DE3642316C2

DE3642316C2 -

Info

Publication number: DE3642316C2
Application number: DE3642316A
Authority: DE
Inventors: Axel 6101 Bickenbach De Schulz
Original assignee: BTS Broadcast Television Systems GmbH
Current assignee: Philips GmbH
Priority date: 1986-12-11
Filing date: 1986-12-11
Publication date: 1992-06-17
Also published as: JPS63161505A; DE3642316A1; US4853800A

Description

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

In der Technik der magnetischen Aufzeichnung breitbandiger elektrischer Signale ist es üblich, einem elektromagnetischen Wandler, z. B. einem Videomagnetkopf eines Magnetbandgerätes, einen Strom bestimmter Größe einzuprägen. Im einfachsten Fall ist das möglich, indem man an den induktiven Verbraucher (induktive Last) eine Stromquelle anschließt und diese Stromquelle mit einer Spannung steuert (spannungsgesteuerte Stromquelle). Es wird also eine spannungsgesteuerte Stromquelle verwendet und damit der Videomagnetkopf mit einem Strom, der der Eingangsspannung proportional ist, betrieben. Dies stößt auf Schwierigkeiten, weil zwischen dem Ausgang dieser spannungsgesteuerten Stromquelle und dem Videomagnetkopf Leitungen angeschlossen sind, welche infolge induktiver und kapazitiver Einflüsse den Strom im Magnetkopf verfälschen. Die Leitungskapazitäten können als parallel zur Induktivität des Videomagnetkopfes liegende Schaltkapazitäten gedacht werden. Der von der spannungsgesteuerten Stromquelle abgegebene Strom fließt daher nicht vollständig durch den Magnetkopf. Außerdem gibt es Probleme bei der Anpassung eines Stromquellen-Ausgang an den über eine Leitung verbundenen frequenzabhängigen Widerstand eines Magnetkopfes.

Aus dem Buch von Friedrich Manz "Videorecorder-Technik", Seite 151, ist ein Aufsprechverstärker zur Ansteuerung von Magnetköpfen auf einer rotierenden Kopfradscheibe bekannt. Dieser Verstärker besteht aus zwei Emittergrundschaltungen, die im Gegentakt angesteuert werden. Jede der Emittergrundschaltungen arbeitet als Stromquelle auf jeweils einen Außenanschluß der feststehenden Spule eines rotierenden Übertragers, deren Mittelzapfung auf festem Potential liegt. Die Sekundärseite des rotierenden Übertragers ist mit den Magnetköpfen verbunden. Für breitbandige Aufzeichnungen von Signalen größerer Frequenzbandbreiten als 3,5 MHz ist dieser bekannte Verstärker ungeeignet.

Aus der DE-OS 27 35 498 ist ferner eine Schaltungsanordnung zur Speisung eines induktiven Wandlers bekannt, bei der in der Ausgangsstufe Transistoren als Emitterfolger geschaltet sind. Die Ausgangsstufe wird über ein Netzwerk angesteuert, welches die induktive Komponente eines Magnetkopfes kompensiert. Dieses Netzwerk ist jedoch nicht geeignet, die induktive Komponente des Kopfes über einen Frequenzbereich von 0 bis 60 MHZ zu kompensieren.

Weiterhin ist aus der DE-OS 17 74 702 eine Steuerschaltung zum Anlegen eines Schreibstromes an einen induktiven Verbraucher in einer Datenspeichervorrichtung bekannt, die einen ersten, normalerweise gesperrten Transistor aufweist, dessen eine Elektrode über den induktiven Verbraucher an einem ersten Bezugspotential liegt, während seine zweite Elektrode über einen ersten Widerstand an einem zweiten Bezugspotential liegt. Die Vorwärtsregelung des ersten Transistors wird mit einer Vorspannungsregelung vorgenommen, die auf ein Eingangssignal anspricht. Auf das Eingangssignal spricht ebenfalls eine Schalteinrichtung an, um die zweite Elektrode des ersten Transistors mit dem zweiten Bezugspotential kurzzuschließen und dadurch den ersten Transistor zu sättigen. Außerdem enthält diese bekannte Steuerschaltung eine Zeitschaltung, die gleichfalls auf das Eingangssignal anspricht, um den Kurzschluß eine vorbestimmte Zeit nach dem Empfang des Eingangssignals zu unterbrechen und dadurch den ersten Transistor aus der Sättigung herauszubringen. Mit dieser bekannten Steuerschaltung werden jedoch nur Bitgeschwindigkeiten bis zu 10 MHz erreicht.

