Тема 5: Імпульсні характеристики каналу запису-відтворення.

1. Імпульсна реакція і періхідна функція ідеального тракту. Вплив на імпульсні характеристики робочого прошарку МГ обмеженої товщини, відсутності контакту товщини робочого шару стрічки та інших втрат каналу запису-відтворення.

2. Вплив процесу запису на імпульсні характеристики. Вплив різних факторів на форму періхідної зони намагнічування в різних шарах стрічки.

3. Густинна характеристика. Залежність форми та амплітуди відтворюваного сигналу від густини запису та товщіни робочого шару стрічки.

4. Формування сигналів у каналі імпульсного запису. Принципи порогового формування, формування за нулем похідної відтворюваного сигналу та застосування лінійної обробки – інтегрування відтворюваного сигналу.

5. Вплив шумів на імпульсні характеристики. Залежність зміщення точки порогового формування від величіни хвильових витрат, відсутності контакту.

6. Корекція імпульсних характеристик. Корекція в частотній області. Сумування сигналу з його парними похідними. Застосування трансверсальних фільтрів у якості коректорів. Фазова корекція. Попередні спотворення форми записуваних сигналів.

1. Можливі два види імпульсної дії залишкового магнітного потоку після запису на канал відтворення:

1) одиничний Б-перепад сигналу від нуля до одиниці; Тоді відгуком тракту відтворення буде перехіднаg-характеристика;

2) одиничний -імпульс, що має нескінченно малу тривалість і площу=1. Тоді відгуком його буде імпульсна реакція, що позначається.

В індукційних МГ зв`язок між характеристиками потоку Фта ЕРСЕвизначається співвідношеннями:

(5.1)

(5.2)

де V – швидкість відтворення,Х– координата носія в напрямку швидкості,t– час відтворення.

Оскількі одинична функція (t)та одиничний імпульс(t)зв`язані між собою операцією диференцювання:

(5.3)

як і перехід від потоку Фдо ЕРСЕ,а момент диференціювання в лінійному колі не відбивається на формі вихідного сигналу, то функції_фтаg_vбудуть еквівалентними. Це можна пояснити з допомогою слідуючих характеристик тракту запису відтворення:

рис.

Функція g_E(t)(рис.а) еквівалентна_ф(t)(рис.в). Для потокочутливих МГ перехідні та імпульсні характеристики за потоком та ЕРС співпадають за формою, тобто_фпропорційне_Е, аg_фпропорційнаg_Е. Однак зручнішою для розрахунків є функція_ф(t), тому, що імпульсна реакція кола може бути розрахована за коефіцієнтом передачі з допомогою перетворень Фур`є, оскільки(х)зв`язано з хвильовим коефіцієнтом передачіК()співвідношенням:

(5.4)

Використовуючі вирази для коефіцієнта хвильових втрат, знаходимо відповідні їм імпульсні реакції, при врахуванні:

1) щілинних витрат:

(5.5)

2) контактних витрат:

(5.6)

3) втрат в різних шарах стрічки:

(5.7)

4) щілинних та контактних втрат разом:

(5.8)

Як видно із записаних співвідношень при збільшенні втрат будь-якого типу збільшується розмиття фронтів імпульсу, форма імпульсу стає дзвоноподібною, тому при записі і відтворенні потрібно застосовувати додаткове формування імпульсів.

Рис.

При відтворенні сигналів з перпендикулярно-намагнічених носіїв кільцеві МГ дають двополярний відгук, тоді як однополюсні – однополярний. Проте роздільна здатність кільцевих МГ є більш високою.

Використання двошарових носіїв запису призводить до зростання контактних втрат в області більших дожин хвиль, а для малих – контактні втрати на відтворення перпендикулярної та поздовжньої складової запису приблизно співпадають. Тому контактні втрати впливають в основному на рівень відгуку, а не на його форму.

2. Одержані імпульсні характеристики тракту відтворення записані при умові, що залишковий магнітний потік НЗ є одиничним. В реальному випадку він теж характеризується розмиттям фронтів, тобто між областями НЗ зрізною намагніченністю існує перехідна область довжиною 2l₀.

Довжина перехідної області та координати розміщення на Взалежать від товщини НЗ, відстані НЗ від МГ хвильових втрат та інших. Величіну2l₀можна розрахувати графічним методом, використовуючи криву намагнічування матеріалу.

Рис.

На малюнку показано залежність довжини 2l₀від відстаніаміж НЗ та МГ.

В загальному випадку приблизний розрахунок 2l₀-області можна провести за формулою:

(5.9)

де у– відстань від поверхні МГ до середини робочого шару НЗ.M_r таH_c–залишкова намагнічуваність та коецетивна сила робочого шару;коефіцієнт прямокутності;M_s –намагніченість насичення матеріалу.

