Магнитные головки

В зависимости от назначения, различают записывающие, воспроизводя­щие, стирающие и универсальные магнитные го­ловки. Однако при всем мно­гообразии магнитных головок, между ними нет принципиальных отличий - каждая головка представляет собой электромагнит.

Записывающая головка служит для получения в зоне за­писи требуемой напряженности магнитного поля, воспроизво­дящая. для преобразования маг­нитного поля фонограммы в ЭДС, универсальная объединяет функции двух первых, сти­рающая головка служит для создания поля, достаточного для размагни­чи­вания ненужной фонограммы.

Конструкция кольцевой магнитной головки приведена на рис.13.4.

Магнитопровод сердечника головок - разомкнут: в одном месте у сти­рающей и воспроизводящей и в двух местах у запи­сывающей, благодаря чему у последней создаются рабочий и дополнитель­ный за­зоры.

Рабочий зазор обеспечивает связь головки с носителем за­писи. Ширина его выбирается от долей до единиц микрометра. В записывающей головке не­обходим дополнительный зазор. При его отсутствии магнитное сопро­тивление звена (головка-лента) оп­ределяется в основном магнитным сопротивлением носи­теля. Поэтому неравномерности в слое ленты или явления "дрожания", связан­ные с плохим прилеганием ленты, приведут к изменению амплитуды потока записи и к появлению паразитной амплитудной модуляции. Наличие дополнитель­ного, немагнит­ного зазора величиной 30-40 мкм стабилизирует сопротивление магнитной цепи, так как при его наличии сопротивление магнитного звена будет определяться большим магнитным сопро­тивлением дополнительного зазора.

Кроме того, дополнительный зазор служит для предотвращения намаг­ничивания сердечника головки броском тока в моменты коммутации элек­три­ческого канала или головки. Зазоры заполняются прочными немагнитными ма­териалами (слюда, бериллиевая бронза).

Рис.13.4. Схематичное изображение кольцевой магнитной головки

Головка воспроизведения должна обеспечивать доста­точную чувстви­тельность и дополнительный зазор в ней недопустим, так как создает большое магнитное сопротивление для и без того слабого магнитного потока, создаваемого фоно­граммой.. Поэтому, если по технологии воспроизводящая головка изготовляется из двух половинок, до­полнительный зазор стремятся сделать как можно мень­ше, для чего торцы тщательно шлифуют и при сборке головки плотно сжимают.

Для обеспечения эффективного стирания, ширина зазора стирающей го­ловки выбирается порядка 70-200 мкм. Это обес­печивает большее поле рассея­ния и большой коэффициент полезного действия.

Высота сердечника головки определяется шириной маг­нитной ленты. Высота сердечника стирающей головки не­сколько шире фонограммы, а сердеч­ника воспроизводящей го­ловки на 15-20 % меньше ширины фонограммы, чтобы при по­перечных колебаниях ленты воспроизводящая головка не выхо­дила за пределы фонограммы, а поле стирающей головки всегда перекрывало фонограмму.

Для изготовления сердечников головок применяют маг­нитные материалы, обладающие высокой начальной маг­нитной проницаемостью m_н и малой коэрцитивной силой H_c. Таких материалы имеют узкую петлю гистерезиса и, следовательно, малые потери на гистерезис. Кроме высокой магнитной проницаемости, материалы, используемые для сер­дечников головок, должны обладать рядом других показателей: допускать механическую обработку, не изменяя при этом маг­нитных свойств; обладать высокой стойкостью к истиранию магнитной лентой.

В качестве материалов для сердечников в настоящее время используют железоникелевые сплавы (пермаллой, m_н @ 20000), железоалюминиевые сплавы (альфенол,), же­лезо-алюминий-кремниевые сплавы (сендаст m_н @ 35000) и ферриты (m_н @ 1600¸10000). Недостатком пермаллоя является значительное изме­нение магнитных свойств при механической обработке и боль­шие потери на гистерезис на частотах более 20 кГц. Альфенол более устойчив к механической обработке и потому предпочти­телен при массовом производстве головок. Сендаст имеет ма­лые потери на гистерезис, обладает высокой износостойко­стью, но довольно дорог.

Универсальных магнитных материалов одинаково пригод­ных для различных типов головок не существует.

Для записывающих головок необходимо, чтобы индукция насыщения материала сердечника в несколько раз превышала индукцию насыщения носителя записи. В противном случае магнитная цепь сердечника будет вносить дополнительные не­линейные искажения. Учитывая возможность регулирования тока подмагничивания и записи к ним не предъявляется очень жестких требованиям по потерям. Напротив, главным требова­нием к воспроизводящим головкам, является минимум потерь.

