利用 SPICE 中的磁滞减少磁带录音的失真

模拟磁带失真

我们上一篇文章中讨论的模型可用于分析当高频正弦波偏置信号添加到要记录的模拟信号时模拟磁带录音机  的失真减少情况。

对于一阶，考虑磁带不会进入饱和状态，使得该模型确实形成真实磁芯的合理一阶模型。也就是说，死区反映了磁芯的剩磁，并且这种磁滞导致正弦波模拟信号按照我们之前文章中图 1 和图 2 所示的方式被削波，磁滞如图 3 和图 4 所示。 

图 1.从左上角开始顺时针方向，本系列第 1 部分中的图 1 至图 4 。

正如您所看到的，这些迟滞特性显然会导致明显的失真。

高频 (HF) 信号示例

考虑一个大的高频正弦波磁化信号。即使有迟滞，记录信号的平均值也将为零。如果该信号现在与另一个信号存在 DC 偏移，则 HF（高频）信号现在将基本上围绕该偏移信号摆动，而与死区无关，因为大信号始终驱动磁化穿过死区。尽管高频信号具有波形失真，但情况确实如此。

因此，HF偏置信号的平均值将等于偏移信号，正是这个平均值形成了用于回放的记录信号。这样，偏移信号就不会像它是应用的信号那样经历死区失真。高频偏置的波形并不重要，只要其频率足够高，使得所有杂散信号都在所需信号的带宽之外，因为它们可以被滤除。

下面显示了说明这一点的示意图。二极管和电容器模拟直流磁滞和非线性死区。正是死区导致了失真。

您将看到高频振荡器偏置如何减少抽头录音失真。如果没有高频偏置，迟滞会严重扭曲输出信号。当信号改变方向时，输出直流磁化滞后于输入。然而，强制输入正负摆动会覆盖滞后，并允许输出取决于滞后曲线的平均值。输入信号由两个频率构成，表明THD（总谐波失真） 和 IMD（互调失真）均被消除。

图 2. 减少磁带失真原理图

该示意图显示了三个正弦波电压的总和。两个信号代表多频输入，另一个信号是高频偏置信号。这两个信号说明了互调失真的影响。非线性系统将显示和频和差频。

原始输入/输出信号

典型的原始单输入/输出信号如下所示：

图 3. 单频信号，VIN=1V


图 4. 单频信号，VIN=12V

图 3 和图 4 显示了有效磁化信号“电压滞后”其输入，并且由于信号改变方向时出现的磁滞而导致严重失真。正如我们在上一篇文章中谈到的，产生电压滞后的标准 SPICE 技术不会对波形峰值的这种失真进行建模。 

混合原始信号

混合的原始信号如下所示：

图 5.混合频率信号，VINA=1V，VINB=1V

图 5 显示输入信号存在明显失真。

图 6.无偏混合信号 FFT VINA=1V，VINB=1V


图 7.无偏混合信号 FFT，VINA=6V，VINB=6V

这些显示在无偏条件下存在显着的 500 Hz、1kHz 和 1k5 互调失真。

混合高频信号

混合的高频偏置信号如下所示：

图 8. 高频偏置、混合信号

混合高频偏置信号的 FFT 如下所示：

图 9.高频偏置混合信号 FFT

因此，添加高频偏置表明互调产物大大减少。