Schließlich ist aus der DE-AS 11 14 846 eine Treiberschaltuing für induktive Lasten bekannt, bei welcher ein Signalgenerator die Spannung an der induktiven Last steuert. Dabei ist an dem Signalgeber ein einen Verstärker enthaltendes Netzwerk angeschlossen, das an seinem Ausgang bei einer Änderung seiner Eingangsspannung ein Signal erzeugt, das abklingt, wenn die Eingangsspannung konstant wird. Die Ausgangsspannung des Netzwerkes wird der Signalgeberspannung überlagert. Das auf diese Weise erzeugte Signal dient zur Steuerung des Stromes in der induktiven Last. Der Signalgeber besteht aus einer elektromechanischen Einrichtung, die im wesentlichen aus einem von einem Abtastmotor angetriebenen Schrittschalter besteht, der verschiedene Anzapfungen eines Präzisionswiderstandes abgreift. Auch diese bekannte Treiberschaltung ist nicht geeignet, breitbandig einen Strom in die induktive Last einzuprägen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und Vorrichtungen nach der eingangs genannten Art anzugeben, bei dessen bzw. deren Anwendung in der Wicklung eines Magnetkopfes ein Strom fließt, welcher über einen großen Frequenzbereich (ca. 0 bis 60 MHz) der Eingangsspannung proportional ist.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil der Patentansprüche 1, 2 bzw. 6 angegebenen Merkmale gelöst.

Das erfindungsgemäße Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 hat den Vorteil, daß nunmehr Ströme breitbandiger Signale, z. B. bis 30 MHz, verzerrungsarm über längere Leitungswege zu Aufsprechköpfen geleitet werden können.

Dabei fließt in eine Ersatznachbildung ein Strom, der der Form nach auch in der Wicklung des Magnetkopfes auf der rotierenden Scheibe fließen soll. Die über der Ersatznachbildung abfallende Spannung dient zur Steuerung der spannungsgesteuerten Spannungsquelle zur Speisung des wirklichen Magnetkopfes.

In einer Schaltungsanordnung werden die vorteilhaften Eigenschaften einer Stromquelle in Kaskode-Differenzschaltung benutzt.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Prinzipschaltbild einer Anordnung nach der Erfindung,

Fig. 2 die an bestimmten Punkten dieser und weiterer Ausführungsformen auftretenden Strom- und Spannungsverläufe,

Fig. 3 eine tatsächliche Ausführungsform des in der Fig. 1 dargestellten Schaltungsprinzips,

Fig. 4 eine andere Ausführungsform einer solchen Schaltung zur Durchführung des Verfahrens.

Eine solche Konfiguration ist in der Fig. 1 dargestellt: An einen Eingang 1 der Prinzipschaltung ist eine Signalspannungsquelle angeschlossen, welche eine mäanderförmige Spannung U_E abgibt. Diese Spannung U_E speist die Basis eines ersten Transistors 2, dessen Emitter über einen Emitterwiderstand 3 an einem festen Potential liegt. Im Kollektorweg liegt die Wicklung 4 eines Video-Magnetkopfes, dessen Kern mit 5 bezeichnet ist. Der andere Anschluß der Wicklung 4 liegt an einer Versorgungsspannung +U. Am Kollektor des Transistors 2 ist weiter die Basis eines zweiten Transistors 6 angeschlosssen, dessen Kollektor an der Versorgungs spannung +U und dessen Emitter über einen Emitter widerstand 7 an festem Potential liegt. Der Transistor 6 arbeitet als Emitterfolger und dient zur Impedanzwandlung. An den Emitter des Transistors 6 ist über eine Leitung 8 die Wicklung 9 eines zweiten, zur Aufzeichnung auf Magnetband verwendeten Magnetkopfes angeschlossen, deren zweiter Anschluß an festem Potential liegt und dessen Kern mit 10 bezeichnet ist.

Die Spannung U_E bewirkt, daß in der an dem Kollektor des ersten Transistors 2 angeschlossenen Wicklung 4 ein Strom I fließt, der die gleiche Form aufweist wie die Spannung U_E am Eingang 1. Die Spannung U_L, die sich am Anschluß des Magnetkopfes 4, 5 einstellt, hat einen anderen Verlauf: sie besteht aus Differenzier spitzen. In der am Ausgang der aus dem Transistor 2 bestehenden Stromquelle angeschlossenen Transistorstufe 6 erzeugt die Spannung U_L einen Strom I_L, welcher der Eingangsspannung U_E proportional ist. Der Videomagnetkopf 4, 5 am Ausgang der spannungsgesteuerten Stromquelle 2 kann als "Ersatznach bildung" des Magnetkopfes bezeichnet werden. Die Ersatz nachbildung soll ein möglichst getreues Abbild der elektrischen Werte des Magnetkopfes 9, 10 sein. Die Er satznachbildung kann auch mit anderen passiven Schaltelementen dem eigentlichen Videomagnetkopf nachgebildet sein. Es hat sich in der Praxis herausgestellt, daß es tatsächlich in manchen Fällen besser ist, einen Videomagnetkopf zu verwenden, wie er auch auf der Kopfradscheibe zur Aufzeichnung der Signale zur Verwendung kommt. Dies empfiehlt sich u. a. deshalb, weil die kennzeichnenden Werte der Ferrite frequenzabhängig und elektrisch nur äußerst schwierig nachzubilden sind. Dabei genügt es, wenn dieser Videomagnetkopf in seinen Werten in den Vorgaben für einen für die Aufzeichnung zu verwendenden Magnetkopf in etwa entspricht. Es kann also ein Magnetkopf verwendet werden, der wegen der Überschreitung mechanischer Toleranzen ausgemustert wurde.

In Fig. 2 entspricht der Kurvenzug 2a dem Verlauf der Eingangsspannung U_E, aus der in der ersten Transistorstufe mit angeschlossener Ersatznachbildung 4, 5 eine Spannung entsprechend 2e geformt wird, welche einen Strom entsprechend 2f durch die Ersatznachbildung und damit auch durch die Transistorstufe 6 treibt. In dem über die Leitung 8 angeschlossenen Aufsprechmagnetkopf 9, 10 wird ein Strom entsprechend 2g erzeugt, der genau dem in der Ersatz nachbildung fließenden Strom 2f entspricht.

Bei einer Leistungsanpassung soll der Innenwiderstand des Generators der Impedanz der Leitung entsprechen, wobei die Leitung am Ende mit einem Abschlußwiderstand entsprechender Größe abzuschließen ist. Bei der Verwendung einer Stromquelle als Generator mit einem Innenwiderstand von annähernd ∞ Ohm ist eine exakte Leitungsanpassung nicht möglich. Da die Impedanz des Magnetkopfes frequenz abhängig ist, ist auch ein exakter Abschluß der Leitung nicht möglich. Bei Fehlanpassung kommt es zu Reflexionen so daß durch die Wicklung eines über eine längere Leitung angeschlossenen Aufsprechmagnetkopfes nur ein verzerrter Strom fließen kann.

Die beschriebenen Schwierigkeiten lassen sich mindern, wenn anstelle der Stromquelle eine Spannungsquelle verwendet wird, deren Innenwiderstand bei wenigen Ohm liegt. Die Prinzipschaltung nutzt diese Erkenntnis, indem der Stromquelle eine Spannungsquelle nachge schaltet ist.

In Fig. 3 ist ein Ausführungsbeispiel einer Schaltungsanordnung zur Durchführung des erfindungs gemäßen Verfahrens dargestellt: Eine Stromquelle, deren Aufbau später erläutert wird, treibt über einen Trenntransformator 32 die Ersatznachbildung 33 des Magnetkopfes. Diese Ersatznachbildung 33 kann im praktischen Fall aus einem realen Videomagnetkopf bestehen, der infolge Toleranzüberschreitung zur Verwendung auf der Kopfradscheibe ungeeignet ist und ausgemustert wurde. Im vorliegenden Fall wird die Spannung nicht an der Ersatznachbildung 33 des Videomagnetkopfes abgegriffen, sondern an der Primärseite des Übertragers 32 zwischen der Strom quelle und der Ersatznachbildung. Diese wird verstärkt und über einen rotierenden Übertrager 34 einer Wicklung 35 des für die Aufzeichnung der breitbandigen Videoinformation vorgesehenen Magnetkopf 36 zugeführt.

Die spannungsgesteuerte Stromquelle am Eingang der Schaltung besteht aus einem Differenzverstärker in Kaskodeschaltung, d.h. aus je einem Transistor 41, 42 in Emitterschaltung, denen jeweils im Kollektorzweig ein weiterer Transistor 43, 44 in Basisgrundschaltung nachge schaltet ist. Die beiden Zweige des Differenzverstärkers in Kaskodeschaltung steuern im Gegentakt den Übertrager 32, auf dessen Sekundärseite die Ersatznachbildung 33 des Video magnetkopfes angeordnet ist, und ruft darin einen Strom (2g) hervor, dessen Kurvenform der Spannung (2a) am Eingang der Schaltung entspricht. Wenn die Eingangsspannung eine mäanderförmige Rechteckform aufweist, dann wird die Wicklung des Magnetkopfes ein Strom von entsprechender Form fließen. Die Spannung, die sich über den Anschlüsssen der Ersatznachbildung 33 des Videomagnetkopfes einstellt, wird zur Primärseite transformiert, dort abgegriffen und zwei kaskadierten Emitterfolgern 37, 38 zur Impedanz wandlung zugeführt. Diese Anordnung steuert als spannungsgesteuerte Spannungsquelle den feststehenden Teil des rotierenden Übertragers und damit den Video magnetkopf. Die in dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 verwendete Kaskode-Schaltung in jedem Zweig des Differenzverstärkers zur Realisierung der spannungsge steuerten Stromquelle hat vor allem schaltungstechnische Gründe: Bei jedem der beiden Eingangstransistoren besteht eine Eingangskapazität zum Kollektor, die sogenannte Miller-Kapazität, die sich durch die gewählte Schaltung der aufgestockten Kaskode in ihrer Wirkung reduzieren läßt. Daraus ergibt sich eine größere erzielbare Bandbreite für die Signalverarbeitung.

