錄像機(jī)伺服系統(tǒng)概述

邵劍鋒

（作者單位：紹興廣播電視總臺(tái)）

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錄像機(jī)伺服系統(tǒng)概述

邵劍鋒

（作者單位：紹興廣播電視總臺(tái)）

摘 要：在磁帶錄像機(jī)中，伺服系統(tǒng)是整機(jī)控制電路的重要組成部分，起到校正和穩(wěn)定控制電路的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)、正確拾取或記錄信號(hào)的作用。

關(guān)鍵詞：磁帶錄像機(jī)；控制電路；伺服系統(tǒng)；速度伺服；相位伺服

磁帶錄像機(jī)（以下簡稱為錄像機(jī)）是一種由機(jī)械系統(tǒng)和各種復(fù)雜電路及傳感器組成的精密電子設(shè)備，它是廣播電視系統(tǒng)和其他相關(guān)行業(yè)廣泛應(yīng)用的專業(yè)設(shè)備之一。錄像機(jī)在使用過程中，故障的產(chǎn)生是不可避免的，尤其在使用時(shí)間超過了廠商設(shè)置的規(guī)定年限后，故障率會(huì)大幅度上升，許多故障點(diǎn)的處理和調(diào)整，在維修手冊(cè)中不會(huì)提及，因?yàn)椋湓谑褂玫竭_(dá)廠商提供的規(guī)定年限時(shí)，往往會(huì)有新一代的設(shè)備推出，許多單位就會(huì)棄舊換新，這也是廠商所希望的。但是，將既有的設(shè)備一到規(guī)定年限就全部淘汰換新，這對(duì)多數(shù)單位來說是不現(xiàn)實(shí)的。一是新老設(shè)備之間要有承上啟下的過渡階段，二是購置資金不可能一步到位。所以，為保障既有設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，必須要了解錄像機(jī)的工作原理，掌握錄像機(jī)維修技術(shù)，這在由新型記錄設(shè)備逐漸替換傳統(tǒng)設(shè)備的過渡時(shí)期，仍然是很有必要的。

錄像機(jī)內(nèi)部按結(jié)構(gòu)可分為電路和機(jī)械兩部分，電路部分包括信號(hào)處理、傳送、輸出、記錄和程序控制等，機(jī)械部分包括各種所需的動(dòng)力部件、磁帶上下載的機(jī)械部件、磁帶通路和多種檢測元件等。按電路性質(zhì)可分為控制系統(tǒng)、信號(hào)系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)等。本文介紹的是電路中的伺服系統(tǒng)，參見圖1。

圖1 系統(tǒng)控制電路示意方框圖

圖2 伺服系統(tǒng)中比較、處理電路方框圖

1 伺服的基本概念

伺服就是通過自動(dòng)控制方式，使受控對(duì)象的某一個(gè)物理量（轉(zhuǎn)速、位置等）保持不變或按一定規(guī)律變化。一個(gè)伺服系統(tǒng)，主要包括基準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生、狀態(tài)測量、比較、誤差處理及受控對(duì)象等幾個(gè)部分，其原理方框圖如圖2所示。

伺服系統(tǒng)的基本原理，就是將受控對(duì)象的狀態(tài)量與基準(zhǔn)量進(jìn)行比較，對(duì)受控對(duì)象進(jìn)行控制，使起動(dòng)和行進(jìn)狀態(tài)保持在要求的范圍內(nèi)。

在磁帶錄像機(jī)中，記錄和重放是通過高速旋轉(zhuǎn)的視頻磁頭掃描低速運(yùn)行的磁帶實(shí)現(xiàn)的。由于各種因素的干擾和影響，在記錄和重放過程中會(huì)產(chǎn)生誤差，為了使誤差降低到最小程度，除了要求機(jī)械運(yùn)行系統(tǒng)具有較高的精度之外，還需要設(shè)置一套伺服系統(tǒng)控制磁帶錄像機(jī)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。

錄像機(jī)中的伺服系統(tǒng)，主要有磁鼓伺服、主導(dǎo)軸伺服、帶盤伺服等，其中，磁鼓伺服和主導(dǎo)軸伺服屬于旋轉(zhuǎn)伺服，控制磁鼓電機(jī)和主導(dǎo)軸電機(jī)的轉(zhuǎn)速和相位。帶盤伺服包括磁帶盤旋轉(zhuǎn)伺服和磁帶張力伺服兩部分。旋轉(zhuǎn)伺服的工作原理框圖3所示。

