Радиовещания с пилот-тоном (часть 2)

Структурная схема стереоде-кодера для системы с пилот-тоном показана на рис. 5. КСС с выхода частотного детектора приемника усиливается каскадом А 1 и поступает на устройство выделения сигнала поднесущей U1. Этот сигнал складывается с КСС в сумматоре U2, и полученный ПМС детектируется полярным детектором на диодах VD1, VD2, образуя на выходе сигналы левого и правого каналов (А и В). Устройство выделения сигнала поднесущей Ш содержит контур, отфильтровывающий пилот-тон, удвоитель частоты и контур, выделяющий сигнал поднесущей . Принципиальная схема устройства дана на рис. 6. Как уже упоминалось, к недостаткам полярного детектора относится повышенный уровень нелинейных искажений, поэтому в системе с пилот-тоном чаще используют синхронный детектор и суммарно-разностную матрицу для разделения каналов.

Структурная схема матричного стереодекодера для системы с пилот-тоном показана на рис. 7. КСС после предварительного усиления (А 1 ) поступает на систему из трех фильтров, которые выделяют его тональную (ФНЧ Z1 с частотой среза 15 кГц) и надтональную (полосовой фильтр Z2 с полосой пропускания 23...53 кГц) части и пилот-сигнал (контур Z3, настроенный на частоту 19 кГц). Пилот-сигнал подается далее на устройство выделения поднесущей Ш , аналогичное, по схеме, приведенному на рис. 6. Выделенный сигнал поднесущей усиливается до необходимого уровня (порядка единиц вольт) усилителем А 2 и перемножается в синхронном детекторе U2 с надто-нальной частью КСС, образуя разностный сигнал звуковых частот (А—В). Путем суммирования и вычитания его с суммарным сигналом (А+В) в матрице U3 образуются исходные сигналы А и В.

В стереодекодерах с пилот-тоном важна правильная фази-ровка колебаний поднесущей при детектировании сигнала — их фаза должна соответствовать фазе подавленной поднесущей в передающем тракте. Специальных фазовращателей обычно не используют, корректируя фазу поднесущей RC-цепью на входе усилителя поднесущей (А 2 на рис. 7). Цепь содержит разделительный конденсатор небольшой емкости и резистор, функции которого с успехом может выполнить входное сопротивление усилителя. Окончательно фаза поднесущей регулируется подстройкой контуров, настроенных на 19 и 38 кГц в удвоителе частоты, ведь, как известно, крутизна фазочастотной характеристики колебательного контура максимальна вблизи его резонансной частоты.

Из сказанного видно, что система с пилот-тоном отличается от отечественной большей сложностью выделения поднесущей , зато в нее изначально заложен более совершенный метод синхронного детектирования, что и определяет большие потенциальные возможности повышения качества. В системе с пилот-тоном не нужно корректировать искажения, вносимые контуром со стандартизованной добротностью. Нелинейных искажений сигнала при синхронном детектировании сигнала значительно меньше, поскольку, в отличие от амплитудного детектирования, здесь имеет место линейная операция преобразования частоты — перенос спектра сигнала из надтональной области в тональную . Меньше возникает и интермодуляционных искажений.

Полярные детекторы в системе с пилот-тоном также работают значительно лучше, поскольку уровень подмешиваемой к КСС поднесущей не ограничен величиной в 14 дБ и может быть сколь угодно высоким. При этом коэффициент модуляции образованного ПМС оказывается малым, а сам полярный детектор работает в псевдосинхронном режиме с подуси-ленной несущей. Коэффициент нелинейных искажений, который в амплитудном детекторе, как показывает теория, пропорционален квадрату коэффициента модуляции, в этом режиме значительно снижается. Дополнительным достоинством системы с пилот-тоном является некритичность стереодекодера к параметрам КСС, так, например, изменение уровня поднесущей практически мало сказывается на его работе, а изменение фазы уменьшает амплитуду продетектированного сигнала пропорционально косинусу разности фаз, т. е. зависимость здесь очень пологая.

Практическая схема стерео-декодера , рекомендуемого для повторения радиолюбителями, приведена на рис. 8. КСС с частотного детектора приемника подается на вход эмиттерного повторителя с высоким входным сопротивлением, выполненного на транзисторе VT1. С нагрузочного резистора R5 через корректирующую цепочку R11C8, компенсирующую ослабление верхних частот спектра КСС в тракте ПЧ и частотном детекторе приемника, сигнал поступает на полярный детектор. Пилот-тон частотой 19 кГц выделяется контуром L2C4, включенным в коллекторную цепь транзистора VT1 через катушку связи L1. Удвоитель частоты выполнен на диодах VD1, VD2, включенных по двухполупериод-ной схеме.

Сигнал поднесущей 38 кГц усиливается двухкаскадным усилителем-ограничителем на транзисторах VT2 и VT3. Контуры L3C6 и L5C12 настроены на поднесущую частоту, причем последний имеет сравнительно небольшое резонансное сопротивление, что способствует уменьшению интермодуляционных искажений в полярном детекторе. Резисторы R14 и R18 стабилизируют форму и фазу выделенного напряжения поднесущей при изменениях уровня входного сигнала и при работе транзистора VT3 в режиме ограничения. Сигнал поднесущей , выделенный на катушке связи L6, перед подачей на полярный детектор, суммируется с КСС, образуя ПМС. Выпрямитель напряжения поднесущей на диоде VD3 и усилитель постоянного тока на транзисторе VT4 входят в состав индикатора стереосигнала . При его появлении загорается лампа HL1. Вместо нее с успехом можно применить светодиод, увеличив сопротивление токоограничи-вающего резистора R19 примерно до 1 кОм.

Полярный детектор выполнен на диодах VD4, VD5. На его выходе включены сглаживающие фильтры R22C15 и R23C16, корректирующие предыскажения ЧМ сигнала. Постоянная времени фильтров 50 мкс. На диоды полярного детектора подано небольшое напряжение смещения с подключенных к отрицательному и положительному полюсам источника питания нагрузочных резисторов R20, R21, через которые протекает небольшой прямой ток. При отсутствии стереоподне-сущей диоды открыты, и на оба выхода стереодекодера поступает монофонический звуковой сигнал с выхода эмиттерного повторителя на транзисторе VT1. При наличии поднесущей из-за большого сопротивления резисторов R20, R21 и малого внутреннего сопротивления источника поднесущей смещение перестает действовать и диоды, коммутируя полуволны ПМС, выделяют верхнюю огибающую в левом канале А и нижнюю в правом канале В. К выходу стереодекодера можно подключить любой стереофонический усилитель с входным сопротивлением не менее нескольких сотен килоом .

Известно, что при приеме стереофонических передач отношение сигнал/шум на входе приемника должно быть примерно на 20 дБ выше, чем при приеме монофонических. Поэтому при приеме слабых сигналов тракт выделения поднесущей может создавать излишний шум и выгоднее перейти в режим Моно. Для переключения описываемого стереодекодера в режим Моно достаточно замкнуть накоротко выводы катушки L5, соединив точку КТ 1 с отрицательным полюсом источника питания с помощью любого однополюсного переключателя.

Катушки L1—L6 стереодекодера содержат соответственно 190, 2X300, 300, 40, 200 и 170 витков провода ПЭЛ 0,1. Катушки связи размещены на одном каркасе с соответствующими контурными катушками. В качестве магнитопроводов использованы броневые сердечники Б14 из феррита 700НМ. Индуктивности контурных катушек L2, L3, L5 — соответственно 6,8; 3,4 и 1,7 мГн.

Стереодекодер можно попытаться выполнить на отечественных транзисторах серий КТ361, КТ315, КТ203 и т. д. При использовании транзисторов структуры n-p -n полярность источника питания, всех оксидных конденсаторов и полярность включения диодов следует изменить на обратную. Можно применять любые точечные маломощные германиевые диоды. При применении в стереоинди-каторе лампы накаливания транзистор VT4 должен быть более мощным, с предельно допустимым током коллектора не меньше, чем ток лампы HL1.

