磁記錄器件

磁記錄器件利用物質的磁性記錄信息的器件。它套用於錄音、磁帶錄像、錄碼等磁記錄技術，而磁記錄技術又廣泛套用於廣播、電視、電影、傳真、計算機、測量、自控與遙控等領域。磁記錄器件包括磁頭、磁帶、磁鼓、磁碟、磁芯存儲器、磁泡存儲器等。

基本介紹

• 中文名：磁記錄器件
• 外文名：magnetic recording device
• 原理：利用物質的磁性記錄信息

簡介

最早出現的磁記錄設備是1898年丹麥V.浦耳生髮明的磁性錄音機。當時採用的磁記錄介質是碳鋼絲，失真大。20世紀40年代初採用矯頑力較高的不鏽鋼絲使錄音機達到了實用階段。隨後又採用細顆粒磁粉塗布型磁帶，提高了記錄密度並改善了高頻特性。1956年美國首先製成記錄電視信息的磁帶錄像機。電子計算機問世後，磁記錄技術得到更廣泛的套用和發展，出現由記憶元件組成的記憶體儲器與磁鼓、磁碟、磁帶機等外存儲器。1967年美國貝爾實驗室製成磁泡存儲器。

基本原理

經磁化後的磁性材料，在磁化場消失後仍具有剩餘磁化強度。需要記錄的信息通過特殊形式的磁化裝置（即磁頭）轉變成磁場，此磁場作用於磁性介質的某一區域。該磁場消失後，此區域內仍保存剩餘磁化強度，其值與原磁化場強度（即信息大小）有關。如磁頭與磁記錄介質作連續相對運動，則信息將順序記錄在介質的不同區域。記錄上的信息可長期保存，需要時可以重現。信息重現是根據電磁感應的原理，將磁記錄介質某區域上已記錄的剩餘磁感應引入繞有線圈的磁頭磁路，當介質與磁頭作相對運動時，線圈將隨剩餘磁感應強度的變化而產生感應電壓。這個電壓的波形即與原記錄信息的變化有關，因此只要處理恰當，原記錄信息就可重現。另外，用消磁方法很容易抹去所記錄的信息，因而磁記錄介質可反覆使用。

常見器件

1）磁頭

在磁記錄技術中，磁頭是完成記錄與重放的關鍵器件，按功能分為記錄磁頭、重放磁頭和消磁磁頭。在有些情況下，記錄和重放可合用一個磁頭。
將信息電流轉變為磁場並磁化磁記錄介質的器件稱為記錄磁頭。記錄磁頭的前縫隙與磁帶接觸，產生磁場而磁化磁帶。為了能在磁帶上記錄高頻信息，記錄磁頭的前縫隙必須很窄，一般為最短記錄波長的1/2～1/3。記錄磁頭按套用領域又分為錄音磁頭、錄像磁頭和錄碼磁頭。
記錄高頻信息的磁頭。為了提高記錄靈敏度，必須減小磁芯的磁阻和降低磁芯的損耗，為此應採用高磁導率、低矯頑力的磁性材料和疊片形式的磁芯。放音磁頭的結構類似於錄音磁頭，為了提高放音靈敏度，可無後隙縫。
記錄圖像信息的磁頭。記錄波長很短，所以前隙縫很狹，一般為零點幾微米。尺寸也很小，一般僅幾毫米。錄像機採用調頻記錄方式，磁頭不需要後隙縫，從而可用同一磁頭作記錄和重放。
記錄電碼的磁頭，種類較多，單個磁頭的結構類似於錄音磁頭。在磁帶機中則採用多道磁頭。為了滿足磁頭性能的要求，在工作頻率範圍內，磁頭材料應具有高磁導率、低矯頑力、低磁滯損耗和渦流損耗、較高的飽和磁化強度以及較高的硬度與耐磨性。常用的磁頭材料有坡莫合金與硬坡莫合金、鋁矽鐵合金、熱壓鐵氧體與單晶鐵氧體等。
2）磁帶

