DE1499707A1

DE1499707A1 - Aufnahme- und Wiedergabeeinrichtung

Info

Publication number: DE1499707A1
Application number: DE19661499707
Authority: DE
Inventors: Donald Wortzman
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1965-08-04
Filing date: 1966-07-23
Publication date: 1970-07-09
Also published as: US3423540A; GB1129866A; FR1488677A

Description

Aufnahme- und Wiedergabeeinrichtung

Die Erfindung betrifft eine Aufnahme- und Wiedergabeeinrichtung für Analogsignale, bei der bei Aufnahme das Analogsignal einem Frequenzmodulator und das frequenzmodulierte Signal dem Aufnahme- und Wiedergabegerät zugeführt wird und bei Wiedergabe das frequenzmodulierte Signal in einer Detektorschaltung in das entsprechende Analogsignal rückverwandelt wird.

Bei Aufnahme- und Wiedergabeeinrichtungen in magnetischen Speicherverfahren werden elektrische Schaltkreise verwendet. Diese Schaltkreise verursachen Verzerrungen des Eingangssignals, die zusammen mit dem eigentlichen Signal magnetisch gespeichert werden. Bei der Aufnahme und Wiedergabe von Tönen sind diese Verzerrungen störend. Bei der Aufnahme und Wiedergabe von Daten aber können solche Verzerrungen nicht zu vernachlässigende Fehler bei der Auswertung der Daten nach sich ziehen.

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Der übliche Weg um derartige Verzerrungen zu vermeiden oder zu vermindern besteht darin, daß ausgesuchte Schaltelemente für die Schaltkreise verwendet und aufwendige Schaltkreise entwickelt werden. Diese Methode ist dementsprechend auch kostenmäßig sehr aufwendig.

Das Ziel der Erfindung ist eine Aufnahme- und Wiedergabeeinrichtung, die trotz der Verwendung normaler Schaltkreise unverzerrte Signale bei der Wiedergabe ergibt.

Gemäß der Erfindung wird für eine Aufnahme- und Wiedergabeeinrichtung der eingangs genannten Art vorgeschlagen, daß bei Aufnahme der Eingang über eine Eingangsimpedanz mit dem Eingang eines Operationsverstärkers und dessen Ausgang über den Frequenzmodulator sowohl mit Aufnahme u!id Wiedergabegerätjals auch der Detektorschaltung verbunden ist, die zusammen mit einer Rückkopplungsimpedanz die Rückkopplungsschleife zum Eingang des Operationsverstärkers bildet, und daß bei Wiedergabe die Detektorschaltung mit der vorherigen Rückkopplungsimpedanz die Eingangsimpedanz des Operationsverstärkers bildet und der Ausgang des Operationsverstärkers über die nunmehr die Rückkopplungs impedanz bildende , vorherige Eingangsimpedanz mit dem Eingang des Operationsverstärkers verbunden ist. Die Verzerrungsfreiheit ergibt sich insbesondere aus der Verwendung der gleichen Schaltungen für Aufnahme und Wiedergabe und aus der Kompensationswirkung, die dadurch bewirkt wird, daß Aufnahme und Wiedergabe in umgekehrter Weise .-

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß die Detektorschaltung aus der Reihenschaltung eines monostabilen Multivibrators, einer Begrenzerschaltung und eines Tiefpaß-Filters besteht.

Weiterhin wird vorgeschlagen, daß die bei Aufnahme als Eingangsimpedanz des Operationsverstärkers dienende Impedanz zur Anpassung an Frequenz- und Spannungsbereich des Analogsignals veränderbar ist. Als Frequenz-

RAD

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modulator eignet sich insbesondere ein spannungsgesteuerter Oszillator.

Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Aufnahme- und Wiedergabeeinrichtung ist im folgenden an Hand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 das Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels und

Fig. 2A und 2B, in ihrer in Fig. 2 gezeigten gegenseitigen Lage, schematisch den Schaltungsaufbau der in Fig. 1 dargestellten Einrichtung.

