Устройство аудиомагнитофона

Устройство аудиомагнитофона

1. Структурная схема аудиомагнитофона

Звуковые сигналы, подлежащие записи, должны быть преобразованы в электрические сигналы. Поэтому первым элементом тракта манитной записи - воспроизведения является микрофон. Напряжение на выходе микрофона может находиться в пределах 0.1 ? 10 мВ (в зависимости от типа используемого микрофона). Для записи могут использоваться сигналы других источников: линейный выход второго магнитофона, радиоприёмника, проигрывателя; городская трансляционная сеть и т.п. Напряжение линейного выхода - около 0.25 ? 0.5 В, трансляционной сети - 30 В. Отношение максимального напряжения к минимальному 30/10^-4 = 3·10⁵ . Такой диапазон напряжений не в состоянии передать ни один усилитель. Поэтому сигналы разных источников нужно привести к одному уровню - обычно уровню самого слабого сигнала. Эту задачу выполняют входные цепи магнитофона.

Сигнал, поступающий от входных цепей магнитофона недостаточен для создания в записывающей головке тока требуемой величины. Поэтому сигнал усиливается до необходимой величины усилителем записи. Усиленный сигнал поступает на записывающую головку.

В некоторых моделях магнитофонов в цепи усилителя включают устройства подавления шума.

На записывающую головку кроме полезного сигнала подают ток подмагничивания от генератора подмагничивания - стирания. С этого генератора в режиме записи подают ток в стирающую головку.

Движение носителя относительно головок обеспечивает транспортирующий механизм.

В режиме воспроизведения сигнал, снимаемый с воспроизводящей головки, поступает на усилитель воспроизведения. С выхода усилителя воспроизведения сигнал подаётся на линейный выход и (в полных магнитофонах) на усилитель мощности, к которому подключают акустические системы. В некоторых магнитофонах в цепи усилителя воспроизведения включают устройства подавления шума.

Для переключения режимов работы магнитофона необходимо устройство управления.

Наконец, работу электронных устройств магнитофона обеспечивают источники питания.

Структурная схема аудиомагнитофона показана на рис. 1.

Рисунок 1

На рисунке показана схема одного канала записи - воспроизведения, т.е. схема монофонического магнитофона, В стереофоническом магнитофоне создают два одинаковых тракта записи - воспроизведения.

2. Схемотехника и конструкция аудиомагнитофонов

Входные цепи магнитофона. Входные цепи магнитофона обеспечивают возможность подключения источников сигнала с разной величиной э.д.с. Обычно они представляют собой резистивные делители напряжения (см. рис. 2).

Однако могут быть использованы и более сложные схемы.

Рисунок 2

При расчете элементов схемы делителя следует учитывать шунтирующее действие входного сопротивления усилителя и паразитных ёмкостей.

Для того чтобы ток в записывающей головке был пропорционален напряжению сигнала, выходное сопротивление усилителя записи должно быть большим, т.е. усилитель записи должен работать как генератор тока. В таком режиме может работать не всякая усилительная микросхема. Кроме того, микросхема должна позволять изменение параметров корректирующих АЧХ цепей и автоматическую регулировку уровня записи. Поэтому разработаны специализированные микросхемы для создания усилителей записи. Например, К157УП1 и К157УП2 (см. рис. 3), а также многие зарубежные микросхемы.

Рисунок 3 Типовая схема включения микросхемы К157УП2

Для борьбы с шумом, возникающим при записи и воспроизведении, применяют различные устройства, которые можно разделить на две категории:

1. устройства, не требующие обработки сигнала при записи;

2. устройства, производящие обработку сигнала, как при записи, так и при воспроизведении.

К первой категории относят различные ограничители шума. Достоинством таких устройств является возможность их использования в любых воспроизводящих устройствах. Например, при воспроизведении фонограмм, сделанных на магнитофонах старых моделей.

Шум появляется сильнее в паузах, когда эффект маскировки не работает. Если в паузах снижать коэффициент усиления усилителя воспроизведения, то мешающее влияние шумов будет менее заметно. Эта идея использована при создании пороговых шумоподавителей. Пауза определяется пороговым устройством, порог срабатывания которого выбирают между минимальным уровнем полезного сигнала и уровнем шума в паузах.

Более совершенный способ подавления шума - применение динамического ограничителя шума, предложенного фирмой Philips. Аналогичная система использовалась в магнитофонах фирмы «Маяк». Идея состоит в том, чтобы при понижении уровня сигнала сужать полосу пропускания усилителя воспроизведения со стороны верхних частот. Это снизит содержание высокочастотных составляющих в спектре шума. Структурная схема такого устройства приведена на рис. 4.

Рисунок 4

Сигнал, поступающий на вход, расщепляется на два противофазных сигнала. Один из них подаётся на выходной сумматор, а второй - через фильтр верхних частот с частотой среза ~ 4кГц на регулируемый аттенюатор и, далее, на выходной сумматор. Коэффициент передачи аттенюатора регулируется напряжением выпрямителя. При малых уровнях сигнала коэффициент передачи аттенюатора высок и составляющие спектра с частотой выше 4 кГц в сумматоре вычитаются. С увеличением уровня сигнала коэффициент передачи аттенюатора уменьшается и составляющие спектра с частотами более 4 кГц компенсируются не полностью. Полоса воспроизводимых частот расширяется. На рис. 5 показаны АЧХ динамического ограничителя шума при разных уровня сигнала.

Рисунок 5 АЧХ динамического ограничителя шума при разных уровнях сигнала.

