А.ГРЕЧИХИН (UA3TZ),
М.САНДЛЕР,
Нижний Новгород

БК-0010 И МАГНИТОФОН: О НАДЁЖНОСТИ ОБМЕНА ИНФОРМАЦИЕЙ

Опыт показывает, что обмен информацией между БК и магнитофоном не всегда надёжен. Иногда не помогают ни юстировка головки, ни чистка её рабочей поверхности, ни усиление прижима ленты. Не читаются даже записи, сделанные на этом же, вполне исправном магнитофоне.

Сигнал на выходе БК (рис. 1а) перед каждым импульсом-битом информации ("1" - длинный период, "0" - короткий период) имеет импульс синхронизации. Если вслед за синхроимпульсом пришёл импульс примерно такой же длительности, то при воспроизведении считывается "0", если вдвое большей длительности - "1". Постоянная составляющая при приёме такого сигнала должна быть исключена (это происходит в тракте записи - воспроизведения (З-В)).

При воспроизведении сигнал с линейного выхода магнитофона поступает в БК на узел формирования (компаратор, рис. 2). Характеристика компаратора приведена на рис. 3а. На рис. 2 показана также типовая схема линейного выхода магнитофона. При отсутствии сигнала на входе компаратора имеется постоянное смещение порядка 20...30 мВ. Из-за существенной несимметричности входа компаратора (при положительной полярности напряжения на входе ток идёт только через резистор 5.1 кОм, а при отрицательной дополнительно через цепь эмиттер-база VT1) смещение зависит от уровня подаваемого сигнала (кривая 1 на рис. 3б).

Для передачи без искажений линейный тракт, как известно, должен иметь равномерную в пределах передаваемой полосы частот амплитудно-частотную характеристику (АЧХ) и линейную фазочастотную характеристику (ФЧХ). Исследование сквозных частотных характеристик ряда кассетных магнитофонов ("Легенда М-404", "Романтик-306", "Спутник 403", магнитолы "Вега 331", "Эврика 302") показали, что главная причина искажений - нелинейность ФЧХ. Типичный ход ФЧХ показан на рис. 4. На рис. 1б,в показано совместное влияние искажений и смещения на входе компаратора U_во относительно порога оценивания длительностей U_п.

Таким образом, причинами сбоев при обмене информацией могут быть как непригодность бытовых магнитофонов для записи-воспроизведения широкополосных импульсных сигналов (фазовые искажения, как известно, несущественны при передаче речи и музыки), так и несовершенство входных цепей БК.

Из рис. 1б видно, что сбои наиболее вероятны при приёме импульса низкого уровня. В то же время АРУ записи работает по пиковым уровням коротких импульсов. Отключение АРУ записи, рекомендуемое авторами некоторых работ (например, [1]), иногда помогает, но может привести к несимметричным нелинейным искажениям, которые делают чтение невозможным, и в ряде случаев, не поддаются коррекции.

Зачем же тогда в сигнале БК импульсы с коротким периодом имеют двойной уровень?

Известно, что подобные предыскажения на передаче при соответствующей коррекции на приёме позволяют улучшить отношение сигнал/шум. Однако ни в одном из испытанных нами магнитофонов такой коррекции до линейного выхода не предусмотрено.

Рис. 1

Рис. 2

Рис. 3

Рис. 4

Рис. 5

Рис. 6

Рис. 7

Для успешной работы по обнаружению и устранению причин сбоев нужны осциллограф (лучше с возможностью однократного запуска и с памятью) и милливольтметр. Отличным индикатором читаемости файлов сделает ваш БК программа, разработанная С. Гуторенко [2]. Приводим модификацию этой программы, позволяющую использовать её при повышенных и пониженных скоростях ленты в режиме воспроизведения (в 2 раза относительно скорости при записи - см. таблицу 1).

Табл.1.
12705	177716	42715	200	12700	20142	12701	40
5020	77102	5002	11501	21501	1776	11501	5202
102771	21501	1774	20227	40	2364	105262	20142
126227	20142	357	103756	12700	14	104016	5000
5001	5002	104030	5200	5003	116302	20142	42702
177400	104032	5203	62701	20	20127	1000	2765
717