大多數磁記錄設備套用的磁記錄介質是磁帶，而絕大部分磁帶是將磁粉塗布在塑膠帶基上而製成。最常用的磁粉是針狀γFeO，其次有FeO、CrO、包鈷γFeO、金屬或合金磁粉。此外尚有以電鍍、蒸發、濺射等工藝製成的金屬或合金磁性薄膜磁帶。

3）磁鼓和磁碟

都是電子計算機外部存儲器件，具有很大的存儲容量和較短的存取時間。磁鼓是一個金屬圓筒，磁記錄介質位於筒的表面，工作時該筒高速旋轉。緊靠圓筒表面設有一組固定的磁頭，進行記錄和讀出。磁碟是一種表面鍍有或塗布有磁記錄介質的圓形薄片。工作時圓盤高速旋轉。磁頭位於磁碟表面，可徑向運動，以便在磁碟表面的任意位置進行記錄和讀出。

4）磁芯存儲器

用具有矩形磁滯回線的鐵氧體材料製成的微小型磁環，它有兩個穩定的剩磁狀態，可分別代表二進位中的“1”與“0”。它的特點是不需要功率來維持剩磁狀態，寫入和讀出方便、快速，並可由許多記憶元件組合成三維矩陣，即所謂磁芯存儲器。它作為記憶體儲器，曾在計算機的發展初期起過非常重要的作用。但由於很難進一步縮小體積，自70年代開始逐步被大規模積體電路的半導體存儲器所代替。
5）磁泡存儲器

磁泡是一種圓柱形磁疇。在一些磁性薄膜中，磁參數與厚度符合一定關係，磁化軸垂直於膜面，若無外加磁場，則磁性薄膜中存在蜿蜒曲折的條形磁疇。如在垂直於薄膜的方向加上磁化場，這種條形磁疇就會收縮。當磁場達到一定強度時，條形磁疇會收縮成圓柱狀，即所謂磁泡或泡疇。在梯度磁場作用下，磁泡將在材料中運動。若以磁泡的有無表示二進位的“1”與“0”，並在磁泡薄膜面上蒸鍍各種電路和磁路，且將旋轉磁場加於膜面，就能控制磁泡的產生、傳輸、分裂以至檢測和消失，從而完成信息的存儲、讀出、邏輯運算等功能。利用這種磁泡特性可以製造各種功能的磁泡器件，磁泡存儲器即是一例。
磁泡存儲器與磁鼓、磁碟等外存儲器相比，具有存取速度快、存儲密度高，已達到微秒級的存取速度和每片兆位級的存儲容量，並具有體積小、功耗低、無機械運動部分、工作可靠、結構簡單等優點。但由於工藝複雜、成本高，尚不能大量推廣套用。但已在具有特殊要求的場合得到套用，套用範圍正不斷擴大，但在速度方面尚不能滿足記憶體的要求。
磁泡材料要求垂直膜面的單軸磁各向異性場凬大於飽和磁化強度，常用的磁泡材料有正鐵氧體、石榴石型鐵氧體、磁鉛石型鐵氧體及非晶態Gd-Co、Gd-Fe薄膜，其中套用最廣的是外延石榴石複合鐵氧體薄膜。

發展趨勢

磁記錄器件的發展方向是提高記錄密度、縮短存儲時間，具體表現在以下幾個方面。

①磁帶：為了提高記錄密度，必須縮短記錄波長、減小記錄道寬，故要求提高磁帶的與。金屬薄膜磁帶已受到人們的重視。

②記錄方式：記錄波長趨於縮短，因而引起磁跡自去磁場的上升。為了克服這一矛盾，人們開始研究垂直磁化記錄的方式。

③磁頭：鐵氧體低，不宜用於高密度金屬膜磁帶的記錄，金屬薄膜集成磁頭成為發展方向，並將促進非晶、金屬薄膜、薄片磁頭及其材料的研究。

④磁泡存儲器：提高磁泡材料遷移率、減小磁泡泡徑。⑤磁光記錄：記錄密度很高，將為高密度磁記錄創造條件。