III. NGUYÊN TẮC GHI-PHÁT-XÓA:
3. Bộ khuếch đại phát và nguyên lý phát:
Khuếch đại làm
phẳng biên tần Khuếch đại công suất
Chỉ thị mức ghi Dao động để phân cực đầu ghi (ALC) Erase / Head Reccod /Head
a. Nhiệm vụ và tính năng cơ bản: Tăng âm phát có 2 nhiệm vụ chính:
- Khuếch đại tín hiệu rất nhỏ được cảm ứng trên đầu từ trên đầu từ đến mức đủ lớn cho việc kiểm tra, để nghe hoặc đưa đến đầu vào tầng khuếch đại công suất ra loa.
- Sửa lại đặc tuyến cho đầu phát.
Hòan thành được hai nhiệm vụ rất khó và cần có mạch đặc biệt trong tầng khuếch đại này. Sức điện động cảm ứng ở vùng tần số của đầu từ rất nhỏ, ngay với đầu từ có trở kháng cao, sức điện động cảm ứng cũng không quá 100 150V. Như vậy điều khó khăn nhất là làm suy giảm tạp âm ngay ở tăng âm phát.
Mức hiệu chỉnh tần số ở tăng âm phát thông thường phải được nâng từ 20 25dB. Độ méo không đường thẳng do sóng hài cũng như méo tổng hợp ở tần số cao không vượt quá 0,5%. Đối với các máy đời mới, người ta còn dùng thêm bộ nén tạp âm Dolby, méo tổng hợp đạt tới 0,06%. Do vậy độ méo không đường thẳng ở tăng âm phát phải được khống chế chặt chẽ.
b. Đặc tính tần số và việc hiệu chỉnh tần số:
Việc bù méo tần số xảy ra trong quá trình ghi phát sẽ được phân bố giữa hai kênh ghi và phát. Để đảm bảo khả năng trao đổi chương trình giữa các máy ghi âm, đòi hỏi nghiêm ngặt tần số quy chuẩn của đường phát còn đặc tuyến tần số của đường ghi trong thực tế được chọn sao cho trên đường ghi phát có đặc tuyến bằng phẳng theo tiêu chuẩn tòan máy đã cho.
Đặc tuyến tần số của mỗi tầng khuếch đại rất khác nhau nên rất khó xác định đặc tuyến của đầu từ, bởi vậy người ta phải dùng khái niệm đầu từ lý tưởng để quy chuẩn hóa.
Khi ghi với dòng từ dư trên băng không đổi, suất điện động được cảm ứng trên đầu phát tỉ lệ thuận với tần số và đặc tính tần số lý tưởng sẽ có dạng đường thẳng.
Đường phát quy chuẩn bao gồm đặc tuyến tần số đầu phát lý tưởng và đặc tuyến tần số tăng âm phát lý tưởng ở các tốc độ kéo băng khác nhau.
Q = 140S (4,75 cm/s) = 70S (9,5 cm/s) = 35S (19cm/s) (38 và 76cm/s) (khz) k(dB) 30 20 10 0 0.1 1 10 f
K ở đây không phải là tỉ số Uout / Uin thông thường, mà Uin là sức điện động tác dụng lên cuộn dây đầu từ ghép điện cảm hoặc qua bộ phân áp đưa đến tầng khuếch đại phát. Nếu đầu phát thực tế có tần số không phù hợp với đầu phát lý tưởng thì có thể sửa đáp tuyến tần số của tăng âm phát để phù hợp với đặc tuyến quy chuẩn chung.
Chọn vật liệu làm lõi đầu từ sao cho tổn hao nhỏ nhất. Chọn đầu từ có đặc tính tần số gần như đầu từ lý tưởng và tăng âm phát có đặc tính đúng quy chuẩn sẽ cho ta kênh phát quy chuẩn. Nhờ đặc tuyến đường ghi băng phẳng sẽ cho điện áp đồng đều trong cả dải tần. Băng từ được ghi như vậy gọi là băng từ chuẩn.
Nhờ băng đo chuẩn ta có thể so sánh sự khác biệt giữa tăng âm thực tế với tăng âm quy chuẩn để hiệu chuẩn tần số cho thích hợp.
* Các mạch hiệu chỉnh: Có các lọai sau:
- Mạch hiệu chỉnh kiểu phân áp. - Mạch hiệu chỉnh kiểu phản hồi.
