"Montage d'amplificateur, à faible bruit et à résistance d'entrée déterminée".
La présente invention concerne un montage d'amplificateur, à faible bruit et résistance d'entrée déterminée, destiné en particulier à réaliser l'étage d'entrée d'un préamplificateur recevant le signal fourni par un lecteur de disques ou de bandes magnétiques, notamment d'un enregistreur à cassettes.
Par exemple, dans le cas d'une cellule magnétique de lecture de disques, la résistance d'entrée du préamplificateur
<EMI ID=1.1>
de lecture d'un enregistreur magnétique à 82 k "CL .
<EMI ID=2.1>
résistance d'entrée trop élevée et l'on ajuste cette dernière en connectant une résistance de valeur appropriée entre l'entrée de cet amplificateur et la masse commune du circuit. Etant donné que souvent la résistance d'entrée de l'amplificateur lui-même
<EMI ID=3.1>
<EMI ID=4.1>
<EMI ID=5.1>
connectée entre l'entrée de l'amplificateur et la masse commune produit un bruit thermique qui se superpose, avant l'amplification, au signal provenant du lecteur. Étant donné que ce signal est faible et que cette superposition à lieu avant toute amplification, on comprend qu'il s'agit d'une source de bruit importante dans les amplificateurs de ce type.
Le problème du bruit dans les cellules magnétiques de lecture de disques a été examiné par B.I. Hallgren dans un article publié dans le "Journal of the Audio Engineering Society" septembre 1975, volume 23, numéro 7, pages 546 à 552. Dans cet article on conclut que, dans des amplificateurs modernes, la majeure partie du bruit de fond à la sortie de l'étage d'entrée du. préamplificateur est due au lecteur et à la résistance d'entrée
de 47 k -CL connectée entre l'entrée de cet étage et la masse commune, dite aussi résistance d'amortissement ou de charge. Le problème se présente de façon analogue dans le cas d'une tête de lecture de bandes magnétiques. Evidemment, cette résistance d'amortissement peut être obtenue de diverses manières, en utilisant
par exemple, plusieurs composants résistifs connectés suivant
une configuration appropriée. D'autres éléments non résistifs .sont souvent connectés entre le lecteur et l'entrée de cet étage ainsi qu'entre cette entrée et la masse commune, afin d'ajuster la partie imaginaire de l'impédance d'entrée et/ou modifier la réponse de l'étage mais ils n'influencent pratiquement pas le bruit thermique.
Un but principal de l'invention est donc d'offrir
un montage d'amplificateur présentant un bruit de fond réduit et une résistance d'entrée déterminée et ceci de façon simple et économique.
Ce but et d'autres sent atteints suivant l'invention en
ce que le montage d'amplificateur comprend un amplificateur à
gain négatif et résistance d'entrée plus élevée que celle désirée
et en ce qu'une résistance de valeur appropriée est connectée
entre l'entrée et la sortie de l'amplificateur afin d'obtenir la résistance d'entrée désirée, ladite entrée de l'amplificateur recevant aussi le signal provenant du lecteur.
D'autres détails et particularités de l'invention ressortiront de la description ci-après, donnée à titre d'exemple non limitatif et en se référant aux dessins.annexés, dans lesquels : La figure 1 est un schéma illustrant un montage d'amplificateur pour lecteurs de disques ou de bandes magnétiques, typique de la technique antérieure. La figure 2 est un schéma d'un montage d'amplificateur pour lecteurs de disques ou de bandes magnétiques,suivant une forme de réalisation de l'invention.
La.figure 3 est un diagramme représentant la racine carrée de la densité spectrale de bruit, ramenée à l'entrée de l'amplificateur, pour une cellule magnétique de lecture de disques dans le cas d'un montage suivant la technique antérieure et d'un montage suivant l'invention.
La figure 4 est un diagramme représentant la densité spectrale de bruit à la sortie d'un enregistreur à bandes magnétiques dans le cas d'un montage suivant la technique antérieure et d'un montage suivant l'invention. La figure 5 est un schéma d'un montage d'amplificateur pour lecteurs de disques ou de bandes magnétiques, suivant une autre forme de réalisation de l'invention.
