如何利用SPICE中的滞后减少磁带录音中的失真

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我们在上一篇文章中讨论的模型可用于分析当将高频正弦波偏置信号添加到要录制的模拟信号时模拟磁带录音机的失真减少情况。

对于一阶，请考虑磁带没有进入饱和状态，这样该模型确实对真实磁芯形成了合理的一阶模型。也就是说，死区反映了磁芯的剩磁，这种磁滞会导致正弦波模拟信号以图 1 和图 2 中所示的方式被削波，磁滞如图 3 和图 4 所示。

图 1.从左上角顺时针方向，本系列第 1 部分的图 1 到 4 。

如您所见，这些滞后特性显然会导致严重失真。

高频 （HF） 信号示例

考虑一个大的高频正弦波磁化信号。即使有滞后，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发生直流偏移，则 HF（高频）信号现在将基本上围绕该偏移信号摆动，与死区无关，因为大信号总是驱动磁化通过死区。尽管 HF 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，并且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唯一施加的信号那样经历死区失真。HF 偏置的波形无关紧要，只要它的频率足够高，以至于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。

说明这一点的示意图如下所示。二极管和电容器模拟直流滞后和非线性死区。导致失真的是死区。

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 HF 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。但是，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，以表明THD（总谐波失真） 和 IMD（互调失真）均已消除。

图 2. 磁带失真减少示意图

示意图显示了三个正弦波电压的总和。两个信号代表一个多频输入，另一个是高频偏置信号。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，随后由于信号改变方向时出现的滞后现象而严重失真。正如我们在上一篇文章中所讨论的，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.混频信号，VINA=1V，VINB=1V

图 5 显示输入信号存在明显失真。

混合无偏信号的FFT（快速傅立叶变换） 如下所示：

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

在无偏条件下，这些显示出显着的 500 Hz、1kHz 和 1k5 互调失真。

混合高频信号

混合的 HF 偏置信号如下所示：

图 8. HF 偏置混合信号

混合的 HF 偏置信号的 FFT 如下所示：

图 9. HF 偏置混合信号 FFT

因此，添加 HF 偏压表明互调产物大大减少。

概括

本文展示了一种允许在标准 SPICE 的能力范围内对滞后进行建模的技术。可以扩展该技术以构建具有滞后的电感器，并且将在后续文章中描述这种技术。