RU2159967C2

RU2159967C2 - Method for decreasing distortions, which are added by combined motor-generating unit running in generating mode into receiver

Info

Publication number: RU2159967C2
Application number: RU92015907A
Authority: RU
Inventors: Г.В. Коваленко; Б.Е. Лахметкин; В.И. Яценко
Original assignee: Коваленко Геннадий Викторович; Лахметкин Борис Евгеньевич; Яценко Владимир Иванович
Priority date: 1992-12-08
Filing date: 1992-12-08
Publication date: 2000-11-27

Abstract

FIELD: reading magnetic and mechanical records. SUBSTANCE: method involves sending signal of combined motor-generating unit into negative-feedback amplifier and sending some of output amplifier signal into receiver. Goal of invention is achieved by application of output signal of amplifier to signal of combined motor-generating unit by means of dynamic positive feedback circuit, which is also added to amplifier. EFFECT: increased dynamic range, decreased wear of combined motor-generating unit. 3 dwg

Description

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. The invention relates to the field of radio engineering, in particular to technologies for reproducing magnetic recording signals, mechanical recording, microphone signals, etc., and is intended to reduce distortion introduced by a reversible electromechanical converter (EMF) in the mode of an electric signal source to a receiver.

Известны различные способы, улучшающие качество передачи сигнала в приемник от ЭМП и реализованные в устройствах, описанных, например, в [1-4]. There are various methods that improve the quality of signal transmission to the receiver from the EMF and implemented in the devices described, for example, in [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. The closest in essence to the claimed method is the method described in [4]. It provides for the supply of a reversible signal (that is, with the possibility of working in the source and receiver modes of electrical signals) of the EMF in the mode of the signal source to the amplifier with negative feedback (OOS), and part of the output signal of the amplifier, if necessary with its frequency correction (for example, with integrating correction in [4]), - in the receiver.

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".However, this method has the following significant disadvantages:
- noticeable distortion of the shape of the current signal of the reversible EMF transmitted to the receiver due to the hysteresis of the characteristics of the magnetic coil, the resistance to change in current in it (Lorentz force) and the mechanical friction force of the reversible EMF on the recording medium:
- noticeable deterioration of the recording medium and erasing of its information from the effects of current of a large magnitude of reversible EMF;
- insufficient dynamic range of transmission of the EMF current signal and the signal-to-noise ratio.

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". The technical result of the application of the proposed method is to significantly reduce the distorted shape of the transmitted signal from the EMF to the receiver, reduce the wear of the recording medium, expand the dynamic range of the signal transmission and improve the signal-to-noise ratio.

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. The technical result is ensured by the fact that part of the output signal of the amplifier acts on the signal of the reversible EMF through dynamic positive feedback (POS), which additionally (in addition to the OOS) cover the amplifier.

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.SUMMARY OF THE INVENTION
A method of reducing distortion introduced by a reversible electromechanical converter in the mode of an electric signal source to a receiver by supplying a signal of a reversible electromechanical converter to a negative feedback amplifier, and part of the amplifier output signal to a receiver, and a part of the amplifier output signal acting on a signal of a reversible electromechanical converter by means of a dynamic positive feedback, which is additionally covered by the amplifier.

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.The invention is illustrated by drawings, which represent:
in FIG. 1 - a diagram of the implementation of the method in General;
in FIG. 2 is a diagram of the implementation of the method in a more specific form;
in FIG. 3 is a circuit diagram of an embodiment of a device for implementing the method.

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. In the drawings, the positions indicated: 1 - input to the amplifier from a reversible EMF: 2 - amplifier in general; 3 - output to the receiver; 4 - circuit dynamic PIC; 5 - amplifier with environmental protection; 6 - frequency-dependent passive divider of the load current; 7 - differential cascade of amplification; 8, 9 - resistances forming the OOS divider; 10 - resistance as a sensor of the output current of the amplifier; 11, 12 - resistance forming the PIC divider; 13 - dividing capacity of the dynamic PIC; 14, 15 - resistance and capacitance of a frequency-dependent current divider. All drawings show an equivalent circuit of a reversible EMF in the form of its series-connected inductance and active resistance.

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. The circuit of FIG. 1 includes a matching amplifier 2 with input 1 from a reversible EMF and output 3 to the receiver, amplifier 2 is covered by a dynamic PIC 4 circuit between output 3 and input 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. The circuit of FIG. 2 contains a matching amplifier 2 (highlighted by a dashed line), consisting of an amplifier 5 with output 3 and a frequency-dependent passive current divider 6 connected to output 3, amplifier 5 is covered by a dynamic PIC 4 between output 3 and input 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. In the diagram of FIG. 3 dashed lines mark the blocks from previous more general schemes with item numbers 2, 4, 5, 6. Amplifier 5 consists of a differential cascade of amplification 7, resistances 8, 9, which form the OOS divider, resistance 10 - output current sensor of amplifier 5. Dynamic circuit PIC 4 is formed by a PIC divider — resistances 11, 12 and a separation capacitance 13. A frequency-dependent current divider 6, connected at one end to output 3, contains, for example, a resistance 13 and a capacitor 15 connected in parallel. Input 1 from the reversible electromagnetic field through a resistance of 12 is connected to the direct input of the differential cascade of amplification 7, to which a serial circuit is also connected from resistance 11 and a separation capacitor 13 connected to output 3. Resistance 9 is connected at one end to the inverse input of differential cascade 7, this input is also connected through resistance 8 to the output of the cascade 7, between which and the common output 3 is set as a current sensor resistance 10, which separates the beginning of the OOS and PIC. A common wire combines the second end of the circuit of the reversible EMF, the second end of the resistance 9, the second ends of the resistance 14 and the capacitance 15 of the frequency-dependent current divider 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. In an embodiment optimal for achieving the technical result of the invention, the depth of the PIC and the OOS are chosen the same. In order not to significantly affect the characteristics of the device, the resistance value 10 as a current sensor is selected in the range of 0.01 - 0.1 of the load resistance. The value of the separation capacitance 13 in the dynamic circuit (with a differentiating chain of elements 11, 13) of the PIC 4 is selected in conjunction with the resistance values 11, 12 from the delay condition for the PIC constant and low-frequency (from the instability of the “zero” output of the amplifier in time) of the output signal and skipping with almost no phase delay of the components in the desired frequency range (for audio devices, the lower limit of the passband is 20 Hz). The interconnected values of resistance 14 and capacitance 15 are selected taking into account the parameters of the receiver circuits, PIC and the required value of the time constant of the low-pass filter, which is the frequency-dependent current divider 6. This filter is used to attenuate frequencies above 20 kHz - 30 kHz in accordance with standards recording and magnetic recording, it is not necessary in the case of a microphone as a reversible EMF.

