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Grundlagen-Informationen zur CD/DVD und den Laufwerken

Die Schublade des SONY CDP 101

Das hier wird eine phsikalisch nicht ganz korrekte Beschreibung - aus vielen Büchern zusammengestellt - im Januar 2010. - Bei der CD Technlogie ist es besonders offensichtlich. Die Spezialisten und Ingenieure, die das alles wissen, erklären es denen, die es (noch) nicht wissen, so kompliziert, daß die Leser es nicht verstehen (können).

Ich bin jedoch der Meinung, daß ich, um des allgemeinen Verständnisses willen, von der supergenauen Physik abweichen darf, um das Verstehen und damit das Verständnis - auch für diese hochkomplexen Zusammenhänge - zu fördern.
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Fangen wir an mit dem Servo-Motor im CD-Spieler

Die vielen Anschlüsse eines DVD-Servomotors
hier der Linear-Motor- Antrieb im SONY CDP 557

Ein ganz normaler Gleichstrom-Motor wird mit zunehmender Belastung langsamer. Man könnte jetzt die Versorgungsspan- nung elektronisch erhöhen, das könnte leidlich reichen, ist aber eigentlich zu ungenau.

Es gibt aber auch moderne Motoren, die mit einer Frequenz gesteuert werden und die zur Erhaltung / Stabilisierung der somit vorgegebenen Drehzahl von sich aus selbsttätig mehr Strom "ziehen"/verbrauchen und so die Drehzahl stabil halten.

Bei der Audio-CD/DVD wird die Drehzahl von innen nach außen fortlaufend und dazu extrem genau verringert. Die Lesegschwindigeit pro Zentimeter der Spur ist nämlich konstant, nicht aber die Umdrehungsgeschwindigkeit der CD. Mit der alten Motoren- Technik geht das nicht. Man braucht dazu einen "brushless" Servo-Motor.
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Der Linear-"Motor"

Unter einem herkömmlichen Motor (=Antrieb) verstehen wir ein "Gerät", bei dem sich einer der beiden Teile dreht, nämlich der Rotor. Es gibt aber "Motoren" (Antriebe), die nur linear hin und her "drehen", nein - sich linear "bewegen", die sich zum Beispiel linear auf einer geraden langen Schiene von Anschlag zu Anschlag bewegen. Der optische Abtaster (die Laser-Einheit) in einem jeden CD-Spieler wurde lange Zeit von solch einem Linearmotor auf ein oder zwei Schienen hin und her "bewegt".
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Der "Laser"

Der Begriff "Laser" steht für "Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation". Der Begriff "Laser" wird dabei für mehrere Benennungen gebraucht (oder benutzt), vor allem für das Laser- Erzeuger-Gerät an sich, aber auch für den Lichtstrahl.
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Das "Laser"-Rohr

Bessere Bilder kommen noch

Lange Zeit erzeugte (nur) ein sogenannter Röhren-"Laser" einen haarfeinen hauchdünnen absolut parallelen Lichtstrahl, mit dem man in Diskotheken und bei Events prima angeben konnte. Im wissenschaftlichen Einsatz in der Medizin und in der Forschung war das aber seriös und in der Unterhaltungs-Technik konnte man ab 1970 zum Beispiel die Video-Platte, auch Philips Laser-Disc genannt, damit abtasten oder mit dem Schneider Laser-Beamer Bilder an eine Wand projizieren.

Dieser "Laser"-Strahl wurde in einer mehr oder weniger langen Elektronenröhre mit hohem Energieaufwand erzeugt, indem man ein spezielles Gas zwischen zwei hochpräzisen Spiegeln so gewaltigt anregt (also mit Energie voll pumpt - Energieaufwand 100:1 oder noch schlechter) sodaß weniger als 1% der Energie als hochkonzentrierter einfarbiger Lichtstrahl aus einem der Spiegel "herausgelassen" werden konnte. Die Energiedichte ist so brutal hoch, daß unsere Augen in Bruchteilen von Sekunden unwiederbringlich zerstört werden (würden). Bei den Star-Wars- Science-Fiction Leuten gibt es daher diese Laser-Kanonen, die angeblich sogar Raumschiffe abschießen können.
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Die "Leuchtdiode" kennt heute jeder

Es gibt hunderte von Büchern und Heften, eigentlich sogar tausende, wie die Leuchtdiode funktionert bzw. ihr Licht erzeugt. Jedenfalls fließt durch die beiden dünnen Beinchen der "LED" ein kleines Strömchen und sie leuchtet ganz estaunlich hell. Die Laserdiode ist eine weiterentwickelte Spezialversion der Leuchtdiode.
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Die "Laser-Diode" ist ein sehr sensibler Geselle

Die Erforschung und Entwicklung der Phänomene bei den Halbleitern ging ja nach dem ersten Transistor von 1947 mit riesen Schritten voran. Aus der anfänglichen simplen stromsperrenden Diode wurde eine "LED", eine "Licht emittierende Diode".


