4. Краткие теоретические сведения

4.1. Процесс записи на магнитный носитель.

В процессе записи на магнитном носителе формируется магнитограмма, то есть, магнитный след, остающийся на пленке (диске) в результате взаимодействия носителя с записывающей магнитной головкой. За исключением особых, очень редких случаев, намагничивание носителя ведется вдоль направления его движения. Невозможно выполнить идеальное продольное намагничивание, не проникая внутрь магнитного носителя, а действуя на него только внешне, со стороны. Даже самые совершенные магнитные головки имеют поперечные составляющие поля в области взаимодействия с носителем.

Магнитные головки выполняются в виде замкнутого магнитопровода с двумя зазорами, на который наматывается обмотка. Обычно головки имеют тороидальную форму (Рис.1.). Рабочий зазор  и тыловой зазор ₁ заполняется немагнитным материалом (обычно бронза), а основная часть магнитопровода головки изготавливается из магнитомягкого материала (пермаллой, сендаст и т.п.) с высокой магнитной проницаемостью с. Поскольку на зазоре получается резкий скачек магнитной проницаемости, в районе зазора образуется краевое поле, которое и используется для контакта с магнитным носителем (Рис.1.). Конечно, основная часть магнитного потока головки замыкается внутри рабочего зазора, и на краевые поля выходит его очень незначительная часть. Так что для записи информации поле, генерируемое головкой, используется крайне неэффективно. Однако другого способа пока не придумали и все носители с продольным намагничиванием работают на краевых полях магнитных головок. На рис 1 показано, что носитель движется вправо. Скорость движения будем обозначать буквой v (мм/сек).

Тыловой (дополнительный) зазор магнитной головки ₁ предназначен для уменьшения остаточного намагничивания головки при записи. Большинство головок используется как для записи, так и для воспроизведения, поэтому наличие тылового зазора в них обязательно. Если головка только воспроизводящая, то тыловой зазор не нужен.

Толщина магнитопровода головки определяется шириной дорожки записи и колеблется от единиц миллиметров в устройствах аудиозаписи до десятков микрометров в устройствах видеозаписи. Ширина рабочего зазора  колеблется от долей до единиц микрометров. Ширина тылового зазора ₁ обычно составляет несколько десятков микрометров.

4.2. Волновые характеристики идеализированного тракта воспроизведения

Р ассмотрим некую идеализированную ситуацию, когда имеется магнитная лента толщиной рабочего слоя d с относительной магнитной проницаемостью   1, движущаяся с постоянной скоростью мимо головки с зазором  при наличии воздушной прослойки (рис.2). При этом будем считать, что рабочий слой однородно намагничен по толщине гармоническим сигналом, то есть, на пленке сделана запись идеальной записывающей головкой, а между пленкой и головкой существует воздушный зазор с.

Рабочая поверхность головки имеет бесконечную протяженность, магнитная проницаемость сердечника головки c  .

Остаточный магнитный поток в носителе:

, (1)

где  - отношение скорости движения магнитной ленты v к частоте сигнала (в Герцах) ;

Определим магнитный поток в сердечнике воспроизводящей головки Ф(х):

(2)

где _х(l,y) – функция чувствительности воспроизводящей головки, аналог импульсной характеристики для линейных электрических цепей1;

Выражение _х(l,y) имеет следующий вид:

(3)

Подставляя (1) и (3) в (2) и интегрируя по обеим переменным, получаем:

, где:  =/;

К_ = sin/ - коэффициент щелевых потерь; (4)

- коэффициент контактных потерь; (5)

коэффициент слойных потерь. (6)

График коэффициента щелевых потерь приведен на рис.3а. Наличие этих потерь связано с конечным размером рабочего зазора . Если отношение / мало, то коэффициент К_ близок к единице, так как на протяжении зазора  намагни-

ченность носителя практически постоянна. Если же  и  соизмеримы, то на протяжении зазора  часть носителя будет намагничена в одну сторону, а часть – в другую, в результате чего поток в головке будет уменьшаться. В частности, при  =  отдача носителя вообще равна нулю, так как разность магнитных потенциалов между гранями головки равна нулю. Следовательно, для эффективной записи и воспроизведения высоких частот необходимо уменьшать зазор  или увеличивать , то есть, скорость движения носителя. В аппаратуре магнитной записи используются такие параметры головок и скорость движения носителя при которых _min =(1,5  2), где _min – длина волны на магнитограмме максимальной частоты в спектре записываемого сигнала. Так что практически можно использовать только левую половину первого лепестка рис. 3а.

График коэффициента контактных потерь представлен на рис. 3в. Природа этих потерь связана с тем, что пленка неплотно прижата к головке и часть магнитного потока не уходит в головку, а замыкается через воздушный зазор. Влияние этого зазора очень велико. Например, при С=  отдача носителя в головку уменьшается более чем в 500 раз. Поэтому плотность прилегания пленки к головке (величина неконтакта) и постоянство этого неконтакта в процессе воспроизведения имеет важнейшее значение.

Г

К

рафик коэффициента слойных потерь приведен на рис. 3б. Природа этих потерь чем-то схожа с потерями неконтакта. Действительно, всю толщину рабочего слоя носителя можно мысленно представить в виде многих элементарных, тонких слоев. Тогда понятно, что более удаленные от головки слои будут слабее связаны с полем головки и не вся толщина намагниченного

носителя будет иметь одинаковую отдачу.

На рис. 3г. представлен график произведения К_р = К_К_сК_d . Из него ясно видно, что частотная характеристика тракта воспроизведения крайне неблагоприятна.

Напомним, что мы обсуждаем частотную характеристику по магнитному потоку в головке воспроизведения. Если же говорить об ЭДС на обмотке головки, то, согласно закону электромагнитной индукции, нужно продифференцировать функцию магнитного потока во времени:

,

что фактически наложит на график зависимости рис. 3г. необходимость умножения его на линейно растущую функцию (диапазон отношения / от 0 до 1, достаточно 10 точек). Это определяется свойством гармонического сигнала: чем больше его частота, тем при той же амплитуде выше значение производной.

Результатом такого домножения на рис. 4 представлена частотная характеристика идеализированного тракта воспроизведения.

Н а рис.4 индексом ₀ обозначено: , где  - скорость движения носителя. Из этой зависимости можно сделать очень важные выводы:

1. Частоты, близкие к нулю и к ₀, не могут быть воспроизведены магнитной головкой.

2. Если расширять АЧХ в область верхних частот принципиально возможно, увеличивая скорость носителя или уменьшая ширину рабочего зазора головки, то в области очень низких частот завал АЧХ исключить невозможно.