Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
«Чувашский государственный университет имени И.Н. Ульянова»
Факультет радиоэлектроники и автоматики
Кафедра радиотехники и радиотехнических систем
Выпускная квалификационная работа
Разработка устройства воспроизведения с аудиокассет
Дипломант:
Антонова Л.Г.
группа ЗРТ 21-13
Руководитель:
Чертановский А.Г.
Зав. кафедрой РРС
к.ф.-м.н., доцент Михайлов А.Л.
Чебоксары 2016
Аннотация
воспроизведение магнитный запись микросхема
Выпускная квалификационная работа содержит 50 страниц пояснительной записки и 5 листов графической части.
В первом разделе показано, что современные устройства воспроизведения магнитной записи строились на специализированных микросхемах, поэтому можно выбрать микросхему с необходимыми параметрами согласно техническому заданию.
Во втором разделе показано, что для разработки устройства воспроизведения с аудиокассет необходимы следующие блоки: усилитель с частотно-зависимой отрицательной обратной связью; блок питания и стабилизатор напряжения питания двигателя.
В третьем разделе показано, что из сигнала, поступающего с магнитной головки Uс, вычитается напряжение отрицательной обратной связи Uос. Напряжение отрицательной обратной связи зависит от частоты, т.к. необходимо получить форму АЧХ усилителя определенной формы.
В четвертом разделе произведен выбор элементной базы, разработаны электрические принципиальные схемы: усилителя воспроизведения, стабилизатора и блока питания, а также произведен расчет узлов.
Abstract
Final qualifying work contains 50 pages of the explanatory note and graphical part 5 sheets
The first section shows that the current reproducing apparatus of magnetic recording built on specialized chips, so you can select the chip with the required parameters according to the statement.
The second section shows that the development of the playback device with audio cassettes need the following blocks: amplifier with frequency-dependent negative feedback; power supply and stabilizer motor voltage.
The third section shows that of the signal from the magnetic head Uc subtracted voltage negative feedback Uos. Negative feedback voltage dependent on the frequency, because you need to get in shape the frequency response of the amplifier of some form.
In the fourth section, made the choice of the element base, developed the electrical circuit diagrams: playback amplifier, regulator and power supply, as well as a calculation node.
Оглавление
Введение
1. Обзор технической литературы
1.1 История
1.2 Магнитные ленты
1.3 Интегральная схемотехника
Выводы по главе 1
2. Разработка структурной схемы
Выводы по главе 2
3. Разработка функциональной схемы
Выводы по главе 3
4. Разработка электрической принципиальной схемы
4.1 Выбор элементной базы
4.2 Расчет усилителя воспроизведения
4.3 Расчет стабилизатора питания двигателя
4.4 Расчет блока питания
Выводы по главе 4
Заключение
Список литературы
Введение
Магнитная звукозапись основана на использовании свойств, некоторых материалов, сохранять намагниченность после прекращения воздействия на них внешнего магнитного поля [1].
Запись производится с помощью специального устройства -- записывающей магнитной головки, создающей переменное магнитное поле на участке движущегося носителя (чаще всего магнитной ленты), обладающего магнитными свойствами. На ферромагнитном слое носителя остается след остаточного намагничивания. След и есть дорожка фонограммы. При воспроизведении магнитная головка преобразует остаточный магнитный поток движущегося носителя записи в электрический сигнал звуковой частоты [1].
Магнитная лента -- носитель информации в виде гибкой ленты, покрытой тонким магнитным слоем. Информация на магнитной ленте фиксируется посредством магнитной записи. Устройства для записи звука и видео на магнитную ленту называются соответственно магнитофон и видеомагнитофон. Устройства для хранения компьютерных данных на магнитной ленте называется стример [2].
Магнитная лента произвела революцию в вещании и записи. Вместо прямых эфиров в телевизионном и радиовещании стало возможным производить предварительную запись программ для последующего воспроизведения. Первые многодорожечные магнитофоны позволяли производить запись на несколько раздельных дорожек от различных источников, а затем впоследствии сводить их в конечную запись с наложением необходимых эффектов. Также развитию компьютерной техники послужила возможность сохранения данных на длительный период с возможностью быстрого доступа к ним [2].