Das Blockschaltbild in Fig. 1 zeigt eine Aufnahme- und Wiedergabeeinrichtung, bei der Analogsignale in frequenzmodulierter Form aufgezeichnet werden. Mehrere Einheiten der Einrichtung sind durch Schalter miteinander verbunden. Die Schaltarme befinden sich bei Aufnahme in der ausgezogen gezeichneten und bei Wiedergabe in der gestrichelt gezeichneten Lage. Das aufzunehmende Analogsignal wird an die Eingangs klemme 2 gelegt und über den Schaltarm 4 zum Punkt 6 und über ein aus der Parallelschaltung einer einstellbaren Kapazität 8 und einem einstellbaren Widerstand 10 bestehendes Glied zum Punkt 56 geleitet. Im Punkt 56 wird das Analogsignal mit einem diesem Punkt außerdem zugeführten Signal kombiniert und das daraus resultierende Signal an den Eingang eines Differentialverstärkers 12 gelegt. Das Ausgangssignal des Differentialverstärkers 12 an der Ausgangsklemme 14 wird über den Schaltarm 16 zur Eingangsklemme 18 eines spannungsgesteuerten Oszillators 20 geleitet. Die Frequenz des Ausgangssignals des Oszillators 20 ist eine Funktion der Amplitude des analogen Eingangssignals. Die Ausgangsklemme 22 des Oszillators 20 ist über den Schaltarm 24 mit der Eingangsklemme 32 eines magnetischen Aufnahmegerätes 38, beispielsweise ein konventionelles Bandgerät, verbunden. Die Eingangsklemme 32 liegt außerdem am Eingang eines monostabilen ■ Multivibrators 40. Auf diese Weise betätigt das frequenzmodulierte Ausgangssignal des spannungsgesteuerten Oszillators 20 gleichzeitig den mono-

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stabilen Multivibrator 40, der entsprechende Aus gangs impulse erzeugt. Diese Impulse werden in einer angeschlossenen Begrenzers chaltung 42 auf einen bestimmten Pegel begrenzt. Die begrenzten Impulse werden dann über ein Tiefpaß-Filter 46 und einen Widerstand 50 zum Punkt 56 am Eingang des Differentialverstärkers 12 geleitet, und dort mit dem analogen Eingangssignal überlagert.

Bei der Wiedergabe werden die Schaltarme 4,16 und 24 in die gestrichelt gezeichnete Lage gebracht. Das im Aufnahmegerät 38 gespeicherte Signal wird bei der Wiedergabe dem monostabilen Multivibrator zugeführt und über die Begrenzerschaltung 42, das Tiefpaß-Filter 46 den Widerstand 50 an den Eingang des Differentialverstärkers 12 gelegt. Bei Wiedergabe liegt der Ausgang des Differentialverstärkers 12 an der Ausgangsklemme 26 und ist gleichzeitig über den Schaltarm 4 und das aus der Kapazität 8 und dem Widerstand 10 entstehende Glied zum Eingang des Differentialverstärkers rückgekoppelt.

Die Aufgabe des spannungsgesteuerten Oszillators 20 besteht darin, das analoge Eingangssignal in ein frequenzmoduliertes Signal umzuwandeln, so daß es vom Aufnahmegerät 38 gespeichert werden kann. Der monostabile Multivibrator 40, die Begrenzerschaltung 42 und Filter 46 wandeln das frequenzmodulierte Signal am Ausgang des Filters 46 wiederum in die analoge Form um. Die Nulldurchgänge des FM-Signals aus dem Oszillator bei der Aufnahme oder des Aufnahmegerätes 38 bei der Wiedergabe erzeugen am Ausgang des monostabilen Multivibrators Impulse· Die positive und negative Amplitude der Impulse wird in der Begrenzerschaltung 42 auf einen festen Wert begrenzt. Die Dauer der von der Begrenzerschaltung 42 abgegebenen Impulse ist von der Frequenz des FM Signals abhängig. Das Filter 46 glättet die Ausgangsimpulse der Begrenzerschaltung 42 und bildet dadurch das Analogsignal . Deshalb erscheint bei der Aufnahme am Ausgang des Filters 46 dasselbe Analogsignal, das in frequenzmodulierter Form im Aufnahmegerät 38 aufge-

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zeichnet wird. In gleicher Weise erscheint bei der Wiedergabe am

das

Ausgang des Filters 46 in frequenzmodulierter Form im Aufnahmegerät 38 gespeicherte Signal als Analogsignal. Der monostabile Multivibrator 40, die Begrenzerschaltung 42 und das Filter 46 wirken in ihrer Reihenschaltung als Detektor, der die FM-Signale in Analogsignale umwandelt.

