Orbis pictus 21. století

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

2. Orbis pictus 21. století Televizní kabelové rozvody aktivní prvky TKR (b) Obor: ElektriářRočník:3.Vypracoval:Prof. Ing. Václav Říčný, CSc. OB21-OP-EL-ELZ-RIC-U-3-011 Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky

3. Analýza základních parametrů zesilovačů 1 Dynamický rozsah jednoho zesilovače je poměr maximální a minimální úrovně signálu na vstupu nebo výstupu zesilovače. Udává se obvykle na nejvyšším kmitočtu zesilovaného pásma. Pro zjednodušení matematického vyjádření budou dále používány veličiny v logaritmické formě – tedy v [dB, dBV ]. Pro dynamický rozsah DzdB na výstupu zesilovače tedy platí DzdB = U2max - (Uš1 + FzdB + AzdB), kde značí FzdB …….míru šumu zesilovače dBAzdB…….zisk zesilovače dBU2max…...maximální úroveň výstupního napětí zesilovače pro žádaný odstup signáluod nelineárních zkreslení dBV. Obvyklese za postačující považujehodnota60 dB. Údaj U2max poskytuje zpravidla výrobce zesilovače. Uš1……...vstupní úroveň šumového napětí dBVtepelného šumu při impedančním přizpůsobení vstupu zesilovače. Platí pro ni Uš1 = 20 log [(kB·T ·Bš·R)1/2 ·106].dBV .

4. Přit = 20C (T =293 K), šířce pásma Bš= 8 MHz a R = 75 je úroveň tepelného šumu při impedančním přizpůsobení vstupu zesilovače Uš1 2,6dBV 2Dynamický rozsah kaskády n zesilovačů Předpokládejme, že všechny zesilovače v kaskádě i kabelové úseky mezi nimi jsou stejné (Az1= Az2=….= AznFz1= Fz2=.....= Fzn b1 = b2 = …bn). Každý zesilovač pak dodává do signálu stejný šum a jeho zisk kryje útlum kabelového úseku. Odstup signálu odšumu dB protoklesá se zvětšováním počtu n zesilovačů. Na výstupu n-tého zesilovače jej lze vyjádřit v logaritmické míře vztahem 2ndB = 20 log (U2n/Uš2n) = U2n - (FzdB + 10 log n + AzdB + Uš1). V případě, že šumová čísla zesilovačů v kaskádě nejsou shodná, platí pro výstupní odstup signálu od šumu 2ndB = 2ndB - 10 log (p1 + p2 + p3 .......+ pn), kdepn = Fn / F1 Pro maximální úroveň signáluU2maxn n-tého zesilovače v kaskádě (za před- pokladu, že je zesilován jen signál jednoho kanálu) platí U2maxn = U2max - 10 log n.

5. Dynamický rozsahDsdB kaskády n stejných zesilovačů při zachování žádané velikosti odstupu signálu od šumu 2ndB je vyjádřen vztahem DsdB = U2max - 10 log n - (Uš1 + FzdB + AzdB + 10 log n + 2dB). Grafické znázornění napěťových úrovní a dynamického rozsahu kaskády nshodných zesilovačů Z grafu lze např. odečíst, že při zisku každého zesilovače AzdB= 22 dB je v rozvodu možno použít nejvýše n= 50 zesilovačů v kaskídě. Maximální úro- veň napětí na výstupu 50. zesilovače je U2max50= 95 dBV. Graf platí pro AzdB = 22 dB, FzdB = 10 dB, U2max= 112 dBV a pro požadovaný odstup signálu od šumu na výstupu 2dB = 42 dB.

6. 3 Délka rozvodu l bývá někdy definována jako součin počtu zesilovačůna zisku AzdBv dB. Tedy ldB = n. AzdB[dB] Se skutečnou délkou rozvodu l souvisí vztahem , [m] kde bkdB/l0 značí měrný útlum použitého kabelu (obvykle v dB/100 m) na nejvyššímpřenášeném kmitočtu. Příklad Ve větvi velkého kabelového rozvodu je zapojeno n = 10 shodných zesilovačů se ziskem AzdB = 18 dB propojených koaxiálním kabelem s měrným útlumem na nejvyšším přenášeném kmitočtu bkdB/l0 = 8 dB/100m. Délka rozvodu ldB= n. AzdB = 10 . 18 = 180 dB, skutečná délka rozvodu l = 180 · 100/8 = 2250 m.