Anstelle der Primärseite des Übertragers kann auch die Ersatznachbildung des Video-Magnetkopfes mit der Stromquelle, d.h. mit den Kollektoren der Ausgangs transistoren des Differenzverstärkers verbunden sein. Zum Beispiel kann jeweils ein Videomagnetkopf zwischen den Kollektor des letzten Transistors des Differenz verstärkers und der Betriebsspannung als Ersatznach bildung geschaltet sein. In der praktischen Ausführung entstehen dabei jedoch Symmetrieprobleme, da es schwierig ist, zwei Videomagnetköpfe mit völlig gleichen elektrischen und magnetischen Eigenschaften auszusuchen.

In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 ist die Stromquelle 61 aus zwei komplementären Kaskoden aufgebaut, welche einmal die Ersatznachbildung 62 und über die Leitung 63 die Transistoren 64, 65 als komplementäre Emitterfolger zur Impedanzwandlung speist. Die Widerstände 66, 67 zwischen den Emittern der beiden Transistoren 64, 65 und dem gemeinsamen Anschluß 68 an die Primärseite des rotierenden Übertragers 69 bestimmen den Strom, der durch den Übertrager fließt und dienen außerdem der Temperaturkompensation. Die Diodenkette 71, 72, 73 wird in Durchlaßrichtung betrieben und stabilisiert die Spannung zwischen den Basen der komplementären Transistoren 64, 65 der Emitterfolge auf 2,1 V und legt damit deren Arbeitspunkt fest.

Alle drei Ausführungsbeispiele repräsentieren trotz unterschiedlichen Aufbaus den wesentlichen Erfindungs gedanken, nämlich die Verwendung einer Stromquelle, die eine Ersatznachbildung, beispielsweise einen Videomagnetkopf, speist, während die Spannung, die über diese Ersatznachbildung abfällt, impedanzgewandelt einer Spannungsquelle zugeführt wird, die wiederum den Aufsprechkopf steuert.

Claims

1. Verfahren zum Aufsprechen breitbandiger Signale auf magnetische Aufzeichnungsträger, insbesondere auf Magnetband, bei welchem von einer Spannungsquelle über die Wicklungen eines rotierenden Übertragungssystems Ströme zu auf einer rotierenden Scheibe angeordneten Magnetköpfen übertragen werden, dadurch gekennzeichnet,
daß mit einer mit einer Eingangsspannung (U_E) gesteuerten Stromquelle (2, 3; 41 bis 44; 61) und einer Ersatznachbildung (4, 5; 33; 62) der Magnetköpfe (9, 10; 35, 36) ein der Eingangsspannung (U_E) proportionaler Strom (I_L) erzeugt wird und
daß mit einer Spannung über der Ersatznachbildung (4, 5; 33; 62) die Spannungsquelle (6, 7; 37, 38; 61 bis 68) gesteuert wird.

2. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch
- einen Kaskode-Differenzverstärker (41 bis 44), dessen Ausgang mit der Ersatznachbildung (33) des Magnetkopfes (35, 36) verbunden ist, und
- Emitterfolgern (37, 38), deren Eingänge an der Ersatznachbildung (33) angeschlossen sind und deren Ausgänge am Eingang des rotierenden Übertragungssystems (34) liegen.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ersatznachbildung (33) des Magnetkopfes (35, 36) aus der Parallelschaltung einer Spule und eines ersten Widerstandes besteht, zu welcher ein zweiter Widerstand in Reihe geschaltet ist.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ersatznachbildung (33) des Magnetkopfes (35, 36) über einen Übertrager (32) mit dem Ausgang des Kaskode-Differenzverstärkers (41 bis 44) verbunden ist.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ersatznachbildung (33) des Magnetkopfes (35, 36) aus einem realen Magnetkopf besteht.

6. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch
- eine komplementäre Stromquelle (61), deren Ausgang mit der Ersatznachbildung (62) des Magnetkopfes verbunden ist, und
- einer komplementären Gegentakt-Endstufe (64 bis 67, 71 bis 73), deren Eingang an der Erasatznachbildung (62) angeschlossen ist und deren Ausgang am Eingang des rotierenden Übertragungssystems (69) liegt.