книги из ГПНТБ / Петренко А.И. Масштабно-временные преобразователи импульсных сигналов

головки лежит в диапазоне 0—3 кгіг, отдача с ленты типа

С— 600 мв.

Втретьей потокочувствительной головке для воспроиз­ ведения записанного сигнала используется принцип моду­ ляции потока. Если к магнитной головке подвести внешний высокочастотный магнитный поток, то его амплитуда будет меняться пропорционально потоку с ленты, под действием которого изменяется сопротивление головки. Выходной сигнал головки представлен несущей, амплптудно промодулированной по закону сигнала. Такие головки назы­ ваются модуляцпонныші магнитными головкамп. На рис.

6, в приведена модуляционная головка *, выполненная по схеме однотактного магнитного усилителя напряжения переменного тока. Усилитель собран по балансируемой резонапсной мостиковой схеме на одном трехстержневом сердечнике и работает на четных гармониках [263.

Обмоткп Wx и Wo совместно с конденсаторами Сх и С2 и балансирующим сопротивлением включены в схему ре­ зонансного моста, причем прилегающие плечп моста об­ разуют два последовательных резонансных контура, наст­ роенных на вторую гармонику частоты возбуждения. Если сигнал на ленте отсутствует, магнитный мост сбалансиро­ ван и поток возбуждения не проникает в основной сердеч­ ник головки. Если лента намагничена, воспроизводимый поток замыкается через сердечник головки, при этом в стержнях обмоток модулятора в каждый момент времени потоки складываются или вычитаются. Переменная сла­ гающая этого пульсирующего потока и наводит э. д. с. в выходной обмотке W3, намотанной поверх обмоток воз­ буждения.

Особенностью головки является удвоение частоты воз­ буждения на выходе. Это объясняется тем, что магнитное

* Головка изготовлена в Институте кибернетики АН УССР.

20

сопротивление сердечника дважды изменяется за один период изменения внешнего потока (в положительный и отрицательный полупериоды перемагничивающего поля). Резонансная схема включения модулятора резко увели­ чивает отдачу головки, достигающую 3—10 о на сопротив­ лении 1,5 ком с дорожки шириной 1 мм, в частотном диа­ пазоне 0—50 кгц. Необходимо отметить, что вследствие реализуемой в головке балансной модуляции ее ампли­ тудная характеристика симметрична, т. е. головка реаги­ рует на абсолютную величину воспроизводимого потока. Для восстановления полярности записанного сигнала при его детектировании необходим сдвиг начальной рабочей точки головки или синхронно-фазовое детектирование и селективное усиление.

Наряду с преимуществами потокочувствительные го­ ловки имеют некоторые принципиальные недостатки по сравнению с кольцевыми. Частотная характеристика коль­ цевых (индукционных) головок характеризуется линейной самокоррекцией на 20 дб/дек во всем диапазоне передавае­ мых частот, соответствующей дифференцированию вос­ производимого потока. Принципиальное исключение этой коррекции в потокочувствительных головках приводит к ухудшению частотной характеристики головки.

Разрешающая способность потокочувствительных го­ ловок, отличающихся большим магнитным сопротивлением цепи сердечника, ниже кольцевых. Чтобы сохранить при­ мерную величину отношения магнитного сопротивления модулятора и зазора и не увеличивать чрезмерно поток рассеяния модуляционной головки, ширина рабочей щели последней выбирается 20—25 мк [23]. Плотность магнит­ ной записи при этом соответственно снижается и может составлять 20—30 пер/мм. В последнее время для маг­ нитной записи и воспроизведения сигналов в широкой поло­ се частот успешно начинают применять специальные элект-

гі

ронно-лучевые устройства [23]. В экран электронно-луче­ вой трубки (рис. 6, г) вмонтирован сегмент из ферромаг­ нитного материала 3, в непосредственной близости от которого либо в контакте с которым находится магнитная лента 4, предназначенная для записи информации. С дру­ гой стороны, с сегментом 3 соединено тороидальное ярмо 2 с управляющей обмоткой 5.