7. Příklad závislosti dynamického rozsahuDsdBsoustavy na počtu n zesilovačů v kaskádě (graf platí pro U2maxdB = 112 dBV, FzdB= 10 dB) Zvýšení zisku zesilovače AzdB sice zvětšuje dosažitelnou délkurozvodu, při konstantním počtu n zesilovačů způsobuje  zmenšení odstupu signálu od šumu na výstupu, zmenšení dynamického rozsahu DsdB kaskádynzesilovačů. Zmenšení počtu n zesilovačů s odpovídajícím zvětšením jejich zisku AzdB rovněž snižuje dosažitelný dynamický rozsahDsdB soustavy.

8. Při zesilování většího počtu k rozváděných kanálů klesá dynamický rozsah DsdB, protože roste intermodulace a křížová modulace. Maximální úroveň výstupního napětí Usmax každého zesilovače a tedy i dynamický rozsah celé kaskády se tak navíc sníží o hodnotu Usmax =K log (k - 1) = 7,5 log (k - 1). V obvyklém případě synchronních signálů k TV kanálů je konstanta K  7. Příklad V zesilovaném pásmu kmitočtů přenáší k = 5 kanálů. Maximální využitelnou úroveň výstupního signálu UsmaxdBzesilovače je nutno snížit o hodnotu Usmax =7,5 log (5 - 1) = 4,5 dB. 4 Počet zesilovačů v rozvodu známé délky Stanovení optimálního počtu nopt zesilovačů daných parametrů v rozvodu známé délky jekompromisem mezi žádaným odstupem signálu od šumu dB a dynamickýmrozsahem DsdB rozvodu. V praxi je však počet zesilovačů určen především strukturou distribuční sítě - zejména počtem, vzdálenostmi a pro- vozními potřebami všech rozbočení a odbočení (zesilovacích bodů) v trasách TKR a parametry použitých kabelů.

9. 5 Kritický počet nkrit zesilovačů v kaskádě Kritický počet nkrit zesilovačů v kaskádě, s ohledem na dosažení požadovaného odstupu signálu od šumu dBa dynamického rozsahuDsmindB je pro k zesilova- ných kanálů dán vztahem v němž značí: U2max……max. výstupní úroveň signálu pro odstup nelineárních zkreslení 60 dBdBV, DsmindB….minimální požadovaný dynamický rozsah kaskády n zesilovačů dB, k......…….počet rozváděných kanálů v zesilovaném kmitočtovém pásmu. Příklad Vypočtěte kritický počet nkrit shodných zesilovačů v kaskádě s parametry: AzdB=20 dB, FzdB=10 dB, U2max=120 dBV, dB=43 dB, Uš1=2,6 dBV, k=20, D‘smin= 6 dB Pro k = 20 platí U2max20 = U2max- 7,5 log (k - 1) = 120 - 7,5 log (20 - 1) = 110,4 dBV a U2min = Uš1 + FzdB + AzdB + dB= 2,6 + 10 + 20 + 43 = 75,6 dBV. Potomnkrit== 27 zesilovačů.

10. 6 Napájení zesilovačů Kaskádněřazené zesilovače bývají napájeny buď zvláštním vedením nebo po koaxiálním vedení(častěji).Z důvodů snížení korozních účinků se tak děje střídavým napětím(cca36 V), které se do rozvodu zavádí v napájecích bodech přes dolní propusti. V primárních sítích se volí napájecí bod zpravidla u každé- ho 6.až 8.zesilovače. Pro napětíUzn na n-tém výstupu rozvodu m zesilovačů, za předpokladu stejně dlouhých kabelových úseků mezi shodnými zesilovači, platí Uzn= Uz0 - Ri.m.Iz1 -Rk.Iz1n +(n-1)+(n-2) +…+ 1 = Uz0 - Ri.m.Iz1-Rk.Iz1[]. Přitom musí platitUzn Usmina  Izmax V těchto vztazích značí Uz0…………….napětí napájecího zdroje naprázdno V,Ri……………..vnitřní odpor napájecího zdroje , Izmax…………..maximální proud zdroje A,n……………...pořadí zesilovače v kaskádě-, Iz1……………..napájecí proud jednoho zesilovače A,Rk……………..ohmický odpor úseku kabelu mezi dvěma zesilovači ,Usmin………….minimální napájecí napětí na vstupu stabilizátoru napětí V,m……………..počet zesilovačů v kaskádě.

11. Příklad Uz0 = 36 VRi  0, Usmin 22 VRk = 2,5  Izmax = 2 A Iz1 = 0,2 A Stanovte maximální počet mmax napájených zesilovačů v kaskádě Pro n = mmax přejde předcházející vztah do tvaru Po dosazení mmax = 8 , -7 (záporný kořen nemá fyzikální význam). Podmínka maximálního proudového odběru je rovněž splněna, protože = 1,6 A Izmax (2 A).

12. Děkuji Vám za pozornost Václav Říčný Střední průmyslová škola Uherský Brod, 2010 Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky