Устройство для регулирования скорости движения ленточного носителя информации Советский патент 1992 года по МПК G11B15/46 

со

С

Изобретение относится к приборостроению, может быть использовано для регулирования скорости движения ленточного носителя в устройствах магнитной записи, преимущественно в миниатюрных кассетных магнитофонах, и позволяет упростить

xl О

о

ю

IbSH

конструкцию и снизить электропотребление. Устройство содержит приемный и подающий подкатушечные узлы 1 и 2 для рулонов ленточного носителя магнитной записи, первый и второй таходатчики 5 и 6, первый и второй преобразователи 7 и 8 частота - напряжение, аналоговый делитель 9 напряжений, дифференциальный усилитель 10, операционный усилитель 12, резистор 24. переменный резистор 11, электродвигатель

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано для регулирования скорости движения ленточного носителя информации в устройствах магнитной записи.

Большинство магнитофонов имеют лентопротяжные механизмы (ЛПМ), в которых перемещение магнитной ленты перед магнитными головками с постоянной линейной скоростью обеспечивается с помощью тон- вала, связанного с электродвигателем.

Такие ЛПМ сложны по конструкции, имеют большие габаритные размеры и вес.

Известен ЛПМ для магнитофона без тонвала, содержащий два электромотора: приемный, связанный с приемным узлом для магнитной ленты, и подающий, связанный с подающим узлом и подключенный к функциональному генератору.

В этом известном устройстве необходимо иметь два электромотора, причем приемный с определенной механической характеристикой. Это затрудняет его реализацию для миниатюрных кассетных магнитофонов, так как увеличивает энергопотребление и массога- баритные показатели.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для регулирования скорости движения ленточного носителя, содержащее подающий подкатушечный узел для рулона ленточного носителя, дифференциальный усилитель, переменный резистор и операционный усилитель, подключенный к электродвигателю, вал которого связан с приемным подкату- шечным узлом для рулона ленточного носителя.

Это устройство не имеет тонвала и второго дополнительного электродвигателя, что улучшает его массо-габаритные показатели. Однако оно имеет сравнительно сложную конструкцию, которуюособеннотрудно реализовать для миниатюрных кассетных магнитофонов, и.большое электропотребление.

13, редуктор 14, первый и второй транзисторы 22 и 23. а также резистивные делители 15-21 напряжения, соединенные соответствующим образом, Новым в устройстве является введение первого и второго таходатчиков, первого и второго преобразователей частота-напряжение, аналогового делителя напряжений, первого и второго транзисторов, резистивных делителей напряжения. 3 ил.

Цель изобретения - упрощение конструкции и снижение электропотребления.

Указанная цель достигается тем, что в устройство для регулирования скорости

движения ленточного носителя информации, содержащее подающий подкатушечный узел для рулона ленточного носителя, дифференциальный усилитель, переменный резистор, операционный усилитель, подключенный к электродвигателю, вал которого связан с приемным подкатушечным узлом для рулона ленточного носителя, введены первый и второй таходатчики, связанные соответственно с приемным и подающим подкатушечными узлами, первый и второй преобразователи частота-напряжение, аналоговый делитель напряжений, первый и второй транзисторы, резистивные делители

напряжения, а также источник постоянного напряжения и общая шина, причем первый таходатчик через первый преобразователь частота-напряжение соединен с одним входом аналогового делителя напряжений и инвертирующим входом операционного усилителя, второй таходатчик через второй преобразователь частота-напряжение соединен с другим входом аналогового делителя напряжений, выход которого соединен с

первыми вывод-ами-первого и второго резистивных делителей напряжения, вторые выводы которых соединены с общей шиной, третий, четвертый и пятый резистивные делители напряжения соединены параллельно и

между инвертирующими и неинвертирующими входами дифференциального усилителя, выход которого через переменный резистор соединен с неинвертирующим входом операционного усилителя, шестой

резистивный делитель напряжения соединен между собой источником постоянного напряжения и общей шиной, а средний вывод его соединен с неинвертирующим входом дифференциального усилителя, база

первого транзистора соединена со средним выводом первого резистивного делителя напряжения, а эмиттер - со средним выводом третьего резистивного делителя напряжения, база второго транзистора соединена со средним выводом второго резистивного де- лителя напряжения, эмиттер - со средним аыводом четвертого резистивного делителя напряжения, а коллектор - с источником постоянного напряжения и коллектором первого транзистора, средний вывод пятого резистивного делителя напряжения соединен с выходом аналогового делителя напряжений.