Der Differentialverstärker 12 dient als Operationsverstärker. Ein Operationsverstärker besteht aus einem Verstärker mit hohem Verstärkungsfaktor. Seine Eingangsimpedanz kann als unendlich angenommen werden, das heißt, in die Eingangs klemme kann kein Strom fließen. Die Ausgangsimpedanz dagegen ist klein. Der Verstärker ist über eine Impedanz Z₀ stark gegengekoppelt. In seinem Eingang liegt eine Impedanz Z₁. Strom und Spannung am Eingang eines Operationsverstärkers versuchen 0 zu werden. Der Eingang des Operationsverstärkers wird deswegen als virtuelle Erde bezeichnet. Bei der Aufnahme wird das an der Klemme 2 liegende Eingangssignal über die Kapazität-Widerstandskombination 8, 10 dem Verstärker eingang zugeführt. Die Kapazität-Widerstandskombination stellt die Eingangsimpedanz Z₁ dar. Die Ausgangs signale des Differentialverstärkers werden nach ihrer Umwandlung in frequenzmodulierte Form und ihrer Rückumwandlung in analoge Form über den Widerstand 50 an den Eingang des Verstärkers zurückgeführt. Der Widerstand 50 stellt die Rückkopplungsimpedanz Z₀ dar. Wie die Theorie der Operationsverstärker ergibt, errechnet sich der Verstärkungsfaktor K₁ des Differentialverstärkers zu Z₀ . Bei Wiedergabe jedoch wird das Ver-

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hältnis der Impedanzen umgekehrt. Das im Aufnahme- und Wiedergabegerät 38 gespeicherte frequenzmodulierte Signal kann als identisch mit dem ursprünglichen, analogen Eingangssignal betrachtet werden. Das frequeazBiodulierte Ausgangseignal des Aufnahme- und Wiedergabegerätes 38 erechaint η Auegang des Filtere 46 während der Wiedergabe als Analogejgaal λΜ wird, wie bereite erwähnt, über den Widerstand 50 an

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den Eingang des Verstärkers 12 geführt. Bei der Wiedergabe stellt also die Impedanz Z₀ die Eingangsimpedanz des Verstärkers dar. Gleichzeitig erhält der Verstärker über den Schaltarm 16 und Widerstand 10 und Kapazität 8 eine Rückkopplungsschleife. Bei der Wiedergabe stellt also die Impedanz Z₁ die Rückkopplungsimpedanz dar. Der Verstärkungsfaktor K des Operationsverstärkers ist in diesem Falle

^Zl
; er ist also gleich dem Kehrwert des Verstärkungsfaktors bei

2 der Aufnahme. Die Gesamtverstärkung eines Signals nach Aufnahme und Wiedergabe beträgt demnach

^Z2 ^Zl

K₁ . κ = . - ι.

Das bedeutet, daß ein aufgenommenes und dann wiedergegebenes Signal stets eine konstante Verstärkung aufweist, und zwar unabhängig von den im Aufnahme- und Wiedergabekreis liegenden Komponenten. Aus diesem Grunde könnte der spannungsgesteuerte Oszillator sehr nichMinear sein, da sich die Nichtlinearitäten kompensieren. Die Wiedergabe des aufgenommenen Signals wird unverzerrt sein.

