9.3.7 Структурный синтез усилительного тракта

Примером структурного подхода к синтезу усилительного тракта является структура с дифференциаль­ной отрицательной обратной связью (рис.9.29). Передаточная функция устройства равна

. (9.107)

Дифференциальные функции чувствительности

, (9.108)

. (9.109)

Рис.9.29

Реализация -чувствительности к звену K₁ достигается тем, что прямой путь с выхода К₁ на выход усилительного тракта касается контура с отрицательной обратной связью K₂₂ (при К₂<0) с большой петлевой пе­редачей. В итоге нелинейные искажения, создаваемые К₁ ослабляются при передаче на выход тракта по этому пути в (l + K₂₂) раз. Нулевая чувствительность к звену K₂ достигается бла­годаря организации двух прямых путей на вход K₂, а имен­но: ₁ и K₁₂ . Условие настройки для выглядит так: .

Следует заметить, что усилители с линейной отрицательной обратной связью также могут быть отнесены к трактам. Величина  определяется воз­можностью реализации глубоких обратных связей и, та­ким образом, ограничивается условиями устойчивости.

Ветви ₁ ,₂ можно выполнить с помощью полевого транзистора (рис.9.30).

Рис.9.30

Нелинейные искажения теоретически должны ослабляться на 34 дБ по сравнению с исходными усилительным звеном. Реально, величина ослабле­ния составляет 28—30 дБ в диапазоне 0,1—3 МГц. На частотах 3—30 МГц величина ослабления уменьшается до 20—26 дБ, что объясняется влиянием неточности настройки фильтра из-за появления дополнительных фазовых сдвигов. Схема принципиальная электрическая полосового RC-усилителя на основе усилителя с -чувствительностью представлена на рис.9.31.

Рис.9.31

При выполнении условий настройки влияние нелинейности входной цепи VT2 отсутствует вследствие эквипотенциальности его затвора и истока, а нелинейные искажения, создаваемые входными цепями VT1, VT3, компенсируются аналогично их проходным нелинейностям в петле отрицательной обратной связи VT1, VT3, С6, VT2, С5.

9.4 Приемники сигналов стереовещания

1. Система вещания с полярной модуляцией

Стереовещание в нашей стране ведется в УКВ диапазоне с применением ЧМ. Стерео-сигнал несет в себе информацию от двух источников: левого и правого. Спектр сигнала с полярной модуляцией или комплексного стерео-сигнала (КСС) имеет вид, как показано на рис.9.32. КСС отличается от полярно-модулированного частичным подавлением уровня поднесущей.

Рис.9.32

Спектр состоит из двух частей: низкочастотной части от 30 Гц до 15 кГц, что обеспечивает совместимость с обычными РПрУ, и высокочастотной части от 16,25 до 46,25 кГц. При стандартной девиации 50 кГц спектр высокочастотного модулированного сигнала занимает полосу 192,5 кГц.

Низкочастотная часть формируется из суммарного сигнала левого и правого каналов. Высокочастотная часть формируется с помощью АМ с частично подавленной несущей f_пн на частоте 31,25 кГц. Модулирующим является разностный сигнал левого и правого каналов.

При полярной модуляции положительные полупериоды модулируются одним сигналом, а отрицательные – другим сигналом стереопары. Внешний вид полярно модулированного сигнала показан на рис.9.33

Рис.9.33

Структурная схема приемника стереосигнала и стереодекодера с разделением спектра КСС представлена на рис.9.34.

Рис.9.34

С выхода частотного детектора КСС поступает на входы полосового фильтра 16,25-46,25 кГц и фильтра нижних частот 0-15 кГц. Сигнал с выхода полосового фильтра поступает на амплитудный детектор, на выходе которого формируется разностный сигнал левого и правого каналов. На выходе низкочастотного фильтра выделяется суммарный сигнал левого и правого каналов. Далее полученные сигналы поступают на входы сумматора и вычитателя, на выходах которых образуются сигналы левого и правого каналов, соответственно.

Благодаря специфическому внешнему виду полярно-модулированного сигнала простейший полярный диодный декодер стереосигнала выглядит, как показано на рис.9.35

Рис.9.35

Положительные и отрицательные полуволны входного сигнала детектируются отдельными для левого и правого каналов диодными АМ детекторами. Недостаточная взаимная развязка каналов приводит к появлению переходных помех. Уровень помех регламентируется переходным затуханием между каналами.

