;pptx

Министерство образования и науки Российской Федерации
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ
ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО
ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
КАЗАНСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ
ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ им. А.Н. ТУПОЛЕВА-КАИ
Кафедра Телевидения и мультимедийных систем
Схемотехническое проектирование аудиовизуальных устройств
и систем (Б.2.B.ДВ.3.3)
Лабораторная работа № 4
Направление: 210400.62 (11.03.01) РАДИОТЕХНИКА (ФГОС-3)
ПРОФИЛЬ АУДИОВИЗУАЛЬНАЯ ТЕХНИКА
Квалификация: ПРИКЛАДНОЙ БАКАЛАВР
Форма обучения: очная
Казань 2013
Министерство образования и науки Российской Федерации
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ
ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО
ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
КАЗАНСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ
ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ им. А.Н. ТУПОЛЕВА-КАИ
Кафедра Телевидения и мультимедийных систем
Лабораторная работа № 4
Исследование схема автофокусировки лазерного звукоснимателя
Для бакалавров дневной формы образования
КАЗАНЬ 2013
2
УДК 621.397
Составил: Н.В. Дорогов,
Схемотехническое проектирование Аудиовизуальных устройств и систем: Методические указания к
лабораторной работе № 4 по курсу «Схемотехническое проектирование Аудиовизуальных устройств и
систем / Сост. Дорогов Н.В. Казань:. 12 с.
Кратко изложены принципы автофокусировки лазерного звукоснимателя и считывания информации в
проигрывателях компакт дисков,.
Определены задачи лабораторных исследований и порядок их выполнения. Приведены контрольные
вопросы и рекомендованная литература.
Предназначено для изучения бакалаврами направления 210400.62 (11.03.01) «Радиотехника», очной
формы обучения в технических университетах.
3
Условные обозначения
АЧХ - амплитудно-частотная характеристика;
ВЧ - верхняя частота;
ВЧП - высокочастотное подмагничивание;
ЗС ~ звукосниматель;
3Ч - звуковая частота;
НЧ - нижняя частота;
СЧ - средние частоты;
УНЧ - усилитель низкой частоты;
Iлз - ток лазерного диода
4
Лабораторная работа № 4
ИССЛЕДОВАНИЕ СХЕМЫ АВТОФОКУСИРОВКИ ЛАЗЕРНОГО ЗВУКОСНИМАТЕЛЯ
Цель
работы

изучение
принципов
работы
схемы автофокусировки лазерного
звукоснимателя.
Домашнее задание: по рекомендованному списку литературы [1, 2, 5], материалам лекций и данной
работе необходимо изучить структуру, принципы функционирования и характеристики проигрывателя
компакт дисков; иметь представление о принципах получения информации с оптических цифровых
накопителей.
1. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЛАЗЕРА В УСТРОЙСТВЕ ЗВУКОСНИМАТЕЛЯ ПРОИГРЫВАТЕЛЯ
КОМПАКТ-ДИСКОВ
Для оптической системы проигрывателя КД необходимо когерентное излучение с определенной
длиной волны и фазой. Такой свет получается благодаря индуцированной или стимулированной эмиссии в
р-n-переходе инжекционного лазерного диода (ИЛД).
Когерентный световой пучок дает возможность после отражения в соответствующем оптическом
элементе, например, на поляризующей поверхности, так осуществить поворот фазы, чтобы полностью
разделить исходный и отраженный лучи, что и происходит в оптической системе проигрывателя КД.
В большинстве проигрывателей КД ИЛД имеет отдельный (независимый) источник питания и схему
управления питанием. Чтобы лазер начал излучать, сила тока, протекающего через него, должна достичь
определенной пороговой величины (рис.1).
Рис.1. Характеристика эмиссионной способности ИЛД
По достижении порогового значения лазер начинает работать стабильно и генерирует постоянное
световое излучение. Максимальный ток возбуждения лазерных диодов в проигрывателях КД составляет 40 –
70 мА, у некоторых диодов он достигает 100 мА. При увеличении тока возбуждения резко возрастает
генерация потока излучения лазера, при котором существует опасность быстрого разрушения лазера. При
токе 150 мА происходит разрушение любых лазерных диодов.
ИЛД чувствительны к колебаниям температуры окружающей среды и сильно реагируют на
изменение питающего тока. Это приводит к тому, что для обеспечения безопасности работы ИЛД
необходимо постоянно контролировать эмиссию его светового потока.
Автоматический контроль питания ИЛД осуществляется применением схем с отрицательной
обратной связью, когда при уменьшении сигнала на выходе лазерного диода возрастает ток его
возбуждения, увеличивая выходной сигнал до необходимого уровня. При возрастании выходного сигнала
ИЛД происходит обратный процесс.
