邵劍鋒

（作者單位：紹興廣播電視總臺）

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錄像機伺服系統(tǒng)概述

邵劍鋒

（作者單位：紹興廣播電視總臺）

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

關鍵詞：磁帶錄像機；控制電路；伺服系統(tǒng)；速度伺服；相位伺服

磁帶錄像機（以下簡稱為錄像機）是一種由機械系統(tǒng)和各種復雜電路及傳感器組成的精密電子設備，它是廣播電視系統(tǒng)和其他相關行業(yè)廣泛應用的專業(yè)設備之一。錄像機在使用過程中，故障的產生是不可避免的，尤其在使用時間超過了廠商設置的規(guī)定年限后，故障率會大幅度上升，許多故障點的處理和調整，在維修手冊中不會提及，因為，其在使用到達廠商提供的規(guī)定年限時，往往會有新一代的設備推出，許多單位就會棄舊換新，這也是廠商所希望的。但是，將既有的設備一到規(guī)定年限就全部淘汰換新，這對多數(shù)單位來說是不現(xiàn)實的。一是新老設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，為保障既有設備的正常運轉，必須要了解錄像機的工作原理，掌握錄像機維修技術，這在由新型記錄設備逐漸替換傳統(tǒng)設備的過渡時期，仍然是很有必要的。

錄像機內部按結構可分為電路和機械兩部分，電路部分包括信號處理、傳送、輸出、記錄和程序控制等，機械部分包括各種所需的動力部件、磁帶上下載的機械部件、磁帶通路和多種檢測元件等。按電路性質可分為控制系統(tǒng)、信號系統(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

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

伺服系統(tǒng)的基本原理，就是將受控對象的狀態(tài)量與基準量進行比較，對受控對象進行控制，使起動和行進狀態(tài)保持在要求的范圍內。

在磁帶錄像機中，記錄和重放是通過高速旋轉的視頻磁頭掃描低速運行的磁帶實現(xiàn)的。由于各種因素的干擾和影響，在記錄和重放過程中會產生誤差，為了使誤差降低到最小程度，除了要求機械運行系統(tǒng)具有較高的精度之外，還需要設置一套伺服系統(tǒng)控制磁帶錄像機的運動狀態(tài)。

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

在旋轉伺服中，一般有兩個控制環(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脈沖（幀脈沖）信號比較，使電機的轉速和相位與基準信號的頻率的相位同步。速度環(huán)路是通過對速度取樣脈沖進行鑒頻，產生一個與電機轉速成正比的誤差，電壓速度也叫阻尼環(huán)路，控制電機的轉速，保證電機轉速的均勻。

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速穩(wěn)定，記錄時，使磁頭在磁帶上記錄的磁速一致；重放時，使磁頭能按記錄時的規(guī)律，正確地拾取信號。鼓的相位伺服使磁頭的旋轉位置（相位）與基準信號同步，具體說，就是每當基準信號的場同步信號出現(xiàn)時，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

上磁鼓旋轉時，安裝在磁鼓上的兩個測速脈沖發(fā)生器產生與上磁鼓轉速相對應的兩個測速脈沖FG（A）和FG（B），F(xiàn)G（A）和FG（B）之間的時間間隔反映了磁鼓的轉速，這個時間間隔可用速度檢測電路測量。測量誤差電壓，經(jīng)電機推動電路，控制磁鼓的轉速。如果電機轉速因擾動而提高（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推動電路，使電路轉速降低（或提高），從而保證磁鼓按規(guī)定的速度勻速轉動。

2.2 磁鼓相位伺服

上磁鼓每旋轉一周，安裝在磁鼓上的測相脈沖發(fā)生器就輸出一個表示磁鼓旋轉相位的測相脈沖PG，當測相脈沖PG出現(xiàn)時，兩個視頻磁頭中的一個剛好到達即將接觸磁帶的位置，另一個則位于即將脫離磁帶的位置。將測相脈沖PG和基準信號1/2視頻，在相位檢知電路中進行鑒相比較，用比較得出的誤差電壓經(jīng)推動電路去控制磁鼓電機的旋轉相位。例如，由于某種原因，鼓電機的相位超前于基準信號，則相位檢知電路輸出誤差控制電機相位向滯后方向變化，反之亦然。從而實現(xiàn)磁頭位置與基準信號之間的同步鎖定關系。

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

上文提到，用磁頭切換脈沖，使錄像機在重放時能正確切換磁頭A和磁頭B拾取的視頻信號，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、主導軸電機伺服電路方框圖