Der Grund dafür, daß die Impedanz Z₁ eine veränderliche Kapazität 8 enthält, besteht darin, daß verhältnismäßig niederfrequente Eingangs signale vorausgesetzt wurden. Bei höheren Frequenzen wird die Impedanz verringert, so daß eine Anhebung erfolgt. Bei der Wiedergabe liegt die Impedanz Z. in der Rückkopplungsschleife, so daß ein Ab- · schwächungseffekt erzielt wird. Nach der Aufnahme vorhandenes hochfrequentes Rauschen wird demnach bei der Wiedergabe unterdrückt ohne das originale Signal zu verzerren. Sowohl Kapazität 8 als auch Widerstand 10 sind einstellbar, so daß das System an verschiedenartige Anwendungsfälle mit verschiedenen Amplitudenbereichen angepaßt werden kann.

Die in der Einrichtung gemäß Fig. 1 enthaltenen Einzelschaltungen sind bekannt. Für jede Einzelschaltung bietet sich eine große Wahl von Aus-

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führungen an, beispielsweise besteht eine große Auswahl an monostabilen Multivibrator en, Begrenzerschaltungen, Filtern usw., die in der erfindungs gemäße η Einrichtung verwendet werden könnten. Ein Beispiel für die in der erfindungsgemäßen Einrichtung verwendbaren Schaltungen ist in den Figuren 2A und 2B dargestellt. Jeder der Schaltkreise in den Figuren 2A und 2B gehört zum Stande der Technik. Da auch die Funktionsweise der einzelnen Schaltungen bekannt ist, wird darauf nicht ausführlich eingegangen.

In den Figuren 2A und 2B ist die dargestellte Eingangsklemme 2 über einen Schaltarm 4 an einen Block von Kapazitäten 8 und Widerständen 10 mit den angedeuteten, abgestuften Werten angeschlossen. Mit Hilfe der Schaltarme 8-1 und 8-2 kann eine geeignete Kombination eingestellt werden. Der Ausgang der eingestellten Kombination liegt jeweils am Punkt 56, der die Eingangsklemme des Differentialverstärkers 12 bildet. Der Differentialverstärker 12 enthält einen NPN-Transistor 12-1 und 2 PNP-Transistoren 12-2 und 12-3. Die Ausgangsklemme 14 des Differentialverstärkers 12 ist mit dem Kollektor des Transistors 12-1 verbunden. Die Spannung an der Ausgangsklemme wird von der Spannung an der Basis des Transistors 12-2 gesteuert. Die Spannung der Basis des Transistors 12-2 wird von der Eingangs spannung am Punkt 56 und der Spannung am Widerstand 50 bestimmt. Das Ausgangssignal des Differentialverstärkers 12 wird über den Schalt arm 16 zur Klemme 18 geleitet, die die Eingangsklemme des spannungsgesteuerten Oszillators 20 bildet. Der spannungsgesteuerte Oszillator 20 besteht aus einem astabilen Multivibrator mit den PNP-Transistoren 20-1 und 20-2 und einem NPN-Transistor 20-3, der die Impulsfrequenz der Ausgangsimpulse steuert. Die Aus gangs klemme des spannungsgesteuerten Oszillators 20 ist über den Schaltarm 24 mit der Eingangsklemme des monostabilen Multivibrators 40 verbunden. Außerdem liegt an der Eingangsklemme 32 das Aufnahme- und Wiedergabegerät 38.

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Der monxostabile Multivibrator 40 enthält einen NPN-Transistor 40-1 und einen PNP-Transistor 40-2. Die RC-Zeitkonstante des monostabilen Multivibrators 40 ist so bestimmt, daß die Impulsbreite des Ausgangssignals etwas kleiner als die kleinste Periodendauer des astabilen Multivibrators des spannungskontrollierten Oszillators 20 ist. Der Ausgang des monostabilen Multivibrators 40 ist mit der Begrenzerschaltung 42 verbunden.

Die Begrenzerschaltung 42 besteht aus einem PNP-Transistor 42-1 und einem NPN-Transistor 42-2, die an solche Spannungen gelegt sind, daß die Signale des monostabilen Multivibrators 40 exakt auf eine Amplitude von - 1, 5 Volt begrenzt werden. Das Aus gangs signal der Begrenzerschaltung wird über das konventionelle Tiefpaß-Filter 46 und den Widerstand 50 zurück zur Basis des Transistors 12-2 im Differentialverstärker 12 geführt.