On a illustré très schématiquement à la figure 1 un montage suivant la technique antérieure pour un étage d'entrée d'amplification du signal provenant d'un lecteur de disques ou de
<EMI ID=6.1>
de tension 1 et une impédance interne équivalente 2. Un amplificateur 3, présentant .par exemple un certain gain négatif -A avec
<EMI ID=7.1>
entrée 4 au lecteur. Afin de réduire l'impédance d'entrée du
<EMI ID=8.1>
l'entrée 4 de l'amplificateur 3 et la masse commune 6 du circuit. Cette résistance 5 produit un bruit thermique représenté par un générateur de courant de bruit 7 en parallèle avec la résistance
5. Ainsi qu'on le sait, la valeur efficace au carré de ce courant est donnée, pour un certain intervalle de fréquences, par l'ex-
<EMI ID=9.1>
5
<EMI ID=10.1>
fréquences considéré. Il apparaît ainsi à l'entrée de l'amplifi-
<EMI ID=11.1>
provenant du lecteur et qui est intégralement amplifié de même que le signal fourni par le lecteur.
Si l'impédance d'entrée de l'amplificateur est très
<EMI ID=12.1>
<EMI ID=13.1>
<EMI ID=14.1>
dans le cas d'une tête de lecture de bandes magnétiques.
<EMI ID=15.1>
de dégrader notablement le rapport signal/bruit à la sortie 9 de l'amplificateur 3 par comparaison . avec le rapport signal/bruit dû <EMI ID=16.1>
seul lecteur.
On a illustré très schématiquement à la figure 2 un montage, suivant l'invention pour un étage d'entrée d'amplification du signal provenant d'un lecteur de disques ou de bandes magnétiques. La différence entre ce montage et celui de la figure 1 consiste en ce que l'on a éliminé la résistance 5 et donc le générateur de courant de bruit 7 et en ce que l'on a connecté une autre résistance 8 de valeur. appropriée entre l'entrée et la sortie de l'amplificateur, cette entrée recevant encore le signal provenant du lecteur. Les éléments analogues à ceux de la figure 1
<EMI ID=17.1>
rement présenter dans ce cas un gain négatif égal à -A avec A> 1 afin d'éviter des problèmes de stabilité et cet amplificateur 3 présente une résistance d'entrée plus élevée que celle désirée.
Suivant l'invention, afin d'ajuster cette résistance d'entrée de l'amplificateur à la valeur désirée, on connecte une résistance
8 de valeur appropriée entre l'entrée 4 et la sortie 9 de l'amplificateur 3. Si l'on admet que la résistance d'entrée propre à l'amplificateur est beaucoup plus élevée que celle désirée, on
<EMI ID=18.1>
<EMI ID=19.1>
ce d'entrée désirée du montage d'amplificateur. La résistance 8 produit naturellement aussi un bruit thermique représenté par un générateur de courant de bruit 10: Le carré de la valeur effica-
<EMI ID=20.1>
<EMI ID=21.1>
<EMI ID=22.1>
<EMI ID=23.1>
<EMI ID=24.1>
<EMI ID=25.1>
<EMI ID=26.1>
<EMI ID=27.1>
Si la résistance d'entrée désirée R. du montage est déterminée et si la résistance d'entrée propre de l'amplificateur 3 est très élevée par rapport à cette dernière,on.voit que
<EMI ID=28.1>
sissant A grand, on obtient une valeur de résistance R 8 grande et
<EMI ID=29.1>
<EMI ID=30.1>
<EMI ID=31.1>
et donc A = 99. Evidemment d'autres composants, en particuliers des composants non résistifs (dits réactifs) peuvent être insérés entre le lecteur et l'entrée 4 de l'amplificateur 3 ou entre cette entrée 4 et la masse commune 6 du montage, afin de modifier la partie imaginaire de l'impédance d'entrée du montage. Enfin il
y a parfois lieu de tenir compte de la résistance d'entrée de l'amplificateur 3 ou d'autres résistances parasites du lecteur
ou des conducteurs de connexion, en choisissant pour R une valeur un peu différente de R (1 + A) . De plus, suivant l'invention,on peut également réaliser l'amplificateur 3 à gain négatif en connectant en cascade deux amplificateurs stabilisés dont l'un présente un gain positif et l'autre un gain négatif. Ceci permet par exemple
<EMI ID=32.1>
positif en connectant en cascade à celui-ci un amplificateur à gain négatif et en connectant ensuite une résistance comme R entre l'entrée et la sortie.du.bloc de deux amplificateurs, après
