Tài liệu Chương II: NGUYÊN LÝ GHI PHÁT ÂM pdf

Bài giảng thiết bị đầu cuối viễn thông Th.S Trần Viết Thắng, chủ biên; Ths. Võ Đình Tùng 21 Chương II NGUYÊN LÝ GHI PHÁT ÂM I. NGUYÊN LÝ GHI ÂM TỪ TÍNH Nguyên lý ghi âm từ tính dựa vào chất từ dư của sắt từ. Khi từ hóa chất sắt từ bằng từ trường ngoài, khi lấy sắt từ ra khỏi từ trường ngoài thì chất sắt từ vẫn còn bị từ hóa và trở thành nam châm • Mô tả hiện tượng từ hóa: F B J JG : Từ tính trong chất sắt từ 0 B J JG : từ rường ngòai Đặt 1 miếng sắt từ chưa bị từ hóa vào từ trường ngoài có cường độ 0 B JJG . Cho 0 B JJG tăng dần và khảo sát hiện tượng từ hóa chất sắt từ. Ta thấy khi tăng 0 B JJG thì từ tính của chất sắt từ cũng tăng lên. Tiếp tục tăng 0 B J JG thì từ tính của chất sắt từ sẽ đạt trạng thái bảo hòa từ, lúc này ta giảm dần 0 B J JG thì từ tính trong chất sắt từ cũng giảm theo, nhưng quá trình này diễn ra chậm hơn, đến khi từ trường ngoài giảm về ∅ thì từ tính trên chất sắt từ vẫn còn. Tiếp theo ta đổi chiều và tăng dần 0 B J JG thì từ tính của chất sắt từ giảm nhanh về ∅ . Khi từ trường ngoài đạt giá trị B 0k . B 0k được gọi là lực khử từ. Lúc này, nếu tiếp tục tăng từ trường ngoài thì chất sắt từ sẽ bị từ hóa theo hướng ngược lại và cũng đạt đến giá trị bảo hòa từ ở hướng này . Nếu ta đổi chiều từ trường và tăng dần từ trường đến một giá trị nhất định thì từ trường trong chất sắt từ sẽ đạt đến trạng thái bảo hòa mới, và như vậy kết quả của khảo sát cho ta một đường cong khép kín mô tả trạng thái nhiễm từ của chất sắt từ. B 0k -B 0k B d B h -B hd -B h Hình 2.1 Quá trình từ hóa 0 B J JG F B JJG Bài giảng thiết bị đầu cuối viễn thông Th.S Trần Viết Thắng, chủ biên; Ths. Võ Đình Tùng 22 Người ta chứng minh được rằng: đới với chất sắt từ, không cần từ hóa đến trạng thái bảo hòa thì vẫn xuất hiện hiện tượng từ dư. Tuy nhiên, tùy theo cường độ từ trường ngoài thế nào mà ta sẽ có biên độ từ dư trên sắt từ tương ứng. Và trong thực tế, băng từ ( băng hộp cassette ) được chế tạo dựa trên nguyên lý xuất hiện hiện tượng từ dư trong chất sắt từ. II.BĂNG TỪ ( Băng hộp Cassette ). Kích thước băng và hộp băng được qui định lần đầu tiên bởi hãng Phillips và sau đó được cải tiến và trở thành tiêu chuẩn quốc tế ISO. Cấu tạo của băng từ gồm một đế polyester, trên đó là một lớp keo bột từ. Các hạt từ có kích thước khoảng 1 µ m. Đế băng phải chịu được độ uốn cong thích hợp và chịu đựng được một lực treo ứng với trọng lượng không nhỏ hơn 2,5 KG. Mặt băng phải phẳng, và có độ ổn định ghi/ phát với độ ẩm và nhiệt. Người ta chia băng từ ra làm 3 loại: C-60, C-90, C-120 với các thông số kỹ thuật sau: Chỉ tiêu Đơn vị C-60 C-90 C-120 Độ dày băng Độ dày lớp bột từ Độ từ dư Lực kháng từ µ m. µ m. Gauss Oersted 18 6 1200 300 12 