Лучшим материалом для записывающих головок в настоящее время считается сендаст. Удовлетворительными свойствами и низкой стоимостью от­личается пермаллой. Совершенно непригодны ферриты из-за небольшой индукции насыщения, сложности изготовления и не­стабильности параметров при эксплуатации (выкрашивание сердечника в области зазора, появление трещин).

Магнитная проницаемость сердечников воспроизводящих головок должна быть по возможности большой. Механические свойства должны способствовать получению хорошей геомет­рии зазора. Наиболее пригодны сендасты и монокристалличе­ские ферриты.

При выборе материала для сердечника универсальной го­ловки руковод­ствуются требованиями к сердечникам головок воспроизведения. Дополнительное требование. высокая индук­ция насыщения, так как напряженность магнитного поля в за­зоре универсальной головки шириной 0,5¸2 мкм больше, чем в зазоре записывающей головки с зазором 3¸5 мкм.

Для стирающих головок лучше всего подходят комбиниро­ванные сердечники из марганцово-цинкового феррита с полюс­ными наконечниками из тонких пластин сендаста или твердого пермаллоя.

В зависимости от числа витков обмотки и диаметра про­вода различают низкоомные и высокоомные головки. Преимущество высокоомной головки воспроизведения. значительно большая, чем у низкоомных ЭДС. Поэтому ее можно непосредственно, без повышающего трансформатора соединять со входом усилителя воспроизведения. Но она имеет сравнительно большую индуктивность, что ухудшает ее частот­ные свойства. Высокоомную стирающую головку легче согласовать с генера­тором стирания и подмагничивания. Высокоомную универсаль­ную головку подключают к усилителю записи также без согла­сующего трансформатора. Таким образом, применение высоко­омных головок упрощает усилители записи и воспроизведения. Преимущество низкоомных головок - более широкая полоса записываемых и воспроизводимых частот.

Индуктивность обмотки головки вместе с ее собственной, межвитковой емкостью, а также совместно с выходной емко­стью усилителя записи или входной емкостью усилителя вос­произведения образуют колебательный кон­тур. Резонансная частота этого контура должна быть больше наивысшей час­тоты записываемого сигнала. Резонанс контура в рабочей полосе частот неже­лателен, так как выше резонансной частоты отдача головки резко уменьшается. Кроме того, собственные колеба­ния, возникающие в контуре при резонансе, искажают сигнал. При необходи­мости существенно увеличить резонансную частоту приходится уменьшать число витков обмотки, хотя это и снижает отдачу.

Магнитное поле головки. Поле головки записи, в котором происходит намагничива­ние носителя, называют рабочим полем. Влияние отдельных элементов конструкции головки на способность создавать лока­лизованное поле обычно оценивают исходя из рассмотрения ее статического магнитного поля.

На рис.13.5 показаны зависимости напряженности поля рассеяния (ра­бочее поле записи) при разных радиусах закруг­ления ребра r. Радиус за­к­ругления реб­ра определяется точно­стью изготовления и износом головки.

Из рис. 13.5 видно, что рабочее поле головки простирается на расстояние, превышающее геометрическую ширину зазора 2d. Характер спада поля определяет, так называемую, действующую или эффективную ширину зазора 2d_эфф. По данным различных исследователей эффективная ширина зазора больше геометрического зазора в 1,14 - 3 раза. При расчете АЧХ магнитного звена для новых го­ловок принимают 2d=0,88 2d_эфф.

Кроме того, из рис.13.5 видно, что при износе головки существенно уменьшается полезное поле записи. Если попы­таться компенсировать умень­шение напряженности поля увели­чением тока записи, то это приведет к рез­кому возрастанию эффективной ширины зазора (пунктирная кривая).

Рис. 13.5. Изменение статического поля головки в зависимо­сти от радиуса за кругления ребра рабочего зазора (износ головки)

Рис.13.6. Изменение статического поля магнитной головки при различных расстояниях ленты от головки (неконтакт)

Аналогичные выводы можно сделать и из рис.13.6, на кото­ром показано изменение напряженности поля при разных расстояниях ленты от рабочей поверхности. Видно, что по мере увеличения расстояния a напряженность поля головки уменьшается, что эквива­лентно увеличению ширины рабочего зазора. Пунктиром показана кривая распределения поля головки, которая полу­чится при попытке компенсировать уменьшение напряженности поля соответствующим увеличением тока записи.

В процессе записи носитель намагничивается преимущест­венно в продольном направлении. Поэтому наибольшее влияние на характеристики записи оказывает продольная составляющая поля H_x, которая описывается следующим выражением:

,

(13.15)

где H₀ -напряженность поля в глубине рабочего зазора.