Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / Radiocomunicazioni civili

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Come utilizzare mezzi semplici per migliorare la qualità dei programmi di trasmissione audio stereofonica ricevuti interessa molti radioamatori. L'autore dell'articolo analizza il metodo per formare le caratteristiche di frequenza e fase del percorso radio e determina i collegamenti in cui, a basso costo, è possibile introdurre elementi correttivi per migliorare la selezione del segnale all'uscita del decoder stereo.

La qualità della ricezione radio stereo dipende non solo dall'effettivo rapporto segnale-rumore all'ingresso dell'antenna del ricevitore, ma anche dal funzionamento del dispositivo di decodificazione. Come è noto, in un decoder stereo (SD), un segnale stereo complesso (CSS) viene convertito in oscillazioni modulate polari (PMO) e quindi in segnali di uscita a bassa frequenza dei canali sinistro e destro. Le trasformazioni che si verificano in questo caso determinano, in particolare, un parametro così importante come l'attenuazione della transizione tra i canali. La migliore separazione dei canali può essere ottenuta mediante un metodo di decodifica basato sul tempo che elimina il recupero della sottoportante e le distorsioni non lineari e di fase associate. La maggior parte dei moderni LED integrati funziona secondo questo principio.

La qualità della decodifica è influenzata in modo significativo anche dallo spettro del CSS di input. La frequenza modulata superiore richiesta per trasmettere una frequenza audio di 15 kHz in un sistema di trasmissione stereo con modulazione polare (PM) e una sottoportante di 31,25 kHz è 46,25 kHz, e in un sistema con un tono pilota (PT) e una sottoportante di 38 kHz - 53 kHz. Un prerequisito per l'assenza di distorsioni e una buona separazione dei canali è una risposta in frequenza orizzontale (senza blocchi) e una risposta di fase lineare nella gamma di frequenze sovratonali, fino a quelle indicate.

Allo stesso tempo, il più tipico è il percorso di ricezione radio, che presenta una diminuzione della risposta in frequenza alle frequenze superiori del CSS.

Questa attenuazione si verifica a causa della larghezza di banda limitata del percorso del rivelatore IF e FM. Se la frequenza di taglio dell'SSC a un livello di - 3 dB è denominata Fcp e la frequenza della sottoportante è Fsub, l'attenuazione della transizione tra i canali può essere calcolata utilizzando la formula approssimativa p = 20 log (2 Fcp/Fsub).

È facile calcolare che per ottenere una separazione dei canali stereo di 30 dB, è necessaria una larghezza di banda dei segnali dal PM fino a 88 kHz e dei segnali dal PT fino a 107 kHz. Naturalmente questi dati sono approssimativi e non tengono conto delle caratteristiche di un particolare metodo di decodifica. Per correggere la risposta in frequenza del CSS, i modelli di decoder utilizzano l'uno o l'altro circuito di correzione, solitamente del tipo RC più semplice.

D'altra parte, un'espansione eccessiva dello spettro CSS porta ad un forte aumento del rumore e delle interferenze derivanti dalla conversione dei segnali fuori banda. Se la banda CSS non è limitata in alcun modo, il deterioramento del rapporto segnale-rumore durante la ricezione di stazioni remote può essere di 20 dB o più rispetto alla modalità monofonica. E al contrario: restringere la banda CSS è una tecnica efficace per ridurre il rumore.

I requisiti contraddittori per i CSS sono soddisfatti al meglio da una risposta in ampiezza-frequenza che sia la più piatta possibile fino a una frequenza di 70...80 kHz con un ulteriore forte calo organizzato da filtri di ordine superiore. Questa caratteristica consente di avvicinarsi ai parametri massimi ottenibili di un particolare LED in termini di rumore e attenuazione della transizione tra i canali.