在旋轉(zhuǎn)伺服中，一般有兩個(gè)控制環(huán)路：相位環(huán)路和是速度環(huán)路。相位環(huán)路，即位置環(huán)路，也稱為主環(huán)路，它是利用相位取樣脈沖與基準(zhǔn)脈沖（幀脈沖）信號(hào)比較，使電機(jī)的轉(zhuǎn)速和相位與基準(zhǔn)信號(hào)的頻率的相位同步。速度環(huán)路是通過對(duì)速度取樣脈沖進(jìn)行鑒頻，產(chǎn)生一個(gè)與電機(jī)轉(zhuǎn)速成正比的誤差，電壓速度也叫阻尼環(huán)路，控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，保證電機(jī)轉(zhuǎn)速的均勻。

2 磁鼓伺服原理

磁鼓伺服，主要由鼓的速度伺服和相位伺服兩部分電路組成，鼓的速度伺服使磁鼓轉(zhuǎn)速穩(wěn)定，記錄時(shí)，使磁頭在磁帶上記錄的磁速一致；重放時(shí)，使磁頭能按記錄時(shí)的規(guī)律，正確地拾取信號(hào)。鼓的相位伺服使磁頭的旋轉(zhuǎn)位置（相位）與基準(zhǔn)信號(hào)同步，具體說，就是每當(dāng)基準(zhǔn)信號(hào)的場同步信號(hào)出現(xiàn)時(shí)，規(guī)定的磁頭都能處于磁鼓入口處的磁跡起始位置，并開始正確尋跡。圖4為磁鼓伺服系統(tǒng)的原理方框圖。

2.1 磁鼓速度伺服

上磁鼓旋轉(zhuǎn)時(shí)，安裝在磁鼓上的兩個(gè)測速脈沖發(fā)生器產(chǎn)生與上磁鼓轉(zhuǎn)速相對(duì)應(yīng)的兩個(gè)測速脈沖FG（A）和FG（B），F(xiàn)G（A）和FG（B）之間的時(shí)間間隔反映了磁鼓的轉(zhuǎn)速，這個(gè)時(shí)間間隔可用速度檢測電路測量。測量誤差電壓，經(jīng)電機(jī)推動(dòng)電路，控制磁鼓的轉(zhuǎn)速。如果電機(jī)轉(zhuǎn)速因擾動(dòng)而提高（或降低）了，則速度檢知電路測量到這一變化，輸出一誤差電壓給電機(jī)推動(dòng)電路，使電路轉(zhuǎn)速降低（或提高），從而保證磁鼓按規(guī)定的速度勻速轉(zhuǎn)動(dòng)。

2.2 磁鼓相位伺服

上磁鼓每旋轉(zhuǎn)一周，安裝在磁鼓上的測相脈沖發(fā)生器就輸出一個(gè)表示磁鼓旋轉(zhuǎn)相位的測相脈沖PG，當(dāng)測相脈沖PG出現(xiàn)時(shí)，兩個(gè)視頻磁頭中的一個(gè)剛好到達(dá)即將接觸磁帶的位置，另一個(gè)則位于即將脫離磁帶的位置。將測相脈沖PG和基準(zhǔn)信號(hào)1/2視頻，在相位檢知電路中進(jìn)行鑒相比較，用比較得出的誤差電壓經(jīng)推動(dòng)電路去控制磁鼓電機(jī)的旋轉(zhuǎn)相位。例如，由于某種原因，鼓電機(jī)的相位超前于基準(zhǔn)信號(hào)，則相位檢知電路輸出誤差控制電機(jī)相位向滯后方向變化，反之亦然。從而實(shí)現(xiàn)磁頭位置與基準(zhǔn)信號(hào)之間的同步鎖定關(guān)系。

基準(zhǔn)信號(hào)的產(chǎn)生分兩種情況：記錄時(shí)，基準(zhǔn)信號(hào)由輸出視頻信號(hào)分離出場同步信號(hào)，在經(jīng)1/2分頻得到幀脈沖；重放時(shí)，由內(nèi)部4.43MHz晶體震蕩器，經(jīng)分頻得到25Hz（幀脈沖頻率）的基準(zhǔn)方波信號(hào)，或者是從外部信號(hào)中分離出來的幀脈沖。

上文提到，用磁頭切換脈沖，使錄像機(jī)在重放時(shí)能正確切換磁頭A和磁頭B拾取的視頻信號(hào)，而磁頭切換脈沖就是用測相脈沖PG和測速脈沖FG（A）形成的。