При записи подачей на обмотку 5 постоянного тока в сегменте наводится магнитное поле с продольными сило­ выми лнпиямн. Электронный пучок, модулированный вход­ ным сигналом, проникает в сегмент 3 и в точке попадания изменяет его магнитную проницаемость. Это приводит к рассеянию магнитного потока, причем поток рассеяиня пропорционален интенсивности электронного пучка, т. е. входному сигналу. Магнитные силовые линии области рас­ сеяния намагничивают ферромагнитную ленту, записывая тем самым входной сигнал. Таким образом, электронный пучок как бы выполняет роль зазора в магиптопроводе записывающей головки. Развертка пучка по экрану-сег­ менту осуществляется с помощью отклоняющих пластин или катушек, а магнитная запись производится как по глубине, так п по геометрической форме.

Прн считывании информации магнитное поле ленты взаимодействует с областью измененной магнитной прово­ димости, создаваемой дополнительной высокочастотной модуляцией электронного пучка, при этом в обмотке 5 ярма индуцируется сигнал, обусловленный пзменением магнитного поля этой обмотки.

Так как потокочувствительные головки и электронно­ лучевая запись находятся еще в стадии лабораторных ис­ пытаний и опробований, для неискаженной записи и вос­ произведения низкочастотных сигналов или видеосигна­ лов с низкочастотными составляющими применяют час- тотно-модулированную (4M) запись. При этом снимаются

гг

ограниченность нижнего предела записываемых частот и нестабильность амплитуды, вызываемая нестабильностью механической системы и параметров ленты.

Записываемый сигнал используется для управления частотным модулятором (например, на реактивной лампе). Некоторое значение центральной (несущей) частоты соот­ ветствует нулю входного сигнала. Частота генерируемых колебаний смещается в обе стороны относительно средней в зависимости от полярности и величины записываемого сигнала. Таким образом, входная информация фиксируется на лейте как изменение частоты, и в нормальных условиях нестабильность амплитуды мало или совсем не сказывается при воспроизведении. Воспроизводимый сигнал демодулнруется и отфильтровывается от несущей и ненужных частотных компонент, получаемых в процессе модуляции.

В настоящее время применяются два типа ЧМ-систем — узкополосная и широкополосная. Узкополосная частотная модуляция применяется при частотном разделении кана­ лов, когда несколько несущих модулируются отдельными входными сигналами, линейно складываются, записывают­ ся на одну дорожку, а затем считываются. Однако приме­ нение узкополосной ЧМ-заппсп ограничивается жесткими требованиями к постоянству скорости движения ленты, иначе возникает частотная модуляция несущей, что иска­ жает воспроизводимую информацию.

Лучшими параметрами характеризуется широкополос­ ная ЧМ-запнсь с девиацией 30—40%, когда на ленту за­ писывается лишь один сигнал. При ЧМ-заппсп можно за­ писывать сигналы с частотным диапазоном от нуля до верхнего предела, ограничиваемого скоростью движения носителя записи. Верхний предел для ЧМ-запнси на сегод­ ня самый высокий из всех видов магнитной записи, до­ пускающих фиксацию сигналов, начиная с нуля.

Несущая частота изменяется с изменением скорости

23

протяжкп и обычно выбирается примерно посредине диапа­ зона, определяемого этой скоростью. Однако верхняя час­ тота записываемого сигнала при любой скорости должна быть в несколько раз меньше несущей. Если несущая при этом кажется чрезмерно большой, применяют преобразо­ ватель частоты, понижающий несущую и сохраняющий велпчпну девиации. Например, для телевизионного сиг­ нала с полосой до 6 Мгц на основании принятых соотноше­ ний выбирают несущую 50 Мгц. Необходимая для записи несущая частота понижается смешением полученного час- тотно-модулпрованного сигнала с частотой местного гене­ ратора (гетеродина) 45 Мгц. Из полученного в результате биений сигнала выделяется модулированная видеосигна­ лом разностная несущая частота 5 Мгц, которая поступает на усилитель записи.

В демодуляторе используется обратное преобразование частот. Воспроизводимый с лепты сигнал усиливается и поступает в смеситель, в котором частотно-модулнровап- ные колебания снова переносятся в область высоких час­ тот [14].

Используя частотно-модулировапную запись, можно изменять масштаб времени воспроизведенного сигнала по сравнению с записанным.

