Magnetická hlava

Aktuální verze stránky ještě nebyla zkontrolována zkušenými přispěvateli a může se výrazně lišit od verze recenzované 9. května 2022; kontroly vyžadují 5 úprav .

Magnetická hlava  - zařízení pro zápis, mazání a čtení informací z magnetického média: pásky nebo disku ( pevného nebo ohebného ).

Odrůdy

Magnetická hlava může pracovat jak s jednou stopou, tak s několika – od dvou ( stereo ) až po 16 (viz. Vícestopé nahrávání ) nebo více. Například pro ukládání dat na sálových počítačích byl standard 9stopého záznamu běžný až do konce 80. let . 9stopé nahrávání se také používá v některých moderních streamerech .

Pro různé procesy se používají různé, designově mírně odlišné [1] hlavy: reprodukční ( GV ), záznamové ( GZ ), univerzální ( GU ) [2] a mazací ( GS ) hlavy.

Někdy se používají hlavice kombinované, konstrukčně kombinující např. GU a HS. Někdy se také používá samostatná předpínací hlava , záznam a přehrávání pomocných signálů atd. Jejich počet se pohybuje od jedné nebo dvou (GU + GS - nejběžnější možnost v domácích magnetofonech) až po čtyři nebo více.

V případě použití více hlav ve společné konstrukci (buben, základna) se hovoří o bloku magnetických hlav ( BMG ). Pro křížový a šikmý záznam lze hlavy nasadit na otočný buben. Hlava se také může pohybovat vzhledem k médiu přes nahranou stopu: u magnetických diskových jednotek, stejně jako u reverzních a některých vícestopých magnetofonů (například stereo 8 formát ).

Konstrukce a princip činnosti

Záznamové, univerzální a mnohé reprodukční hlavy mají podobnou konstrukci a v nejjednodušším případě se jedná o induktor s jádrem s magnetickou mezerou , což je mezera v magnetickém obvodu vyplněná nemagnetickým materiálem. Magnetické siločáry procházejí kolem magnetické mezery povrchem nosiče pohybujícího se v blízkosti magnetické hlavy. Mezi nosičem a jádrem může být jak přímý kontakt (při nízké rychlosti nosiče vzhledem k hlavě – u analogových audiorekordérů, disketových mechanik a čteček magnetických karet ), tak vzduchová mezera (u videorekordérů , R-DAT a pevných pohony). Když se nosič pohybuje po pracovní ploše magnetické hlavy za magnetickou mezerou , zbytková magnetizace ovlivňuje magnetické pole magnetického obvodu a indukuje EMF ve vinutí hlavy, pomocí kterého se provádí čtení z magnetického nosiče. Pokud vinutím magnetické hlavy prochází střídavý proud , magnetické pole v mezeře hlavy mění magnetizaci oblasti magnetického média v blízkosti pracovní mezery, což umožňuje mazat a zapisovat informace na médium.

V čtecích hlavách lze také použít efekt magnetorezistence . Čtecí hlavy pevných disků mohou využívat obří a tunelovou magnetorezistenci .

Konstrukce GV a GU nutně obsahuje stínění , které chrání před vnějšími elektromagnetickými poli. Vyžadují také ochranu před permanentními magnetickými poli způsobenými parazitní remanencí v okolních částech páskové mechaniky, jinak mechanické vibrace působící na hlavu v konstantním magnetickém poli vedou k mikrofonnímu efektu .

Během provozu se mezera a povrch magnetických hlav ucpávají magnetickou vrstvou odlupující se z pásky, a proto podléhají pravidelnému čištění.

Pro zajištění kompatibility záznamů pořízených na různých magnetofonech je důležité správné vyrovnání magnetických hlav (jejich prostorové uspořádání na výšku a sklon vůči pásku) podle uznávaných norem. Na kompatibilitu nahrávek má zvláště silný vliv shoda azimutů magnetických hlav (úhel mezi magnetickou mezerou hlavy a okrajem pásku) při nahrávání a přehrávání. Nesoulad azimutů jen o několik úhlových minut vede ke znatelnému zhoršení reprodukce vysokých frekvencí [3] . U levných magnetofonů je často v předním nebo zadním panelu speciální otvor pro nastavení hlavy „podle ucha“ na maximum reprodukovatelných vysokých frekvencí.

Šířka magnetické mezery

Šířka magnetické mezery se může pohybovat od několika nanometrů (u hlav pevných disků) do 100 mikronů ( HS domácích magnetofonů).