<EMI ID=33.1>
entre 1 ' entrée et la masse commune du montage . Afin d'éliminer le supplément de gain provenant en de l'adjonction d'un
<EMI ID=34.1>
<EMI ID=35.1>
mélioration attendue du rapport signal/bruit à la sortie de l'amplificateur 3 suivant l'invention, on a mesuré la tension équivalente d'entrée du bruit se trouvant à la sortie d'un étage d'entrée d'un préamplificateur pour une cellule magnétique de lecture de disques. Les résultats sont illustrés sur le diagramme de la figure.3 dans lequel la fréquence en hertz ( Hz) est reportée sur l'axe des abscisses suivant une échelle logarithmique et la racine carrée de la densité spectrale de bruit équivalente à l'entrée sur l'axe des ordonnées en nanovolts par racine de
<EMI ID=36.1>
spectrale de bruit présente dans un montage suivant la technique antérieure et la courbe 12 cette même allure lorsque l'on a éliminé
<EMI ID=37.1>
<EMI ID=38.1>
peut le remarquer, la densité spectrale de bruit équivalente est nettement moindre dans le cas de 1 ' invention ce qui correspond à un rapport signal/bruit amélioré à la sortie du montage. Le bruit encore présent dans le cas de l'invention provient pour
la majeure partie de la résistance interne du lecteur et de résistances parasites sur lesquelles on ne peut agir,
<EMI ID=39.1>
ficateur d'un étage d'entrée d'uh enregistreur à bande magnéti-
<EMI ID=40.1>
très par le diagramme de la figure 4 dans lequel la.fréquence en
<EMI ID=41.1>
site spectrale de bruit à la sortie sur l'axe des ordonnées en
<EMI ID=42.1>
pond à la densité spectrale du bruit de sortie, la bande de l'en-
<EMI ID=43.1>
registreur étant arrêtée et l'enregistreur étant laissé dans son
<EMI ID=44.1>
<EMI ID=45.1>
<EMI ID=46.1>
aéré-un amplificateur suivant l'invention avec résistance
<EMI ID=47.1>
trée d'origine et on a connecté à la sortie de ce dernier un atténuateur pour compenser le supplément de gain. La courbe
14 correspond à la densité spectrale de bruit mesurée dans ce cas. Comme on peut le remarquer, on obtient une amélioration par rapport à la technique antérieure, cette amélioration est cependant moins nette que dans le cas d'une cellule magnétique de lecture de disques parce que la tête de lecture de bandes magnétiques présente plus de pertes que la cellule, c'est-àdire que.cette tête présente, en parallèle avec la résistance
<EMI ID=48.1>
magnétiques plus élevée que celle d'une cellule magnétique de lecture de disques.
D'un autre point de vue, on peut considérer que, suivant l'invention, l'ensemble de l'amplificateur à gain négatif et de la résistance connectée entre son entrée et sa sortie équivaut à une résistance produisant un bruit thermique plus faible qu'une résistance classique. Les bornes de cette résistance.équivalente sont l'entrée 4 de l'amplificateur à gain négatif et la masse commune 6 du circuit (figure 2). Cette propriété peut être exploitée de multiples façons suivant l'invention.
Notamment, en peut connecter cet ensemble, équivalent à une résistance à faible bruit, entre l'entrée d'un préamplificateur à résistance d'entrée trop élevée et la masse commune du circuit afin d'ajuster la résistance d'entrée d'un tel montage à une valear désirée,- comme illustré à la figure 5 dans le cas d'un étage d'entrée d'un préamplificateur recevant le signal fourni par un lecteur de disques ou de bandes magnétiques .
Le lecteur est représenté par un générateur de tension 1 et son impédance interne 2. Le signal provenant du
"Amplifier assembly, low noise and determined input resistance".
The present invention relates to an amplifier assembly, with low noise and determined input resistance, intended in particular to produce the input stage of a preamplifier receiving the signal supplied by a disk or magnetic tape player, in particular of a cassette recorder.
For example, in the case of a magnetic disk reading cell, the input resistance of the preamplifier
<EMI ID = 1.1>
reading of a magnetic recorder at 82 k "CL.