Mạch hiệu chỉnh kiểu phân áp:
Hình 20: Đặc tính tần số của tăng âm phát có mạch hiệu chỉnh
Tín hiệu sau khi được đưa đến cực base của Q1, điện áp tín hiệu lấy trên điện trở R3 của Q1 qua cầu phân áp R5, C3, C4, L1,R6, R7 đến cực base của Q2. Mạch vòng L1C3 được hiệu chỉnh ở tần số cao của dải tần. R6 dùng để hiệu chỉnh đặc tuyến tần số cao. Để cho mạch được làm việc bình thường thì cần phải thỏa mãn điều kiện Rin >> p với p là trở kháng đặc tính của mạch vòng L1C5, p có gía trị
C L
p còn Rin là trở kháng đặc tính của Q2. Để nâng cao trở kháng vào của Q2 thì cần phải dùng phản hồi nối tiếp bằng cách thêm vào điện trở R10 ở cực Emiter của Q2, hoặc Q2 mắc thêm kiểu collector chung.
Khuyết điểm chính của mạch này là không nâng được đặc tính tần số lên quá 20dB ở vùng tần số thấp bởi vì mạch Q2. Mặt khác, vì tín hiệu bị giảm nhiều trên cầu phân áp do đó phải tăng hệ số khuếch đại Q1 mà tín hiệu đặt vào base Q2 vẫn còn nhỏ. Như vậy tạp âm ở tần số này do có tạp âm riêng của Q1 cộng với tạp âm riêng của Q2.
Đối với các máy ghi âm có nhiều tốc độ thì mạch hiệu chỉnh tần số ở từng tốc độ sẽ đấu qua rơle hay các galet.
Hiệu chỉnh lớn nhất k 0 f Hiệu chỉnh nhỏ nhất Q1 Q2
Mạch hiệu chỉnh tần số tăng âm phát có 3 tốc độ.
Mạch hiệu chỉnh phản hồi song song.
Mạch hiệu chỉnh lọai này, các phần tử R4, C2, L1, R1, C3 dùng để hiệu chỉnh tần số. Khi tần số tăng thì trở kháng fC Xc 2 1
giảm làm tăng mức phản hồi âm, kéo theo giảm hệ số khuếch đại và dạng đặc tuyến đi xuống. Ở vùng tần số cộng hưởng của mạch vòng L1C3 lượng cộng hưởng giảm do cộng hưởng song song, nên đặc tuyến sẽ được nâng lên. Mức hiệu chỉnh sẽ phụ thuộc vào hệ số khuếch đại T1.
Mạch hiệu chỉnh kiểu phản hồi theo vòng xoay chiều và 1 chiều.
Mạch dùng 3 tầng khuếch đại mắc trực tiếp có phản hồi dòng một chiều và xoay chiều. Dòng một chiều phản hồi hạ trên phân áp R8 và R9 qua R9 đặt trên cực base T1 để ổn định điểm làm việc của T1 và T2. Điện áp phản hồi song song lấy trên tải R7 của T2 qua phân áp C5,R5, R3, L1, C2 đặt lên Emiter của T1 để tạo nên dạng đặc tuyến tần số mà bộ khuếch đại yêu cầu. Để đạt được hiệu suất phản hồi lớn, mạch ra T3 mắc theo colecter chung.
Ưu điểm của mạch nàylà đơn giản, không bị suy hao tần số thấp, hệ số khuếch đại dư lớn, dùng được với nguồn điện áp thấp và đặc tuyến tần số ít bị biến dạng khi thay đổi transistor vì có độ ổn định nhiệt cao.
c. Sơ đồ khối của máy Cassette dạng phát:
Giải thích sơ đồ khối:
Trên băng từ có các vết từ, do đó khi băng từ lướt đều qua khe hở của đầu từ phát (play/head, P/H) thì ở cuộn dây cuốn trên lõi từ sẽ phát ra điện áp tín hiệu (từ thông qua cuộn dây thay đổi sẽ làm phát sinh ra điện áp cảm ứng theo định luật Faraday). Tín hiệu ra có biên độ rất yếu nên cần được khuếch đại. Do tín hiệu lấy ra không đồng đều, tín hiệu thường có biên độ yếu ở tần số thấp và ở vùng tần số cao thì biên độ cũng rất cao, điều này gây ra cảm giác chói tai, để khắc phục được hiện tượng này, nhà thiết kế dùng tầng khuếch đại có đường hồi tiếp để làm phẳng đường cong biên tần (quen gọi là khuếch đại Equalizer hay Equalizer Amplifier). Mạch khuếch đại này thường có 2 transistor có đường hồi tiếp để chỉnh lại độ lợi theo tần số tín hiệu. Khi có tín hiệu vào ở vùng có tần số cao thì hệ số hồi tiếp lớn sẽ làm giảm độ lợi của tầng khuếch đại và khi tín hiệu vào ở vùng tần số
SP = Loa Khuếch đại làm phẳng biên tần Khuếch đại chọn đường cong biên tần Khuếch đại động lực Khuếch đại động lực Play/head Vol Ba ên g t ừ T1 T3 T2
thấp thì hệ số hồi tiếp giảm, mạch khuếch đại sẽ cho độ lợi lớn, tác động này bù được độ không phẳng của đường cong biên tần gây ra do đặc tính của đầu từ.