Queste disposizioni sono state pienamente confermate durante il test di un decoder stereo a doppio standard sul microcircuito KR174XA51. In un tipico circuito di commutazione [1], al suo ingresso viene utilizzato un semplice filtro passa-basso del primo ordine con una frequenza di taglio di circa 10 kHz. Un'attenuazione di 6 dB/ott sopra 10 kHz fornisce prestazioni di rumore accettabili ma riduce l'attenuazione tra canali da 43 dB (tipica senza filtro di ingresso) a 24 dB per segnali PM e 20 dB per segnali DC. Inoltre, il filtro taglia la parte superiore del segnale acustico nella regione di 10...15 kHz, rendendo il suono “noioso”.

In generale, nonostante le soluzioni progettuali progressive - un metodo temporaneo di separazione dei canali con doppio campionamento, soppressione aggiuntiva del tono pilota, ecc. - la suddetta SD ha funzionato peggio del decodificatore sul chip BA1320 obsoleto. Un altro svantaggio del KR174XA51 sono i clic spiacevoli nel percorso sonoro quando l'indicatore della modalità stereo è acceso. La sostituzione del microcircuito con un'altra copia non ha apportato modifiche fondamentali.

Per migliorare la qualità del lavoro, il decodificatore proposto è integrato con un filtro di ingresso KSS, che forma il tipo necessario di risposta in frequenza con possibilità di regolazione manuale e automatica. I vantaggi del nuovo LED includono anche l'indicazione separata del sistema di trasmissione stereo, che funziona silenziosamente.

Principali caratteristiche tecniche

• Attenuazione del crosstalk tra i canali, dB, non peggio.....34
• Rapporto segnale/rumore in modalità "Stereo", dB ..... 50...70
• Livello del segnale in ingresso, mV ...... fino a 150
• Rapporto di trasmissione......1,2
• Consumo di corrente, mA......7

Funzionalmente, il dispositivo è costituito da tre blocchi (Fig. 1): un filtro di ingresso KCC, un interruttore sul chip DD1 e il decodificatore stesso sul chip DA1.

(clicca per ingrandire)

Il filtro KSS rappresenta un'ulteriore modernizzazione del dispositivo [2]. I suoi parametri sono stati migliorati mediante modellazione computerizzata: l'irregolarità della risposta in frequenza nella regione tonale è stata ridotta e la pendenza del taglio nella regione sopratonale è stata aumentata. Il filtro è costituito da un collegamento regolabile R1, R2, C1, C2 e un filtro passa-basso di 3° ordine C3, L1, C4 con una frequenza di taglio che può essere commutata a seconda del sistema di trasmissione stereo. La risposta in frequenza del filtro è nella modalità di ricezione con DC (mostrata in Fig. 2).

Link R1,R2, C1,C2 - regolatore a ponte ad alta frequenza KSS. In esso, utilizzando un resistore variabile R2, è possibile aumentare o diminuire il livello delle componenti sopratonali (e parzialmente tonali), il che porta ad un'espansione o restringimento proporzionale della base stereo a causa dei cambiamenti nell'attenuazione della transizione tra i canali [2 ]. Nella posizione centrale del regolatore R2, la risposta in frequenza del filtro è orizzontale fino alla frequenza di taglio (vedi Fig. 2, curva 1), nelle due posizioni estreme la sua irregolarità nella gamma audio non supera i 2 dB. La regolazione copre solo la parte superiore dello spettro sonoro - sopra 10 kHz, il che consente, con una ricezione sicura, di enfatizzare le frequenze più alte e quindi di migliorare la qualità del suono.

Allo stesso tempo, cambia anche il livello di rumore: è minimo nella posizione inferiore dello slider del resistore R2, quando la parte sopratonale del KSS è effettivamente tagliata e il suono è vicino al monofonico. Pertanto, la sezione del filtro regolabile consente di ottenere una qualità adattiva del segnale di uscita in base al segnale di ingresso - da "Stereo" esteso per segnali RF potenti a "Mono" - per quelli rumorosi e distorti, in particolare, mediante ricezione multipath.

