9.4. Аппаратура проводного вещания

Усилители проводного вещания (УПВ). Особенности УПВ обу­словлены требованиями экономичности усилителей и специфичес­ким характером их нагрузки. Требование экономичности режима вызвано тем, что УПВ имеют большие мощности и экономия электроэнергии дает в данном случае, в отличие от микрофонных и линейных усилителей, существенный экономический эффект.

Экономичный режим обеспечивается работой оконечной сту­пени в режиме АВ2 или В, что возможно только при использова­нии двухтактной схемы усилителя. Применение двухтактной схемы позволяет уменьшить искажения, упростить конструкцию вы­ходного трансформатора, а в целом способствует удешевлению из­готовления усилителя.

Повысить экономичность усилителя позволяет используемое в оконечных каскадах УПВ автоматическое регулирование сме­щения (АРС). При этом в паузах передачи, длительность кото­рых, например, для речевых сигналов составляет около 50% вре­мени передачи, с увеличением отрицательного смещения умень­шается ток покоя. Применение такого способа регулирования на­ряду с получением экономии по току покоя 20% приводит к умень­шению нелинейных искажений и улучшает тепловой режим рабо­ты ламп.

Одной из важных особенностей УПВ является непостоянство их нагрузки как во времени (в течение суток), так и в диапазо­не частот. Изменение нагрузки во времени объясняется непостоян­ством количества абонентов, подключенных к сети ПВ в течение суток. Изменение нагрузки в диапазоне частот вызвано комплек­сным характером входных сопротивлений абонентских громкогово­рителей и линий ПВ.

Разгрузка усилителя (при минимуме подключенных абонен­тов) приводит к переходу оконечной ступени в перенапряженный режим, что сопровождается возрастанием выходного напряжения и нелинейных искажений. Постоянство выходного напряжения при изменяющейся нагрузке может быть обеспечено при малом выходном сопротивлении УПВ. Для уменьшения выходного сопротивления в УПВ применяется глубокая отрицательная обрат­ная связь по напряжению.

В процессе работы УПВ должен быть защищен от перевозбу­ждения (по входу) и перегрузки (по выходу). Необходимость за­щи­ты усилителей от перевозбуждения объясняется большим динамическим диапазоном вещательного сигнала, превышающим динамический диапазон усилителей, либо часто встречающимся повышением уровня программы в соединительной линии по различ­ным причинам. Перегрузка может возникнуть, например, при аварии на распределительных линиях (короткое замыкание).

Защита от перевозбуждения и перегрузки осуществляется с помощью инерционных ограничителей, устанавливаемых на входе усилителей. При перевозбуждении или перегрузке коэффициент пе­редачи такого ограничителя уменьшается и уровень входного сигнала усилителя снижается до безопасной величины.

Перечисленные особенности нашли свое отражение в структур­ной схеме наиболее распространенного усилителя УПВ-5 (рис. 9.11). Для уменьшения выходного сопротивления усилителя вве­дена отрицательная обратная связь _ОС, напряжение которой снимается с выхода оконечного усилителя (ОУ) и подается на вход предоконечного усилителя (ПОУ). Защита УПВ от перенапряже­ний и перегрузок осуществляется потенциометрическим ограничи­телем (ПО), который управляется двумя цепями, состоящими из выпрямителей В1 и В2 и инерционной RС-цепи. Для ограничения амплитуды напряжения на входе усилителя цепь управления под­ключена к выходу предварительного усилителя (ПУ). Для защи­ты усилителя от перегрузок введена вторая цепь управления. Ис­точники противосмещения Е1 и Е2 отрегулированы так, чтобы вы­прямители В1 и В2 открывались только при превышении допусти­мых значений соответственно амплитудами напряжения на входе и тока на выходе УПВ.

Рис.9.11. Структурная схема усилителя проводного вещания типа УПВ-5

Для повышения КПД в усилителе ТУПВ 0,5х2 предусмотрено два выходных каскада. Пока напряжение сигнала меньше половины номи­нального, действует усилитель малой мощности, при повышении напря­жения включается усилитель большей мощности. В усилителе ДПУ-200 напряжение питания меняется скачками в зависимости от значения на­пряжения сигнала. Это также уменьшает потребление энергии. В вы­пускаемых устройствах серии "Днепр" с номиналами мощности от 0,5 до 5 кВт, используют ключевой режим. Ламповый усилитель УПВ-5 в режиме номинальной мощности при подаче на вход тонального сигнала потребляет мощность 16,5 кВт, а при вещательном сигнале – 7 кВт. Ключевой усилитель той же мощности потребляет от сети не более 1,1 кВт. Ключевой режим облегчает охлаждение усилителей, умень­шает массу и размеры усилителя.

