Дипломная работа: Разработка устройства воспроизведения с аудиокассет

К середине 1930-х немецкая компания C. Lorenz разработала АМЗ на стальной ленте, который недолго применяли в своей работе европейские телефонные компании и немецкие радиосети [1].

В 1938 году немецкий инженер и изобретатель Джозеф Бигун (нем. Joseph Begun) покинул Германию и переехал в Америку, где стал сотрудником научно-изобретательской компании Браша (Brush Development Company). В 1946 году Brush Development Company выпустила первый коммерческий катушечный АМЗ «Soundmirror BK 401» [1].

Магнитная звукозапись, такая какой мы её знаем сейчас, 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 [1].

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 за применение магнитного порошка на полоске бумаги или киноплёнке. В этом же году он демонстрирует публике свой прибор магнитной записи с бумажной лентой. 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 [1].

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 пленка, которую изготавливал немецкий химический концерн BASF. «Магнетофон-К1» был представлен публике в1935 году на радиовыставке в Берлине [1].

Эдвард Шюллер (Eduard Schьller) из AEG спроектировал «Магнетофоны» и изобрёл кольцевую головку для записи и воспроизведения. Этой головкой заменили иглообразную головку, так как последняя часто рвала плёнку [1].

Фридрих Маттиас (Friedrich Matthias) из IG Farben/BASF разработал многослойную плёнку, состоящую из подложки, клея и напыления порошком оксида железа. В 1939 году BASF представил публике эту плёнку. Это изобретение было революционным [1].

В это же время инженер Вальтер Вебер (Walter Weber) работал над улучшением качества воспроизведения магнитофонов, производимых AEG. Он проводил эксперименты с подмагничиванием пленки. Опытным путём было доказано, что высокочастотное подмагничивание переменным током намного улучшает качество воспроизведения. Весной 1940-го 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 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 [1].

Во время Второй Мировой Войны страны -- члены антигитлеровской коалиции (Британия, США, СССР, Франция, Китай, Польша) заметили, что в Германии проводятся радиотрансляции одновременно из нескольких городов, находившихся в разных частях страны. Американский инженер Ричард Рэнжер и группа других аналитиков предполагали, что это всё были копии одной фонограммы (в то время такие копии создавали специально для радиотрансляций на пластинках в 78 об/мин), однако качество звучания было таким, что его нельзя было отличить от прямой радиотрансляции; и продолжительность этих трансляций была намного больше, чем позволял объём пластинки на 78 оборотов (полное время звучания примерно 11 минут). Перед окончанием войны американским войскам, находившимся в Европе, удалось вывезти несколько немецких «Магнетофонов» с радиостанции «Люксембург» (Radio Luxembourg). В них содержались все ключевые технологии современной аналоговой магнитной записи, которые послужили основанием для дальнейшего бурного развития технологий в области магнитной записи [1].

1.2 Магнитные ленты

Магнитные ленты для звукозаписи впервые были изготовлены в 1934 г. В качестве магнитного материала тогда использовались частицы окиси железа кубической формы. Выпускалась эта лента под названием "магнитофонная лента". Позднее в качестве магнитного материала стали применять иглообразные частицы гаммаокиси железа, и качество магнитных лент существенно улучшилось. Наибольшее распространение получили магнитные ленты, состоящие из основы и нанесенного на нее рабочего слоя. Появились также (в основном для кассетных магнитофонов) магнитные ленты, у которых рабочий слой состоит из двух слоев различного магнитного материала. Один слой (g-Fe2O3) позволяет получить лучшие характеристики на низких частотах, а второй (СrО2) - на высоких. Вообще, в связи с развитием кассетной аппаратуры магнитной записи и воспроизведения звука, появилось много новых магнитных лент. Поэтому Международная электротехническая комиссия (МЭК) приняла в качестве основных четыре типа магнитных лент для бытовых кассетных магнитофонов (табл. 1) [3].

Таблица 1. Магнитные ленты

Необходимо отметить, что некоторые параметры магнитных лент (относительная частотная характеристика, относительная амплитудная характеристика, относительная средняя чувствительность, относительное значение тока оптимального высокочастотного подмагничивания), могут измеряться только относительно стандартного образца свойств материала. В качестве таких стандартных образцов и утверждаются так называемые типовые магнитные ленты. При обозначении этих лент обязательно должен быть указан полив и номер партии [3].

