, что для получения равномерного усиления в рабочем диапазоне частот (линия 2) частотная характеристика усилителя воспроизведения 19

(кривая 3) должна быть зеркальным отображением кривой 1. Таким образом, для получения неискаженного воспроизведения записанных сигналов в рабочем диапазоне частот частотная характеристика усилителя воспроизведения должна быть скорректирована с целью компенсации частотных искажений, возникающих за счет воспроизводящей головки. На рис. 3.4 изображены стандартизованные частотные характеристики усилителя воспроизведения при идеальной воспроизводящей головке для различных скоростей движения ленты. Идеальной считается такая воспроизводящая головка, у которой ЭДС при воспроизведении фонограммы с постоянным остаточным магнитным потоком пропорциональна частоте, а ее частотная характеристика представляет прямую линию с крутизной 6 дБ на октаву. Частотные характеристики реальной и идеальной головок отличаются друг от друга. Следовательно, и частотная характеристика усилителя с реальной головкой должна отличаться от стандартизованной. Так, для компенасации щелевых потерь частотная характеристика должна иметь подъем на 5 – 7 дБ в области верхних звуковых частот. Кроме того, необходим дополнительный подъем на 3 – 5 дБ на случай ухудшения частотной характеристики головки по мере ее износа. В области низших частот характеристика должна проходить ниже стандартизованной. Это связано с потерями вследствие конечных размеров полюсов головки и влияния экрана. Спад АЧХ на частоте 30 Гц должен составлять 3 дБ при скорости 19,05 см/с и 1 дБ – при скорости 9,53 см/с. Коррекция частотной характеристики усилителя воспроизведения осуществляется RC- и LCR-цепями, включаемыми как в цепь сигнала, так и в цепь отрицательной обратной связи. Чаще коррекцию производят в промежуточных каскадах и лишь иногда на входе усилителя. АЧХ усилителя воспроизведения задается двумя постоянными времени цепей коррекции. Постоянная времени τ1 определяется последовательно включенными элементами цепи коррекции, а τ2 – параллельно включенными. Согласно ГОСТ 24863 – 81 для отечественных магнитофонов: τ1 для скорости 19,05 см/с – 50 мкс, для скорости 9,53 см/с – 90 мкс, для скорости 4,76 см/с – 120 мкс при использовании ленты с рабочем слоем из гамма окисла железа или 70 мкс, если используется лента с рабочим слоем из двуокиси хрома; τ2 для всех скоростей ленты одинакова – 3180 мкс.

Рис. 3.6 Схема усилителя на дискретных элементах

20

Усилители воспроизведения магнитофонов могут быть построены как на дискретных элементах, так и на интегральных микросхемах. На рис. 3.6 изображена одна из возможных схем усилителя на дискретных элементах. Усилитель выполнен на двух малошумящих транзисторах VT1 и VT2. Основная коррекция АЧХ осуществляется в цепи глубокой частотно-зависимой отрацательной обратной связи, охватывающей оба каскада. Корректирующая цепь составлена из конденсатора С7, резистора R7 и резисторов R8 или R9 (в зависимости от скорости движения ленты). Постоянная времени τ1 обеспечивается элементами С7, R8 (или С7, R9). Элементы R7, С7 определяют величину τ2. Подъем АЧХ в области верхних частот осуществляется параллельным колебательным контуром, составленным из индуктивности воспроизводящей головки и емкости конденсатора С4 (для скорости 9,53 см/с). Частоту настройки контура выбирают величиной емкости конденсаторов С1, С4 с учетом паразитной емкости схемы. Регулировать подъем АЧХ можно включением шунтирующего резистора (20 – 50 кОм) параллельно конденсатору С4.

Рис. 3.7. Схема усилителя воспроизведения на интегральной микросхеме К548УН1

На рис. 3.7 изображена схема усилителя воспроизведения на интегральной микросхеме К548УН1. Как и в предыдущей схеме, коррекция АЧХ осуществляется RC – элементами в цепи обратной связи. В цепь обратной связи включены резисторы R1, R3 и конденсатор С4. Постоянная времени τ1 обеспечивается элементами R1, С4, а τ2 – С4, R3. Изменением сопротивления резистора R1 можно изменять постоянную времени τ1 и применять усилитель для разных скоростей движения ленты. Частота подъема АЧХ в области верхних частот осуществляется подбором емкости конденсатора С1. Достоинством рассмотренных схем является коррекция АЧХ цепью отрицательной обратной связи. Такая коррекция стабилизирует параметры усилителя и уменьшает нелинейные искажения, 21

особенно в области тех частот, где обратная связь сильна. Поэтому такой способ коррекции является основным в современных магнитофонах. 3.3. Усилитель записи В бытовых магнитофонах усилитель записи должен быть рассчитан на работу от различных источников звукового сигнала. Такими источниками могут быть микрофон, звукосниматель, линейный выход другого магнитофона, радиоприемник (телевизор) и радиотрансляционная линия.