На фиг. 1 приведена структурная схема устройства; на фиг. 2 - кривые зависимостей частоты вращения подкатушечных узлов и выходного напряжения аналогового делителя от длины ленты в рулоне; на фиг. 3 - амплитудно-передаточная характеристика дифференциального усилителя с подклю- ченными двумя транзисторами и шестью резистивными делителями напряжения.

Устройство содержит приемный и подающий лодкатушечные узлы 1 и 2 для рулонов 3 и 4 ленточного носителя магнитной записи, первый и второй таходатчики 5 и 6, связанные соответственно с валами приемного и подающего подкатушечных узлов 1 и 2, первый и второй преобразователи 7 и 8 частота-напряжение, аналоговый делитель 9 напряжений, дифференциальный усилитель 10 с подключенным на выходе переменным резистором 11, операционный усилитель 12, подключенный неинвертирующим входом к подвижному контакту пере- менного резистора 11. а выходом - к электродвигателю 13. еал которого связан с приемным подкатушечным узлом 1 через редуктор 14, первый 15, второй 16, третий 17, четвертый 18, пятый 19, шестой 20 и седьмой21 резистивные делители напряжения, первый 22 и второй 23 транзисторы и резистор 24. При этом первый таходатчик 5 через первый преобразователь 7 соединен с одним входом аналогового делителя 9 на- пряжений и инвертирующим входом операционного усилителя, второй таходатчик 6 через второй преобразователь 8 соединен с другим входом аналогового делителя 9 напряжений, выход которого соединен с пер- выми выводами первого 15 и второго 16 резистивных делителей напряжения, вторые в.ыводы которых соединены с общей шиной.

Третий 17. четвертый 18 и пятый 19 ре- зистивные делители напряжения соединены параллельно и включены между инвертирующими и неинвертирующими входами дифференциального усилителя 10. шестой резистивный делитель 20 напряже- ния соединен между источником постоянного напряжения и общей шиной, а средний вывод его соединен через резистор 24 с неинвертирующим входом дифференциального усилителя 10. седьмой резистивный делитель 21 напряжения соединен между выходом дифференциального усилителя 10 и общей шиной, а средний вывод его соединен с инвертирующим входом дифференциального усилителя 10. База первого транзистора 22 соединена со средним выводом первого резистивного делителя 15 напряжения, а эмиттер - со средним выводом третьего резистивного делителя 17 напряжения, база второго транзистора 23 соединена со средним выводом второго делителя 16 напряжения, эмиттер - со средним выводом четвертого резистивного делителя 18 напряжения, а коллектор - с источником постоянного напряжения и коллектором первого транзистора 22, средний вывод пятого резистивного делителя 19 напряжения соединен с выходом аналогового делителя 9 напряжения.

Устройство для регулирования скорости движения ленточного носителя информации работает следующим образом.

Электродвигатель 13 (фиг. 1) через редуктор 14, понижающий обороты в 10-20 раз, приводит во вращение ось приемного подкатушечного узла 1, на который закрепляется приемный сердечник (на фиг. 1 не показан) кассеты 25 с магнитной лентой. Последняя сматывается с подающего сердечника (не показан), закрепленного на подающем подкатушечном узле 2 кассеты 25, проходит перед сопряженными с ней магнитными головками (не показаны) и наматывается на приемный сердечник кассеты 25. При этом радиусы рулонов 3 и 4 магнитной ленты по мере ее перематывания изменяются. Для передвижения ленты с постоянной заданной скоростью У в процессе работы устройства частота fi вращения приемного подкатушечного узла должна изменяться в зависимости от длины ленты в рулоне 3. Найдем эту зависимость. Имеем:

fi

V

(1)

2,7R 2 д(г + n d) где R - радиус рулона ленты;

г- начальный радиус ленты рулона, определяемый радиусом сердечника кассеты 25;

d - толщина магнитной ленты:

п - количество витков намотки в рулоне.