Оскільки наявність перехідної області довжиною 2l_aвиявляє таку ж дію на відтворювальний сигнал як і неконтакт величиноюа, то розрахунок імпульсної реакції реального тракту проводять використовуючи вираз (5.6), замінивши величінуаїї еквівалентним значенняма_екв=а+2l₀.

Наявність перпендикулярної складової намагніченості НЗ приводить до асиметричного спотворення поля запису Е. Результуюче значення напруженості поляЕвизначається якЕ=Е₂+Е₁.

Рис.

На практиці в залежності від конкретного випадки використовують різні апроксимації

;

Ці функції найкраще описують результати експеременту.

3. Густинна характеристика є мірою кількісного аналізу імпульсного запису сигналів і показує залежність максимального значення відтворюваного сигналу від густини запису .

При низьких значеннях відтворювані імпульси не перекриваються. Колизростає – перекриття відтворювальних імпульсів призводять до значного зменшення амплітуди кожного складового імпульсу за рахунок суперпозиції полів, одержаних від кожного з них.

Рис.

В сучасних системах запису зменшення віддачі, тобто спад напруженості Епочинається при значенняхP=300500 імп/мм і при струму запису зменшує віддачу, але вирівнює залежність напруженості, як функції від.

При підвищенні існує оптимальне значення струму запису.

Рис.

Оскільки основним завданням при імпульсному записі є відтворення не стільки форми записаного сигналу, а тільки моментів зміни його полярності, то в якості формувачів імпульсів використовують не тільки лінійні коректори, а й порогові пристрої з нелінійною характеристикою.

Найчастіше застосовується два типи формувачів:

1) пороговий

2) за нулем похідної відтворюваного сигналу.

Принцип порогового формування полягає в тому, що відтворювальний сигнал подається на пристрій, який спрацьовує при певному рівні напруги (напр. трігер Шмідта).

При малій густині запису сигнали на виході не відрізняються від вхідних ні за тривалістю, ні за щпаруватістю. При високій густині запису за рахунок зміни рівнів сигналів, тривалості імпульсів і пауз змінюються, що є джерелом помилок в системах цифрового та точного запису.

Відносна похибка тим більша, чим менша тривалість вихідного імпульсу.

Для відтворення методом формування за нулем похідної відтворюваного сигналу сигнал підлягає слідуючим етапам обробки:

1) диференцюванню;

2) обмеженню за рівнем максимуму;

3) повторному диференціюванню;

4) пороговому формуванню з допомогою тригера Шмідта

запис. сигн. (і кінцевий відтворений)

з МГ – відтворювальний

диференціювання

обмеження за рівнем

2-е диференціювання

тригерне формування

Недолік формування за нулем похідної – завадостійкість до аддитивних шумів.

Цей метод ще називають диференціюючим. Він характеризується тим, що крім лінійної обробки сигналу (власне диференціювання) тут також застосовується і нелінійна обробка – тобто порогове формування.

Третім методом є інтегрування, яке компенсує диференціюючу дію відтворюючої головки.

Тоді форма сигналу на виході інтегратора подібна формі записаного коливання, але відрізняється від неї більш пологими фронтами і спадами через втрати в області ВЧ і плавання базової лінії через втрати в області низьких частот.

Рис.

Шуми в тракті запису-відтворенн проявляються у вигляді розмивання фронтів імпульсів і приводить до зміщення точки порогового формування, і відповідно до появи погрішностей в системах точного та відеозапису.

Рис.

Для контактних втрат точка формування X_hвизначається співвідношенням:

(5.10)

Якщо вважати, щоа– величина випадкова, із середнім значеннямa₀, дисперсією²(a)і густиною розподілу ймовірності(a), то:

При h=0,5 відгуки при різнихапересікають і точка ввімкненя формувача змінюється при малих випадкових флуктуаціях неконтакту.

Дисперсія ²(x_n) при цьому прямує до нуля. Аналогічно існує оптимальне значення порогу формування для інших видів хвильових втрат. При формуванні за нулем похідної у випадку, коли величина неконтакту носія з МГ є постійною, координатаx₀, яка відповідає моментуt₀, зпрацьовування формувача не зміщується відносно дійсного положення, тому помилки у визначенні тривалості відтворюваних імпульсів не виникають.

Тобто, при похідній від відгуку

,x₀=0

де а – похідна від неконтакту. Тоді для дисперсіїx₀ можна записати

(*)

_а100200 Гц – центральна частота в аналітичному спектрі

U_в – швидкість відтворення

Згідно (*) похибка при відтворюванні сигналу залежить, як від дисперсії неконтакту так і від ………….