Начиная с 50-х годов, в магнитной записи стали применяться измерительные магнитные ленты. С применением этих лент отпала необходимость практически в каждом магнитофоне подстраивать канал записи и канал воспроизведения под каждую магнитную ленту, каждый полив. Стандартизировав канал воспроизведения, изготовители магнитофонов подобрали оптимальный ток записи и ток высокочастотного подмагничивания. Как видно из таблицы, постоянная времени записи на низких частотах та для всех типов магнитных лент установлена одинаковой. А на высоких частотах для лент типа МЭК-2, МЭК-3 и МЭК-4 ток несколько меньше, чем для МЭК-1. Уменьшение t1, стало возможным благодаря достигнутым высоким электроакустическим характеристикам магнитных лент указанных типов. Но при этом возникла необходимость увеличить ток подмагничивания для лент МЭК-2 примерно до 4-6 дБ, а для лент МЭК-3 до 2-3 дБ относительно лент типа МЭК-1. Как правило, магнитофоны имеют специальные переключатели для работы с различными типами магнитных лент [3].

На зарубежных кассетах с магнитными лентами типа МЭК-1 наиболее часто встречаются обозначения "Type 1", "extra 1", "normal", "Fe", "Pel", "IEC1"; общее обозначение для кассет с лентами этого типа "EQ: 120 mS". Магнитная лента в таких кассетах имеет рабочий слой из гаммаокиси железа и пригодна для использования во всех отечественных бытовых кассетных магнитофонах. Кассеты с магнитной лентой типа МЭК-2 имеют наиболее распространенные обозначения: "chromdioxid" и "chrom". Рабочий слой у этих лент содержит магнитные частицы из двуокиси хрома и обладает лучшими по сравнению с магнитными лентами типа МЭК-1 амплитудно-волновыми характеристиками. Кассеты с лентой типа МЭК-2 предназначены для применения в магнитофонах, имеющих специальный переключатель типа лент "Сr" (СrО2) [3].

Кассеты с магнитной лентой типа МЭК-3 обычно обозначаются "Ferri Chrom III", "Ferrochrom". Ленты этого типа называют трехслойными, так как они состоят из основы, рабочего слоя из порошков гаммаокиси железа и двуокиси хрома. Амплитудно-волновые характеристики этих лент приближаются к магнитным лентам на двуокиси хрома, но требуют несколько меньших по сравнению с ними токов подмагничивания и записи. Кассеты с такими магнитными лентами могут применяться в магнитофонах, оснащенных специальным переключателем "FeCr". Кассеты с магнитной лентой типа МЭК-4 имеют обозначения "pure metal", "metal". Широкого распространения этот тип магнитных лент пока не получил, так как для эффективного использования их необходимы специальные магнитные головки, сердечники которых изготовлены из материала с большим потоком насыщения (не насыщаются при больших уровнях сигнала) [3].

Для удобства эксплуатации кассетные магнитофоны, предназначенные для работы с магнитными лентами типа МЭК-2, МЭК-3 и МЭК-4, обычно оснащаются автоматическими переключателями тока стирания, подмагничивания и АЧХ каналов записи и воспроизведения (постоянных времени), которые срабатывают при применении кассет с лентой конкретного типа. С этой целью в задних торцевых стенках кассет с магнитными лентами каждого типа имеются соответствующие коммутационные карманы [3].

Условное обозначение типа отечественной магнитной ленты расшифровывается следующим образом. Первая буква в условном обозначении указывает на назначение магнитной ленты: А - звукозапись. Первая цифра (после буквы) определяет материал основы магнитной ленты: 2 - диацетилцеллюлоза, 3 - триацетилцеллюлоза; 4 - полиэтилентерефталатная смола (лавсан). Вторая цифра указывает общую номинальную толщину магнитной ленты, например цифра 2 означает толщину ленты 18 мкм, цифра 3-27 мкм, цифра 4-34 мкм, цифра 6-5 мкм. Две последующие цифры определяют индекс технологической разработки, пятая цифра - численное значение номинальной ширины. Буква Б в конце обозначения указывает, что область применения данной магнитной ленты бытовая аппаратура магнитной записи [3].