Рис. 3.8. АЧХ канала записи – воспроизведения

Чувствительность и коэффициент усиления усилителя записи выбираются такими, чтобы выходное напряжение усилителя было достаточным для создания необходимого тока записи в записывающей головке при работе от источника сигнала с наименьшим уровнем выходного напряжения

При работе от других источников их выходные напряжения ослабляются входными делителями напряжения. Как и усилитель воспроизведения, усилитель записи должен обладать минимальным уровнем собственных шумов и минимальными нелинейными искажениями. Требования эти вполне выполнимы, так как уровень входного сигнала намного больше, чем у усилителя воспроизведения. Кроме того, выходной каскад усилителя записи должен обладать способностью к определенным перегрузкам. Это необходимо для неискаженного усиления пиковых значений сигнала. АЧХ усилителя записи также корректируется. При этом получение линейной частотной характеристики магнитофона за счет коррекции АЧХ только в канале записи или канале воспроизведения привело бы к увеличению нелинейных искажений или шумов. Поэтому коррекцию осуществляют и в усилителе воспроизведения, и в усилителе записи. Частотные предыскажения при записи должны быть такими, чтобы АЧХ канала записи – воспроизведения со стандартным каналом воспроизведения (см. рис. 3.4) имела в рабочем диапазоне частот неравномерность в пределах допустимых стандартом отклонений. Особенностью этих АЧХ является подъем в области верхних частот, компенсирующий волновые потери головки (рис. 3.8). В усилителях записи частотные предыскажения чаще всего создаются RC-цепями, включенными в цепь обратной связи. Как и в усилителях воспро-изведения, форма АЧХ усилителя записи задается двумя постоянными времени: τ1 – для верхних частот, τ2 – для нижних. Схема предварительного усилителя записи с элементами коррекции, включенными в цепь обратной связи, приведена на рис. 3.9.

22

Рис. 3.9. Схема предварительного усилителя записи с элементами коррекции

Он представляет собой двухкаскадный усилитель с непосредственной связью. Частотные предыскажения в области верхних частот, формируются цепью частотно-зависимой отрицательной обратной связи, состояцей из элементов R3, R8, R9, R10, С4, С7. Подъем АЧХ на этих частотах регулируют подстроечными резисторами R8 (при скорости 9,53 см/с) и R10 (при скорости 19,05 см/с). В области нижних частот коррекция осуществляется цепью R8, R10, С5, С6. Необходимый ток записи зависит от конструкции головки, числа ее витков, выбора величины тока подмагничивания и свойств магнитной ленты. Так как сопротивление обмотки имеет индуктивный характер, то на нижних частотах оно мало. При непосредственном подключении головки к выходу усилителя записи могут возникнуть большие нелинейные искажения на этих частотах. Поэтому во всех усилителях записи применяют выходные каскады со стабилизацией сопротивления нагрузки. Простейшим способом стабилизации сопротивления является применение ограничительного резистора с достаточно большим сопротивлением, включенного последовательно с записывающей магнитной головкой (рис. 3.10, а). Сопротивление этого резистора должно в несколько раз превышать сопротивление головки на верхней частоте. В этом случае сопротивление нагрузки усилителя во всем диапазоне рабочих частот можно считать постоянным. Однако способ этот не экономичен, так как требует от усилителя записи дополнительной мощности, компенсирующей потери на сопротивлении. Второй способ предполагает включение последовательно с головкой параллельно включенных резистора R и конденсатора С (рис. 3.10, б). 23

Применение стабилизирующей RC – цепочки позволяет получить тот же результат, что и в первом случае, но при меньшем сопротивлении резистора R. Этот способ находит широкое применение в усилителях записи магнитофонов.

Рис. 3.10 Способы стабилизации сопротивления: а - включение резистора последовательно с записывающей магнитной головкой, б - с применением RC - цепочки

Высокую стабильность нагрузки можно обеспечить, применяя выходной каскад с динамической нагрузкой. На рис. 3.11 изображен выходной каскад, собранный на транзисторе VT2.

