Orbis pictus 21. století

Tato prezentace byla vytvořena v rámci projektu Orbis pictus 21. století

Orbis pictus 21. století Rozhlasové přijímače FM Obor: ElektriářRočník:3.Vypracoval:doc. Ing. Aleš Prokeš, Ph.D. OB21-OP-EL-ELZ-PRO-U-3-003 Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky

Kmitočtová modulace (FM) f0: kmitočet nosné,Df: kmitočtový zdvih, n(t) modulační signál β = Δf/F: index kmitočtové modulace β >> 1:širokopásmová FM (rozhlasové vysílání CCIR 87.5-108 MHz) β << 1:úzkopásmová FM (pozemní služby – VKV pojítka)

Šířka pásma FM signálu (Carsonův vzorec) BFM = 2(F+ Δf)= 2F(β+1)šířka pásmaobsahující 99% výkonu signálu FM, je b + 1  větší než v případě AM. Fmax: maximální kmitočet ve spektru modulačního signálu. Spektrum FM signálu Zobrazení FM signálu v kmitočtové oblasti. Příklad spektra pro harmonický modulační signál

Základní požadavky kladené na FM přijímače Nízká úroveň vlastních šumů vstupních obvodů přijímače z důvodu nízké úrovně šumu pozadí v pásmech FM Vysoká stabilita pomocného harmonického oscilátoru (heterodynu). Určuje kvalitu demodulace. Modulovaný signál nenese informaci v amplitudě. Je možno použít nelineární zesilovače, které signál omezí. Řešení požadavků: Ad 1. Použití vstupních zesilovačů s nízkošumovými tranzistory (v současné době je realizace těchto zesilovačů v pásmech v okolí 100 MHz bezproblémová). Ad 2. Pro laditelný heterodyn je nutné použít obvody automatického dolaďování kmitočtu AFC (Automatic Frequency Control).

Modifikace superheterodynu s jedním směšováním pro FM Měřící obvod: měří střední hodnotu mezifrekvenčního kmitočtu (kmitočtu FM signálu přesunutého do MF pásma). Odchylku od nominálního kmitočtu převádí na napětí pro doladění napětím řízeného oscilátoru VCO (Voltage Controled Oscillator). Při použití VCO je vhodné použít i napětím laděnou vstupní pásmovou propust. Filtr AVC: určuje charakter odezvy AFC na změnu kmitočtu signálu.

VCO: realizuje se jako klasický LC oscilátor s napěťově řízeným kondenzátorem – varikapem (kapacitní diodou), nebo se realizuje jako kmitočtový syntezátor. Příklad VCO zapojeného jako Clappův oscilátor Ad 3. Použití zesilovačů v diferenčním zapojení. Při velkých úrovních signálu dojde k jeho omezení (oříznutí) a tím k nelineárnímu zkreslení, což u FM není na závadu. Obvod však nepřechází do saturace ale zůstává v aktivní oblasti (nedochází ke „zpomalení“ jeho odezvy).

Demodulátor FM Z celé řady FM demodulátorů (fázový diskriminátor, PLL demodulátor,…) se nejčastěji používá koincidenční demodulátor. Fázovací článek: mění fázi (zpoždění) signálu FM v závislosti na okamžitém kmitočtu

Koincidenční obvod: nejčastěji logický člen XOR (Exclusive OR) porovnává původní a zpožděný FM signál a generuje signál jehož střední hodnota odpovídá okamžité úrovni modulačního signálu. Dolní propust: nechá projít pouze signál odpovídající stření hodnotě vstupního signálu. Lomový kmitočet musí být nepatrně větší než maximáĺní modulační kmitočet. Pravdivostní tabulka funkce XOR Výhody koincidenčního demodulátoru: jednoduchost, dobrá linearita (malé zkreslení demodulovaného signálu).

DP: dolní propust (0 až 15 kHz). HP: horní propust (od 23 kHz). DSB demodulátor: demodulátor signálu S modulovaného AM s potlačenou nosnou tj. modulací DSB (Double Side Band). Matice: blok vytvářející součtový signál L = (M + S)/2 arozdílový signálP = (M - S)/2. Oddělovač 19 kHz: nejčastěji pásmová propust 19 kHz, 19kHz/38kHz: zdvojovač kmitočtu (nejčastěji smyčka PLL). Dekodér se smyčkou PLL (princip s děleným dekódováním), PLL vytváří kmitočet 38 kHz pro přepínač

Přenos doplňkových informací RDS (Radio Data System) Typy informací a služeb: PI(Program Identification): identifikace programu pro automatické ladění. PS (Program Service): název program. okruhu pro zobrazení na displeji. PTY (Program TYpe): identifikace vysílaného žánru (Jazz, Rock,...). TP (Traffic Program): indikace, že vysílač může přenášet dopravní hlášení. AF (Alternative Frequencies): seznam alternativních kmitočtů pro automatické ladění daného programového okruhu. TA (Traffic Announcement): Indikace, že právě probíhá dopravní hlášení. DI (Decoder Identification): Indikace aktuálního provozního stavu kodéru. M/S (Music/Speech Switch): přepínač hudba/řeč pro nastavení ekvalizéru. PIN (Program Item Number): identifikační číslo pořadu (z programové nabídky). EON (Enhanced Other Networks): informace o dalších dostupných sítích. TDC (Transparent Data Channel): přenos dat určených k zobrazení na displeji. CT (Clock-Time and Date): informace o čase v UTC. …..

Stupně důležitosti • Signály PI a PS. Jsou přenášeny vždy, jsou na ně vázány další aplikace. • Informační signály pro uživatele AF, TP, TA, DI. • Všechny zbývající. Postup zpracování číslicových signálů RDS Datový tok z RDS kodéru s rychlostí 1187.5 bit/s je: • zabezpečen kontrolními bity pro odstranění chyb při přenosu, • seskupován do čtveřic bloků po 26 bitech tvořících skupiny po 104 bitech, • diferenciálně kódován pro snazší demodulaci, • bifázově kódován (změna úrovně v každém bitu), pro možnost obnovení bitové synchronizace v přijímači, • filtrován pro omezení spektra, • modulován pomocí DSB na potlačené subnosné 57 kHz.

Typické vlastnosti FM přijímačů Maximální citlivost: (pro S/N 26 dB): 0.7 až 5 mV Maximální citlivost: (pro S/N 50 dB): 1.0 až 20 mV Odstup S/N: 70 až 90 dB Harmonické zkreslení výstupního signálu: 0.1 až 0.4 % Šířka pásma MF filtru (pro pokles napětí 6 dB): 200 kHz Selektivita (potlačení signálu v sousedním kanále): 40 až 50 dB Krok ladění (u přijímačů se syntezátorem kmitočtu): 200 kHz Potlačení zrcadlových kmitočtů: 80 až 90 dB Potlačení MF kmitočtů: 90 až 100 dB Potlačení pilotního kmitočtu: 60 až 70 dB Kmitočtová charakteristika: 20 Hz až 15 kHz Separace kanálů (na 1 kHz): 45 až 50 dB Kmitočtová pásma: FM OIRT: 65.8 až 74MHz(uvolňuje se pro jiné služby) FM CCIR: 87.5 až 108 MHz

Děkuji Vám za pozornost doc. Ing. Aleš Prokeš, Ph.D. Střední průmyslová škola Uherský Brod, 2010 Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky

Orbis pictus 21. století