Прп уменьшении скорости протяжкп и сохранении коэффициента девиации пропорционально уменьшается несущая частота. Следовательно, длина волны, записан­ ная на ленте, остается прежней, не зависимой от скорости ленты. Это позволяет вестп запись на одной скорости и воспроизводить на другой, т. е. осуществлять масштабно­ временное преобразование. По данным работы [30] отно­ шение между скоростями записи и воспроизведения может изменяться на несколько порядков.

В АЗУ могут быть использованы также электронно­ лучевые трубки с накоплением зарядов, обладающие сно-

24

собностыо сохранять информацию в виде зарядного релье­ фа на диэлектрической мишени, который при считываниипреобразуется в электрический сигнал или в видимое све­ товое изображение. АЗУ на трубках с-накоплением зарядов в сравнении с магнитной записью при тех же параметрах по ншрокополосностн имеют ряд преимуществ: отсутствие вращающихся механизмов, требующих точного изготов-

Рнс. 7. Схема накопления заряда на диэлектрической мишени:

1 — сигнальная пластина; 2 — диэлектрик; з — ток наведенной проводимо­

лепия, деталей, подверженных механическому износу (магнитпые головки, щеточные контакты и т. д.), детона­ ций, разрушающих информацию, а также определенное сокращение объема оборудования схемы запоминающего устройства.

Накопительным элементом в большинстве запоминаю­ щих трубок является мишень (рис. 7), образованная плен­ кой диэлектрика, нанесенной на мелкоструктурную метал­ лическую сетку или пластину — сигнальную пластину. Каждый изолированный элемент мишени можно рассмат­ ривать как элементарный конденсатор, обкладками кото­ рого служат передняя поверхность мишени и сигнальная пластина. Процесс образования рельефа на мишени можно

25

рассматривать как заряд таких конденсаторов, когда с обкладки, образованной поверхностью диэлектрика, от­ бираются заряды. Изменением условий отбора зарядов при этом можно изменять глубину зарядного рельефа в соответствии со значениями управляющего сигнала.

Выполняется запись за счет явлений вторичной элект­ ронной эмиссии или наведенной проводимости мппюии [12]. Мишень, поверхность которой предварительно приве­ дена к одинаковому потенциалу Um , бомбардируется остросфокусированным пучком первичных электронов с током іл (рис. 7). Когда ток стенания заряда іст > іл, потенциал бомбардируемого элемента мпшенн Е7Мповышается, если же г'ст < г’л — понижается. При режиме гст = іл потенциал мпшенн и ы приобретает равновесное значепие Up и далее не изменяется. В процессе накопления на элементе заряда q

и н = и с. „ + Л. ;

где Сэ — емкость элемента мпшенн;

Uc.п — потенциал сигнальной пластины;

іс — емкостный ток, протекающий через элементар­ ный конденсатор;

UQ — напряжение на обкладках элементарного конден­ сатора.

Большая допустимая скорость перемещения записы­ вающего луча по мишени — скорость записи ѵа, а значит, высокое быстродействие трубки с накоплением зарядов обусловливаются малыми постоянными времени заряда элементарных емкостей, так как значения Св малы.

Записывая одиночный импульс на мишени, следует различать модуляцию рельефа по геометрической форме и по глубине [7, 20].

26

При модуляции по геометрической форме на мишени фиксируется графическое изображение преобразуемого импульса. Луч в вертикальном направлении отклоняется исследуемым сигналом, а в горизонтальном— разворачи­ вается линейно во времени. Параметры цепей вертикаль­ ного и горизонтального отклонения выбирают так, чтобы вписать полученную кривую в контур рабочей поверх­ ности мишени. Зарядный рельеф образуется только в об­ лученных участках мишени:

Отсчетные значения сигнала фиксируются в виде ор­ динат соответствующих точек кривой потенциального рельефа. Разрешающая способность по амплитуде и по времени определяется соответственно вертикальной и го­ ризонтальной разрешающей способностью мишени N у и Nx (для трубок памяти N u ~ N X — 100 -f- 1000 строк иа ми­

шень).

