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ENCICLOPEDIA DELLA RADIOELETTRONICA ED ELETTRICA Filtro KSS - soppressore del rumore. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica
Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / Radiocomunicazioni civili Migliorare la qualità della ricezione dei programmi VHF FM a bassi livelli di segnale non è un compito facile. Molto spesso, per risolvere questo problema vengono utilizzati dispositivi non meno complessi dei ricevitori stessi. L'articolo propone un modo semplice per ridurre il livello di rumore quando si ricevono segnali da una stazione radio remota. È noto che nei sistemi di trasmissione stereo VHF adottati, sia domestici - con modulazione polare (PM), sia esteri - con tono pilota (PT), la banda di frequenza del segnale stereo complesso (CSS) è molto più ampia della banda passante 3H . Di conseguenza, il rumore “sovratonale” che accompagna il CSS viene decodificato insieme al segnale stereo e finisce nella regione udibile dello spettro audio, peggiorando così il rapporto segnale/rumore di 10...18 dB rispetto alla modalità monofonica. Per mantenere una qualità del suono accettabile, è necessario forzare il decoder stereo a passare alla modalità “Mono” già durante la ricezione di segnali in cui il rapporto segnale/rumore originale della ricezione mono scende a 40...48 dB. L'attuale interruttore automatico "Mono - Stereo" non risolve questo problema, poiché reagisce solo alla presenza di sottoportanti CSS e non all'effettivo rapporto segnale-rumore. Per ridurre il rumore delle trasmissioni stereo, i radioamatori hanno proposto diversi dispositivi [1, 2], che funzionano secondo il principio del collegamento parallelo dei canali di uscita sinistro e destro del decoder riducendo al contempo il segnale ricevuto ad un certo livello. Ciò sfrutta il fatto che le componenti del rumore nei canali sono antifase e quando vengono commutate in modalità monofonica vengono reciprocamente compensate. Sfortunatamente, la qualità di funzionamento di tali soppressori di rumore sull'intera gamma dinamica è bassa; possono piuttosto essere considerati come dispositivi di soglia che riducono la percettibilità del rumore nelle pause, come notato in [1]. Propongo un modo fondamentalmente diverso per risolvere il problema, la cui soluzione circuitale non richiede consumo di energia (può essere utilizzata in apparecchiature indossabili) e non introduce ulteriori distorsioni non lineari. Si basa sulla dipendenza del livello di rumore e del grado di separazione dei canali stereo dalla non linearità della risposta in frequenza del CSS nella banda di frequenza sovratonale - da 20 a 50...70 kHz. Pertanto, un rollover in questa regione di 6 dB per ottava, ottenuto utilizzando il più semplice filtro passa-basso a stadio singolo in un decoder sul chip K174XA51, riduce drasticamente il livello di rumore, ma allo stesso tempo peggiora l'effettiva separazione dei canali da 34 ...da 43 dB a 24 dB per PM e 20 dB per PT [3]. È vero anche il contrario: un aumento della risposta in frequenza nell'area specificata contribuisce a una migliore separazione dei canali stereo con un certo deterioramento del rapporto segnale-rumore. Inoltre, è necessaria anche la correzione della frequenza del CSS per compensare le perdite nel rilevatore FM. Nei ricevitori della categoria di complessità più elevata, si consiglia addirittura di farla seguire con frequenze ultrasoniche preliminari, che garantiscono un aumento della risposta in frequenza alle frequenze superiori dell'SSS [4]. Pertanto, regolando la risposta in frequenza del CSS davanti al decoder stereo, è possibile ottenere diverse qualità finali dei segnali 3H alle sue uscite: da molto buona, con la massima attenuazione della transizione tra i canali - per stazioni potenti, a soddisfacente, vicino a "Mono", - per quelli remoti. Questo principio è alla base del dispositivo proposto (Fig. 1), costituito da un collegamento regolabile R1R2R3C1 e un filtro passa-basso non regolato R4C2R5C3. Il funzionamento del collegamento regolabile dipende dalla posizione del resistore variabile R3. Nella sua posizione superiore nel diagramma (max), si forma un rialzo nelle zone sopratonali e, parzialmente, in quelle tonali, dovuto all'azione del filtro passa alto R2C1 (Fig. 2). Man mano che il cursore si sposta verso il basso, la frequenza di flessione aumenta, l'aumento nell'area indicata diminuisce e, inoltre, inizia a funzionare il filtro passa basso R1C1. Nella posizione più bassa del cursore del resistore R3 (min), il filtro passa-alto è escluso e l'attuale filtro passa-basso fornisce la necessaria diminuzione della risposta in frequenza.