Программа загружается любым способом в оперативную память БК и запускается с адреса 20000. Компьютер становится анализатором временных интервалов. При хорошей читаемости подаваемой на вход БК записи на экране дисплея видны два импульса (второй примерно в 3 раза меньше первого по уровню), разделённые более или менее широким интервалом на уровне “нуля”. При плохой идентификации “единиц” и “нулей” импульсы на всех или некоторых периодограммах, повторяющихся на экране, частично сливаются. Простейшим и эффективным средством согласования сигнала БК с трактом З-В является частотная коррекция, заключающаяся в обеспечении наклона сквозной АЧХ примерно минус 6 dB на октаву в области частот выше 1,5 кГц. Это можно осуществить с помощью RC-звена по схеме рис. 5 как при записи, так и при воспроизведении. В результате выходной сигнал магнитофона имеет сглаженную форму, но примерно одинаковые уровни “единиц” и “нулей” и достаточно крутые переходы через “нуль” (рис. 1г). Лучше такое звено поставить в тракт записи (между выходом БК и входом магнитофона); при этом АРУ записи не будет ослаблять амплитуду длинного импульса “единицы”.

Если запись сделана без коррекции, то частотная коррекция в тракте воспроизведения лишь понизит уровень сигнала и поэтому может оказаться малоэффективной (без нелинейной коррекции и подбора начального смещения, о чем сказано ниже). При этом возможна фазовая коррекция (например, по схеме рис. 6), дающая несколько лучшие результаты (рис. 1д).

Надёжную читаемость записей, и, в частности, с малым уровнем, можно обеспечить, если добиться совпадения напряжения смещения с серединой переходной области характеристики компаратора (U_п на рис. 3а) и независимости этого смещения от уровня сигнала. Нами испытаны два способа, позволяющие приблизиться к этому. Первый заключается в подключении к входу БК (параллельно входу) цепи по рис. 7 (точка В), где может быть применён любой германиевый диод. Резисторами R3 и R4 (точно и грубо) добиваются того, чтобы добавка постоянной составляющей за счёт детектирования входного напряжения была минимальной (кривая 2 на рис. 3б). Затем при помощи R1 устанавливают начальное смещение так, чтобы надёжно читались записи минимально возможного уровня (контролируется милливольтметром, осциллографом и по периодограмме). Невозможность подбора точной симметрии положительной и отрицательной ветвей вольтамперных характеристик входной цепи ограничивает эффективность первого способа.

Лучшие результаты получаются при втором способе, требующем вскрытия БК (внутренняя коррекция). В цепь базы VT1 в разрыв в точке A (рис. 2) включают резистор 33...47 кОм, увеличивая таким образом сопротивление этой цепи в десятки раз. Для подбора начального смещения к точке B подключают резистор, соединённый с плюсом источника питания аналогично R1 на рис. 7. Целесообразно также в цепь входа БК включить последовательно неполярный конденсатор 1...2 мкФ.

Описанная нелинейная коррекция делает БК менее чувствительным и к линейным искажениям (частотным и фазовым). Тем не менее, целесообразно наряду с нелинейной сделать сразу и простейшую линейную (частотную) коррекцию при записи. Следует только помнить, что если цепь нелинейной коррекции - одна и та же для всех магнитофонов, то параметры цепи линейной коррекции зависят от характеристик магнитофона и должны подбираться для разных магнитофонов индивидуально. Поэтому нецелесообразна встроенная в БК линейная коррекция. Эти цепи можно разместить либо в универсальной приставке с регуляторами, либо в корпусе разъёма отдельно для каждого используемого магнитофона.

В ряде случаев надёжность обмена можно повысить более простыми средствами: добавлением последовательно в цепь воспроизведения резистора 1-3 кОм или шунтированием входа БК таким же резистором; включением между магнитофоном и БК трансформатора или конденсатора 1-2 мкФ последовательно (при воспроизведении) либо однозвенной интегрирующей RC-цепочки при записи (RC=20...100 мкс). Эффект, эквивалентный частотной коррекции, получается при уменьшении или увеличений скорости ленты при воспроизведении [2], а также при некотором нарушении правильного положения воспроизводящей головки (завал верхних частот). В этом смысле оправдан отказ от использования магнитофонов высокого класса. Лучше, наоборот, использовать старые магнитофоны с изношенными головками.

К более сложным средствам относится полная замена компаратора или установка между магнитофоном и БК дополнительного компаратора, например, по простой схеме рис. 8. Дополнительный компаратор, так же как нелинейная коррекция, позволяет понизить уровень надёжно читаемых записей от 100-200 мВ до 15-20 мВ.

Рис. 8

Литература

Осетинский Л.Г. и др. ФОКАЛ для микро- и мини-компьютеров. - Л.: Машиностроение, 1988.
Бойко А. "Электроника БК-0010" работает с магнитофоном. - Информатика и образование, 1988, №5.