Проигрыватель компакт-дисков

<час />

Фон

компакт-диск, также широко известный как компакт-диск, представляет собой оптический носитель с цифровыми данными, записанными на его поверхности. Проигрыватель компакт-дисков - это устройство, которое считывает записанные данные с помощью оптического луча и точно воспроизводит исходную информацию (музыку, изображения или данные). Поскольку проигрыватель считывает информацию с помощью оптических средств, диск не подвержен физическому износу. Базовая технология, используемая во всех проигрывателях компакт-дисков, по существу одинакова, независимо от того, предназначен ли проигрыватель для аудио, видео или компьютерных приложений. В этой статье речь пойдет о проигрывателях, предназначенных для аудио (в частности, домашнего аудио) приложений.

История системы компакт-дисков восходит к началу 1970-х годов, когда произошло быстрое развитие цифровой электроники, лазерной оптики и технологий крупномасштабной интеграции (LSI). Многие компании начали изучать возможность хранения аудиосигналов в оптической форме с использованием цифровых, а не аналоговых средств. Практический метод модуляции звуковых сигналов был найден с использованием теорий, опубликованных в 1948 году ученым по имени Клод Э. Шеннон. Этот метод, известный как импульсно-кодовая модуляция (ИКМ), производит выборку аудиосигналов в течение короткого промежутка времени, а затем преобразует выборки в числовые значения для хранения в цифровом формате.

Хранение аудио в цифровом формате (известное как кодирование аудио) требует больших объемов данных. Например, для хранения одной секунды аудиоинформации требуется один миллион бит данных. Оптические диски, способные хранить миллиарды бит данных на очень небольшой площади, оказались идеальными для таких приложений. Оптический диск может хранить до миллиона бит данных на площади размером с булавочную головку. Как только технологии записи и хранения цифрового звука были найдены, производители начали искать способы чтения и обработки данных, хранящихся на такой небольшой площади. Эксперименты с лазерными устройствами (лазер излучает очень узкий луч света, способный фокусироваться на очень небольшой площади) оказались весьма успешными. Развитие методов LSI означало, что огромный объем данных, хранящихся на диске, мог обрабатываться достаточно быстро, чтобы обеспечить непрерывную музыку. Теперь все было готово для разработки полноценной системы компакт-дисков.

Хотя многие компании участвовали в ранних исследованиях и экспериментах с различными технологиями, используемыми в системе компакт-дисков, двум компаниям - Sony из Японии и Philips из Нидерландов - приписывают успешное объединение этих технологий в единую систему. Обе компании сотрудничали, чтобы разработать определенные стандарты для системы компакт-дисков, и консорциум из 35 производителей согласился принять эти стандарты в 1981 году. Первые проигрыватели компакт-дисков были представлены на европейском и японском рынках в конце 1982 года и в США в конце 1982 года. начало 1983 г.

Сырье

Проигрыватель компакт-дисков - это очень сложное электронное оборудование. Простой внешний вид содержит сложные внутренние механизмы для считывания и преобразования аудиосигналов в очень чистую и четкую музыку. Различные компоненты включают корпус, узел оптического считывающего устройства и печатные платы (PCB), которые содержат микрочипы, управляющие электронными процессами в системе.

Шкаф, в котором находится лабиринт компонентов, обычно изготавливается из легкого армированного алюминия. Лазер представляет собой небольшую стеклянную трубку, заполненную газом, и небольшой источник питания для генерации лазерного луча, в то время как фотодиод - полупроводниковая часть, с помощью которой свет, отражающийся от компакт-диска в электрический сигнал, обычно изготавливается из кремния или германия. . Линзы и зеркала оптического датчика изготовлены из полированного стекла или пластика. Этот узел размещен в собственном пластиковом корпусе. Большинство электронных компонентов - резисторов, транзисторов и конденсаторов - содержится на микрочипах, прикрепленных к печатным платам. Основным материалом этих компонентов обычно является силикон. Оборудование, которое соединяет различные узлы вместе, состоит из различных металлических и пластиковых гаек, винтов, шайб, шкивов, двигателей, шестерен, ремней и кабелей.

Дизайн

Компакт-диск представляет собой поликарбонатный пластиковый диск диаметром 4,75 дюйма (12,065 сантиметра), содержащий примерно 74 минуты аудиоинформации. Не вся информация на диске - музыка; некоторые из них используются для обнаружения ошибок, синхронизации и отображения. Информация на компакт-диске закодирована на спиральной дорожке в виде углублений, называемых землей . и ямы которые представляют бинарные максимумы и минимумы. Именно эти углубления «читает» лазер проигрывателя компакт-дисков.