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. A device that implements the method operates as follows. When a reversible EMF is excited, its signal is fed to the input 1 of the device, amplified, if necessary, corrected in frequency (amplification of the lower and / or attenuation of high frequencies), fed to output 3 and then to the receiver, for example, to the amplification path. At the same time, through the dynamic PIC 4 circuit, the signal from output 3 goes back to input 1, then to the reversible EMF (taking into account the input impedance of the amplifier, much larger than the resistance of the EMF and resistance 11, 12) and compensates for the nonlinear distortions of its signal caused by magnetic hysteresis , Lorentz force (resistance to current changes in the EMF winding), as well as mechanical friction when reading information from the medium and resistance of the medium of the information medium (magnetic tape, record disk, air, etc.). Obviously, the compensation of these distortions is mainly due to the property of EMF reversibility, expressed in the inverse symmetry of its characteristics (amplitude-frequency and nonlinearity) in the modes of the source and receiver of the electric signal. If in the source mode the dynamic signal of the reversible EMF begins to distort, then the amplified output signal of the device, in which these distortions will also begin to be reflected, acting on the EMF along the circuit of the dynamic PIC (EMF, as it were in the signal receiver mode), will tend to create a reverse current in it, whose shape is inversely symmetrical to the shape of the current that caused it. Because of this, the resulting EMF current will decrease significantly, and significant distortion compensation will occur in the signals at input 1 and output 3. Due to the action of the PIC, the EMF starts to work almost at idle with a maximum voltage, minimum current and minimal distortion of their shapes. In this case, a decrease in the magnitude of the EMF current helps to reduce the wear of the recording media and erases their information. It can be shown that a similar mechanism is also realized in the case of piezoelectric, magnetostrictive, electron, and other types of reversible electromagnetic fields.

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. Also, from the action of the PIC due to the additional current gain, the dynamic range and the signal-to-noise ratio at the output of the device implementing the method increase. If it is necessary to further improve the frequency properties of the signal going to the receiver, frequency correction, for example, a passive frequency-dependent current divider, is additionally used.

Экспериментальные проверки подтвердили достижение ожидаемых технических результатов. Experimental checks confirmed the achievement of the expected technical results.

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. In particular, in a serial tape recorder of the first complexity group “Rostov MK 112s”, when replacing its method of matching the electromagnetic head with the sound path to the claimed method, the distortion coefficient of the third harmonic of the useful signal decreased from 0.65 to 0.35%, the effective frequency range expanded from the bottom from 25 to 20 Hz, from above - from 26 to 32 kHz, the total weighted signal-to-noise ratio increased from 64 to 67 dB.

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. On a serial player of the highest complexity group “Corvette EP 038c” with a magnetic head “Corvette GZM 018s” and a matching amplifier “Kenwood KA 9100”, the measurement results by means of a measuring plate in accordance with GOST 11157-87 in two operating modes of the Kenwood amplifier: with the original circuit and with the modified According to the proposed method, the input cascade of amplification also showed the advantage of the proposed solution, namely: the nominal clamping force of the head needle decreased from 15 mN to 12 mN, the effective frequency range expanded from 20 Hz - 20 kHz to 20 Hz - 30 kHz.

Возможность практического использования заявленного способа подтверждается выпускаемыми серийными изделиями фирмы "Колвир". The possibility of practical use of the claimed method is confirmed by manufactured serial products of the company "Kolvir".

Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР N 847523, H 04 R 3/00, 1981.Sources of information
1. USSR author's certificate N 847523, H 04 R 3/00, 1981.

2. Авторское свидетельство СССР N 1472943, G 11 B 5/027, 1989. 2. USSR author's certificate N 1472943, G 11 B 5/027, 1989.

3. Авторское свидетельство СССР N 1427416, G 11 B 5/026, 1988. 3. USSR author's certificate N 1427416, G 11 B 5/026, 1988.

4. Гитлиц М.В. Магнитная запись сигналов. М.: "Радио и связь", 1990, с. 143 - 145 (прототип). 4. Gitlits M.V. Magnetic signal recording. M .: "Radio and communications", 1990, p. 143 - 145 (prototype).

Claims

A method of reducing distortion introduced by a reversible electromechanical converter in the source mode of the electrical signal to the receiver by supplying the signal of the reversible electromechanical converter to the amplifier with negative feedback, and part of the output signal of the amplifier to the receiver, characterized in that part of the output signal of the amplifier acts on the signal of the reversible electromechanical transducer through dynamic positive feedback, which additionally cover the amplifier.