Таким чином хоч і при пороговому методі існує можливість звести похибку до нуля, неточність встановлення межі формування призводить до суттєвого зростання похибки. При формуванні за нулем похідної знайшло широке застосування в цифровому і точному записі.

6. Під корекцією імпульсних характеристик розуміють таке перетворення сигналів, при якому створюється симетрична форма відтворюваних імпульсів, зменшується їх тривалість або форма імпульса такого виду, при якому їх взаємний вплив не понижує правильності передачі інформайії. Використовується корекція імпульсних характеристик.

Методи корекції

1. Корекція в частотній області.

Нехай відгук тракту задано симетричною дзвоноподібною функцією

(5.14)

Коло корекції повинно зменшити вихідний сигнал

(5.15)k>1

Тоді спектри сигналів будуть

(5.16)

Коефіцієнт коректора

Фізично лінійне коло, яке описується заданим коефіцієнтом передачі можна синтезувати з допомогою кіл перехресного або місткового типу.

Рис.

Такі кола мають лінійну фазову характеристику і забезпечують підйом АЧХ каналу запису-відтворення в області ВЧ. Однак це призводить до зростання рівня шумів, тим більше, чим більший рівень стискання. На практиці стискання не більше 1,5-2 раза.

2. Сумування сигналу з його парними похідними.

Використаємо апроксимацію (5.14) і його спектр (5.16). Нехай метою корекції є забеспечення постійності коефіцієнту передачі наступного тракту у всій смузі пропускання. Тому характеристика коректора описується виразом

Після розкладу в результаті матимемо вигляд:

Фізичною моделлю такого принципу може бути ланцюг з паралельно ввімкнутих ланок з коефіцієнтом передачі K()=^2K, рівень кожної з яких задається коефіцієнтом1/K!. Це можна здійснити за допомогою диференціюючих кіл. Диференціююче колоRC-типу має коефіцієнт передачіK(j)=j, де=RC.

В області 1 дві послідовно ввімкнених ланки мають спільний коефіцієнт передачіK()=-²², який при співпадає за модулем з другим членом ряду. Послідовне коло з чотирьох таких ланок співпадає з третім членом ряду.

Рис.

Як видно з рис.: пропускаючи сигнал через паралельно ввімкнені RC-ланки, диференціюють його парне число разів і додаючи вихідні сигнали з фазами та рівнями можна здійснити стискання імпульсів біля 16%, для другого члена ряду – 40%.

Недолік методу: поява від’ємних імпульсів у вихідному сигналі.

3. Застосування трансверсальних фільтрів у якості коректорів. Такі фільтри–коректори складають з ліній затримки та підсилювача. Сигнал, що поступає на вхід затримується в лінії затримки на час 2NT, деN – ціле число. З кожного відводу цієї лінії сигнал може регулювати окремо кількість відводів(2N+1). Вихідний сигнал – це сума сигналів, які проходять через кожен з відводів.

Рис.

Коефіцієнт передачі такого канала визначається як:

Форма АЧХ та ФЧХ коректора визначається співвідношенням вибору коефіцієнтів для кожної ланки і тому може бути довільною. Точність апрксимації визначається числом членів ряду у співвідношенні.

При K_n=K_-nФЧХ коректора лінійна і форма вхідного та вихідного сигналів співпадають.

При K_nK_-n трансверсальний фільтр можна використати для корекції асиметрії форми імпульсів. Модифікацією трансверсального фільтру є косинусний коректор.

Рис.

Це дволанковий фільтр з лінією затримки узгодженої на вході і розімкненою на виході.

Коефіцієнт передачі косинусного коректора визначається співвідношенням:

,

де ₀ –гранична частота привхідного сигналу.

Можна забезпечити підйом АЧХ в області ВЧ, а відповідно і стискування імпульсів. Глибина корекції регулюється вибором коефіцієнта K_n, K₀, а також тривалістю періоду сигналу.

4. Фазова корекція.

Рис.

Таку корекцію здійснюють, як правило використовуючи елементи з частотно- і фазозалежними характеристиками. Асиметрія форми відтворюваних імпульсів призводить до збільшення похибки формування. Тому перед формуванням імпульси симетрують з допомогою перехресних кіл. Часто також використовують безіндукційні схеми на основі ОП.

7. Метод попереднього спотворення записаних сигналів

При відтворенні (рис. б) поередньо спотворенного сигналу, що показаний на рис. А результуючий відгук є сумою відгуків на основний та додатковий перепади, які зсунуті відносноосновного на час .

Рис.

Глибину додаткових перепадів та зсув за часом можна здійснювати за допомогою схем керування регулюючи формою і ступенем стискання сигнал відгуку. Цей метод еквівалентний використанню косинусного коректора, але ввімкненого в тракт запису. Перевага методу полягає в можливості обробки сигналів за допомогою цифрових пристроїв.