Вторую группу устройств образуют устройства, сжимающие динамический диапазон сигнала при записи, и расширяющие его при воспроизведении (компрессоры - экспандеры или компандеры). Уменьшение влияния шума в таких устройствах иллюстрируется рисунком 6.

Рисунок 6

Уровень слабых сигналов при записи увеличен. При воспроизведении к сигналу добавился шум. Уровень слабого сигнала восстановлен, но вместе с уменьшением уровня слабого сигнала понизился уровень шума. Типичным устройством этой группы шумоподавителей является шумоподавитель Dolby-B, разработанный фирмой Dolby Laboratories. Структурная схема устройства приведена на рис. 7.

Рисунок 7 Принципиальная схема шумоподавителя Dolby-B.

Сигнал U_e, поступающий на вход шумоподавителя при записи, попадает на входы двух каналов - основного и вспомогательного. В основном канале никакой обработки сигнала не производится. Он поступает на сумматор. Вспомогательный канал содержит управляемый RC фильтр верхних частот; усилитель с равномерной АЧХ, коэффициентом усиления 2.3 и ограничитель. С выхода ограничителя сигнал, обработанный во вспомогательном канале, поступает на сумматор. Управление частотой среза фильтра верхних частот осуществляется постоянным напряжением выпрямителя U_ST, который выпрямляет выходное напряжение усилителя вспомогательного канала. Частота среза фильтра верхних частот при отсутствии сигнала ~ 800 Гц.

Если в спектре сигнала составляющие с частотами выше 800 Гц имеют небольшой уровень, то напряжение на выходе выпрямителя близко к нулю. Эти составляющие спектра сигнала усиливаются в 2.3 раза и добавляются к сигналу основного канала. В суммарном сигнале уровень высокочастотных составляющих возрастает, т.е. происходит сжатие динамического диапазона.

Если частоты составляющих, имеющих высокий уровень, приближаются к частоте среза фильтра ВЧ, то на выходе фильтра появляется сигнал, который выпрямляется выпрямителем и полученное постоянное напряжение сдвигает частоту среза в область более высоких частот. Высокочастотные составляющие спектра усиливаются, но в более узкой полосе частот.

При воспроизведении переключатель переводится в положение «экспандер». Поступающий на вход сигнал со сжатым динамическим диапазоном восстанавливается, т.к. из него вычитаются ВЧ составляющие спектра, уровень которых был увеличен при записи сигнала (вычитание происходит благодаря наличию в схеме инвертирующего усилителя с коэффициентом передачи равном -1). При этом понижается и уровень шумов.

Идея использования фильтра со скользящей частотой среза (Sliding Band) позволила создать эффективный шумоподавитель, приблизивший шумовые характеристики кассетных магнитофонов к характеристикам катушечных. Это определило широкое распространение кассетных магнитофонов. Для создания шумоподавителей этого типа выпускают микросхемы: CXA1100, CXA1553, HA12136, NEA0675 и др.

Механизм транспортирования носителя в аудиомагнитофонах, где носителем является магнитная лента, состоит из подающего узла, тракта записи - воспроизведения, ведущего узла, приёмного узла и органов управления, смонтированных на несущей панели. (рис. 8).

Рисунок 8

В зависимости от назначения и группы сложности конструкция транспортирующего механизма магнитофонов может отличаться. Существуют одномоторные, двухмоторные и трех моторные схемы транспортирующих механизмов. Упрощенная кинематическая схема одномоторного транспортирующего механизма кассетного магнитофона показана на рис. 9.

Рисунок 9 Упрощенная кинематическая схема транспортирующего механизма кассетного магнитофона.

Магнитная лента намотана на сердечник кассеты 8. Конец ленты крепится ко второму сердечнику. При зарядке кассеты сердечники входят в зацепление со звездочками подающего и приёмного узлов. Лента движется внутри корпуса кассеты 7. Движение ленты направляется стойками и роликами 9. Перемещение ленты осуществляется ведущим валом 3 и прижимным роликом 5. Вращение ведущего вала создаётся электродвигателем 1, который связан с едущим валом резиновым пасиком 2. Для стабилизации скорости вращения ведущего вала на его оси установлен маховик 4. Для обеспечения плотного прилегания ленты к поверхности головок в кассете имеется фетровая подушка 11, укрепленная на плоской пружине 12, за которой установлена экранирующая пластина 13. Звездочки подающего и приёмного узлов через фрикционные муфты и передачи связаны с электродвигателем, чем обеспечивается подмотка ленты и ускоренная перемотка. Стирающая и универсальная головки 14, 10 установлены на подвижной платформе и отводятся при зарядке кассеты и её перемотке.

Транспортирующий механизм является самым важным узлом магнитофона. От точности его изготовления существенно зависит качество фонограммы.

Усилитель воспроизведения может быть построен на любом операционном усилителе, который допускает коррекцию АЧХ. Коррекция АЧХ осуществляется подбором элементов R₁₂, R₁₃, R₁₄ и С₁₂. Промышленность выпускает большое количество микросхем для построения усилителей воспроизведения: К157УЛ1А, Б; CXA1115; HA12198; TEA0677; KA22136; LA4590 и т.д. Созданы микросхемы, позволяющие объединить в одном корпусе усилители записи и воспроизведения. Например, микросхема CXA1278, LA4583, TDA1602 и др.

Генераторы тока стирания - подмагничивания (ГСП) строятся чаще всего на транзисторах с использованием трансформатора. Пример схемы ГСП приведен на рис. 10.

Рисунок 10

Генератор собран на транзисторах V1, V2 и трансформаторе Т1. Регулирование тока подмагничивания осуществляется резисторами R3, R6 (R1, R5) для каждой скорости и каждого канала раздельно.