<EMI ID = 2.1>
input resistance too high and the latter is adjusted by connecting a resistor of appropriate value between the input of this amplifier and the common ground of the circuit. Since often the input resistance of the amplifier itself
<EMI ID = 3.1>
<EMI ID = 4.1>
<EMI ID = 5.1>
connected between the input of the amplifier and the common ground produces a thermal noise which is superimposed, before the amplification, on the signal coming from the reader. Given that this signal is weak and that this superposition takes place before any amplification, it is understood that this is a significant source of noise in amplifiers of this type.
The problem of noise in magnetic disk playback cells was examined by BI Hallgren in an article published in the "Journal of the Audio Engineering Society" September 1975, volume 23, number 7, pages 546 to 552. In this article we concludes that, in modern amplifiers, most of the background noise at the output of the input stage of the. preamplifier is due to drive and input resistance
of 47 k -CL connected between the input of this stage and the common ground, also called damping or load resistance. The problem arises analogously in the case of a magnetic tape read head. Obviously, this damping resistance can be obtained in various ways, using
for example, several resistive components connected following
an appropriate configuration. Other non-resistive elements are often connected between the reader and the input of this stage as well as between this input and the common ground, in order to adjust the imaginary part of the input impedance and / or modify the stage response, but they hardly influence thermal noise.
A main aim of the invention is therefore to offer
an amplifier assembly having a reduced background noise and a determined input resistance, in a simple and economical manner.
This object and others feel achieved according to the invention by
what the amplifier assembly includes an amplifier to
negative gain and higher input resistance than desired
and in that a resistor of suitable value is connected
between the input and the output of the amplifier in order to obtain the desired input resistance, said input of the amplifier also receiving the signal from the reader.
Other details and features of the invention will emerge from the description below, given by way of nonlimiting example and with reference to the appended drawings, in which: FIG. 1 is a diagram illustrating an amplifier assembly for disc or magnetic tape drives, typical of the prior art. FIG. 2 is a diagram of an amplifier assembly for disk or magnetic tape players, according to an embodiment of the invention.
Figure 3 is a diagram representing the square root of the noise spectral density, taken back to the input of the amplifier, for a magnetic disk read cell in the case of a prior art assembly and an assembly according to the invention.
FIG. 4 is a diagram showing the spectral density of noise at the output of a magnetic tape recorder in the case of an assembly according to the prior art and of an assembly according to the invention. FIG. 5 is a diagram of an amplifier assembly for disk or magnetic tape players, according to another embodiment of the invention.
FIG. 1 shows very schematically an assembly according to the prior art for an input stage for amplifying the signal coming from a disc player or
<EMI ID = 6.1>
voltage 1 and an equivalent internal impedance 2. An amplifier 3, presenting .for example a certain negative gain -A with
<EMI ID = 7.1>
input 4 to the reader. In order to reduce the input impedance of the
<EMI ID = 8.1>
input 4 of amplifier 3 and common ground 6 of the circuit. This resistor 5 produces thermal noise represented by a noise current generator 7 in parallel with the resistor
5. As we know, the effective squared value of this current is given, for a certain interval of frequencies, by the ex-
<EMI ID = 9.1>
5
<EMI ID = 10.1>
frequencies considered. It thus appears at the input of the amplifier.
<EMI ID = 11.1>
coming from the reader and which is fully amplified as well as the signal supplied by the reader.
If the input impedance of the amplifier is very
<EMI ID = 12.1>
<EMI ID = 13.1>
<EMI ID = 14.1>
in the case of a magnetic tape read head.
<EMI ID = 15.1>
to significantly degrade the signal / noise ratio at output 9 of amplifier 3 by comparison. with signal-to-noise ratio due <EMI ID = 16.1>
single reader.
FIG. 2 shows very schematically a circuit, according to the invention for an input stage for amplifying the signal coming from a disk or magnetic tape reader. The difference between this assembly and that of FIG. 1 consists in that we have eliminated the resistor 5 and therefore the noise current generator 7 and in that we have connected another resistor 8 of value. appropriate between the input and the output of the amplifier, this input still receiving the signal coming from the reader. Elements similar to those in figure 1
<EMI ID = 17.1>
In this case, present a negative gain equal to -A with A> 1 in order to avoid stability problems and this amplifier 3 has a higher input resistance than that desired.