4 1300 330 8 2 1300 350 0 B J JG F B J JG Bài giảng thiết bị đầu cuối viễn thông Th.S Trần Viết Thắng, chủ biên; Ths. Võ Đình Tùng 23 Thời gian thu/phát 60 second 60 90 120 Băng từ có thể ghi/ phát ở mặt A và mặt B, mỗi mặt là một nữa của độ rộng băng từ. Độ rộng toàn thể của băng từ là 3,81mm, được chia làm 2 phần: Tùy theo tín hiệu ghi là mono hay stereo mà mỗi mặt lại được chia thành những phần khác nhau: Tốc độ di chuyển của băng từ là 4,76 cm/s Dựa trên vật liệu chế tạo bột từ mà người ta chia băng từ thành những loại sau: • Băng thường ( Normal ): bột từ là ôxit sắt từ ( Fe 2 O 3 ), đây là loại băng từ ra đời đầu tiên, có độ nhạy cao nên từ trường ghi không cần lớn, tần số tín hiệu ghi có thể đạt đến 15KHz. Tuy nhiên loại băng này có độ ổn định kém. • Băng ôxit crôm ( CrO 2 ): bột từ làm bằng ôxit Crôm, có độ nhạy trung bình nên cần từ trường ghi khá mạnh, có đáp tuyến tần số rộng, ghi tốt ở tín hiệu có tần số cao, nhưng kém hơn băng Normal ghi tín hiệu ghi có tần số thấp. Độ ổn định tốt, hệ số méo nhỏ. • Băng Metal: lớp bột từ là ion sắt thuần, so với các loại băng trên, chất lượng băng Metal cao hơn rất nhiều, ít tạp âm, độ méo thấp, độ nhạy cao và dải thông rộng, do đó giá thành của băng này cũng rất cao. Nhược điểm : do bột từ làm bằng ion sắt nên băng cứng và nhám nên mau mòn đầu đọc. Mặt B Mặt A 0.8mm Hình 2.2 cấu tạo băng từ Hình 2.3 cấu tạo các lọai băng từ Mặt B Mặt A 0.8mm 0.005mm Mono 0.3mm R L L Stereo R Bài giảng thiết bị đầu cuối viễn thông Th.S Trần Viết Thắng, chủ biên; Ths. Võ Đình Tùng 24 III.ĐẦU TỪ Là thiết bị biến đổi điện từ, khi máy thực hiện chức năng ghi, đầu từ đóng vai trò là một nam châm điện, khi máy thực hiện chức năng phát, đầu từ đóng vai trò là cuộn cảm. Cấu tạo của đầu từ : Là một cuộn dây được quấn trên một lõi sắt từ mềm, lõi sắt từ gần như khép kín, chỉ chừa một khe rất nhỏ, nơi vùng từ tiếp xúc với băng từ và được gọi là khe từ. Khe từ là cửa thoát từ khi ghi và thu nhận đường sức cảm ứng từ vào nòng từ khi phát. Khe từ phải thật hẹp, khoảng 1 đến 1,6 µ m để làm việc được với tín hiệu có tần số cao. Tất cả được đặt trong vỏ bọc kim loại. Ký hiệu Trong đầu từ, cuộn dây được quấn đồng đều hai bên lõi sắt từ sao cho tạo ra đường sức cảm ứng cùng chiều trên mặt từ. Để tránh dòng điện Faucault, lõi sắt từ gồm nhiều lá sắt mỏng ghép lại và được đặt trong vỏ bọc kim loại để ngăn nhiễu. Vỏ bọc phải đảm bảo chống được sự mài mòn, do đó thường được làm bằng hợp kim. Để tăng từ trường tiêu thụ và tránh bụi, khe từ thường được đóng bằng các vật liệu nghịch từ như : Cu, Ag… Dựa vào chức năng của đầu từ, ta có thể phân làm 3 loại sau: 1. Đầu ghi 2. Đầu đọc 3. Đầu xóa : thường có khe từ rộng từ 0,1 →1mm. Trong hầu hết các máy