способ снижения искажений, вносимых обратимым электромеханическим преобразователем в режиме источника электрического сигнала в приемник

Формула изобретения

Способ снижения искажений, вносимых обратимым электромеханическим преобразователем в режиме источника электрического сигнала в приемник, путем подачи сигнала обратимого электромеханического преобразователя в усилитель с отрицательной обратной связью, а части выходного сигнала усилителя - в приемник, отличающийся тем, что частью выходного сигнала усилителя воздействуют на сигнал обратимого электромеханического преобразователя посредством динамической положительной обратной связи, которой дополнительно охватывают усилитель.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области радиотехники, в частности к технологиям воспроизведения сигналов магнитной записи, механической грамзаписи, микрофонных сигналов и т.п., и предназначено для снижения искажений, вносимых обратимым электромеханическим преобразователем (ЭМП) в режиме источника электрического сигнала в приемник.

Известны различные способы, улучшающие качество передачи сигнала в приемник от ЭМП и реализованные в устройствах, описанных, например, в [1-4].

Наиболее близким по сущности к заявляемому способу является способ, описанный в [4]. Он предусматривает подачу сигнала обратимого (то есть с возможностью работы в режимах источника и приемника электрических сигналов) ЭМП в режиме источника сигнала в усилитель с отрицательной обратной связью (ООС), а части выходного сигнала усилителя, при необходимости с его частотной коррекцией (например, с интегрирующей коррекцией в [4]), - в приемник.

Однако этот способ имеет следующие существенные недостатки:

- заметные искажения формы передаваемого в приемник сигнала тока обратимого ЭМП за счет гистерезиса характеристики магнитной катушки, силы сопротивления изменению тока в ней (силы Лоренца) и силы механического трения обратимого ЭМП по носителю записи:

- заметный износ носителя записи и стирание его информации от воздействия тока большой величины обратимого ЭМП;

- недостаточные динамический диапазон передачи сигнала тока ЭМП и соотношение "сигнал/шум".

Технический результат по применению предлагаемого способа заключается в существенном снижении искаженной формы передаваемого сигнала от ЭМП в приемник, снижении износа носителя записи, расширении динамического диапазона передачи сигнала и улучшении соотношения "сигнал/шум".

Технический результат обеспечивается тем, что частью выходного сигнала усилителя воздействуют на сигнал обратимого ЭМП посредством динамической положительной обратной связи (ПОС), которой дополнительно (помимо ООС) охватывают усилитель.

Сущность изобретения

Способ снижения искажений, вносимых обратимым электромеханическим преобразователем в режиме источника электрического сигнала в приемник, путем подачи сигнала обратимого электромеханического преобразователя в усилитель с отрицательной обратной связью, а части выходного сигнала усилителя - в приемник, частью выходного сигнала усилителя воздействуют на сигнал обратимого электромеханического преобразователя посредством динамической положительной обратной связи, которой дополнительно охватывают усилитель.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где представлены:

на фиг. 1 - схема реализации способа в общем виде;

на фиг. 2 - схема реализации способа в более конкретном виде;

на фиг. 3 - принципиальная электрическая схема варианта устройства для реализации способа.

На чертежах позициями обозначены: 1 - вход в усилитель от обратимого ЭМП: 2 - усилитель в общем виде; 3 - выход к приемнику; 4 - цепь динамической ПОС; 5 - усилитель с ООС; 6 - частотно-зависимый пассивный делитель тока нагрузки; 7 - дифференциальный каскад усиления; 8, 9 - сопротивления, образующие делитель ООС; 10 - сопротивление в качестве датчика выходного тока усилителя; 11, 12 - сопротивления, образующие делитель ПОС; 13 - разделительная емкость динамической ПОС; 14, 15 - сопротивление и емкость частотно-зависимого делителя тока. На всех чертежах показана эквивалентная схема обратимого ЭМП в виде его последовательно соединенных индуктивности и активного сопротивления.

Схема на фиг. 1 включает в себя согласующий усилитель 2 со входом 1 от обратимого ЭМП и выходом 3 к приемнику, усилитель 2 охвачен цепью динамической ПОС 4 между выходом 3 и входом 1.

Схема фиг. 2 содержит согласующий усилитель 2 (выделен штриховой линией), состоящий из усилителя 5 с выходом 3 и частотно-зависимого пассивного делителя тока 6, соединенного с выходом 3, усилитель 5 охвачен динамической ПОС 4 между выходом 3 и входом 1.

На схеме фиг. 3 штриховыми линиями выделены блоки с предыдущих более общих схем с номерами позиций 2, 4, 5, 6. Усилитель 5 состоит из дифференциального каскада усиления 7, сопротивлений 8, 9, образующих делитель ООС, сопротивления 10 - датчика выходного тока усилителя 5. Цепь динамической ПОС 4 образована делителем ПОС - сопротивлениями 11, 12 и разделительной емкостью 13. Частотно-зависимый делитель тока 6, соединенный одним концом с выходом 3, содержит, например, параллельно соединенные сопротивление 13 и емкость 15. Вход 1 от обратимого ЭМП через сопротивление 12 соединен с прямым входом дифференциального каскада усиления 7, с которым также соединена последовательная цепь из сопротивления 11 и разделительной емкости 13, соединенной с выходом 3. Сопротивление 9 соединено одним концом с инверсным входом дифференциального каскада 7, этот вход также через сопротивление 8 соединен с выходом каскада 7, между которым и общим выходом 3 установлено в качестве датчика тока сопротивление 10, которое разделяет начала ООС и ПОС. Общим проводом объединены второй конец цепи обратимого ЭМП, второй конец сопротивления 9, вторые концы сопротивления 14 и емкости 15 частотно-зависимого делителя тока 6.