Магнитная лента состоит из гибкой основы, на которую с одной стороны нанесен рабочий слой -- суспензия тонкого ферромагнитного порошка в специальном лаке. Между ними может наноситься промежуточный слой, обеспечивающий лучшее сцепление основы и рабочего слоя. Сам рабочий слой может состоять из нескольких слоев с ферромагнитным порошком разного состава. Кроме того, поверх рабочего слоя иногда наносят ещё один -- антифрикционный, для снижения трения в тракте движения ленты, например, из коллоидного графита. Общая толщина ленты составляет от единиц до десятков микрометров, ширина -- от единиц миллиметров до 100 мм и более, в зависимости от назначения. Лента поставляется и используется чаще всего смотанной в плотный рулон на сердечнике или катушке той или иной конструкции [2].
Основа магнитной ленты изготавливается из синтетических материалов, чаще всего ацетатцеллюлозных (диацетата и триацетата), полиэтилентерефталата (лавсана) и полиимидов. Применялись и другие материалы (бумага, целлулоид, полиэтилен, полихлорвинил), но они вышли из употребления, так как хуже отвечали требованиям, предъявляемым к магнитным лентам [2].
В качестве рабочего слоя используются порошки окислов железа, хрома, кобальта и их смеси, а также порошки чистых металлов. От состава, толщины и однородности рабочего слоя, размеров и формы частиц магнитного порошка во многом зависят основные характеристики ленты [2].
Существуют также однослойные магнитные ленты, в которых ферромагнитный порошок распределен в толще материала основы, и цельнометаллические, представляющие собой тонкую полосу из углеродистой стали. Однако подавляющее распространение получили именно многослойные ленты, описанные выше [2].
1. Обзор технической литературы
Магнитная лента была разработана в 1930-е годы в Германии при сотрудничестве двух крупных корпораций: химического концерна BASF и электронной компании AEG при содействии немецкой телерадиовещательной компании RRG [2].
В 1927 году немецкий инженер Фриц Пфлеймер (Fritz Pfleumer), после ряда экспериментов с различными материалами, сделал напыление порошком оксида железа на тонкую бумагу с помощью клея. В 1928 году он получил патент на применение магнитного порошка на полоске бумаги или кинопленке. В этом же году он демонстрирует свой прибор для магнитной записи с бумажной лентой публике. Бумажная лента хорошо намагничивалась и размагничивалась, её можно было обрезать и склеивать. В 1936 году Национальный суд Германии признал права по патенту Пфлеймера недействительными, так как покрытие бумажной ленты железным порошком было изложено ещё в патенте Поульсена от 1898 года [2].
В 1932 году компания AEG, взяв на вооружение идею Пфлеймера, начала производство прибора для магнитной записи под названием «Магнетофон-К1». Носителем в «Магнетофоне-К1» была лента, которую изготавливал немецкий химический концерн BASF. «Магнетофон-К1» был представлен публике в 1935 году на радиовыставке в Берлине [2].
Фридрих Маттиас (Friedrich Matthias) из IG Farben/BASF разработал многослойную ленту, состоящую из подложки, клея и напыления порошком оксида железа. В 1939 году BASF представил публике эту ленту. Это изобретение было революционным. Параллельно этому инженер Вальтер Вебер работал над улучшением качества воспроизведения магнитофонов, производимых AEG. Он проводил эксперименты с подмагничиванием ленты. Опытным путём было доказано, что высокочастотное подмагничивание переменным током намного улучшает качество воспроизведения. Весной 1940 года Вебер получает патент на технологию высокочастотного подмагничивания переменным током, и уже в 1941 году AEG выпускает новую модель магнитофона «Magnetophon K4-HF». Технические характеристики этой модели аппарата магнитной записи превосходили все существовавшие тогда аппараты магнитной записи: благодаря открытой Вебером технологии, отношение сигнал/шум составило 60 дБ, а воспроизводить он уже мог частоты выше 10 кГц [2].
В 1942 году AEG начала проводить эксперименты по стереофонической записи звука [2].
Наиболее распространенными в звукозаписи стали ленты шириной 6,35 и 3,81 мм. Ленты другой ширины применялись в студийных многодорожечных магнитофонах, для видеозаписи, записи цифровых данных и для других специальных целей [2].
Ведущими мировыми производителями магнитных лент являлись компании BASF, Agfa (Германия), 3M (США), Denon, Maxell, TDK (Япония). В СССР главными производителями магнитной ленты были Шосткинское ПО «Свема», Казанское ПО «Тасма» им. В.В. Куйбышева и Переславское ПО «Славич» [2].
1.1 История
Низкое качество звука, высокая цена аппаратов звукозаписи, непрочный и недолговечный носитель звука (фольга, восковые цилиндры) -- все это говорило о том, что нужно искать новые пути звукозаписи [1].