cassette, đầu ghi / đọc thường dùng chung. Khi đầu từ mòn thì chức năng phát vẫn tốt, nhưng chức năng ghi lại kém chất lượng. Cuộn dây Lỗi sắt Khe từ Đầu thu/phát Đầu xóa Cuộn dây Lỗi sắt Khe từ Đầu thu/phát Đầu xóa Hình 2.4 Cấu tạo đầu từ Bài giảng thiết bị đầu cuối viễn thông Th.S Trần Viết Thắng, chủ biên; Ths. Võ Đình Tùng 25 Dựa vào số mạch từ và số cuộn dây trong vỏ bọc kim loại ta chia đầu từ thành các loại sau: 1. Đầu từ mono: 2. Đầu từ Stereo, hai khe từ, 4 dây ra 3. Đầu Stereo đảo chiều tự động ( Auto reverse ): có 4 khe từ và 8 dây ra, có đế quay được 180 0 theo chiều trên băng. Kí hiệu Đầu ra 1 2 Mặt trước Mặt sau Khe từ Hình 2.5 Đầu tư mono 1 2 3 4 Mặt trước Mặt sau Khe từ Đầu ra Hình 2.6 Đầu tư stereo Mặt trước Mặt sau Đầu ra Hình 2.7 Đầu tư stereo đảo chiều tự động Bài giảng thiết bị đầu cuối viễn thông Th.S Trần Viết Thắng, chủ biên; Ths. Võ Đình Tùng 26 1 2 Sw1 SPEAKER 1 2 Sw1 1 2 1 2 Sw1 Sw1 IV. NGUYỆN LÝ GHI VÀ ĐỌC TỪ TÍNH 1. Băng từ chưa ghi : Các nam châm nguyên tố trên lớp từ tính sắp xếp hỗn lọan theo mọi hướng nên từ trường tổng hợp bằng 0. 2. Nguyên lý ghi : Đầu từ được đặt cố định, cho băng từ chạy qua với vận tốc V JG sao cho băng từ ép sát vào đầu từ tại vị trí khe từ. Cho dòng điện âm tần chạy qua cuộn dây đầu từ, từ trường sinh ra trong lõi sắt từ biến thiên theo qui luật biến đổi của dòng điện âm tần. Từ trường tiêu thụ thóat ra từ khe từ sẽ từ hóa lớp từ tính trên mặt băng. Mức độ mạnh yếu của từ trường phát ra tại khe từ được đo bằng cường độ từ trường H. H = Kµi Trong đó : K: hệ số, phụ thuộc vào số vòng dây trong đầu từ và độ dài cuộn dây. µ : độ từ thẩm của lõi sắt từ Chiều băng di chuyển Bài giảng thiết bị đầu cuối viễn thông Th.S Trần Viết Thắng, chủ biên; Ths. Võ Đình Tùng 27 i: dòng điện âm tần chạy qua cuộn dây đầu từ Nếu i là một tín hiệu hình sin: sin 2 m iI ft π = thì dạng của tín hiệu trên băng như sau: Các vết ghi trên băng từ tương đương với những nam châm nhỏ sắp xếp đảo chiều nhau liên tục trên băng từ. Độ dài bước sóng tín hiệu ghi trên băng được xác định theo công thức: v f λ = v G : vận tốc di chuyển của băng f : tần số tín hiệu ghi Để tín hiệu ghi tốt trên băng thì độ rộng của khe từ tối thiểu phải bằng nửa bước sóng 2 d λ = Nếu khe từ có độ rộng lớn thì tín hiệu ghi sẽ bị trùng lập trên mặt băng. Ví dụ: 10 f KHz= → 11 22 v dvT f == V. Nguyên lý xóa băng từ: V.1 Xóa bằng nam châm vĩnh cữu: V.2 Xóa bằng đầu từ xóa: i B Hình 2.8 Tín hiệu ghi trên băng từ Bài giảng thiết bị đầu cuối viễn thông Th.S Trần Viết Thắng, chủ biên; Ths. Võ Đình Tùng 28 VI.MẠCH TIỀN KHUẾCH ĐẠI Có 2 nhiệm vụ chính: • Khuếch đại tín hiệu rất nhỏ đến mức đủ lớn để đưa vào tần điều chỉnh âm sắc hoặc tần khuếch đại công suất. • Sửa lại