Šířka magnetické mezery určuje tak důležitý parametr, jako je minimální záznamová vlnová délka (rovná se dvojnásobku šířky magnetické mezery). Účinnost reprodukce vln menších než minimum prudce klesá v důsledku skutečnosti, že magnetizované sekce procházející mezerou GW vytvářejí pole různých znaků, které se částečně kompenzují. Pokud je šířka magnetické mezery rovna nebo násobku záznamové vlnové délky, výstup reprodukující magnetické hlavy klesne na nulu. [4] Podobně, když se pokusíte zaznamenat signál, který při zvolené nosné rychlosti tvoří vlny, jejichž délka [5] je menší než dvojnásobek šířky magnetické mezery záznamové hlavy, dojde k jejich částečné demagnetizaci a úroveň zaznamenaného signálu prudce klesá.

V kombinaci s rychlostí magnetického nosiče určuje šířka magnetické mezery horní hranici zaznamenaných a reprodukovatelných frekvencí dráhy magnetického záznamu, nad kterou úroveň záznamu a přehrávání prudce klesá. Dá se hodnotit jako:

kde  je maximální frekvence v Hz,  je rychlost nosiče v m/s,  je šířka magnetické mezery v µm.

Použité materiály

První modely kazetových magnetofonu používaly hlavy s měkkým permalloy jádrem , které sloužily asi 2000 hodin.

V polovině 70. let byly nahrazeny skleněnými feritovými hlavami odolnými proti opotřebení (FX hlavy, životnost až 10 let) a o něco později ze sendustu (DX hlavy, životnost 6-8 let). Technologicky vyspělejší a levnější hlavy sendustovye jsou široce používány jako univerzální (záznam a přehrávání signálu) a jako záznamník v magnetofonech střední cenové skupiny. Skleněné feritové hlavy byly používány především jako univerzální nebo reprodukční vlajkové modely.

Na počátku 80. let byly vyvinuty a vyrobeny magnetické hlavy z amorfního kovu (A-hlava) s prakticky žádnou krystalovou strukturou a vynikajícími magnetickými vlastnostmi. Pokud jde o odolnost proti opotřebení, A-hlavy jsou přibližně 4krát horší než sklo-feritové.

V polovině 90. let 20. století vznikly magnetorezistivní hlavy (Z-hlavy) technologií tenkovrstvých mikroobvodů , které měnily svůj odpor v závislosti na intenzitě magnetického toku pásky. Výstupní signál z těchto hlav, zahrnutý v úhlopříčce měřícího můstku , mohl dosáhnout několika milivoltů . V souladu s tím se vlastní hluk kazetového magnetofonu snížil na úroveň -62-68 dB a přiblížil se úrovni hluku vysoce kvalitního kotoučového magnetofonu .

Kombinace těchto dvou typů hlav byla použita v reprodukční sekci BMG u tříhlavých AZ-zařízení s "průchozím kanálem" od Technics (RS-AZ6, RS-AZ7).

Gumové hlavy

Gumové hlavy ( GS ) se od univerzálních liší širší mezerou a nižšími výrobními standardy (u tohoto procesu není vyžadována vysoká přesnost). Vysokofrekvenční střídavé napětí (řádově 100 kHz) je přiváděno do HS z generátoru vymazávání a předpětí (GSP), v důsledku čehož každá část magnetické pásky procházející širokou magnetickou mezerou HS, má čas se několikrát přemagnetizovat do nasycení a jak se vzdaluje od magnetické mezery, magnetizační páska postupně klesá na nulu.

Pro účinné vymazání musí být splněny následující podmínky:

kde je šířka pracovní mezery HS, je frekvence mazacího proudu, je rychlost pásky.

Kromě toho by síla magnetického pole v pracovní mezeře měla být alespoň 3...4krát vyšší než koercitivní síla magnetické pásky. Magnetické jádro hlavy by mělo zakrývat záznamovou stopu s určitou rezervou. HS se dvěma magnetickými mezerami umístěnými ve vzdálenosti 1...3 mm od sebe mají zvýšenou účinnost výmazu [6] .


Také u nejlevnějších modelů magnetofonu (přenosné, diktafony atd.) se používá HS ve formě permanentního magnetu speciálního tvaru, který se při mazání mechanicky přivádí na pásku. To vám umožní použít generátor s mnohem nižším výkonem pro ovlivnění , nebo jej dokonce úplně opustit (pomocí ovlivnění DC). Hladina šumu při mazání konstantním magnetickým polem je vyšší než při mazání vysokofrekvenčním střídavým magnetickým polem, ale to není kritické pro záznamy nízké kvality.

Oboustranné hlavy

U nejdražších magnetofonů k tomu slouží dvě samostatné hlavy GV / GU. Specializované hlavy pro funkci "reverse" (pro kazetové magnetofóny) mohou být dvou typů:

Lze použít i neobvyklý GU / GV snížené výšky a magnetofon má speciální mechanismus pro výškové posunování.