При записи с модуляцией рельефа по глубине траекто­ рия движения записывающего луча не зависит от формы входного сигнала. Луч разворачивается растром по мишё-

-ни и прочерчивает всю ее активную поверхность. Отбор электронов с поверхности диэлектрика, т. е. глубина за­ писываемого рельефа, управляется входным сигналом

Отсчетные значения сигнала фиксируются в виде по­ тенциалов отдельных элементарных емкостей. Скорость развертки выбирается так, чтобы каждое отсчетное значе­ ние в пределе фиксировалось не менее чем на одном эле­ менте мишени. Разрешающая способность по амплитуде определяется числом различимых градаций по уровню потенциального рельефа т и зависит от отношения сигнал/шум. Для существующих трубок памяти т <<( Ny (т = =6-^-8) [38], что обусловливает целесообразность приме-

27

нення в масштабно-временном преобразователе записи с модуляцией рельефа по геометрической форме.

Следует отметить, что понятия записи по глубине («ин­ тенсивной» записи) и с геометрической модуляцией можно также отнести к магнитной и фотографической записям.

При записи с переменной интенсивностью намагничен­ ность носителя записи по его длине изменяется по закону электрического сигнала, подлежащего записи. Сущность геометрической модуляции заключается в том, что маг­ нитная лента намагничивается до насыщения, причем ширина намагниченной части ленты в каждой точке про­ порциональна мгновенному значению записанного сигнала в данный момент [17].

Обычная фотоосцпллограмма является примером записи с геометрической модуляцией. Но возможны фотоосцилло­ граммы, оптическая плотность которых при переходе от точ­ ки к точке изменяется в соответствии со значениями запи­ санного сигнала [19]. Запись с геометрической модуляцией в каждом случае имеет свои преимущества по сравнению с «глубиной» в отношении линейности, точности и эксплуа­ тационной надежности [17, 19]; правда, с магнитной лентой такой вид записи технически трудно реализуем.

3. МЕТОДЫ СЧИТЫВАНИЯ (ВЫБОРКИ) ЗНАЧЕНИЙ СИГНАЛА

Рассмотрим масштабно-временные преобразователи им­ пульсных сигналов на трубках памяти. Накопленный на их мишенях при записи зарядный рельеф считывается для по­ лучения отсчетных значений ординат в преобразованном масштабе времени. Считывание бывает внутреннее и внеш­ нее [8, 9].

При внутреннем перезарядном считывании зарядный рельеф на мишени коммутируется остросфокусированным считывающим пучком. Рельеф при этом разрушается, хотя

28

его можно восстановить дополнительным фиксирующим электронным пучком [12]. При внутреннем считывании сеточным управлением накопленный зарядный рельеф по­ пользуется для модуляции считывающего пучка по интен­ сивности. В этом случае пучок не соприкасается с рельефом на мишени и считывание выполняется без разрушения накопленной информации, что удобно для многократного периодического воспроизведения сигнала. Внутреннее считывание допускает передачу полутонов и пригодно для воспроизведения сигналов, записанных с модуляцией рельефа по глубине и по геометрической форме.

При внешнем считывании зарядный рельеф с помощью распределенного потока электронов воспроизводится на люминесцентном экране в виде светящейся линии. Полу­ ченное изображение проектируется на светочувствитель­ ную мишень передающей телевизионной трубки, создавая на ней соответствующий зарядный рельеф, подлежащий коммутации при считывании. В связи с ухудшением пере­ дачи полутонов при воспроизведении градаций яркости на люминесцентном экране потенциалоскопа внешнее счи­ тывание рельефа, промодулированного по глубине, не применяется.

Зарядный рельеф на мишени трубки памяти или пере­ дающей телевизионной трубки коммутируется по закону, определяемому методом считывания. В случае записи рель­ ефа с модуляцией по глубине траектория движения считы­ вающего луча совпадает с траекторией луча при записи. Считывание рельефа, промодулированного по геометри­ ческой форме, можно выполнить следящим, развертываю­ щим и комбинированным методами [7]. При следящем и комбинированном методах коммутируются элементы ми­ шени, принадлежащие потенциальному изображению или расположенные вблизи него, при развертывающем — все элементы мишени.

29