đặc tuyến tần số cho đầu phát Với đầu từ, tín hiệu ra có biên độ rất nhỏ phụ thuộc vào tần số của tín hiệu ghi và thường không vượt quá 150mv. Do đó để hòan thành 2 nhiệm vụ trên là rất khó khăn, khó khăn thứ nhất là làm suy giảm tạp âm ngay từ tầng khuếch đại đầu với hệ số khuếch đại rất lớn, thứ hai là hiệu chỉnh độ khuếch đại đồng đều trên một dải tần làm việc rộng. Đồng thời yêu cầu về độ méo phi tuyến cũng phải nhỏ, cụ thể là không được vượt quá 1,5%; với hệ thống HIFI yêu cầu này là ≤ 0,06% 1. Tạp âm trong bộ khuếch đại nhiều tầng Khi có nhiều bộ khuếch đại ghép nối tiếp thì mức tạp âm của cả bộ khuếch đại được quyết định chủ yếu bởi tầng đầu. S NV : nguồn nhiễu từ tín hiệu ngõ vào S NX1 : nguồn nhiễu từ bên ngoài thâm nhập vào tầng khuếch đại 1 S NX2 : nguồn nhiễu bên ngoài thâm nhập vào tầng khuếch đại 2 Gọi: S N01 : Tín hiệu nhiễu ở ngõ ra tầng khuếch đại 1 S N02 : Tín hiệu nhiễu ở ngõ ra tầng khuếch đại 2 Ta có: ( ) 01 1 1NNVNXp SSSK=+ ( ) 02 01 2 2NNNXp SSSK=+ Kp1 Kp2 S NV S NX1 S NX2 Bài giảng thiết bị đầu cuối viễn thông Th.S Trần Viết Thắng, chủ biên; Ths. Võ Đình Tùng 29 ⇒ ( ) 02 1 1 2 2NNVNXpNXp SSSKSK  =+ +  ( ) 112 22 NV NX p p NX p SSKKSK  =+ +  Ta thấy : thành phần thứ nhất là tạp âm xuất hiện ở ngõ vào tầng khuếch đại 1 gây ra. Thành phần thứ 2 là tạp âm do xuất hiện ở ngõ vào tầng 2 gây ra. Nếu chọn 12 p pp K KK==thì tạp âm tầng đầu gấp p K lần tạp âm ở tầng sau. Như vậy: tạp âm chủ yếu do tầng đầu quyết định. 2. Tạp âm riêng trong cuộn dây đầu từ Do tác dụng nhiệt lên cuộn dây làm cho các điện tử chuyển động gây nên tạp âm. Sức điện động của tạp âm đầu từ được tính bằng 1, 3 . n eRf=∆ n e : Sức điện động tạp âm hiệu dụng ( µ ν ) R : Trở kháng của cuộn dây (KΩ) f ∆ : Dải tần làm việc, tính bằng KHz Ta thấy: tạp âm tăng theo căn bậc 2 của trở kháng cuộn dây và dải tầng làm việc. Qua nghiên cứu về tạp âm, ta thấy tạp âm do nhiều nguyên nhân sinh ra và vấn đề quan trọng đối với 1 tầng khuếch đại là nâng cao tỉ số S N . Đối với nhiễu từ bên ngoài, ta có thể bố trí tầng khuếch đại đầu ở vị trí thích hợp như: tránh xa nguồn điện, mạch dao động và dùng vỏ bọc kim loại để chống nhiễu. Đối với tạp âm nội bộ ta có thể chọn loại transistor với hệ số tạp âm nhỏ, chấp nhận giảm hệ số khuếch đại ở tầng đầu, trong trường hợp cần thiết ta sẽ tăng hệ số khuếch đại ở tầng sau. Một số transistor có hệ số tạp âm nhỏ: 2CC2240 (BL), 25C2458GR, 25C1642GR, BC109, BC107, BCY51R, SE4010, 25C26314,… 3. Tín hiệu lấy ra từ đầu từ: Khi băng dịch chuyển qua đầu từ, từ thông Φ do các vết từ tạo ra gửi qua khe từ: d en dt φ =− Nếu tín hiệu hình sin thì sức điện động trên 2 đầu cuộn dây đầu từ được xác định: 2enf π φ =− Bài giảng thiết bị đầu cuối viễn thông Th.S Trần