模擬磁帶失真

我們在上一篇文章中討論的模型可用于分析當將高頻正弦波偏置信號添加到要錄制的模擬信號時模擬磁帶錄音機的失真減少情況。

對于一階，請考慮磁帶沒有進入飽和狀態，這樣該模型確實對真實磁芯形成了合理的一階模型。也就是說，死區反映了磁芯的剩磁，這種磁滯會導致正弦波模擬信號以圖 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導致嚴重失真。

高頻 （HF） 信號示例

考慮一個大的高頻正弦波磁化信號。即使有滯后，記錄信號的平均值也將為零。如果該信號現在與另一個信號發生直流偏移，則 HF（高頻）信號現在將基本上圍繞該偏移信號擺動，與死區無關，因為大信號總是驅動磁化通過死區。盡管 HF 信號具有波形失真，但情況確實如此。

因此，HF 偏置信號的平均值將等于偏移信號，并且正是這個平均值形成了用于回放的記錄信號。這樣，偏移信號就不會像它是唯一施加的信號那樣經歷死區失真。HF 偏置的波形無關緊要，只要它的頻率足夠高，以至于所有雜散信號都在所需信號的帶寬之外，因為它們可以被濾除。

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

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，遲滯會嚴重扭曲輸出信號。當信號改變方向時，輸出直流磁化滯后于輸入。但是，強制輸入正負擺動會覆蓋滯后，并允許輸出取決于滯后曲線的平均值。輸入信號由兩個頻率構成，以表明THD（總諧波失真） 和 IMD（互調失真）均已消除。

圖 2. 磁帶失真減少示意圖

示意圖顯示了三個正弦波電壓的總和。兩個信號代表一個多頻輸入，另一個是高頻偏置信號。這兩個信號說明了互調失真的影響。非線性系統將顯示和頻和差頻。

原始輸入/輸出信號

典型的原始單輸入/輸出信號如下所示：

圖 3. 單頻信號，VIN=1V

圖 4. 單頻信號，VIN=12V

圖 3 和圖 4 顯示了有效磁化信號“電壓滯后”其輸入，隨后由于信號改變方向時出現的滯后現象而嚴重失真。正如我們在上一篇文章中所討論的，產生電壓滯后的標準 SPICE 技術不會對波形峰值的這種失真進行建模。

混合原始信號

混合的原始信號如下所示：

圖 5.混頻信號，VINA=1V，VINB=1V

圖 5 顯示輸入信號存在明顯失真。

混合無偏信號的FFT（快速傅立葉變換） 如下所示：

圖 6.無偏混合信號 FFT VINA=1V，VINB=1V

圖 7.無偏混合信號 FFT，VINA=6V，VINB=6V

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

混合高頻信號

混合的 HF 偏置信號如下所示：

圖 8. HF 偏置混合信號

混合的 HF 偏置信號的 FFT 如下所示：

圖 9. HF 偏置混合信號 FFT

因此，添加 HF 偏壓表明互調產物大大減少。

概括

本文展示了一種允許在標準 SPICE 的能力范圍內對滯后進行建模的技術。可以擴展該技術以構建具有滯后的電感器，并且將在后續文章中描述這種技術。