Bei Wiedergabe werdeHdie Schaltarme 4, 16 und 24 umgeschaltet, so daß Punkt 6 an der Ausgangsklemme 16 liegt. Die Aus gangs klemme des Differentialverstärkers 12 ist sowohl mit der Ausgangsklemme als auch über den Schaltarm 4 mit dem Widerstand 8 und der Kapazität 10 verbunden, so daß eine Rückkopplungsschleife gebildet wird. Die Umschaltung des Schaltarmes 24 trennt den Ausgang des spannungsgesteuerten Oszillators 20 sowohl vom Aufnahme- und Wiedergabegerät 38 als auch vom monostabilen Multivibrator 40. Im Interesse der Vollständigkeit sind in den Figuren 2A und 2B die Betriebsspannungswerte und die Werte der Schaltelemente eingetragen.

Das wesentliche Prinzip der Einrichtung besteht darin, daß bei der Wiedergabe dieselben Einheiten, nur in umgekehrter Weise, wie bei der Aufnahme zum Einsatz kommen. Auf diese Weise werden irgendwelche bei der Aufnahme gebildeten und mitaufgenommenen Verzerrungen bei der Wiedergabe kompensiert, so daß das wiedergegebene Signal wieder verzerrungsfrei ist. Enge Toleranzen der verwendeten Schalt-

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elemente sind nicht erforderlich und irgendwelche Nichtlinearitäten usw. können zugelassen werden, da die daraus entstehenden Verzerrungen während der Wiedergabe wieder aufgehoben werden.

Die Funktion eines Operationsverstärkers wird so ausgenutzt, daß die Eingangsimpedanz bei Aufnahme die Rückkopplungsimpedanz bei Wiedergabe und die Eingangsimpedanz bei Wiedergabe die Rückkopplungs impedanz bei Aufnahme wird.

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Claims

H99707 Patentansprüche

1. Aufnahme- und Wiedergabeeinrichtung für Analogsignale,
bei der bei Aufnahme das Analogsignal einem Frequenzmodulator und das frequenzmodulierte Signal dem Aufnahme-
und Wiedergabegerät zugeführt wird und bei Wiedergabe das
frequenzmodulierte Signal in einer Detektorschaltung in das
entsprechende Analogsignal rückverwandelt wird, dadurch
gekennzeichnet, daß bei Aufnahme der Eingang über eine Eingangsimpedenz mit dem Eingang eines Operationsverstärkers
und dessen Ausgang über den Frequenzmodulator sowohl mit
Aufnahme- und Wiedergabegerät als auch mit der Detektorschaltung verbunden ist, die zusammen mit einer Rückkopplungsimpedanz die Rückkopplungsschleife zum Eingang des Operationsverstärkers bildet, und daß bei Wiedergabe die Detektorschaltung mit der vorherigen Rückkopplungsimpedanz die Eingangsimpedanz des Operationsverstärkers bildet und der Ausgang des Operationsverstärkers über die nunmehr die Rückkopplungsimpedanz bildende, vorherige Eingangsimpedanz mit dem Eingang des Operationsverstärkers verbunden ist.

2. Aufnahme- und Wiedergabeeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die Detektorschaltung aus der Reihenschaltung eines monostabilen Multivibrators , einer Begrenzerschaltung und eines Tiefpaß-Filters be steht.

3. Aufnahme- und Wiedergabeeinrichtung nach Anspruch 1-und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die bei Aufnahme als Eingangsimpedanz des Operationsverstärkers dienende Impedanz zur Anpassung an
Frequenz- und Spannungsbereich des Analogsignals veränderbar ist.

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4. Aufnahme- und Wiedergabeeinrichtung nach Anspruch 1-3,

dadurch gekennzeichnet, daß der Frequenzmodulator aus einem spannungsgesteuerten Oszillator besteht.

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