Viết Thắng, chủ biên; Ths. Võ Đình Tùng 30 f : tần số tín hiệu n : số cuộn dây của đầu từ φ : từ thông, phụ thuộc tiết diện của lõi sắt. Ngoài ra, trong thực tế để đặc trưng cho sự tiêu hao trên mạch từ và khe từ, người ta đưa tỉ số suy giảm tín hiệu sin d S d π λ π λ = d : độ rộng khe từ λ : độ dài sóng . v vT f λ == v : tốc độ di chuyển của băng = 4,76 cm/s Như vậy: 2.enfS π φ =− Ta thấy: ở tần số thấp và trung bình λ đủ lớn, do đó 0 d X π → sin 0 lim lim 1 0 S⇒= = Khi tần số đủ cao: d π λ →∞ sin lim lim 0S ∞ ⇒= = ∞ làm cho tín hiệu ra ở cuộn dây qua cuộn dây đầu từ suy giảm nhanh chóng. Để tăng tín hiệu trên cuộn dây đầu từ ta có thể tăng n , tuy nhiên khi tăng n thì dẫn đến L tăng → tăng nhiễu ( thực tế người ta khống chế giá trị này ≤ (1,6-1,6mH ), hoặc tăng φ bằng cách tăng tiết diện lõi sắt. Tuy nhiên tiết diện lõi sắt bị giới hạn bởi độ rộng khe từ và độ rộng track ghi. Do đó để tăng e ta phải phối hợp nhiều yếu tố kỹ thuật trong đầu từ. 4. Mạch khuếch đại đầu từ dùng transistor [...]... điều chỉnh âm sắc dùng OP-Amp: Th.S Trần Viết Thắng, chủ biên; Ths Võ Đình Tùng Bài giảng thiết bị đầu cuối viễn thông 46 X MẠCH GIẢM TẠP ÂM DOLBY Ray Dolby ( một Bác sĩ người Mỹ ) trong quá trình nghiên cứu điện sinh học đã đề ra lý thuyết lọc tạp âm được áp dụng trong ngành y Các nhà điện tử đã ứng dụng lý thuyết này vào lĩnh vực âm thanh và đặt tên là DOLBY Nguyên lý lọc tạp âm DOLBY: khi ghi tín hiệu... hiệu ghi do đó, ta phải tăng cường biên độ tín hiệu ghi Dạng cơ bản của một mạch khuếch đại ghi: VCC R1 C R3 R5 L1 Mạch khuếch đại ghi OSC sieu âm C2 R2 C3 R4 Hình 2.16 Mạch khuếch đại ghi Th.S Trần Viết Thắng, chủ biên; Ths Võ Đình Tùng 40 Bài giảng thiết bị đầu cuối viễn thông R5 C2 là bộ ổn định trở kháng cho tải ở đầu ra, L1 C3 là khung cộng hưởng LC để trộn tín hiệu ghi với tín hiệu siêu âm 2... đại Micro 2 trasistor, mach 2 IX MẠCH ĐIỀU CHỈNH ÂM SẮC Âm sắc là sắc thái âm thanh phát từ nhiều nguồn khác nhau, nó được quyết định bởi số lượng và công suất của họa âm, việc hiệu chỉnh âm sắc thực chất là sự Th.S Trần Viết Thắng, chủ biên; Ths Võ Đình Tùng 43 Bài giảng thiết bị đầu cuối viễn thông hiệu chỉnh tần số Trong thực tế, các nguồn âm thanh phát ra nằm trong các dải tần số sau: • Giọng nói:... làm việc được với phụ tải là cuộn cảm ( đầu ghi ) • Có mạch sửa đặc tuyến tần số trong mạch khuếch đại • Trộn tín hiệu ghi với tín hiệu siêu âm để từ hóa tín hiệu ghi trên băng từ Th.S Trần Viết Thắng, chủ biên; Ths Võ Đình Tùng 38 Bài giảng thiết bị đầu cuối viễn thông Tạp âm riêng của mạch khuếch đại ghi không quan trọng bằng mạch tín hiệu phát vì tín hiệu ghi luôn có biên độ lớn Mạch ra thường dùng... khuếch đại ghi là trở kháng của cuộn dây đầu từ, có ghi thay đổi