В варианте, оптимальном для достижения технического результата изобретения, глубину ПОС и ООС выбирают одинаковой. Чтобы не оказывать существенного влияния на характеристики устройства, величину сопротивления 10 в качестве датчика тока выбирают в пределах 0,01 - 0,1 от сопротивления нагрузки. Величину разделительной емкости 13 в цепи динамической (с дифференцирующей цепочкой из элементов 11, 13) ПОС 4 выбирают в совокупности с величинами сопротивлений 11, 12 из условия задержки по ПОС постоянной и низкочастотных (от нестабильности "нуля" выхода усилителя во времени) составляющих выходного сигнала и пропуска практически без фазового запаздывания составляющих в требуемом частотном диапазоне (для аудиоустройств нижняя граница полосы пропускания равна 20 Гц). Взаимосвязанные величины сопротивления 14 и емкости 15 выбирают с учетом параметров цепей приемника, ПОС и требуемой величины постоянной времени фильтра нижних частот, которым и является частотно-зависимый делитель тока 6. Этот фильтр служит для ослабления частот свыше 20 кГц - 30 кГц в соответствии со стандартами грамзаписи и магнитной записи, в нем нет необходимости в случае с микрофоном как обратимым ЭМП.

Устройство, реализующее способ, работает следующим образом. При возбуждении обратимого ЭМП его сигнал поступает на вход 1 устройства, усиливается, при необходимости корректируется по частоте (усиление нижних и/или ослабление высоких частот), поступает на выход 3 и далее в приемник, например, в тракт звукоусиления. Одновременно через цепь динамической ПОС 4 сигнал с выхода 3 поступает обратно на вход 1, далее в обратимый ЭМП (с учетом входного сопротивления усилителя, гораздо большей величины, чем сопротивление ЭМП и сопротивления 11, 12) и компенсирует нелинейные искажения его сигнала, вызванные магнитным гистеризисом, силой Лоренца (силой сопротивления изменению тока в обмотке ЭМП), а также механическим трением при считывании информации с носителя и сопротивлением среды носителя информации (магнитной ленты, диска грамзаписи, воздуха и т.п.). Очевидно, компенсация этих искажений в основном обусловлена свойством обратимости ЭМП, выражающимся в обратной симметрии его характеристик (амплитудно-частотных и нелинейностей) в режимах источника и приемника электрического сигнала. Если в режиме источника динамический сигнал обратимого ЭМП начнет искажаться, то усиленный выходной сигнал устройства, в котором также начнут отражаться эти искажения, воздействуя по цепи динамической ПОС на ЭМП (ЭМП как бы в режиме приемника сигнала), будет стремиться создать в нем обратный ток, форма которого обратно симметрична форме тока, его вызвавшего. Из-за этого результирующий ток ЭМП существенно уменьшится, а в сигналах на входе 1 и на выходе 3 произойдет значительная компенсация искажений. За счет действия ПОС ЭМП начинает работать почти на холостом ходу с максимальным напряжением, минимальным током и минимальными искажениями их форм. При этом уменьшение величины тока ЭМП способствует уменьшению износа носителей записи и стирания их информации. Можно показать, что аналогичный механизм реализуется и в случае пьезоэлектрического, магнитострикционного, электронного и других типов обратимых ЭМП.

Также от действия ПОС за счет дополнительного усиления по току увеличиваются динамический диапазон и соотношение "сигнал/шум" на выходе устройства, реализующего способ. При необходимости дальнейшего улучшения частотных свойств сигнала, идущего в приемник, дополнительно используют частотную коррекцию, например пассивный частотно-зависимый делитель тока.

Экспериментальные проверки подтвердили достижение ожидаемых технических результатов.

В частности в серийном магнитофоне 1-ой группы сложности "Ростов МК 112с" при замене его способа согласования электромагнитной головки с трактом звуковоспроизведения на заявляемый способ коэффициент искажений третьей гармоники полезного сигнала снизился с 0,65 до 0,35%, эффективный частотный диапазон расширился снизу с 25 до 20 Гц, сверху - с 26 до 32 кГц, полное взвешенное отношение "сигнал/шум" увеличилось с 64 до 67 дБ.

На серийном проигрывателе высшей группы сложности "Корвет ЭП 038с" с магнитной головкой "Корвет ГЗМ 018с" и согласующим усилителем "Kenwood KA 9100" результаты измерения посредством измерительной пластинки по ГОСТ 11157-87 в двух режимах работы усилителя Kenwood: с исходной схемой и с измененным по предлагаемому способу входным каскадом усиления также показали преимущество предлагаемого решения, а именно: номинальная прижимная сила иглы головки уменьшилась с 15 мН до 12 мН, эффективный диапазон частот расширился с 20 Гц - 20 кГц до 20 Гц - 30 кГц.

Возможность практического использования заявленного способа подтверждается выпускаемыми серийными изделиями фирмы "Колвир".

Источники информации

1. Авторское свидетельство СССР N 847523, H 04 R 3/00, 1981.

2. Авторское свидетельство СССР N 1472943, G 11 B 5/027, 1989.

3. Авторское свидетельство СССР N 1427416, G 11 B 5/026, 1988.

4. Гитлиц М.В. Магнитная запись сигналов. М.: "Радио и связь", 1990, с. 143 - 145 (прототип).