Un filtro passa-basso a forma di U del 3o ordine è assemblato sugli elementi C3, L1, C4. Questo filtro è progettato per sopprimere efficacemente il rumore e le interferenze derivanti dalla conversione dei segnali che si trovano dietro la banda di informazioni principale del CSS. Il filtro passa-basso è stato sintetizzato dall'applicazione Design del programma MicroCap6.0. I suoi parametri: frequenza di taglio in un sistema con DC - 75 kHz, in un sistema con PM - 60 kHz, pendenza dietro la banda di trasparenza - 15...17 dB/oct, impedenza caratteristica - 4,7 kOhm. La frequenza di taglio viene modificata strutturalmente commutando il numero di spire della bobina L1 utilizzando un interruttore elettronico DD1. Grazie alla modellazione computerizzata, il filtro ha una risposta in frequenza uniforme (vedi Fig. 2) e una risposta di fase abbastanza lineare (Fig. 3).

Il filtro KSS è collegato al decoder stereo (chip DA1) anziché al circuito di ingresso remoto R1C1 [1]. L'attenuazione da esso introdotta (12 dB) è compensata dall'ampio margine di guadagno del chip DA1 (fino a 14 dB). Quando si ricevono segnali dal PM, il pin 8 del chip DA1 è impostato su un livello logico basso, vicino allo zero. Agli ingressi di controllo 5 e 6 dell'interruttore DD1 è presente un livello logico alto fornito dal punto medio del divisore R4, R5. In questo caso, l'interruttore K2 sui pin 4 e 3 è chiuso, il pin 3 della bobina L1 è collegato al condensatore C4. Il filtro è impostato su una frequenza di taglio di 60 kHz. Allo stesso tempo, la chiave di cortocircuito è aperta e, attraverso i suoi pin 8 e 9, la tensione di indicazione dal pin 7 del microcircuito DA1 viene fornita al LED HL1, indicando la modalità “PM”.

Quando si riconoscono i segnali dal PT, il livello di tensione sul pin 8 del chip DA1 diventa alto, pari effettivamente alla tensione di alimentazione. Questo segnale viene fornito per controllare gli ingressi 12 e 13 dei tasti K1 e K4 dell'interruttore DD1. Il tasto K4, aprendosi, riduce la tensione nel punto medio del divisore R4R5 ad un livello basso. Allo stesso tempo, gli interruttori K2 e KZ passano allo stato non conduttivo, a seguito del quale il terminale 3 della bobina viene disconnesso dal condensatore C4 e il LED HL1 si spegne. Contemporaneamente si apre il tasto K1 che collega il terminale 2 della bobina L1 al condensatore C4. L'induttanza della bobina diminuisce, il che porta ad una variazione della frequenza di taglio del filtro passa basso a 75 kHz. Inoltre, il catodo del LED HL2 risulta essere collegato al filo comune tramite l'interruttore K11 aperto sui pin 10 e 4, e al suo anodo c'è tensione proveniente dal pin 7 del chip DA1. In questo caso il LED HL2 indica la modalità “PT”. L'interruttore SA1 può abilitare forzatamente la modalità "Mono". In questo caso entrambi i LED sono spenti, poiché al pin 7 del chip DA1 non ci sarà tensione.

La tensione di alimentazione consentita del microcircuito KR174XA51 è 2,7...7 V. È stato stabilito sperimentalmente che i clic caratteristici quando l'indicatore della modalità stereo è acceso si verificano solo quando la tensione di alimentazione è superiore a 4 V. In questo caso, la tensione a il pin 15 del microcircuito DA1 è limitato dal diodo zener VD1 al livello 3,9, 1 V. In questo caso, gli indicatori HL2, HLXNUMX si accendono quasi in silenzio, i parametri del microcircuito rimangono alti.