Il secondo filtro passa-basso è progettato per sopprimere il rumore e i segnali fuori banda al di fuori dei confini dello spettro di frequenza del CSS. Aiuta a ridurre le interferenze e il rumore all'uscita del decoder, senza degradare la qualità effettiva della separazione dei canali stereo, poiché la regione tonale del CSS non viene influenzata. Come si può osservare dai grafici in Fig. 2, nella posizione superiore si ottiene un aumento di circa 5 dB in una banda di frequenza abbastanza ampia di 5...70 kHz. Nella posizione centrale del regolatore, la risposta in frequenza è quasi lineare fino a 60 kHz, con un ulteriore calo oltre i limiti del CSS. Infine, nella posizione bassa si ha un'attenuazione alle frequenze superiori a 19 kHz, indebolendo la parte sopratonale del segnale stereo. Le caratteristiche ottenute risultano accettabili per decoder stereo sia con PT che PM. In entrambi i casi, viene fornito l'intervallo richiesto di regolazione dei parametri dei segnali di uscita 3H in termini di rumore e attenuazione della transizione tra i canali. Per la sua semplicità, il filtro può essere facilmente utilizzato in qualsiasi dispositivo già pronto: uno stereo o una radio, ad eccezione, forse, di quelli più in miniatura. Naturalmente, non è escluso il suo utilizzo in nuovi sviluppi, ad esempio decodificatori stereo a due standard. La versione dell'autore utilizza le seguenti parti: resistore variabile di TELPOD (analogo a SPZ-4M), resistori costanti - MLT 0,125, condensatori - tipo KM-4. Il resistore variabile R3 (vedi Fig. 1) in questo dispositivo funziona come un interruttore "Mono - Stereo" fluido. Pertanto, quando si modifica un ricevitore stereo, l'interruttore a gradino esistente "Mono - Stereo" diventa superfluo. Può essere rimosso; il circuito che commuta è fisso nella posizione corrispondente alla modalità “Stereo”. Al posto dell'interruttore remoto, è necessario installare un resistore variabile R3 con una maniglia dal design adeguato. È possibile un'altra opzione: lasciare l'interruttore "Mono - Stereo" esistente e posizionare il controllo fluido R3 accanto ad esso.
L'integrazione di un filtro comporta lo smantellamento del circuito di ingresso esistente del decodificatore stereo (ad eccezione dei condensatori di transizione) e l'installazione al suo posto degli elementi del filtro proposto. Il montaggio è incernierato, arbitrario, l'unico requisito è collegare la parte incernierata del circuito al resistore variabile R3 con un filo schermato per evitare interferenze. L'attenuazione introdotta dal filtro ad una frequenza di 1000 Hz consiste in perdite nel collegamento regolato (5 dB) e nella riduzione del segnale mediante un divisore formato dalla resistenza totale dei resistori R4, R5 e dalla resistenza di ingresso del decoder stereo microcircuito. Quest'ultimo può essere diverso, il che influisce sul coefficiente di trasmissione complessivo. Poiché il filtro non contiene elementi di regolazione speciali (la loro introduzione aumenterebbe l'attenuazione ad un livello inaccettabile), si consiglia la seguente tecnica di abbinamento con un tipo specifico di microcircuito. Prima della modifica, una tensione sinusoidale di 50 mV (valore effettivo) con una frequenza di 1000 Hz viene applicata all'ingresso del circuito standard immediatamente dopo il rilevatore FM e il segnale di uscita di qualsiasi canale del decoder stereo viene misurato dopo la correzione filtro passa-basso. Il filtro viene quindi installato come descritto sopra e quando lo stesso segnale di test viene applicato al suo ingresso, la tensione di uscita viene nuovamente controllata nello stesso punto. Se è cambiato in modo significativo, selezionare i valori dei resistori R4, R5, avvicinando il livello del segnale di uscita al valore originale, quindi modificare proporzionalmente le capacità dei condensatori C2 e C3 in base alla condizione della costante di tempo costante τ = R4C2 = R5C3. Un'operazione simile può essere eseguita con i filtri passa-basso in uscita per la correzione della predistorsione di frequenza, mantenendo la loro costante di tempo pari a 50...70 μs. La tecnica garantisce che il volume di ricezione non cambi dopo l'installazione del filtro. L'autore ha utilizzato il filtro nel registratore radio "SHARP GF-6363" con un decoder stereo sul chip BA1320. Soggettivamente, la qualità del suo lavoro può essere valutata come segue. Quando si ricevono stazioni potenti e si imposta il regolatore R3 nella posizione superiore nel diagramma, l'effetto stereo viene notevolmente migliorato e le frequenze superiori dello spettro sonoro vengono enfatizzate, poiché il filtro passa alto R2C1 funziona a partire da una frequenza di 4 kHz, cioè funziona anche come controllo del tono. Allo stesso tempo, l'immagine sonora diventa più chiara (rispetto alla posizione centrale del controllo), gli strumenti vengono localizzati più chiaramente e viene creato un eccellente panorama stereo. L'aumento del rumore dipende dalla qualità iniziale del programma ricevuto e per le stazioni più potenti (nel luogo di ricezione - “Radio Russa”) è appena percettibile, anche durante le pause. Nella posizione centrale del controllo, il suono corrisponde alla normale modalità “Stereo” con un livello di rumore leggermente ridotto. Quando il cursore di controllo si avvicina alla posizione inferiore secondo il diagramma, l'effetto stereo peggiora, le frequenze superiori vengono ovattate, ma allo stesso tempo il livello di rumore diminuisce, il che rende possibile ricevere stazioni distanti in questa modalità. Nella posizione estrema, il suono è quasi monofonico e con segnali deboli il decoder stereo passa automaticamente alla modalità “Mono”, come indicato dallo spegnimento dell'indicatore di ricezione stereo. Da quanto sopra è chiaro che il filtro KSS proposto è un'unità di controllo molto comoda e flessibile che consente di ottenere una qualità del segnale adattiva in quasi tutte le condizioni di ricezione. Il filtro funziona in modo fluido su tutta la gamma dinamica, cosa che lo distingue dagli interruttori a gradini "Mono - Stereo" e dai soppressori del rumore di soglia. Non è esclusa la sua ulteriore automazione, nonché la condivisione con i dispositivi citati. Letteratura
Autore: D.Pakhomov
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