Концептуально конструкция проигрывателя компакт-дисков напоминает проигрыватель фонографов (пластинок). Как и в случае с пластинкой, компакт-диск вращается на вертушке, а звук читается устройством звукоснимателя. Однако, в отличие от проигрывателя грампластинок, двигатель не вращает проигрыватель с постоянной скоростью, а регулирует ее в соответствии с расстоянием звукоснимателя от центра проигрывателя. Кроме того, устройство считывания в проигрывателе компакт-дисков представляет собой не механический стилус (иглу), а оптический лазерный луч, который не вступает в физический контакт с компакт-диском. Этот лазер фокусирует свой луч на дорожке диска, которая содержит площадки и ямки, а детектор проигрывателя компакт-дисков (фотодиод) определяет разницу между светом, отраженным от площадок, и светом, отраженным от ямок. Фотодиод превращает этот отраженный свет в электрический сигнал. Ретранслируемый на электронную плату, этот сигнал затем преобразуется обратно в звук.

В основном проигрыватель компакт-дисков состоит из трех узлов:механизма привода компакт-дисков; оптический датчик в сборе; и сборку электронной печатной платы, которая координирует другие системы внутри плеера и включает сервомеханизм и схему декодирования данных. Посылая сигналы сервомеханизму, печатная плата регулирует скорость двигателя, фокусировку и отслеживание оптического датчика; управляет потоком данных в схему декодирования; и предоставляет отображаемую информацию в ответ на различные кнопки на панели управления.

Механизм дисковода состоит из шпинделя, удерживающего компакт-диск, и двигателя, который его вращает. Двигатель, называемый шпиндельным двигателем, устанавливается под пластиковым лотком для загрузки дисков или поворотным столом. Отдельный двигатель, установленный на шасси (основание или рама проигрывателя компакт-дисков), перемещает загрузочный лоток внутрь проигрывателя и из него; это делается с помощью шестерни, которая прикреплена к двигателю и которая также приводит в действие шестерню большего размера для подъема и опускания зажима для удержания диска на месте.

Оптический датчик состоит из лазера, фотодиода, различных линз и зеркал. Вся подсборка перемещается вперед и назад по рельсам и управляется сервомеханизмом, который принимает управляющие сигналы от печатной платы. Оптический датчик обычно расположен под зажимом, который позиционирует диск, в то время как двигатель, который перемещает сборку, установлен на шасси рядом с рельсами. Механизм работает путем направления лазерного луча через линзы и зеркала на нижнюю сторону компакт-диска. Линзы и зеркала обеспечивают правильную фокусировку луча. Если луч попадает в углубление на диске, свет не отражается, и фотодиод остается отключенным. Если луч попадает на землю, свет отражается обратно через линзы и зеркала на фотодиод, который затем генерирует электрический сигнал. Этот сигнал передается на сборку электронной платы, где он преобразуется системой декодирования данных в аудиосигналы для воспроизведения.

Сборка электронной платы состоит из печатных плат, которые содержат схемы для сервомеханизма, который управляет оптической системой считывания, декодированием данных и системой управления. На плате имеется множество микросхем интегральных схем, микропроцессоров и крупномасштабных интегральных компонентов.

Ключевым узлом проигрывателя компакт-дисков является узел оптического считывающего устройства. Он расположен на направляющих, так что может двигаться вперед и назад под компакт-диском. Он работает, направляя лазерный луч на компакт-диск; если лазер попадает на землю, отраженный свет попадает на фотодиод, который генерирует электрический сигнал. В свою очередь, сигнал поступает на печатную плату проигрывателя компакт-дисков, которая преобразует сигнал в музыку.

Производственный
процесс

В сегодняшней производственной среде не существует единого метода изготовления и сборки. Продукты все чаще производятся в виде узлов и собираются вместе в виде более крупных узлов или в виде конечного продукта. Робототехника и компьютерные линии позволяют установить практически любую деталь в любом состоянии подсборки в любой момент технологического процесса. Последовательность может быть изменена за считанные минуты, чтобы учесть изменения или контрольные точки контроля качества. Таким образом, описанный здесь производственный процесс следует подходу, аналогичному фактическому производственному процессу, используемому в промышленности. Процесс сначала описывается с точки зрения различных узлов, а затем в описании подробно описывается, как различные узлы объединяются для создания конечного продукта.

Узел оптического датчика

• 1 Лазер и фотодиод, приобретенные у внешних подрядчиков, устанавливаются под зажимом для диска. Различные линзы и зеркала в сборке должны быть правильно разнесены и выровнены, чтобы они могли фокусировать и направлять свет по мере необходимости. Затем вся сборка помещается в пластиковый корпус. Корпус изготавливается с помощью одного из обычных процессов пластического формования, такого как экструзия или литье под давлением, в то время как линзы и зеркала (обычно силиконовые) вырезаются в нужную форму, а затем тонко полируются абразивными материалами. Полупроводниковый фотодиод изготавливается путем подготовки и полировки такого вещества, как кремний или германий, с последующим добавлением примесей для создания слоев. Затем добавляются электрические контакты. После установки оптических компонентов на место устанавливаются шестерни и ремень, которые помогают позиционировать оптический датчик.