According to the invention, in order to adjust this input resistance of the amplifier to the desired value, a resistor is connected
8 of appropriate value between input 4 and output 9 of amplifier 3. If we admit that the input resistance specific to the amplifier is much higher than that desired, we
<EMI ID = 18.1>
<EMI ID = 19.1>
This desired input from the amplifier assembly. Resistor 8 naturally also produces thermal noise represented by a noise current generator 10: The square of the effective value
<EMI ID = 20.1>
<EMI ID = 21.1>
<EMI ID = 22.1>
<EMI ID = 23.1>
<EMI ID = 24.1>
<EMI ID = 25.1>
<EMI ID = 26.1>
<EMI ID = 27.1>
If the desired input resistance R. of the assembly is determined and if the own input resistance of the amplifier 3 is very high compared to the latter, we see that
<EMI ID = 28.1>
If A large, we obtain a resistance value R 8 large and
<EMI ID = 29.1>
<EMI ID = 30.1>
<EMI ID = 31.1>
and therefore A = 99. Obviously other components, in particular non-resistive components (called reactive) can be inserted between the reader and the input 4 of the amplifier 3 or between this input 4 and the common ground 6 of the assembly. , in order to modify the imaginary part of the input impedance of the assembly. Finally he
It is sometimes necessary to take into account the input resistance of amplifier 3 or other parasitic resistances of the reader
or connecting conductors, choosing for R a value a little different from R (1 + A). In addition, according to the invention, the negative gain amplifier 3 can also be produced by cascading two stabilized amplifiers, one of which has a positive gain and the other a negative gain. This allows for example
<EMI ID = 32.1>
positive by cascading to it a negative gain amplifier and then connecting a resistor like R between the input and the output of the block of two amplifiers, after
<EMI ID = 33.1>
between the inlet and the common ground of the assembly. In order to eliminate the additional gain arising from the addition of a
<EMI ID = 34.1>
<EMI ID = 35.1>
expected improvement in the signal / noise ratio at the output of amplifier 3 according to the invention, the equivalent input voltage of the noise located at the output of an input stage of a preamplifier for a cell was measured magnetic disc playback. The results are illustrated in the diagram of figure 3 in which the frequency in hertz (Hz) is plotted on the x-axis using a logarithmic scale and the square root of the spectral noise density equivalent to the input on l 'y-axis in nanovolts per root of
<EMI ID = 36.1>
spectral noise present in an assembly according to the prior art and the curve 12 this same shape when we have eliminated
<EMI ID = 37.1>
<EMI ID = 38.1>
As can be seen, the equivalent noise spectral density is markedly lower in the case of the invention, which corresponds to an improved signal / noise ratio at the output of the assembly. The noise still present in the case of the invention comes for
the major part of the internal resistance of the reader and of parasitic resistances on which one cannot act,
<EMI ID = 39.1>
ficor of an input stage of a magnetic tape recorder
<EMI ID = 40.1>
very by the diagram of figure 4 in which the frequency in
<EMI ID = 41.1>
spectral site of noise at the exit on the y-axis in
<EMI ID = 42.1>
pond to the spectral density of the output noise, the band of the
<EMI ID = 43.1>
recorder being stopped and the recorder being left in its
<EMI ID = 44.1>
<EMI ID = 45.1>
<EMI ID = 46.1>
ventilated amplifier according to the invention with resistance
<EMI ID = 47.1>
original input and an attenuator was connected to the output of the latter to compensate for the additional gain. The curve
14 corresponds to the noise spectral density measured in this case. As can be seen, an improvement is obtained over the prior art, this improvement is however less marked than in the case of a magnetic disk reading cell because the magnetic tape reading head has more losses than the cell, i.e. this head presents, in parallel with the resistance
<EMI ID = 48.1>
magnetic cells higher than that of a magnetic disk reading cell.
From another point of view, it can be considered that, according to the invention, the assembly of the negative gain amplifier and the resistor connected between its input and its output is equivalent to a resistor producing a thermal noise lower than 'classic resistance. The terminals of this equivalent resistor are the input 4 of the negative gain amplifier and the common ground 6 of the circuit (figure 2). This property can be exploited in many ways according to the invention.
In particular, can connect this set, equivalent to a low noise resistance, between the input of a preamplifier with too high input resistance and the common ground of the circuit in order to adjust the input resistance of such mounting to a desired value, - as illustrated in FIG. 5 in the case of an input stage of a preamplifier receiving the signal supplied by a disk or magnetic tape player.
The reader is represented by a voltage generator 1 and its internal impedance 2. The signal coming from the