Величины V, г и d известны, найдем п.

Длина одного п витка составляет

Sn 2 л- R 2 JT (г + п -d).

Длина всех п витков в рулоне с радиусом R равна

S - 2л (г + n d) + + (n - 1)d + ...

о

+ + (n - n)d n + d .

Это выражение можно записать относительно n в виде уравнения ли n2 + 7T(d + 2r)n- S 0. Решение уравнения имеет вид

пх

-л(й +2r)±v л2(d +2 rf +4л65 n2jrd

Из двух полученных корней выбираем положительный и. так как d « г, то имеем

Vr V+;rdS -яг

яЗ Подставляем в формулу (1) и после сокращений получаем

- v b TTFTs (2)

Подставляя в формулу (2) значение ос- новной скорости движения магнитной ленты для бытовых кассетных магнитофонов V 4,76 см/с и значения, например, для кассеты МК-60, г- 11 мм, d 18 мм, S от 0 до 90 м, получим зависимость частоты вращения приемного подкатушечного узла от длины магнитной ленты, намотанной на приемный сердечник (фиг. 2, кривая 1). При этом частота fa вращения подающего подкатушечного узла определяется зависимостью

fi- i и и V

2 зет +яа$о-з)

На фиг. 2 эта зависимость изображена кривой 2.

При работе устройства сопряженные с подкатушечными узлами 1 и 2 таходатчики 5 и 6 вырабатывают переменные напряжения, частоты которых пропорциональны частотам вращения рулонов 3 и 4. Таходатчик 5 вырабатывает переменное напряжение с частотой fi mi fi, а таходзтчик 6 - с частотой fa гп2 h, где mi и та - количество импульсов, вырабатываемое датчиками за один их оборот (определяется, например, числом зубьев в диске датчика). Сигналы с таходатчиков 5 и 6 поступают соответственно на преобразователи 7 и 8 частота-напряжение. В них частота преобразуется в пропорциональное значение постоянного напряжения. Сигнал с таходатчика 5 частотой fi преобразуется в постоянное напряжение Ui, а сигнал с таходатчика 6 частотой f2 - в напряжение U2. При этом в процессе работы устройства Ui будет изменяться в зависимости от S также, как и fi (кривая 1), а 1)2 - также, как и f2 (кривая 2).

Постоянные напряжения Ui и U2 с преобразователей 7 и 8 далее поступают на аналоговый делитель 9 напряжений, в кото0

0

5

ft

0 5

5

.„ п -,.

ром осуществляется операция деления этих сигналов. При этом на выходе делителя 9 получается сигнал постоянного напряжения

- &

где К - масштабный коэффициент деления.

В процессе перематывания магнитной ленты с подающего узла на приемный, U3 изменяется с зависимостью, изображенной кривой 3 (фиг. 2) при К - 1. Масштабный коэффициент К может быть и более 1. Значение 11з не зависит от скорости движения магнитной ленты, так как всякое изменение скорости приводит к равному, пропорциональному изменению Ui и Ш. ввиду того, что оба подкатушечных узла, а значит, и оба таходатчика связаны между собой магнитной лентой.