Рис. 3.11. Выходной каскад с динамической нагрузкой

Нагрузкой этого транзистора является каскад на транзисторе VT1. Применение динамической нагрузки позволяет получить выходное сопротивление, измеряемое десятками кОм. Благодаря этому неравномерность АЧХ в рабочем диапазоне частот при работе на записывающую головку не превышает 0,1 дБ. Для уменьшения нелинейных искажений, записанных на магнитную ленту сигналов и шумов фонограммы, к сигналу звуковой частоты подмешивается сигнал высокочастотного подмагничивания. В функции усилителя записи входит смешение этих двух сигналов. Различают два способа смешения: последовательный и параллельный. 24

Рис. 3.12. Последовательная схема смешения сигналов

На рис. 3.12 показана последовательная схема. При последовательной схеме смешения ток звуковой частоты от усилителя записи (УЗ) проходит на головку записи через вторичную обмотку трансформатора Т генератора стирания и подмагничивания (ГСП).

Величина тока подмагничивания подбирается подключением записывающей головки к отводам вторичной обмотки трансформатора. Резистор R и конденсатор С ослабляют проникновение тока с частотой ГСП в усилитель записи. Очевидно, что, несмотря на принятые меры, величина тока подмагничивания, поступающего в усилитель записи, будет значительной. Ввиду сложности регулировки величины тока подмагничивания и значительного приникновения его в усилитель записи схема последовательного смешения применяется редко. Применять же для стабилизации нагрузки цепочку RC нельзя, так как высокочастотный ток подмагничивания будет в еще большей степени проникать в усилитель записи. В практических схемах магнитофонов чаще применяют параллельную схему (рис. 3.13). Параллельная схема свободна от указанных выше недостатков, так как позволяет применить стабилизацию нагрузки RС- цепью и плавно изменять величину тока подмагничивания.

Рис. 3.13. Параллельная схема смешения сигналов

В приведенной на рис. 3.13 схеме регулировку тока подмагничивания осуществляют переменным резис-тором R2 и конденсатором С2. Для предотвращения попадания тока подмагничивания в усилитель записи применен

параллельный колебательный контур LфСф (фильтр – пробка). Он настраивается на частоту генератора стирания и подмагничивания. Стабилизация сопротивления нагрузки осуществляется параллельной цепочкой R1C1. Хорошими характеристиками обладает схема, изображенная на рис. 3.11. В схеме также применено параллельное включение записывающей головки. Регулировку тока подмагничивания осуществляют переменным резистором R7. Уровень высокочастотного сигнала, проникающего в усилитель записи, значительно меньше, чем в рассмотренных выше схемах. Это достигнуто включением Г– образного фильтра L1, С5, L2, С6, настроенного на частоту тока подмагничивания. Стабилизация сопротивления нагрузки обеспечивается 25

динамической нагрузкой (генератором тока на транзисторе VT1). Резистор R8 предназначен для контроля тока головки записи. Кроме рассмотренных схем, возможна встречно-параллельная схема включения записывающей головки. В ней устранен такой недостаток, как потери тока подмагничивания из-за неточной настройки фильтра – пробки. Схема такого способа смешения сигналов (включения головки) изображена на рис. 3.14.

Рис. 3.14 Встречно-параллельная схема включения записывающей головки

Конденсатор С1 выполняет двоякую функцию: он защищает выходной каскад от проникновения в него высокочастотного тока подмагничивания и образует с обмоткой записывающей головки параллельный контур, настроенный на верхнюю частоту рабочего диапазона. Этим обеспечивается компенсация частотных потерь при записи и появляется возможность

значительно снизить предыскажения сигнала в усилителе записи, расширив его динамический диапазон, в области верхних частот. Колебательный контур L1С2 настраивают на частоту тока подмагничивания. Большое резонансное сопротивление контура не оказывает шунтирующего действия на выход генератора тока стирания и подмагничивания, улучшая тем самым форму его напряжения. В то же время для токов записываемого сигнала сопротивление контура мало, поэтому он эффективно защищает генератор от токов записи. Резисторы R1 и R2 в реальной схеме могут отсутствовать. Они нужны при настройке для контроля, соответственно, тока подмагничивания и тока записи. 4. Порядок выполнения работы 4.1. Ознакомиться с лабораторным стендом. 4.2. Изучить структурную схему магнитофона и принципиальные схемы усилителей воспроизведения и записи. 4.3. Установить амплитуду выходного напряжения генератора равной 0,5 В. 4.4. Собрать лабораторную схему установки. Выход генератора Г3 – 118 подключить к входу 1 магнитофона «Вега МП – 122 С». Выход 1 магнитофона подключить к входу осциллографа. 4.5. Установить ручки регулировок и настроек исследуемого макета в исходное состояние (см. Приложение А), а также установить регулятор уровня записи правого канала магнитофона в положение «9» (максимальное значение). 4.6. Снять АЧХ усилителя воспроизведения для двух положений переключателя «Fe-Cr».