В усилителях ПВ "Днепр-К" используются блоки мощности УМК-0,5, действующие в линейно-импульсном режиме, что уменьшает нелинейные искажения. В устройстве "Днепр-К-0,5" таких блоков два, "Днепр-К-1,0" – три, "Днепр-К-1,5" – четыре, "Днер-К-2,5" – шесть, "Днепр-К-50" – 12. Число блоков в усилителях серии "Днепр-К" пре­вышает необходимое, исходя из номинальной мощности.

Блоки действуют в облегченном режиме, что повышает их эксплуатационную надеж­ность. При отказе одного из блоков остающиеся переходят в номиналь­ный режим. При этом все параметры качества сохраняются неизмен­ными. При аварии более чем одного блока автоматическое устройство анализирует обстановку и включает резисторы в цепь нагрузки, чтобы уменьшить отбираемую мощность. Другое автоматическое устройство предназначено для отключения от усилителя неисправного фидера при резком уменьшении его входного сопротивления, обрыве, заземлении одного из проводов, касании проводов линии электропередачи.

Разработан усилитель " Енисей-К-5,0" мощностью 5 кВт. В нем ис­пользуется широтно-импульсная модуляция. В выходном каскаде при­менены мощные полевые транзисторы. На базе этой разработки пред­полагается выпускать и 10-киловаттные усилители.

Для стабилизации выходного напряжения при изменении сопро­тивления нагрузки во всех усилителях ПВ применяют отрицательную обратную связь до напряжению глубиной до 1826 дБ.

Передатчики системы ТПВ. Использование городских сетей ПВ для передачи ВЧ сигналов связано с рядом трудностей. Они вызваны тем, что амплитудно-модулированные сигналы передаются по линиям, первона­чально предназначенным для передачи только токов звуковой ча­стоты.

Сеть ПВ содержит ряд элементов и устройств, обладающих распределенной и сосредоточенной нелинейностью. Распределен­ная нелинейность связана с изменением магнитной проницаемос­ти материалов проводов при их намагничивании протекающим током. При изменении магнитной проницаемости изменяется вели­чина индуктивности и, следовательно, параметры линии. Сосредоточенная нелинейность обусловлена в первую очередь наличи­ем в тракте ПВ трансформаторов. Кроме того, в тракте имеется много контактов и соединений, качество которых в результате коррозии ухудшается, и их сопротивление зависит от величины протекающего тока.

Как указывалось выше, звуковые сигналы первого канала пе­редаются высоким уровнем. Максимальный ток этого канала до­с­тигает в фидерных линиях 5 А. В то же время амплитуда номи­нального тока несущих высокочастотных каналов равна всего 0,1 А для РФ и 0,3 А для МФ. Поэтому возникает нежелательная (пара­зитная) модуляция токов высокой частоты током звуковой частоты. Иначе говоря, создается модулятор, в котором нелиней­ным элементом являются линии ПВ, модулирующим сигналом — сигналы первой программы, а несущей частотой – ВЧ сигналы второй и третьей программ. Возникает так называемая переходная помеха, уровень которой может достигать -30 дБ относительно уровня полезного сигнала при использовании стальных проводов и -40 дБ при использовании биметаллических проводов. Это намного превышает уровень помех, допускаемый существующими нормами. Особенно заметна переходная помеха в паузе вещатель­ных программ второго и третьего каналов, когда она не маскиру­ется сигналами программ.

В качестве метода снижения переходных помех в передатчике ТПВ используется регулирование уровня несущей частоты. В пау­зе сигнала по второй и третьей программам уровень несущей пе­редатчика уменьшается в 10 раз, что приводит к пропорциональ­ному уменьшению переходной помехи. При номинальном уровне сигнала передается номинальный уровень несущей, но в этом слу­чае переходная помеха будет маскироваться сигналом программы.

Рис.9.12. Структурная схема передатчика трехпрограммного вещания типа УПТВ-200

Напряжение несущей (рис.9.12) с выхода синтезатора частоты СЧ (78 или 120 кГц) поступает на регулируемый УВЧ. Коэффициент усиления, а следовательно, уровень несущей на его выходе регули­руется управляющим звеном (УЗ) и зависит от уровня сигнала программы на входе передатчика. В модуляторе (М) несущее ко­лебание модулируется вещательным сигналом. Сформированный АМ сигнал усиливается усилителем модулированных колебаний (УМК).