Для использования сигнала Уз в качестве опорного кривую 3 необходимо преобразовать в кривую 1. Для этого в предлагаемом устройстове используется дифференциальный усилитель 10с ключевыми транзисторами 22 и 23 и резистивными делителями 15-20 напряжения. На фиг. 3 штриховой линией (кривая 4) изображена необходимая для преобразования амплитудно-передаточная характеристика (зависимость выходного напряжения Квых от входного UBx) такого дифференциального усилителя, которая представляет собой разность между кривой 1 и кривой 3. а сплошной линией (кривая 5) изображена реализуемая кусочно-линейная аппроксимация этой зависимости, которая формируется следующим образом.

При отсутствии сигнала на выходе аналогового делителя 9 напряжений, ключевые транзисторы 22 и 23 закрыты. На неинвертирующий вход дифференциального усилителя 10 через суммирующий резистор 24 поступает постоянное напряжение с рези- стивного делителя 20 напряжения, подключенного к источнику стабильного постоянного напряжения. Соотношение резисторов в делителе 20 напряжения выбирается с таким расчетом, чтобы на выходе дифференциального усилителя 10 установилось постоянное напряжение 1)Вых (0) (фиг. 3).

Появляющийся на выходе аналогового делителя 9 напряжений сигнал небольшого значения (менее UBX 1 по фиг. 3) поступает на средний вывод резистивного делителя 19, а с его крайних выводов на неинвертирующий и инвертирующий входы дифференциального усилителя 10, где суммируется с уже поступившим на неинвертирующий вход постоянным напряжением с делителя 20 напряжения. Соотношение резисторов в

чальный участок АВ получаемой передаточной характеристики (кривая 5) совпал по наклону с нужной характеристикой (кривая

4).

При поступлении на первый вывод де- лителя 15 напряжения UBx.i соотношение в нем резисторов выбирается таким, чтобы транзистор 22 начал открываться. Устанавливается это по моменту начала изменения напряжения на эмиттере транзистора 22. При увеличении входного напряжения на делителе 15 более DBX.I напряжение на эмиттере транзистора 22 будет пропорционально возрастать (транзистор 22 включен по схеме с общим коллектором) и поступать на средний вывод делителя 17 напряжения, а с его крайних выводов на неинвертирующий и инвертирующий входы дифференциального усилителя 10, где будет суммироваться с уже поступившими напря- жениями с делителей 19 и 20 напряжений. Соотношение резисторов в делителе 17 выбирается таким, чтобы наклон получаемой передаточной характеристики (кривая 5) на участке ВС совпал с наклоном нужной ха- рактеристики (кривая 4).

Когда выходное напряжение на делителе 16 напряжения станет равным Uex.2 соотношение резисторов в делителе 16 выбирается таким, чтобы открылся второй ключевой транзистор 23. При увеличении входного напряжения на делителе 16 более значения Uex.2 напряжение с эмиттера транзистора 23 через дели-ель 18 напряжения будет поступать на входы дифференциаль- ного усилителя 10, суммируясь с уже поступившими напряжениями с делителей17, 19 и 20 напряжения. При этом соотношение резисторов в делителе 18 напряжения выбирается из расчета, чтобы наклон получаемой передаточной характеристики (кривой 5) на участке CD совпал с наклоном нужной (кривая 4). Таким образом, на выходе дифференциального усилителя 1C формируется кусочно- линейная кривая 5, которая аппроксимирует нелинейную кривую 4. необходимую для преобразования кривой 3 (фиг. 2) в кривую 1.

Реально получаемая кривая 5 в точках В и С переключения имеет постепенный плав- ный переход от одного линейного участка к другому (на фиг. 3 резкий переход показал для наглядного изображения точки переключения), обусловленный постепенностью процесса открывания ключевых транзисто- ров 22 и 23 (их нелинейностью начального участка зависимости тока эмиттера от напряжения база-эмиттер). В результате этого с помощью всего двух ключевых транзисторов возможно совмещение кривых 4 и 5 с

достаточной для практики точностью. Для повышения точности количество ключевых транзисторов и подключенных к ним, к аналоговому делителю 9 напряжений и кдеффе- ренциальному усилителю 10 резистивных делителей напряжения может быть увеличено.