Во-первых, нужно было найти новый носитель, который бы отвечал таким требованиям, как: низкая стоимость, прочность, удобство в работе, возможность повторного многократного использования [1].
Во-вторых, нужно было найти новый механизм для записи и воспроизведения звука -- более простой в конструкции и более дешёвый [1].
Все это стало предпосылкой к тому, чтобы обратить внимание на магнитные свойства некоторых материалов и на само явление магнетизма. В 1878 году американский инженер Оберлин Смит впервые ознакомился с изобретением Эдисона -- фонографом. Увидев потенциал этого аппарата, Смит приобрел экземпляр для своей лаборатории и принялся экспериментировать с его конструкцией. Результатом этих экспериментов стала статья «Некоторые возможные формы фонографа» (Some Possible Forms Of Phograph), вышедшая в 1888 году в нью-йоркском журнале «Электрический мир» (Electrical World). В своей статье, помимо двух вариантов механической записи звука (в качестве носителя предлагались стальная проволока и стальная лента, на которые с помощью иглы наносился бы «рисунок» звуковой волны), Смит впервые предложил конструкцию аппарата, в котором для записи звукового сигнала использовалось явление магнетизма. Это устройство он назвал полностью электрическим вариантом фонографа. В качестве носителя предлагалось использовать хлопковую или шелковую нить с прочно закрепленными кусочками стальной проволоки, которые, под воздействием тока идущего от микрофона, будут намагничиваться, проходя через катушку. По мнению изобретателя, такой аппарат увеличил бы громкость записи, так как в записи не присутствовали бы шумы механической природы (шум иглы, скребущей по поверхности носителя). К тому же такой аппарат можно было применять для записи речевых сообщений [1].
Смит опубликовал свои идеи усовершенствования фонографа с той целью, чтобы читатели, которых заинтересуют его идеи, воплотили бы их в жизнь, так как у изобретателя не было времени заняться этим самому. Изучив статью Обрелина Смита, датский инженер Вальдемар Поульсен, после серии экспериментов, изготовил первый прибор магнитной записи на стальной проволоке, который он назвал телеграфон. В 1898 году Поульсен получил патент на своё изобретение [1].
Ранние аппараты магнитной записи (АМЗ) создавались путём замены носителя: вместо стальной проволоки стали применять тонкую стальную ленту [1].
Первым АМЗ, в котором стали применять стальную ленту, стал блаттнерфон, принадлежавший британскому кинопродюсеру и шоумену Луи Блаттнеру. В1929 году Луи Блаттнер купил права на это изобретение у немецкого изобретателя Курта Штилле (Kurt Stille), который ещё в 1903 году, с целью экспериментов, привёз в свою мастерскую телеграфон Поульсена. Штилле усовершенствовал телеграфон, добавив в его конструкцию электронный усилитель, чтобы это устройство можно было использовать в качестве диктофона. В 1924 году улучшенный телеграфон вышел в продажу. Носителем по-прежнему была стальная проволока, но позже её заменили на стальную ленту, так как лента меньше рвалась и путалась [1].
После покупки прав на изобретение Штилле Блаттнер назвал аппарат своим именем. Блаттнер использовал аппарат для озвучки фильмов на своей студии «The Ludwig Blattner Picture Corporation» [1].
В 1931 году Кларенс Н. Хикман (Clarence N. Hickman) из американской телекоммуникационной корпорации Bell Labs закончил прототип автоответчика -- АМЗ на стальной ленте. Но его автоответчик не нашёл широкого применения, потому что политика американской AT&T запрещала применение таких устройств на общественных телефонных линиях [1].
В 1932 году британская телерадиовещательная корпорация (BBC) впервые применила в своем вещании АМЗ Маркони-Штилле (Marconi-Stille) на тонкой стальной ленте шириной 3 мм и толщиной 0,08 мм. Для воспроизведения высокочастотных звуков стальная лента должна была двигаться со скоростью 1500 мм/сек относительно записывающей и воспроизводящей головок. Это значит, что на получасовую программу уходило 3 км ленты, а катушка с лентой весила 25 кг. Из соображений безопасности этим АМЗ можно было управлять только с помощью пульта управления, который находился в отдельной комнате. Из-за высокой скорости движения ленты, её упругости и острых, как бритва, краёв, работать рядом с лентой было небезопасно, в случае её обрыва, она могла отлететь и причинить серьёзную травму. Но помимо этих недостатков был и ещё один: технология записи в то время могла привести к обширной потере данных и плохому качеству аудиозаписи [1].