Diese allererste LED leuchtete leidlich hell, also nahezu weiß. Das sind aber alle sichtbaren Farben gemeinsam. So nach und nach hatte man die Technologie raus, wie man diese sogenannten sichtbaren Wellenbereiche auf eine Wellenlänge begrenzen konnte, auf nur noch rot oder gelb oder grün und irgendwann sogar kam da reines blau raus. Die Laien sprechen nur von einzelnen Farben, eigentlich sind es aber sogenannten Wellenlängen, und die werden nach Nano-Metern spezifiziert.

Denn wenn man genauer hinschaut, sieht auch der Laie, daß es eine ganze Anzahl verschiedener Blautöne und Rottöne usw. gibt.
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Was ist an der Laserdiode so sensibel ?

Man muß leider immer noch eine handvoll Bücher lesen, um die Eigenarten der Laserdiode zu verstehen. Jeder Autor formuliert es anders. Nach dem 20ten Buch vestehen Sie gar nichts mehr.

Hier also ein Versuch: Wenn man die Laserdiode mit Strom versorgt, leuchtet sie mit einem kleinen Strömchen anfänglich wie eine LED mit einem nahezu weißen Farbgemisch. Erhöht man die Stromstärke langsam und sehr sorgfältig, kippt irgendwann die Lichterzeugung über in ein sogenanntes kohärentes Licht. Ein kohärentes Licht enthält nur noch eine einzige Wellenlänge (also nur noch eine Farbe) und alle ausgesendeten Lichtstrahlen sind phasengleich.

Erhöht man die Stromstärke weiter, steigt die Lichtstärke recht schnell und überproportional über den optimalen "Arbeitspunkt" hinaus an und die Laserdiode stirbt den Hitzetot. Es gibt für jede Laserdiode eine sogenannte Kennlinie, (fast wie bei der Röhre und dem Transistor) wie weit man den Strom zugunsten der Lichtausbeute steigern darf und ab wann die Diode ausser Kontrolle gerät und stirbt.

Weiterhin ist die Wellenlänge stark temperaturabhäng. Mit zunehmender Erwärmung verändert sie sich stetig. Was uns dummen Kunden lange verschwiegen wurde, auch die Laserdiode altert. Die Lichtleistung, also die Strahlungsintensität wird langsam weniger, bis es zu Abtastung einer CD/DVD einfach nicht mehr reicht. Auch das muß man beachten.

Im Gegensatz zum Laser-Rohr ist bei der laser-Diode der emittierte Lichtstrahl nicht parallel, sondern leicht divergent, also mit einigen Graden leicht streuend. Deshalb braucht man eine erste Optik mit ein paar Linsen, um den Laserstrahl parallel auszurichten.
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Was haben die Ingenieure sich ausgedacht ?

Wenn man also den maximalen optimalen Dioden-Strom und damit die optimale Strahlungsleistung der jeweiligen Laserdioden-Type (im Labor) ermittelt hat, sollte man diesen Wert konstant halten. Da auch der Strom mit der Temperatur steigt, müsste man ihn regeln. Wenn man mit einer Photo-Diode ein kleines "Eckchen" des Lichtstroms abfängt und die aktuelle Intensität mißt und mit einer Referenz-Spannung vergleicht, könnte man über den Strom die Lichthelligkeit, also die Strahlungsstärke konstant halten.

Damit könnte man nicht nur die Temperaturschwankungen ausregeln, sondern auch die fortlaufende Alterung so lange nachregeln, bis die Diode nach 4000 bis 5000 Stunden "End of Life" ist.
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Die Physiker und Ingenieure haben es ganz geschickt gemacht. Sie haben in das Gehäuse der Laserdiode gleich eine kleine Photodiode mit integriert, die innen drinnen einen Teil des erzeugten Laserlichts abbekommt und dieses "Lichtchen" in eine Spannung umsetzt. Deshalb hat eine Laserdiode 3 Beinchen, obwohl doch eigentlich - wie bei der LED - 2 Beinchen ausreichen würden.

In vielen CD-Spielern findet der Laie ein kleines Trimm-Potentiometer direkt an der Laserdiode. Dort wird aber nicht der Strom der Sende-Diode, sondern die erzeugte Spannung der Photo-Diode festgelegt und einjustiert.
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Der Laser-Dioden Regelkreis im Audio- CD-Spieler

Während man in die CD- und DVD Laufwerke unserer modernen PCs überhaupt nicht mehr rein schaun kann, ist die alte AUDIO-Technik beinahe noch öffentlich. Die Steuerung und Regelung der Laser-Diode sowie der ganzen Spur-Abtastung wird von Hersteller zu Hersteller unterschiedlich aufwendig auf der Hauptplatine des CD-Spielers integriert.

Damit ist auch schon die erste große Schwelle einer Reparatur gesetzt. Der soganannte Regelkreis ist vom Hersteller mit den damals ausgesuchten Komponenten optmiert. Das sind nicht nur die Laser-Diode und die ganzen Spiegel- und Prismen-Systeme, sondern auch die elektronischen Bauelemente. Bei einem PC aus den Jahren 2000 bis 2020 tausche ich das ganze CD- oder DVD- Laufwerk aus und er geht wieder.

Bei einem Audio-CD-Spieler dieser Generationen müssen es die Original-Teile sein, sonst stimmen die Komponenten des Regelkreises nicht mehr überein.
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ist alles gescannt, kommt in Kürze

 

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