Резистивный делитель 21 напряжения, подключенный к дифференциальному усилителю 10, задает в нем отрицательную обратную связь. Соотношение резисторов в делителе 21 напряжения устанавливает необходимый коэффициент усиления дифференциального усилителя 10.

Выходной сигнал с дифференциального усилителя 10 через переменный резистор 11 поступает на неинвертирующий вход операционного усилителя 12. Этот сигнал не зависит от скорости движения магнитной ленты и поэтому является опорным сигналом для регулирования необходимой скорости движения ленты, На другой инвертирующий вход операционного усилителя 12 поступает сигнал с преобразователя 7 частота-напряжение, величина которого пропорциональна частоте вращения приемного подкатушечного узла, т.е. скорости движения магнитной ленты. Нагрузкой операционного усилителя 12 является электродвигатель 13, вал которого через редуктор 14 связан с приемным под- катушечным узлом 1. Такая связь в операционном усилителе образует астатическую систему регулирования. В ней напряжение на выходе усилителя 12 устанавливается таким, чтобы электродвигатель 13 сообщал вращение таходатчику 5 с частотой, при которой на инвертирующем входе усилителя 12 появляется напряжение равное опорному напряжению на неинвертирующем входе. В установившемся режиме выходное напряжение операционного усилителя (1)вых.у) связано с его входными напряжениями ггсгнсшением

1)з -Ui

LU;:

Ко

где I o - коэффициент усиления операционного усилителя;

Уз опорное напряжение с переменного резистора 11:

Ui - сигнал с преобразователя 7 частота-напряжение.

Поскольку Ко современных операционных усилителей можно считать величиной близкой к бесконечности, то (Уз - Lh).

По мере перематывания магнитной ленты с помощью сердечника на приемный сердечник кассеты изменяется в соответствии с кривой 1 (фиг. 2) опорное напряжение на неинвертирующем входе операционного

усилителя 12. Таким же образом будет изменяться и напряжение на инвертирующем входе операционного усилителя 12, т.е. частота вращения подкатушечного узла 1. А это значит, что магнитная лента по мере перематывания из рулона 4 в рулон 3 будет перемещаться с постоянной заданной скоростью V. Необходимое значение скорости (скоростей) устанавливается с помощью переменного резистора 11.

Работа устройства при пуске проходит следующим образом.

При подаче питающего напряжения на устройство на выходе операционного усилителя 12 появляется напряжение, обусловленное поступлением напряжения Увых. (0) с дифференциального усилителя 10. Электродвигатель 13 начинает вращать приемный подкатушечный узел 1. С ним начинает вращаться и подающий подкатушечный узел 2. При этом на неинвертирующем входе операционного усилителя 12 появляется опорное напряжение, величина которого связана с соотношением длин ленты в рулонах. После этого выходное напряжение на операционном усилителе 12 увеличивается и электродвигатель 13 набирает такие обороты, при которых таходатчик 5 и преобразователь 7 обеспечивает появление на инвертирующем входе усилителя 12 напряжения, равного опорному напряжению на неинвертирующем входе. С этого момента скорость перемещения магнитной ленты в устройстве становится постоянной.

Предлагаемое устройство сообщает движение магнитной ленте с постоянной скоростью в основном за счет работы ее электронных блоков. Поэтому в нем содержится минимальное количество конструктивных узлов - приемный и подающий подкатушечные узлы, редуктор, два тахо- датчика. Все они отличаются простотой выполнения, малыми массогабаритными показателями, надежностью работы, не создают неудобств для эксплуатации. При этом габаритные размеры всего устройства определяются не этими конструктивными узлами, а в основном, размерами применяемой в устройстве стандартной компакт- кассетой (МК-60) и электродвигателем. Это позволяет предлагемое устройство - простое по конструкции - с успехом использовать в кассетных магнитофонах для их миниатюризации.