Необходимо учитывать также проблему старения лазерных диодов, когда с увеличением
длительности работы падает их эмиссионная способность и для увеличения потока излучения требуется
5
больший ток возбуждения лазера. Система автоматического контроля питания лазера обеспечивает
постоянную эмиссию светового потока в течение
продолжительного времени, что определяет
высококачественные характеристики оптической системы.
2. ОПТИЧЕСКАЯ СЧИТЫВАЮЩАЯ СИСТЕМА
В настоящее время в системах лазерных звукоснимателей нашла применение плоскостная оптическая
система (ПОС)  от англ. Flat Optical Pichup (FOP)  в которой используется полупроницаемая зеркальная
призма. На рис.2 схематично представлены основные элементы ПОС и прохождение потока излучения
лазера через ее элементы.
Рис.2. Оптический путь лазерных лучей через элементы ПОС
Вырабатываемый ИЛД световой пучок первоначально проходит через дифракционную решетку. При
прохождении светового луча через узкую щель на ее выходе образуются, наряду с главным (самым ярким)
лучом, по меньшей мере, два боковых луча (рис.3). Каждый боковой луч первого порядка содержит почти
25% энергии главного луча и используется для системы отслеживания дорожки записи.
Лазерные лучи после полупроницаемой зеркальной призмы (50% потерь), проходя коллиматор,
становятся параллельными. Отразившись от зеркальной призмы, они, сфокусированные объективом,
попадают на информационную поверхность КД.
Главный центральный луч
Отраженный
от
поверхности
КД
свет
проходит
оптические элементы в обратной последовательности.
Луч первого
порядка
Луч первого
порядка
В
полупроницаемой
зеркальной
призме
50%
отраженного от КД лазерного излучения отклоняется на
детектирующее устройство. При этом предварительно лучи
проходят двояковогнутую линзу прежде, чем они попадают на
 2 3
Рис.3. Диаграмма интенсивности
излучения после прохождения
дифракционной решетки
детекторное поле. Предварительная двояковогнутая линза
делает пучок расходящимся, так что уже при малом
расстоянии между зеркальной призмой и детекторным полем
6
на поле падает световое пятно достаточного размера. Размер светового пятна должен быть таким, чтобы
были освещены все элементы детекторного поля фотодиодной матрицы A – F (рис.4).
Из суммы сигналов четырех зон (A+B+C+D) восстанавливается ВЧ-сигнал, который содержит
цифровую аудиоинформацию. В дифференциальном усилителе из сигналов, генерируемых четырьмя
фотодатчиками (A+C)(B+D), вырабатывается также и сигнал ошибки фокусировки.
Цилиндрическая линза служит совместно с главным, поделенным на четыре зоны (А  D),
детекторным полем (фотодиодной матрицей) для распознавания состояния фокусировки. Цилиндрическая
Оптимальная точка фокуса позади
информационной поверхности диска
Правильная точка фокуса
Оптимальная точка фокуса
перед информационной поверхностью диска
A
F
Е
D
B
C
+
Сигнал
информации
(А+C )+(B+D)
+
Сигнал ошибки
фокусировки
(A+C )(B+D)
Сигнал ошибки
отслеживания
EF
Рис.4. Сигналы на фотодетекторах
линза вызывает дисторсию лазерного луча (при неправильной фокусировке луча на поверхности диска),
придавая пятну луча вытянутую форму.
Два детектора боковых лучей E и F служат для отслеживания ошибки прохождения считывающего
луча по середине информационной дорожки. При оптимальном следовании главного луча по
информационной дорожке соседние питы, расположенные на дорожке рядом со считываемым питом,
освещаются правым или левым краем соответствующих боковых лучей, так что отраженные от КД боковые
лучи вызывают одинаковый сигнал с обоих детекторных полей E и F.
Так как формирование выходного напряжения происходит на дифференциальном усилителе, при
смещении главного луча с информационной дорожки на выходе усилителя формируется напряжение
коррекции (E  F), полярность которого зависит от направления отклонения, а величина пропорциональна
степени отклонения главного луча от дорожки записи.
Описанные
элементы
звукоснимателя
лазерного
проигрывателя
КД
могут
располагаться
производителем очень по-разному. Однако с точки зрения поиска неисправностей, точная конфигурация
оптических линз практически не имеет никакого значения. В случае неисправности заменяется весь модуль
звукоснимателя.