圖4 磁鼓伺服系統(tǒng)原理方框圖

3 主導軸伺服原理

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

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

3.1 相位伺服環(huán)路

3.1.1 記錄狀態(tài)下（圖5，圖中開關位置向R）

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

3.1.2 重放狀態(tài)下（圖6，圖中開關位置向P）

此時，主導軸伺服系統(tǒng)不僅要控制走帶速度，而且還要調整磁帶的縱向位置，以實現(xiàn)磁跡跟蹤的成幀。為此，必須要用既能代表磁跡移動速率，又能反映視頻磁跡一磁鼓位置關系的控制磁跡信號（CTL）作為反饋信號。另外，在重放狀態(tài)，相位伺服環(huán)路的基準信號仍然是幀脈沖，幀脈沖與從控制磁頭讀出的經(jīng)過放大、整形后的CTL信號，送入鑒相器進行鑒相，得到誤差電壓，控制主導軸電機的轉速，一旦相位環(huán)路鎖定，重放控制磁跡信號（CTL）必定與幀脈沖同步，即幀脈沖一周期，磁帶移動兩條磁跡的距離。由于磁鼓轉速也是與幀脈沖同步，幀脈沖一周期磁鼓旋轉一周，這樣，走帶速度就與磁鼓轉速同步，即磁鼓轉一周，磁帶恰好移動兩條磁跡。(在數(shù)字錄象機中，為了大幅度提高圖像的清晰度，所處理的信息量遠遠大于模擬錄像機，磁帶上的記錄密度也遠超過模擬錄像機。因此，幀脈沖一周期，磁帶移動不止兩條磁跡。如DVCPRO錄像機，磁鼓的轉速是每分鐘9000轉，每秒鐘150轉，幀脈沖一周期磁鼓旋轉6周，對應于一幀圖像，25M格式是12條磁跡，50M格式是24條磁跡。)但是，這只是轉速控制，它并不能實現(xiàn)磁跡跟蹤。

圖5 記錄狀態(tài)下主導軸相位伺服環(huán)路方框圖

圖6 重放狀態(tài)下主導軸相位伺服環(huán)路方框圖

圖7 帶盤伺服電路方框圖

圖5中設置了單穩(wěn)定延時電路，在重放狀態(tài)下，基準信號經(jīng)過延時之后送入鑒相器，延時器由電位器R調節(jié)。改變延時器，即改變了基準信號的相位，使主導電機作相應瞬時的速度改變，即可實現(xiàn)磁頭對磁跡的跟蹤。有的錄像機面板上有旋鈕（TRACKING.CONTROL），可方便調整。例如，不同機型上記錄的磁帶在重放時，假如那臺機器上控制磁頭與磁鼓位置稍微近一點，（這種微小差別是有的），則重放控制磁跡信號就要提前放出來，這時可適當減小基準信號延時器，改變其鎖定相位關系，讓基準信號稍微提前一點，以補償控制磁與鼓的位置差異，達到磁跡跟蹤。

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軸電機的轉速。

4 帶盤伺服原理

專業(yè)級和廣播級的錄像機，采用了帶盤伺服來調整磁帶的運行張力。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，維持一定的磁帶張力；走帶方式變化時，調整磁帶張力的明顯變化；磁帶出現(xiàn)松弛時，通知控制電路停機保護磁帶。系統(tǒng)方框圖如圖7所示。

檢測部分主要是檢測帶盤的轉速及磁帶的張力。帶盤轉速的檢測采用光電方式或磁電方式，當帶盤旋轉時，產生收帶盤、供帶盤的檢測信號T—FG，S—FG。磁帶張力檢測，采用光電變換或其他方式，產生張力檢測信號TEN—REG。將三個檢測信號輸入系統(tǒng)空控制電路，由微處理器進行程序分析，并產生相應的指令，此指令與TEN—REG信號一起送入帶盤電機控制電路，控制帶盤電機的旋轉，實現(xiàn)帶盤伺服。

帶盤伺服還受制于帶盤的驅動結構和制動結構的工作狀態(tài)，如驅動結構和制動結構的工作狀態(tài)異常，則帶盤伺服也不能實現(xiàn)。

5 帶盤的驅動結構和制動結構

5.1 帶盤驅動機構

帶盤驅動機構的作用是帶動收帶盤或供帶盤轉動完成供帶和收帶，在盒式錄象機中，磁帶盒里的帶盤芯是靠內孔的花鍵與錄像機帶盤軸上的肋鍵齒嚙合旋轉的，驅動帶盤軸有兩種方法：一種是直接驅動，即供、收帶盤各用一個電機單獨驅動；另一種是采用一個電動機帶動摩擦靠輪，由摩擦靠輪再帶動帶盤的驅動方法。

5.2 帶盤制動機構

帶盤制動機構的作用有二，一是使運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。對制動的要求是：制動時，既不能因張力過大而損壞磁帶，也不能使磁帶松弛。在錄像機中，通常采用制動塊進行制動，這種制動塊是用氈片或橡膠塊制成，其制動力大小可由彈簧調整。

在日常維修工作中，錄像機伺服系統(tǒng)的檢查與調整是一項重要內容，除了更換伺服系統(tǒng)相關元件，調整機械位置外，更重要的是，在維修菜單中，必須將各個維修數(shù)據(jù)逐項對應調整和存儲，沒有經(jīng)過這一程序，錄像機就達不到正常工作狀態(tài)。