模擬磁帶失真

我們?cè)谏弦黄恼轮杏懻摰哪Ｐ涂捎糜诜治霎?dāng)將高頻正弦波偏置信號(hào)添加到要錄制的模擬信號(hào)時(shí)模擬磁帶錄音機(jī)的失真減少情況。

對(duì)于一階，請(qǐng)考慮磁帶沒有進(jìn)入飽和狀態(tài)，這樣該模型確實(shí)對(duì)真實(shí)磁芯形成了合理的一階模型。也就是說，死區(qū)反映了磁芯的剩磁，這種磁滯會(huì)導(dǎo)致正弦波模擬信號(hào)以圖 1 和圖 2 中所示的方式被削波，磁滯如圖 3 和圖 4 所示。

圖 1.從左上角順時(shí)針方向，本系列第 1 部分的圖 1 到 4 。

如您所見，這些滯后特性顯然會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重失真。

高頻 （HF） 信號(hào)示例

考慮一個(gè)大的高頻正弦波磁化信號(hào)。即使有滯后，記錄信號(hào)的平均值也將為零。如果該信號(hào)現(xiàn)在與另一個(gè)信號(hào)發(fā)生直流偏移，則 HF（高頻）信號(hào)現(xiàn)在將基本上圍繞該偏移信號(hào)擺動(dòng)，與死區(qū)無關(guān)，因?yàn)榇笮盘?hào)總是驅(qū)動(dòng)磁化通過死區(qū)。盡管 HF 信號(hào)具有波形失真，但情況確實(shí)如此。

因此，HF 偏置信號(hào)的平均值將等于偏移信號(hào)，并且正是這個(gè)平均值形成了用于回放的記錄信號(hào)。這樣，偏移信號(hào)就不會(huì)像它是唯一施加的信號(hào)那樣經(jīng)歷死區(qū)失真。HF 偏置的波形無關(guān)緊要，只要它的頻率足夠高，以至于所有雜散信號(hào)都在所需信號(hào)的帶寬之外，因?yàn)樗鼈兛梢员粸V除。

說明這一點(diǎn)的示意圖如下所示。二極管和電容器模擬直流滯后和非線性死區(qū)。導(dǎo)致失真的是死區(qū)。

您將看到高頻振蕩器偏置如何減少抽頭錄音失真。如果沒有 HF 偏置，遲滯會(huì)嚴(yán)重扭曲輸出信號(hào)。當(dāng)信號(hào)改變方向時(shí)，輸出直流磁化滯后于輸入。但是，強(qiáng)制輸入正負(fù)擺動(dòng)會(huì)覆蓋滯后，并允許輸出取決于滯后曲線的平均值。輸入信號(hào)由兩個(gè)頻率構(gòu)成，以表明THD（總諧波失真） 和 IMD（互調(diào)失真）均已消除。

圖 2. 磁帶失真減少示意圖

示意圖顯示了三個(gè)正弦波電壓的總和。兩個(gè)信號(hào)代表一個(gè)多頻輸入，另一個(gè)是高頻偏置信號(hào)。這兩個(gè)信號(hào)說明了互調(diào)失真的影響。非線性系統(tǒng)將顯示和頻和差頻。

原始輸入/輸出信號(hào)

典型的原始單輸入/輸出信號(hào)如下所示：

圖 3. 單頻信號(hào)，VIN=1V

圖 4. 單頻信號(hào)，VIN=12V

圖 3 和圖 4 顯示了有效磁化信號(hào)“電壓滯后”其輸入，隨后由于信號(hào)改變方向時(shí)出現(xiàn)的滯后現(xiàn)象而嚴(yán)重失真。正如我們?cè)谏弦黄恼轮兴懻摰模a(chǎn)生電壓滯后的標(biāo)準(zhǔn) SPICE 技術(shù)不會(huì)對(duì)波形峰值的這種失真進(jìn)行建模。

混合原始信號(hào)

混合的原始信號(hào)如下所示：

圖 5.混頻信號(hào)，VINA=1V，VINB=1V

圖 5 顯示輸入信號(hào)存在明顯失真。

混合無偏信號(hào)的FFT（快速傅立葉變換） 如下所示：

圖 6.無偏混合信號(hào) FFT VINA=1V，VINB=1V

圖 7.無偏混合信號(hào) FFT，VINA=6V，VINB=6V

在無偏條件下，這些顯示出顯著的 500 Hz、1kHz 和 1k5 互調(diào)失真。

混合高頻信號(hào)

混合的 HF 偏置信號(hào)如下所示：

圖 8. HF 偏置混合信號(hào)

混合的 HF 偏置信號(hào)的 FFT 如下所示：

圖 9. HF 偏置混合信號(hào) FFT

因此，添加 HF 偏壓表明互調(diào)產(chǎn)物大大減少。

概括

本文展示了一種允許在標(biāo)準(zhǔn) SPICE 的能力范圍內(nèi)對(duì)滯后進(jìn)行建模的技術(shù)。可以擴(kuò)展該技術(shù)以構(gòu)建具有滯后的電感器，并且將在后續(xù)文章中描述這種技術(shù)。