При налаживании стереодекодера на его вход подают от звукового генератора напряжение пилот-тона частотой 19 кГц и амплитудой несколько десятков милливольт. Присоединив короткими проводниками осциллограф или (что хуже) милли - вольтметр переменного тока к точке КТ1, настраивают контуры по максимуму выходного напряжения поднесущей 38 кГц, при входном уровне пилот-тона 50 мВ на коллекторах транзисторов VT1—VT3 должны быть переменные напряжения соответственно 50 мВ, 0,9В и 3 В. Максимального разделения стереоканалов добиваются при приеме стереофонических передач подстроечникамй катушек L2, L3 и L5. Полезно также подрегулировать уровень КСС, включив вместо резистора R11 подстроечный , сопротивлением около 10 кОм.

В качестве примера простого и удачного схемотехнического решения стереодекодера с пилот-тоном рассмотрим кратко матричный стереодекодер фирмы Blaupunkt . В нем включение режима Моно при падении уровня пилот-сигнала ниже определенного значения происходит автоматически. Принципиальная схема стереодекодера показана на рис. 9. КСС от частотного детектора подается на базу транзистора VT1, работающего-как эмиттерный повторитель для всего сигнала и как усилитель для пилот-тона . Контур L1C2, настроенный на частоту 19 кГц, включен в коллекторную цепь транзистора. Последовательный контур L2C4, настроенный на ту же частоту, шунтирует эмиттерный резистор R3, уменьшая отрицательную обратную связь и повышая тем самым усиление и селективность каскада. Удвоитель частоты пилот-тона выполнен на диодах VD1, VD2. Транзистор VT2 усиливает сигнал поднесущей частоты 38 кГц. Смещение транзистора с помощью резистора R7 подбирается таким, чтобы при отсутствии поднесущей он был закрыт. Когда амплитуда поднесущей достигает определенного значения, транзистор открывается положительными пиками колебаний и на контуре L3C9 выделяется напряжение частотой 38 кГц. Оно детектируется диодом VD3, через резисторы R9, R12 подается на базу транзистора VT2, открывает его и переводит в режим А. Усиление, а значит, и напряжение поднесущей на контуре L3C9 при этом возрастают и стереодекодер переключается в режим Стерео. Функции индикатора стереоприема выполняет лампа накаливания HL1 (можно включить и свето-диод последовательно с токо-ограничивающим резистором), управляемая транзистором VT3. Этот транзистор открывается напряжением, образующимся на резисторе R11, когда усилитель поднесущей на транзисторе VT2 переходит в режим А.

Синхронный детектор стерео-декодера выполнен по кольцевой схеме на диодах VD4—VD7. Для линеаризации вольт-амперных характеристик диодов и выравнивания их прямых сопротивлений последовательно с диодами включены резисторы R15, R16, R19 и R20. Колебания поднесущей подаются на детектор противофазно, с симметричной катушки связи L4, а КСС — синфазно, из эмиттер-ной цепи транзистора VT1 через корректирующую цепочку R5C5. Через нее же поступает и тональная часть КСС — суммарный сигнал (А+В), которая складывается и вычитается с продетектированным разностным сигналом (А—В) на выходах стереодекодера , образуя выходные сигналы левого (А) и правого (В) каналов. Таким, очень простым способом и получается матрицирование сигналов. Для коррекции предыскажений при частотной модуляции служат цепочки, состоящие из резисторов R18, R21 и входных емкостей каналов усилителя ЗЧ. Если входная емкость недостаточна для получения постоянной времени 50 мс, выходы А и В шунтируют дополнительными конденсаторами. В режиме Моно, когда напряжение поднесущей отсутствует, диоды детектора открываются током, проходящим через резисторы R17 и R22, позволяя звуковому сигналу из эмиттерной цепи VT1 проходить на выходы А и В стереодекодера .

Разумеется, многообразие схем стереодекодеров для системы с пилот-тоном далеко не исчерпывается описанными — ряд других схем приведен в [2]. В последние годы появились и более совершенные разработки стереодекодеров на интегральных микросхемах, с встроенными генераторами поднесущей и системами ФАПЧ для синхронизации их колебаний.