Малое выходное сопротивление передатчика обеспечивается введением в УМК глубокой отрицательной обратной связи по на­пряжению. Это позволяет уменьшить влияние изменения нагрузки передатчика на режим его работы. Кроме того, уменьшается вза­имное влияние передатчиков.

Приведенную структурную схему имел первый в стране передатчик типа УПТВ-200, который естественно давно снят с производства. Здесь же мы сочли возможным привести ее, так как устранение недостатков, которые выявились в процессе этого передатчика, легли в основу более современного передатчика ПТПВ 500/250..

К недостаткам описанной функциональной схемы следует от­нести:

– возникновение перемодуляции в процессе нарастания уровня вещательного сигнала, так как соответствующее нарастание уро­вня несущей частоты относительно фронта вещательного сигнала происходит более медленно. Сделать время нарастания (и время спада) уровня несущей очень малым нельзя: это приведет к за­метным на слух переходным процессам в приемнике;

– возникновение динамических искажений при модуляции с уменьшенным уровнем несущей;

– довольно значительную величину пульсаций огибающей (в уп­равляющей цепи). Уменьшить пульсации увеличением времени разряда конденсатора уп­рав­ляющей цепи не удается, так как при этом огибающая не будет соответствовать реальному сиг­налу.

Эти недостатки устранены в передатчике ПТПВ 500/250 (рис. 9.13). Звуковой сигнал задерживается линией задержки (ЛЗ) на 5 мс. За это время напряжение несущей частоты возрастает до необхо­димой величины, что устра­няет перемодуляцию. Моду­ляция осуще­ствляется при номинальном уровне несу­щей частоты в балансном модуляторе (БМ). Как известно, на вы­ходе БМ несущая отсутствует. Регулируемая несущая вводится после балансного модулятора.

Рис.9.13. Структурная схема передатчика трехпрограммного проводного вещания типа ПТПВ 500/250

С целью получения минимального коэффициента пульсации напряжения огибающей вещательного сигнала параллельно с ос­новным выпрямителем управляющего звена (УЗ) работают еще два выпрямителя, сигналы на которые подаются с задержкой соответственно на 2,5 и 5,0 мс. Для устранения возможности воз­никновения перенапряжений имеется усилитель-ограничитель мак­симальных уровней (УО).

Аппаратура сельских узлов ПВ. Аппаратура автоматизирован­ного узла проводного вещания ТУПВ-0,25Х2 (рис. 9.14) предна­значена для сельских радиоузлов, расположенных в зоне приема МБ ЧМ станций.

Центральная и районные программы принимаются на МБ ЧМ (УКВ) приемника, которые выделяют две основные программы. С помощью декодера (Д) выделяются сигналы управления и дополнительных программ. Сигналы основных каналов и подка­налов поступают на коммутатор источников программ (КИП), а сигналы управления – на автоматический переключатель каналов (АПК). Одновременно на КИП заводятся резервные программы: с радиоприемника, например, «Ишим» и от местной студии (микрофонного пункта). С помощью АПК производится дистанционная комму­тация центральных, районных и резервных программ.

Рис.9.14. Структурная схема сельского радиоузла,

оборудованного аппаратурой ТУПВ-0,25x2

С КИП сигнал программы поступает на входы УЗЧ, усилива­ется и поступает на выходную распределительную панель (ВРП), где распределяется по фи­дерам. На ВРП располо­жены блоки локализации поврежденных фидеров, блок измерений линий и си­стема переключения фиде­ров с усилителя на усили­тель. Далее через блок ли­нейной защиты (БЛЗ) фиде­ры выводятся со станции. На каждом проводе фидеров БЛЗ смонтированы плавкие предохрани­тели с сигнализацией.

Для автоматизации радиоузлов, оборудованных усилителями УПВ-1,25, разработана аппаратура дистанционного управления' ДУЭТ-2. Устройство также может быть использовано для подачи программы и сигналов телеуправления на передатчики многопро­граммного ПВ, а при наличии блока локальной автоматики А-600–на усилители ТУ-600. В состав устройства (рис. 9.15) входят приемник УКВ, приемник сигналов управления (ПСУ) и блок питания. Приемник ПСУ, как и АПК в ТУПВ-0,25х2, пред­назначен для расшифровки и исполнения сигналов телеуправле­ния.