Il decodificatore stereo utilizza resistori fissi MLT-0,125, condensatori ceramici - tipo KM, condensatori elettrolitici - importati. Interruttore SA1 - pulsante P2K. Resistore variabile R2 - qualsiasi di piccole dimensioni, ad esempio SPZ-4b, con una caratteristica di tipo A. A causa della ridotta tensione di alimentazione del microcircuito DA1, gli emettitori HL1, HL2 devono avere un'elevata emissione luminosa a bassa corrente. I LED KIPD05A soddisfano questa condizione, ma puoi selezionarne altri con la massima luminosità, compresi quelli importati. La bobina L1 è realizzata su un anello di ferrite K20x10x5 mm di grado di ferrite 2000NM. L'avvolgimento 1 - 2 contiene 110 giri, l'avvolgimento 2-3 - 30 giri di filo PEV 2-0,2. Il fattore di qualità della bobina è elevato, quindi i parametri del filtro passa-basso praticamente non deteriorano la resistenza del canale aperto del microcircuito DD1 (circa 270 Ohm), collegato in serie con la bobina L1.

I componenti del dispositivo come il filtro KSS e l'interruttore DD1 non richiedono configurazione. Nel decoder stereo DA1, è necessario utilizzare solo il resistore di trimming R8 per ottenere un riconoscimento stabile della modalità stereo “PM” o “PT” accendendo il LED corrispondente HL1 o HL2. Successivamente, controllare il funzionamento del collegamento del filtro regolabile ruotando la maniglia della resistenza R2: il suono dovrebbe cambiare da “Stereo” esteso a “Mono”. L'effetto soggettivo di questo aggiustamento è ben descritto in [2]. Si consiglia di contrassegnare la posizione centrale del regolatore R2, che corrisponde alla risposta in frequenza orizzontale del KSS (vedi Fig. 2] e alla normale modalità “Stereo”.

L'efficacia del filtro passa-basso del 3° ordine può essere facilmente verificata attivando temporaneamente l'interruttore P2K (pulsante fisso) per commutarlo. Quando si preme il pulsante, un gruppo di contatti P2K dovrebbe cortocircuitare i terminali 1 - 3 della bobina L1 e l'altro dovrebbe scollegare i terminali dei condensatori C3, C4 dal filo comune. La disabilitazione del filtro premendo un pulsante è accompagnata da un forte aumento del rumore e delle interferenze, anche quando si ricevono segnali non molto deboli. La ricezione di segnali distanti e deboli in modalità stereo diventa del tutto impossibile. L'attivazione del filtro passa-basso, al contrario, libera il segnale da disturbi, fischi interferenti, ecc., mentre la separazione dei canali rimane elevata.

In generale, la qualità del lavoro della SD proposta si è rivelata significativamente superiore a quella originale [1]. Il filtro KCC, ovviamente, può essere utilizzato in altri decoder. Grazie all'impedenza caratteristica relativamente bassa del filtro passa-basso, la sua uscita si adatta bene all'ingresso di quasi tutti i LED. Per i LED a standard singolo, l'interruttore DD1 non è necessario e il circuito è notevolmente semplificato (Fig. 4).

Il numero di spire della bobina L1 viene scelto su 110 per un sistema di trasmissione stereo con PT o 140 per PM. Tuttavia, per una SD specifica è meglio chiarirla sperimentalmente. In questo caso, la bobina L1 viene realizzata con più prese (ogni 10-15 giri) e durante l'accordatura vengono commutate, ottenendo un minimo di rumore e una buona separazione dei canali stereo. È meglio eseguire questo lavoro quando si ascolta l'audio su telefoni stereo.

Letteratura

1. Alenin S. Microcircuiti della serie K174. Decoder stereo bistandard KR174XA51. - Radio, 1999, n. 5, pag. 43-45.
2. Filtro Pakhomov A. KSS - soppressore di rumore. - Radio, 2002, n. 2, p. 13, 14.

Autore: A.Pakhomov, Zernograd, regione di Rostov.

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