Узел дисковода

• 2 Затем двигатель, который будет приводить в движение оптический датчик, соединяется с зубчатыми колесами и ремнем и размещается на шасси. Загрузочный лоток теперь отцентрирован, и двигатель шпинделя, который будет вращать диск, установлен. После того, как зажим, к которому был прикреплен оптический датчик, помещается рядом с загрузочным лотком, лоток, зажим и двигатель приемного устройства устанавливаются в загрузочный лоток, который помещается в корпус проигрывателя компакт-дисков.

Блок электронной платы

• 3 Последними собираются электронные компоненты. Печатные платы, разработанные инженерами с использованием пакетов автоматизированного проектирования (САПР), состоят из покрытой медью основы, на которую нанесен узор (маскировка) трафаретной печатью или аналогичным методом. После покрытия светочувствительным материалом участки с рисунком химически вытравливаются, чтобы создать многослойную плату - слои содержат различные транзисторы и конденсаторы, из которых состоят схемы. Крошечные микрочипы (обычно сделанные из кремния), которые устанавливаются на плату, сделаны таким же образом, за исключением гораздо меньшего размера. В зависимости от производителя проигрыватель компакт-дисков может иметь одну большую монтажную плату или несколько плат меньшего размера. После того, как они были прикреплены к панели или панелям, схемы присоединяются к передней панели управления проигрывателя компакт-дисков, к блоку переключателя и, наконец, к источнику питания.

Окончательная сборка

• 4 Когда различные узлы готовы, их соединяют и соединяют вместе, чтобы завершить окончательную сборку. Большая часть работы, выполняемой на этом этапе, выполняется людьми. Теперь CD-плеер протестирован и отправлен на упаковку.

Контроль качества

Как отмечалось ранее, проигрыватель компакт-дисков - очень сложное устройство, и от начального до конечного этапа производства принимаются строгие меры контроля качества, чтобы гарантировать надлежащее функционирование проигрывателя в соответствии с отраслевыми стандартами.

Поскольку многие компоненты проигрывателя компакт-дисков производятся специализированными поставщиками, производитель проигрывателя должен полагаться на этих поставщиков при производстве качественных деталей. Некоторые из наиболее важных элементов находятся в узле оптического считывающего устройства. Линзы и зеркала, используемые, например, в лазерном датчике, изготовлены из высококачественного стекла, и в процессе производства следует избегать контакта с людьми, чтобы их поверхности оставались чистыми и не размазывались. Точно так же компоненты электронных схем должны изготавливаться в среде «чистой комнаты» (со специальными воздушными фильтрами, а также с требованиями к одежде), потому что даже одна частица пыли может вызвать сбои в работе схемы. Платы и микросхемы тестируются на многих уровнях диагностическими машинами для выявления неисправностей в цепях.

Что касается контроля качества со стороны производителя проигрывателя, сборка дисковода проверяется на предмет надлежащего выравнивания двигателя, шпинделя, загрузочного лотка и различных шестерен. Кроме того, оптический датчик проверяется на правильность совмещения линз и лазерного луча. После того, как узлы соединены вместе в шкафу, все соединения проводки проверяются на предмет надлежащего электрического контакта и правильного взаимодействия с другими компонентами. Визуальный осмотр ремней, шкивов и шестерен - неотъемлемая часть процесса контроля качества. Заключительная проверка заключается в воспроизведении тестового диска, который генерирует специальные сигналы и шаблоны, позволяющие работникам отслеживать неисправности в системе. Кроме того, проверяются различные переключатели и кнопки на передней панели, чтобы убедиться, что они выполняют указанные функции и отображают соответствующую информацию на панели.

Будущее

За последние несколько лет технология систем компакт-дисков прошла большой путь, и каждый день открываются новые области применения для систем компакт-дисков. На рынке уже появились CD-ROM, CD-Video и CD-Interactive. Последним продуктом, привлекающим внимание потребителей, является фото-компакт-диск Kodak, на котором фотографии могут отображаться на экранах телевизоров и компьютеров. Эти изображения могут редактироваться или обрезаться пользователем, как и изображения в картинках.

В ближайшие годы в аудиосистемах CD будет представлено много новых функций. Плееры с расширенными функциями дистанционного управления сейчас находятся в стадии разработки. Корпус для проигрывателя компакт-дисков включает верхнюю крышку или "капот" и переднюю панель управления. Компакт-диск опирается на загрузочный лоток, который выдвигается и выдвигается из проигрывателя. Эти функции позволят пользователю отображать информацию на самом пульте дистанционного управления, такую ​​как названия песен, имена исполнителей и текст песен. и запись, и воспроизведение, как и кассета, также находятся в разработке. Обширные возможности хранения компакт-диска также поддаются многим широким мультимедийным приложениям, и вполне возможно, что компакт-диски станут обычным средством обмена данными для всех. аудио, видео и компьютерные приложения.