Sau đó tín hiệu được đưa vào tầng khuếch đại có nhiều nút chỉnh để cho người nghe tự điều chỉnh đường cong biên tần (quen gọi là Graphic Equal Amplifier). Mạch có thể tăng giảm được biên độ ở vùng tần số thấp số hẹp đã được qui định, do đó để phù hợp với cảm thụ của người nghe.
Sau cùng, tín hiệu vào vùng khuếch đại động lực (quen gọi là khuếch đại công suất, Power Amplifier). Tín hiệu được làm tăng công suất lên để làm rung màn loa, phát ra các chấn động âm lan truyền trong không gian. Ngòai ra, để chỉ thị cường độ âm lượng, nhà thiết kế thường dùng điện kế kim hay độ chớp của các Diode phát quang.
d. Nguyên lý phát:
Khi băng từ đã được ghi (từ hóa lớp từ tính bởi dòng âm tần cần ghi) đi qua khe từ, từ thông từ băng từ cảm ứng lên cuộn dây đầu phát sức điện động cảm ứng, điện áp tín hiệu này được khuếch đại nhiều lần và chuyển đến loa tái tạo âm thanh ban đầu.
Gỉa sử tín hiệu âm tần đã được ghi lên băng từ có dạng hình sin, băng từ qua khe từ có vận tốc không đổi thì từ thông qua đầu phát cũng biến đổi theo quy luật sin.
Ta có: = m . sint Nên: t E t m n dt d e .cos .cos
Trong đó n là số vòng dây quấn của dây ở đầu phát. Do vậy biên độ sức điện động âm tần là:
E = n.m.. = 2.fn. .m
Nghĩa là biên độ sức điện động âm tần có được tại đầu phát phụ thuộc vào tần số tín hiệu, tần số càng lớn thì biên độ sức điện động càng lớn. Tuy nhiên, do tổn hao ở tần số cao nên kết quả trên không đạt được và đây là vấn đề được nghiên cứu đặc biệt để đảm bảo chất lượng âm thanh cần có.
d.1.Tổn hao do độ rộng của khe từ đầu phát:
Như ta đã biết, quá trình phát dựa vào biến đổi từ thiên từ băng từ đi qua khe từ đầu phát sinh ra sức điện động tín hiệu.
Bước sóng ghi âm Bước sóng được xác định bởi:
f V
Hình vẽ cho ta thấy khi ghi âm nửa bước sóng (1/2 ) thì trên băng từ trường ghi tương đương với 1 nam châm cơ bản.
- Ở khu vực tần số thấp, bước sóng ghi âm khá dài và nếu bước sóng này rất lớn so với khoảng rộng khe hở từ thì lượng từ thông của băng từ phát hoàn toàn qua lõi của từ phát. Sức điện động cảm ứng lớn nhất (hình 21a).
- Nếu tín hiệu tần số tăng dần, bước sóng ghi âm giảm dần, lượng từ thông của băng tần vẫn còn qua lõi đầu từ, sức điện động cảm ứng lớn, chưa có tổn hao (hình 21b).
- Nếu tần số tiếp tục tăng thêm nữa, bước sóng ghi âm quá nhỏ, một phần từ thông bị điểm mạch không qua đầu từ, tổn hao càng lớn, sức điện động cảm ứng càng giảm (hình 14c).
Do vậy độ rộng khe từ gây tổn hao ở tần số cao, từ đó muốn mở rộng khả năng làm việc ở tần số cao thì độ rộng khe từ phải thật nhỏ.
Hình 21: Tổn hao do độ rộng khe đầu từ ở đầu phát
N S S N N S N S N S N S /2 /2 /2 (b) (c) (a)
d.2. Tổn hao do ép băng không chặt:
Nếu băng từ không ép chặt vào đầu từ, nghĩa là giữa băng và đầu từ có khoảng hở, khi đó:
- Ở tần số thấp, bước sóng ghi âm dài, đường sức từ phân bố dày, do đó từ thông đi vào đầu từ nhiều.
- Ở tần số cao, bước sóng ghi âm ngắn, đường sức từ chỉ phân bố gần bên mặt băng từ, do đó từ thông đi vào lõi từ ít.
Do vậy, kế họach băng từ thông được ép chặt vào đầu từ tần số càng cao càng tổn hao nhiều.