Blok rotačních hlav

Pro implementaci křížového a šikmého záznamu používaného ve videorekordérech a zařízeních pro záznam digitálních dat ( streamery , kazety DAT atd.) je jedna nebo více hlav namontováno na rotující buben, který se nazývá jednotka rotující hlavy ( RHU ). Frekvence a fáze otáčení BVG musí být udržovány konstantní pomocí automatického řídicího systému. Lineární rychlost hlav vůči pásku je jednotek m/s, což umožňuje zaznamenávat signály s frekvencí řádově jednotek MHz. Tato metoda záznamu umožňuje zvýšit hustotu záznamu. Signál z hlav je odebírán bezkontaktně pomocí rotačního transformátoru , jehož jedno vinutí s polovinou magnetického obvodu je umístěno na bubnu, druhé na pevné základně BVG.

V oblasti výpočetní techniky a počítačů

Diskové hlavy

Diskovými jednotkami v tomto případě rozumíme mechaniky používané jako úložná zařízení především v počítačích a podobných výpočetních systémech, jako je pevný disk , zařízení pro čtení/zápis dat na magnetické diskety .

Konstrukce hlav diskových jednotek závisí na metodě záznamu.

Hlavy moderních pevných disků pracují bez kontaktu s povrchem disku a díky aerodynamickým silám jsou drženy na krátkou vzdálenost. Během provozu se vřeteno pevného disku otáčí rychlostí několika tisíc otáček za minutu (od 3600 do 15 000). Při této rychlosti se v blízkosti povrchu talíře vytvoří silný proud vzduchu, který zvedne hlavy a nechá je vznášet se nad povrchem talíře. Tvar hlav je vypočítán tak, aby byla zajištěna optimální vzdálenost od vložky během provozu. Dokud kotouče nezrychlí na rychlost potřebnou pro „sundání“ hlav, parkovací zařízení podrží hlavice v parkovací zóně . Tím se zabrání poškození hlav a pracovní plochy vložek.

Polohovací zařízení hlavy

Polohovací zařízení hlavy ( Jarg.  Actuator ) je solenoidový motor s nízkou setrvačností [7] . Skládá se z pevného páru silných neodymových permanentních magnetů a také z cívky (solenoidu) na pohyblivém držáku hlavového bloku . Head block - balíček držáků (páček) vyrobených ze slitin na bázi hliníku, kombinující nízkou hmotnost a vysokou tuhost (většinou pár pro každý disk). Na jednom konci jsou upevněny na ose poblíž okraje disku. Na druhých koncích (nad disky) jsou upevněny hlavy.

Motor spolu se systémem pro čtení a zpracování servoinformací zaznamenaných na disku a řadičem (řadič VCM) tvoří servopohon . [8] [9]

Systém polohování hlavy může být také dual-drive. V tomto případě hlavní elektromagnetický pohon pohybuje blokem s obvyklou přesností a přídavný piezoelektrický mechanismus spojuje hlavy s magnetickou dráhou se zvýšenou přesností [10] .

Páskové hlavy

Viz také

Poznámky

  1. ↑ Konstrukčně se GZ a GV liší šířkou pracovní mezery, indukčností, magnetickými vlastnostmi (materiálem) jádra.
  2. ↑ Platí pro nahrávání i přehrávání. Poskytuje o něco horší parametry než dvojice GV - GZ.
  3. ↑ Rozhlasový časopis, 1982, č. 3, s. 39 - 40.
  4. ↑ Rozhlasový časopis, 1982, č. 3, s. 39
  5. ↑ Vypočítáno jako vzdálenost, kterou má nosič čas urazit za dobu rovnající se periodě zaznamenaného signálu.
  6. ↑ Rozhlasový časopis, 1982, č. 5, s. 34
  7. ↑ Demontáž s pevným diskem (zabýváme se podstatou pevných disků), díly 1-3 / Publikace / hi-Tech . Získáno 25. 5. 2016. Archivováno z originálu 8. 7. 2014.
  8. ↑ Jednotka pevného disku: Mechatronika a řízení – CRC Press, 2006, ISBN 9780849372537  – Kapitola 2 „Servomechanismus polohování hlavy“
  9. ↑ Pevný disk a polohovací systém (nepřístupný odkaz) . Získáno 25. 5. 2016. Archivováno z originálu 4. 3. 2016. 
  10. ↑ Computex 2013: WD představuje nejtenčí 1TB HDD . Získáno 25. 5. 2016. Archivováno z originálu 23. 8. 2016.

Odkazy

Literatura