Высоким переходным затуханием между каналами обладает декодер, выполненный в соответствии с рис.9.36.

Рис.9.36

Коммутатор входного КСС с частотой поднесущей в точках максимумов (рис.9.36) перераспределяет положительные и отрицательные полуволны на входы детекторов. На входах детекторов формируются дискретные сигналы в виде коротких импульсов с амплитудно-импульсной модуляцией. В данном случае диодные детекторы являются удлинителями импульсов и реализуют цепь с функцией памяти. Цепь синхронизации (ЦС) на основе ФАПЧ обеспечивает необходимые условия для правильной работы коммутатора.

2. Система вещания с пилот-тоном

В этой системе также формируется КСС. Низкочастотная (тональная) часть несет информацию о суммарном сигнале левого и правого каналов. Высокочастотная (надтональная) часть представляет собой АМ колебание с полностью подавленной несущей, модулированное разностным сигналом левого и правого каналов (рис.9.37). Для восстановления сигнала на приемной стороне в состав сигнала вводится пилот-тон с частотой 19 кГц.

Рис.9.37

Рис.9.38

Структурная схема декодирования КСС в системе с пилот-тоном представлена на рис.9.38. Полосовой фильтр выделяет из КСС пилот-тон, из которого путем умножения частоты восстанавливается поднесущая 38 кГц. На выходе синхронного детектора образуется разностный сигнал, который совместно с КСС поступает на матрицу, осуществляющую суммарно-разностное преобразование.

Наилучшие результаты достигаются при ключевом методе декодирования КСС (рис.9.39), также как и в рассмотренном выше случае полярной модуляции.

Рис.9.39

3. Система вещания ЧМ-ЧМ

Разработана в 60-е годы в Швеции для стереофонического радиовещания. В модифицированном виде применяется для стереофонического сопровождения телевизионных программ в Японии.

Передача разностной составляющей осуществляется путем частотной модуляции поднесущей, частота которой равна удвоенному значению частоты строчной развертки 31,25 кГц (рис.9.40).

Рис.9.40

Для улучшения отношения сигнал/шум в тракте разностного сигнала применена компандерная система шумопонижения. Девиация компрессированным сигналом составляет 10 кГц. Полоса, занимаемая надтональной частью, ограничена в пределах ±15 кГц от значения поднесущей частоты.

Из КСС полосовым фильтром выделяется надтональная часть (рис.9.41). После усилителя-ограничителя сигнал детектируется и поступает на экспандер, восстанавливающий первоначальный динамический диапазон разностного сигнала. Далее сигнал поступает на один из входов матрицы. На второй вход матрицы поступает суммарный сигнал после усиления и фильтрации.

Сигнал опознавания представляет собой АМ колебание, модулированное тоном 982,5 Гц. Из этого колебания после детектирования и фильтрации специальным пьезофильтром формируется сигнал для переключения матрицы и идентификации режима работы.

Рис.9.41

В ряде стран используется система с двумя несущими звукового сопровождения. Спектр сигнал представлен на рис.9.42. С помощью первой поднесущей 5,5 МГц передается суммарный сигнал, вторая поднесущая 5,74 МГц несет информацию о правом канале. Несущие разнесены по частоте на расстояние 15,5f_стр. Полоса частот каждого канала – 15 кГц. Переходное затухание не менее 55 дБ. После выделения промежуточных частот сигналов звукового сопровождения осуществляется их частотное детектирование и усиление (рис.9.43). Матрица осуществляет необходимое преобразование и выделение сигнала левого канала.

Предусмотрено три режима работы: моно, стерео и двухязычное звуковое сопровождение. Для этого передается пилот-сигнал с частотой 3,5f_стр, который модулируется по амплитуде. Глубина модуляции равна 50%. Для режима стерео частота модуляции равна 117,5 Гц; для двухязычного вещания – 274,1 Гц. Для режима моно модуляция отсутствует. Пилот-сигнал модулирует вторую поднесущую по частоте с девиацией 2,5 кГц.

Рис.9.42

Рис.9.43