Все блоки предлагаемого устройства имеют малое потребление электроэнергии, суммарный ток потребления составит не более 12-15 мА. С учетом тока через электродвигатель в 20-30 мА все устройство будет потреблять ток 32-45 мА. Такой сравнительно небольшой ток потребления дает возможность в качестве автономного источника питания для устройства использовать малогабаритные батареи из аккумуляторов

или гальванических элементов. При этом продолжительность работы устройства составит 6-7 ч.

Выполнение отдельных узлов предлагаемого устройства может быть следующим.

0 Таходатчики5 и 6 состоят из закрепленных на осях подающего и приемного узлов стальных зубчатых колес (с 50-100 зубьями) и расположенных на расстоянии 0,5-1 мм от зубьев магнитных головок или дисков с от5 верстиями и оптронных пар.

Преобразователи 7 и 8 частота-напряжение выполнены на м/с К1108ПП1, аналоговый делитель 9 напряжений на м/с К525ПС2. транзисторы 22 и 23 типа КТ 315Б.

0 Вместо переменного резистора 11 можно применить переключатель с подборными резисторами. В качестве дифференциального усилителя 10 и операционного усилителя 12 можно использовать операционные уси5 лители общего применения, например м/с К140УД6. Электродвигатель 13 - любой миниатюрный двигатель постоянного тока, например ДПР-2-Ф1-13; кассета 25 с магнитной лентой - стандартная компакт0 кассета типа МК-60 (С-60), МК-90 (С-90). Редуктором 14 с замедлением в 10-20 раз может служить любая механическая передача - зубчатая, червячная, фрикционная (роликовая или с помощью пассика).

5 Предлагаемое устройство по сравнению с известным простое по конструкции, с малым электропотреблением.

Предлагаемое устройство может найти применение в аппаратах магнитной записи,

0 стационарных и переносных, кассетных и катушечных, однако с наибольшей эффективностью в миниатюрных кассетных магнитофонах (магнитофонах - проигрывателях для индивидуального пользования) и в автомо5 бильных проигрывателях магнитофонных кассет.

Формула изобретения Устройство для регулирования скорости движения ленточного носителя информа0 ции, содержащее подающий подкатушечный узел для рулона ленточного носителя, дифференциальный усилитель, переменный резистор, операционный усилитель, подключенный к электродвигателю, вал которо5 го связан с приемным подкатушечным узлом для рулона ленточного носителя, отличающееся тем, что. с целью у прощения конструкции и снижения электропотребления, введены первый и второй таходатчики. связанные соответственно с приемным и

подающим подкатушечными узлами, первый и второй преобразователи частота-напряжение, аналоговый делитель напряжений, первый и второй транзисторы, резистивные делители напряжения, а также источник постоянного напряжения и общая шина, причем первый таходатчик через первый преобразователь частота-напряжение соединен с одним входом аналогового делителя напряжений и инвертирующим входом операционного усилителя, второй таходатчик через второй преобразователь частота- напряжение соединен с другим входом аналогового делителя напряжений, выход которого соединен с первыми выводами первого и второго резистивных делителей напряжения, вторые выводы которых соединены с общей шиной, третий, четвертый и пятый резистивные делители напряжения соединены параллельно и между инвертирующим и неинвертирующим входами дифференциального усилителя, выход которого

Ю гс 3D 1/й Ы Јf It tO SO

через переменный резистор соединен с неинвертирующим входом операционного усилителя, шестой резистивный делитель напряжения соединен между источником

постоянного напряжения и общей шиной, а средний вывод его соединен с неинвертирующим входом дифференциального усилителя, база первого транзистора соединена со средним выводом первого резистивного делителя напряжения, а эмиттер - со средним выводом третьего резистивного делителя напряжения, база второго транзистора соединена со средним выводом второго резистивного делителя напряжения, эмиттер со средним выводом четвертого резистивного делителя напряжения, а коллектор - с источником постоянного напряжения и коллектором первого транзистора, средний вывод пятого резистивного делителя

напряжения соединен с выходом аналогового делителя напряжений.

Фиг. г

Vb,B

.ok

+

v

4&r.