圖3 磁鼓電機(jī)、主導(dǎo)軸電機(jī)伺服電路方框圖

圖4 磁鼓伺服系統(tǒng)原理方框圖

3 主導(dǎo)軸伺服原理

主導(dǎo)軸伺服系統(tǒng)也是由速度伺服和相位伺服兩部分組成。主導(dǎo)軸速度伺服的主要功能，是在錄像機(jī)記錄和重放過程中，保證磁帶運(yùn)行速度穩(wěn)定，視頻磁跡和控制磁跡的等間距記錄和重放。主導(dǎo)軸相位伺服的主要任務(wù)，則是在重放過程中，控制磁帶的運(yùn)行相位，使旋轉(zhuǎn)視頻磁頭對(duì)準(zhǔn)已記錄在磁帶上的磁跡，從而進(jìn)行正確掃描。顯然，前者是轉(zhuǎn)速控制，后者是位置控制。

圖5為主導(dǎo)軸伺服系統(tǒng)的方框圖。主導(dǎo)軸伺服系統(tǒng)有相位和速度兩個(gè)控制環(huán)路。圖中測速裝置，由主導(dǎo)軸電機(jī)轉(zhuǎn)軸帶動(dòng)圓形磁環(huán)和裝有霍爾元件的固定集成塊構(gòu)成，磁環(huán)旋轉(zhuǎn)，集成電路便輸出兩路測速信號(hào)FG1和FG2。

3.1 相位伺服環(huán)路

3.1.1 記錄狀態(tài)下（圖5，圖中開關(guān)位置向R）

FG1和FG2信號(hào)，經(jīng)4倍頻和1/72分頻之后，得到25Hz的測速分頻信號(hào)，該信號(hào)與幀脈沖（基準(zhǔn)信號(hào)）進(jìn)入鑒相器鑒相，得到誤差電壓控制主導(dǎo)軸電機(jī)的轉(zhuǎn)速，使磁帶速度與幀脈沖同步，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速控制，使磁帶穩(wěn)定地走帶。主導(dǎo)軸伺服和鼓伺服都以幀脈沖為基準(zhǔn)，因而，走帶速度和磁鼓轉(zhuǎn)速都受幀脈沖控制而保持同步。

3.1.2 重放狀態(tài)下（圖6，圖中開關(guān)位置向P）

此時(shí)，主導(dǎo)軸伺服系統(tǒng)不僅要控制走帶速度，而且還要調(diào)整磁帶的縱向位置，以實(shí)現(xiàn)磁跡跟蹤的成幀。為此，必須要用既能代表磁跡移動(dòng)速率，又能反映視頻磁跡一磁鼓位置關(guān)系的控制磁跡信號(hào)（CTL）作為反饋信號(hào)。另外，在重放狀態(tài)，相位伺服環(huán)路的基準(zhǔn)信號(hào)仍然是幀脈沖，幀脈沖與從控制磁頭讀出的經(jīng)過放大、整形后的CTL信號(hào)，送入鑒相器進(jìn)行鑒相，得到誤差電壓，控制主導(dǎo)軸電機(jī)的轉(zhuǎn)速，一旦相位環(huán)路鎖定，重放控制磁跡信號(hào)（CTL）必定與幀脈沖同步，即幀脈沖一周期，磁帶移動(dòng)兩條磁跡的距離。由于磁鼓轉(zhuǎn)速也是與幀脈沖同步，幀脈沖一周期磁鼓旋轉(zhuǎn)一周，這樣，走帶速度就與磁鼓轉(zhuǎn)速同步，即磁鼓轉(zhuǎn)一周，磁帶恰好移動(dòng)兩條磁跡。(在數(shù)字錄象機(jī)中，為了大幅度提高圖像的清晰度，所處理的信息量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于模擬錄像機(jī)，磁帶上的記錄密度也遠(yuǎn)超過模擬錄像機(jī)。因此，幀脈沖一周期，磁帶移動(dòng)不止兩條磁跡。如DVCPRO錄像機(jī)，磁鼓的轉(zhuǎn)速是每分鐘9000轉(zhuǎn)，每秒鐘150轉(zhuǎn)，幀脈沖一周期磁鼓旋轉(zhuǎn)6周，對(duì)應(yīng)于一幀圖像，25M格式是12條磁跡，50M格式是24條磁跡。)但是，這只是轉(zhuǎn)速控制，它并不能實(shí)現(xiàn)磁跡跟蹤。