theo tần số tín hiệu ghi Z = ω L Để duy trì dòng từ hóa một mức i nào đó thì điện áp ra ( biên độ tín hiệu ra ) của mạch khuếch đại ghi cũng thay đổi theo tần số, ta có: V0 = Z i = ω Li Như vậy cần phải sửa đặc tuyến cho mạch khuếch đại ghi Trở kháng Z ở tần số thấp sẽ gây méo phi tuyến Để ổn định trở kháng trong cả dải tần tín hiệu ghi, người... với hồi tiếp âm điện áp và dòng điện thường dùng thường dùng trong các máy cassette công suất nhỏ, chất lượng thấp Thông thường mạch khuếch đại đầu từ dùng từ 2 tầng khuếch đại trở lên, liên lạc thẳng, nhờ đó có thể dùng hồi tiếp âm để sửa đặc tuyến tần số Để giảm tạp âm, người ta có thể dùng tầng khuếch đại cascade a) Mạch khuếch đại đầu từ kiểu cascade VCC Vout Vin Hình 2.9 Sơ đồ nguyên lý mạch khuếch... Dolby B chỉ có tác dụng ở tần số cao ( trên vài KHz ) và được dùng trong các máy ghi âm thông thường Hiện nay có thêm hệ thống Dolby C, được kết hợp giữa Dolby A và Dolby B a Hệ thống Dolby A : Kênh điều khiển In Kênh chính Kênh điều khiển Out In a) khi ghi Kênh chính Out b) khi phát Hình 2.24 Hệ thống Dolby A Trong quá trình ghi, tín hiệu trong kênh chính được cộng với tín hiệu trong kênh điều khiển Kênh... giảm tạp âm Ở chế độ AC, các tụ này xem như ngắn mạch, Ri ≈ 100Ω, R f = 4k 7 + 100k Z C Ở tần số thấp, Z c lớn ⇒ R f ≈ 100k ⇒ AV = 1 + Rf Ri ≈ 1000 lần Ở tần số cao Z C nhỏ ⇒ R f giảm ≈ Z C ⇒ AV = 1 + ZC ⇒ Độ khuếch đại của Ri mạch giảm đáng kể để sửa đáp tuyến tần số VII.MẠCH KHUẾCH ĐẠI GHI 1 Nhiệm vụ và tính chất cơ bản Nhiệm vụ chủ yếu của tầng khuếch đại ghi là sửa méo đặc tuyến đầu ghi và cung... trung gian đó là tầng điều chỉnh âm sắc trước khi đưa đến mạch khuếch đại công suất Volumn Tien KD Dieu chinh am sac KDCS SPEAKER Hình 2.22 vị trí mạch điều chỉnh âm sắc trong cassette Tầng điều chỉnh âm sắc có nhiệm vụ cho qua các thành phần tín hiệu có tần số mong muốn và giảm thiểu các thành phần tín hiệu có tần số khác tùy theo ý thích của người nghe 1 Mạch điều chỉnh âm sắc đơn giản: Xuất hiện trong... yếu lên, nhất là ở vùng tần số cao Khi phát người ta giảm tạp âm bằng cách Th.S Trần Viết Thắng, chủ biên; Ths Võ Đình Tùng 47 Bài giảng thiết bị đầu cuối viễn thông giảm độ khuếch đại của mạch ( chủ yếu là ở tần số cao ) để lấy lại dạng đặc tuyến ban đầu 1 Hệ thống giảm nhiễu DOLBY – NR ( Noise reduction ) Mạch Dolby thực chất là mạch nén và dẫn dải động dựa trên nguyên tắc khống chế mức tín hiệu Hệ . Thắng, chủ biên; Ths. Võ Đình Tùng 21 Chương II NGUYÊN LÝ GHI PHÁT ÂM I. NGUYÊN LÝ GHI ÂM TỪ TÍNH Nguyên lý ghi âm từ tính dựa vào chất từ dư của sắt. 26 1 2 Sw1 SPEAKER 1 2 Sw1 1 2 1 2 Sw1 Sw1 IV. NGUYỆN LÝ GHI VÀ ĐỌC TỪ TÍNH 1. Băng từ chưa ghi : Các nam châm nguyên tố trên lớp từ tính sắp xếp hỗn lọan theo