7
3. СЕРВОСИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОЙ ФОКУСИРОВКИ ЛАЗЕРНОГО ЛУЧА
Контроль и управление вертикальным движением фокусирующей линзы происходит под
воздействием сервофокуса. Эта система обеспечивает точную фокусировку лазерного луча в процессе
работы на информационной поверхности КД. После загрузки диска или включения режима воспроизведения
процесс исполнения сервофункций проходит в несколько стадий.
3.1. Цепь поиска фокуса.
После загрузки и старта КД сразу же начинается поиск фокуса; в соответствии с максимальным
выходным уровнем информационного сигнала с фотодетекторной матрицы (A – D) и минимальным
сигналом ошибки фокусировки FE с помощью детектора точной фокусировки и детектора прохождения
нуля FZC определяется оптимальный диапазон фокусирования.
В момент старта системы лазерный луч должен быть сфокусирован на информационной поверхности
КД даже вопреки неопределенному положению покоя лазерного звукоснимателя. Инициализация поиска
фокуса происходит в этом случае посредством выработки СМП проигрывателя корректирующих сигналов
FSR, которые обеспечивают многократное (2 или 3 раза) перемещение фокусной линзы, необходимое для
точной фокусировки луча на дорожку диска. При установлении фокуса вырабатывается сигнал FОК.
Если после двух или трех попыток сигнал FOK не наблюдается, то СМП выключает систему,
приостанавливая
проигрывание
диска
(вращательный
столик
останавливается,
а
звукосниматель
перемещается к внутренней границе диска). При отсутствии диска в рабочем положении не будет и
информационного сигнала, и сигнала FOK, являющегося в данном случае сигналом обнаружения диска.
Сервосистема управления вращением диска включает режим ускорения, который возможен только в
том случае, когда имеются правильные сигналы со схем автофокусировки.
3.2. Усилитель сигналов ошибки фокусировки. Выходные сигналы с оптических датчиков (AD)
(фотоприемник, состоящий из четырех зон) обрабатываются в ступенях сложения и вычитания и в
соответствии с формулами (A+C)+(B+D) и (A+C)(B+D) подаются для дальнейшей обработки. Суммарный
сигнал со всех четырех датчиков (A+C)+(B+D) представляет собой информационный сигнал. Эти же
датчики вырабатывают и сигнал для осуществления сервоуправления фокусирующей линзой.
Благодаря
разнице
уровней
сигналов
на
инвертирующем
и
не
инвертирующем
входах
дифференциального усилителя на его выходе возникает так называемое напряжение ошибки фокусировки
(A+C)(B+D), или по-другому – сигнал рассогласования фокусировки FER, который подается на приводной
механизм, перемещающий фокусную линзу вниз или вверх, обеспечивая точную фокусировку луча.
Сигнал рассогласования (ошибки) фокусировки FER может проходить еще одну ступень усиления и
коррекции. FER является базовым сигналом ошибки фокусировки. FE является скорректированным
сигналом FER. Такая корректировка компенсирует неравномерное освещение фотодетекторных пар,
вызванное ошибками радиального трекинга. Если в процессе воспроизведения лазерный луч точно следует
по дорожке записи КД, то FE=FER. Необходимо также упомянуть, что в фазе поиска фокуса сигнал ошибки
фокусировки не используется и отключается соответствующей схемой.
8
Принципиальная схема
Рис. 5
Принципиальная схема системы автофокусировки представлена на рис. 5. Источником расфокусированного
сигнала служит резистор х8. Изменяя величину Percent моделируют сигнали поступающие с фотодиодной
матрицы.
Практическая часть
Практическая часть работы выполняется с помощью программы моделирования радиоэлектронных
схем «MicroCap 10».
1.
2.
3.
4.
5.
Загрузить
схему
для
исследования
системы
автофокусировки
из
папки
С:/СТПАВУС/ЛР4/Автофокус.CIR
Запустить команду «Динамический анализ режима по постоянному току» (Dynamic DC) .
Заполнить таблицу 1 изменяя значение резистора х8 Percent от 0 до 100процентов с шагом 5.
По значениям из таблицы построить графики Out=f(Percent), OutS=f(Percent)
По результатам построенных графиков сделать выводы.
Таблица 1
Percent
резистора х8
Out
OutS
9
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Контрольные вопросы
Как осуществляется автофокусировка ?
Как проводится поиск фокуса при запуске диска.
Нарисуйте структурную схему лазерного звукоснимателя.
Как получается сигнал используемый при получении аудиосигнала.
Как получается сигнал расфокусировки.
Как выглядит оптическая считывающая система.
10
11