圖5 記錄狀態(tài)下主導(dǎo)軸相位伺服環(huán)路方框圖

圖6 重放狀態(tài)下主導(dǎo)軸相位伺服環(huán)路方框圖

圖7 帶盤伺服電路方框圖

圖5中設(shè)置了單穩(wěn)定延時(shí)電路，在重放狀態(tài)下，基準(zhǔn)信號(hào)經(jīng)過延時(shí)之后送入鑒相器，延時(shí)器由電位器R調(diào)節(jié)。改變延時(shí)器，即改變了基準(zhǔn)信號(hào)的相位，使主導(dǎo)電機(jī)作相應(yīng)瞬時(shí)的速度改變，即可實(shí)現(xiàn)磁頭對(duì)磁跡的跟蹤。有的錄像機(jī)面板上有旋鈕（TRACKING.CONTROL），可方便調(diào)整。例如，不同機(jī)型上記錄的磁帶在重放時(shí)，假如那臺(tái)機(jī)器上控制磁頭與磁鼓位置稍微近一點(diǎn)，（這種微小差別是有的），則重放控制磁跡信號(hào)就要提前放出來，這時(shí)可適當(dāng)減小基準(zhǔn)信號(hào)延時(shí)器，改變其鎖定相位關(guān)系，讓基準(zhǔn)信號(hào)稍微提前一點(diǎn)，以補(bǔ)償控制磁與鼓的位置差異，達(dá)到磁跡跟蹤。

3.2 速度伺服環(huán)路

速度伺服環(huán)路的原理與鼓伺服相同，將FG1和FG2送到鑒頻器鑒頻，得到誤差電壓去控制主導(dǎo)軸電機(jī)的轉(zhuǎn)速。

4 帶盤伺服原理

專業(yè)級(jí)和廣播級(jí)的錄像機(jī)，采用了帶盤伺服來調(diào)整磁帶的運(yùn)行張力。該系統(tǒng)由檢測、分析和控制三部分組成，其作用是：正常走帶時(shí)，維持一定的磁帶張力；走帶方式變化時(shí)，調(diào)整磁帶張力的明顯變化；磁帶出現(xiàn)松弛時(shí)，通知控制電路停機(jī)保護(hù)磁帶。系統(tǒng)方框圖如圖7所示。

檢測部分主要是檢測帶盤的轉(zhuǎn)速及磁帶的張力。帶盤轉(zhuǎn)速的檢測采用光電方式或磁電方式，當(dāng)帶盤旋轉(zhuǎn)時(shí)，產(chǎn)生收帶盤、供帶盤的檢測信號(hào)T—FG，S—FG。磁帶張力檢測，采用光電變換或其他方式，產(chǎn)生張力檢測信號(hào)TEN—REG。將三個(gè)檢測信號(hào)輸入系統(tǒng)空控制電路，由微處理器進(jìn)行程序分析，并產(chǎn)生相應(yīng)的指令，此指令與TEN—REG信號(hào)一起送入帶盤電機(jī)控制電路，控制帶盤電機(jī)的旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)帶盤伺服。

帶盤伺服還受制于帶盤的驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)和制動(dòng)結(jié)構(gòu)的工作狀態(tài)，如驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)和制動(dòng)結(jié)構(gòu)的工作狀態(tài)異常，則帶盤伺服也不能實(shí)現(xiàn)。

5 帶盤的驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)和制動(dòng)結(jié)構(gòu)

5.1 帶盤驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)

帶盤驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的作用是帶動(dòng)收帶盤或供帶盤轉(zhuǎn)動(dòng)完成供帶和收帶，在盒式錄象機(jī)中，磁帶盒里的帶盤芯是靠內(nèi)孔的花鍵與錄像機(jī)帶盤軸上的肋鍵齒嚙合旋轉(zhuǎn)的，驅(qū)動(dòng)帶盤軸有兩種方法：一種是直接驅(qū)動(dòng)，即供、收帶盤各用一個(gè)電機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)；另一種是采用一個(gè)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)摩擦靠輪，由摩擦靠輪再帶動(dòng)帶盤的驅(qū)動(dòng)方法。

5.2 帶盤制動(dòng)機(jī)構(gòu)

帶盤制動(dòng)機(jī)構(gòu)的作用有二，一是使運(yùn)行中的磁帶保持一定的張力；二是使磁帶從工作狀態(tài)下迅速停下來。對(duì)制動(dòng)的要求是：制動(dòng)時(shí)，既不能因張力過大而損壞磁帶，也不能使磁帶松弛。在錄像機(jī)中，通常采用制動(dòng)塊進(jìn)行制動(dòng)，這種制動(dòng)塊是用氈片或橡膠塊制成，其制動(dòng)力大小可由彈簧調(diào)整。

在日常維修工作中，錄像機(jī)伺服系統(tǒng)的檢查與調(diào)整是一項(xiàng)重要內(nèi)容，除了更換伺服系統(tǒng)相關(guān)元件，調(diào)整機(jī)械位置外，更重要的是，在維修菜單中，必須將各個(gè)維修數(shù)據(jù)逐項(xiàng)對(duì)應(yīng)調(diào)整和存儲(chǔ)，沒有經(jīng)過這一程序，錄像機(jī)就達(dá)不到正常工作狀態(tài)。