DE1499707A1 - Aufnahme- und Wiedergabeeinrichtung - Google Patents
Aufnahme- und WiedergabeeinrichtungInfo
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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-
2T
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
; 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 (4)
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.
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.
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.
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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