1.3 Интегральная схемотехника

По мере развития технологической и элементной базы микроминиатюризация аппаратуры прошла через этапы транзисторизации и микромодульного конструирования функциональных узлов. Современным этапом микроминиатюризации радиоэлектронной аппаратуры является применение интегральных микросхем (ИМС). В свою очередь, использование унифицированных функциональных узлов на основе интегральных микросхем позволит решить ряд технико-экономических задач [4]:

создание аппаратуры с минимальными размерами и массой;

повышение срока службы и надежности аппаратуры;

автоматизация технологических процессов сборки функциональных узлов и ремонта аппаратуры;

уменьшение потребляемой энергии;

снижение себестоимости.

Применение интегральных микросхем приводит к новым представлениям об оптимальном построении функциональных узлов, оказывает глубокое влияние на разработку, изготовление и ремонт аппаратуры. Построение усилительных устройств на основе интегральных микросхем базируется на многоцелевом использовании однотипных интегральных схем в сочетании с некоторыми внешними цепями и компонентами [4].

Интегральные микросхемы состоят из сотен активных и пассивных элементов, полученных в объеме и на поверхности полупроводникового кристалла в едином технологическом цикле. Эти элементы соответствующим образом соединены между собой и заключены в общий корпус. Планарная технология позволяет получить плотность упаковки в интегральных микросхемах в тысячи раз больше, чем плотность упаковки в микромодульной конструкции [4].

Интегральные микросхемы по своему назначению подразделяются на аналоговые и цифровые. Аналоговые интегральные микросхемы предназначены для преобразования и усиления непрерывных сигналов. К ним предъявляются довольно жесткие требования с точки зрения стабильности характеристик и точности воспроизведения сигнала. Цифровые интегральные микросхемы предназначены для передачи и переработки цифровой информации. В аналоговых интегральных устройствах применяются аналоговые интегральные микросхемы [4].

По технологическим признакам интегральные микросхемы подразделяются на полупроводниковые, пленочные и гибридные. Наибольшее распространение получили полупроводниковые интегральные схемы, у которых все элементы и межэлементные соединения выполнены в объеме и на поверхности полупроводникового кристалла. Пленочные и интегральные схемы выполняются на диэлектрической подложке путем напыления. Гибридные ИМС представляют собой комбинацию дискретных навесных активных компонентов и пленочных пассивных элементов, напыленных также на диэлектрической подложке [4].

На выпускаемые и разрабатываемые в нашей стране интегральные микросхемы установлена классификация и система обозначений. В соответствии с принятым ГОСТом 18682-73 [4]:

первый элемент - цифра, указывающая конструктивно-технологическое исполнение микросхемы:

1; 5; 7 - полупроводниковые;

2; 4; 6; 8 - гибридные;

3 - прочие (пленочные, вакуумные и т.д.);

второй элемент - две цифры, обозначающие порядковый номер разработки серии микросхем (от 00 до 99);

третий элемент - две буквы, обозначающие функциональное назначение микросхем;

четвертый элемент - порядковый номер разработки микросхем по функциональному признаку в данной серии.

Буквы К, КН, КР обозначают условия их приемки. Не останавливаясь на всем многообразии вариантов обозначений, приведем расшифровку буквенных обозначений микросхем, рассматриваемых в данном учебном пособии [4];

УН - усилитель низкой частоты;

УЕ - усилители-повторители;

УИ - импульсные усилители;

УВ - усилители высокой частоты;

УР - усилители промежуточной частоты;

ПС - преобразователи частоты;

ДА - детекторы амплитудно-модулированных сигналов;

ДС - детекторы частотно-модулированных сигналов;

УД - операционные и дифференциальные усилители.

Первые два элемента обозначения определяют номер серии интегральных микросхем, объединяющих микросхемы, которые могут выполнять различные функции, имеют единое конструктивно-технологическое исполнение и предназначены для совместного применения [4].