26

4.6.1. Включить магнитофон в сеть. 4.6.2. Нажать на деке 2 макета кнопку воспроизведения ( в деке должна отсутствовать кассета). 4.6.3. Измерить осциллографом амплитуду выходного нарпяжения на следующих частотах [Гц] (80, 300, 500, 1000, 2000, 5000, 7000, 10 000, 15 000, 18 000, 20 000, 22 000). 4.7. Снять АЧХ усилителя записи для двух положений переключателя «FeCr». 4.7.1. Нажать на деке 2 макета кнопку записи. 4.7.2. Подключить выход генератора ко входу 2 (Вх.2) макета. 4.7.3. Подключить выход 2 (Вых.2) макета ко входу осциллографа. 4.7.4. Измерить амплитуду выходного напряжения на следующих частотах [Гц] (80, 300, 500, 1000, 2000, 5000, 7000, 10 000, 15 000, 18 000, 20 000, 22 000) по данным осциллографа. 4.8. Снять сквозную характеристику магнитофона. 4.8.1. Подключить выход генератора ко входу 2 (Вх.2) макета. 4.8.2. Подключить выход 1 (Вых.1) макета ко входу осциллографа. 4.8.3. Вставить чистую кассету (Fe) в деку 2 магнитофона. 4.8.4. Установить на макете переключатель «Fe-Cr» в положение «Fe». 4.8.5. Установить начальное значение частоты генератора (80 Гц). 4.8.6. Нажать на деке 2 кнопку «Запись». 4.8.7. Произвести запись напряжения частотой 80 Гц на магнитную ленту в течение 20 с, затем сделать паузу 10 с в сигналограмме. В течение паузы перестроить генератор на следующую частоту, произвести запись в течение 20 с и т. д. 4.8.8. Перемотать ленту на начало записи, переключить осциллограф к линейному выходу магнитофона, перевести магнитофон в режим воспроизведения. Произвести измерение выходного напряжения на всех частотах, данные занести в таблицу. 4.8.9. Установить чистую кассету (Cr) в деку 2 магнитофона, предварительно вынув кассету (Fe). 4.8.10. Установить на макете переключатель «Fe-Cr» в положение «Cr». 4.8.11. Повторить пункты «4.8.5 – 4.8.8 ». 4.8.12. По полученным точкам построить сквозные характеристики. 4.9. По полученным данным рассчитать АЧХ канала записи – воспроизведения.

27

Контрольные вопросы 1. АЧХ усилителя воспроизведения. 2. АЧХ усилителя записи. 3. Как производится коррекция АЧХ усилителей воспроизведения и записи? 4. Схемы стабилизации тока записи. 5. Волновые потери. 6. Характеристики магнитных лент на различных материалах. 7. АЧХ тракта записи-воспроизведения.

28

Приложение А

29

Окончание приложения. Примечания 1. Пути прохождения сигналов указаны: в левом канале для режима записи, в правом канале для режима воспроизведения. 2. Постоянные напряжения измерены прибором В3-26. 3. Переменные напряжения в режиме записи измерены при подаче на вход сигнала 400 Гц 500 мВ, индикатор уровня установлен на отметку “0 дБ” при помощи регулятора «Уровень записи». 4. Переменные напряжения в режиме воспроизведения указаны для технологической измерительной ленты ЗЛИТ1.У.4-250 по скорости «4». 5. Напряжения, отмеченные знаком*, даны для режима «FeI», знаком** для режима «CrII», напряжения, отмеченные знаком***, указаны при нажатой кнопке «шп» при включенном режиме записи и сигнале 100 мВ 4000 Гц на выходе 14 микросхемы DD1. 6. Значения переменных и постоянных напряжений могут отличаться от указанных на схеме на ±25%. 7. Положения переключателей, указанных на схеме: SA1 – в положении «FeI», SA2 – в положении «ч», SA3, SA4 – в нажатом положении, SA5 – в положении «FeI».

Учебное издание Системы аудиозаписи Методические указания к лабораторным работам Составитель ДУЛОВ Олег Александрович Редактор Н.А. Евдокимова Подписано в печать 30.08.2007. Формат 60х84/16. Усл. печ. л. 1,63.+0,23 вкл. Тираж 100 экз. Заказ. Ульяновский государственный технический унмверситет 432027, г. Ульяновск, ул. Сев. Венец, д. 32. Типография УлГТУ, 432027, г. Ульяновск, ул. Сев. Венец, д. 32. 30