Измерение характеристик сигналов стереофонического радиовещания

Рис.17 Структурные схемы тракта промежуточной частоты с распределенной (а) и сосредоточенной (б) селекциями

В качестве фильтра сосредоточенной селекции применяют полосовой фильтр, состоящий из n звеньев. Одно из звеньев фильтра показано на рис. 6.4,а. Коэффициент гармоник модулирующего напряжения

ч - обобщенная расстройка; Q -- добротность катушек фильтра; n -- число звеньев фильтра; F -- модулирующая частота; fm -- девиация частоты; Дf=2FB -- ширина полосы частот, f0 -- резонансная частота контура; FB -- верхняя модулирующая частота.

Результаты подсчета коэффициента гармоник для одного звена фильтра показаны на рис. 6.4,6. При этом за параметр г принята величина, пропорциональная потерям в фильтре:

Из графиков видно, что оптимальная характеристика получается при г = 0,7. Но такое значение г можно получить только при большой добротности контуров Q. Например, при fо =10,7 МГц и fm=50 кГц получаем, что добротность Q = 176, что не реализуемо. Для решения проблемы необходимо вместо звеньев k применять фильтры, состоящие из звеньев типа m. В этом случае коэффициент гармоник

m -- параметр фильтра. Результаты расчета по этой формуле приведены на рис. 18. Из графиков видно, что оптимальным является значение m=1,3.

Одним из возможных вариантов фильтра сосредоточенной селекции на входе тракта промежуточной частоты является сочетание нескольких слабо связанных одиночных контуров (рис. 19). Резонансная кривая такого фильтра по мере увеличения числа контуров стремится к колоколообразнои форме (кривой Гаусса). Уравнение резонансной кривой этого фильтра следующее:

Фазо-частотная характеристика такого фильтра близка к оптимальной прямолинейной. Однако амплитудно-частотная характеристика имеет в полосе пропускания большую неравномерность, что приводит к значительной паразитной амплитудной модуляции.

Коэффициент передачи при такой слабой связи между контурами мал, поэтому от тракта промежуточной частоты требуется большой коэффициент усиления и хорошая защищенность от паразитных связей и наводок.

В результате анализа необходимой полосы пропускания радиоприемников при -стереоприеме, с учетом нестабильности гетеродина, было принято решение расширить ее по сравнению с монофоническим приемом со 120 до 140 кГц. При этом максимальная ширина полосы пропускания была увеличена всего на 10 кГц и принята равной 190 кГц вместо 180 кГц.

Рис.18 Коэффициент гармоник Рис.19 Схема фильтра из

для фильтров типа m нескольких слабо связанных контуров

Подавление паразитной амплитудной модуляции при стереофоническом радиоприеме должно обеспечиваться во всем диапазоне модулирующих частот, т. е. в диапазоне комплексного стереофонического сигнала 30 ... 46 250 Гц. Величина подавления амплитудной модуляции должна быть такой, чтобы можно было получить небольшие шумы, и нелинейные искажения.

Частотный детектор -- один из источников амплитудно-частотных искажений комплексного стереосигнала.



Рис.20 Схема выходной части детектора (а), частотного корректора (б) и восстановление поднесущей частоты (в)

Обычно источником таких искажений являются конденсаторы, установленные на выходе детектора (рис. 20а).

Конденсатор С1 предназначен для шунтирования токов промежуточной частоты. В стереофонических радиоприемниках его емкость может быть уменьшена до пределов, обеспечивающих устойчивость работы высокочастотного тракта, обычно примерно до 30 пФ. Распределенная емкость С2 определяется емкостью монтажа. Она может достигать заметной величины, если стереодекодер удален от частотного детектора. Постоянная времени RC паразитных интегрирующих цепей, образующихся на выходе частотного детектора, не должна превышать 0,1 мкс. Следовательно, при выходном сопротивлении детектора 10 кОм выходная емкость не должна превышать 10 пФ.

Однако на практике не удается избежать некоторого спада амплитудно-частотной характеристики на верхних модулирующих частотах, поэтому после частотного детектора вводят частотную коррекцию. Один из вариантов, с двухзвенной частотной коррекцией, приведен на рис. 20б. Первое звено коррекции расположено перед каскадом усиления звуковой частоты, который обеспечивает получение стандартного сигнала на входе тракта звуковой частоты радиоприемника при монофоническом приеме: 250 мВ на резисторе 500 кОм. Второе звено коррекции включено на входе стереодекодера.

1.3.3 СТЕРЕОДЕКОДЕРЫ

Стереодекодер предназначен для выделения из комплексного сигнала информации левого Л и правого П стереоканалов. Известны три вида декодеров полярно-модулированных колебаний: суммарно-разностные, с полярным детектором и с переключением (или с перемножением) сигналов.

Основными элементами стерео декодер а являются: цепь восстановления поднесущей, которая преобразует КСС в ПМК, и устройство детектирования ПМК. Цепь восстановления поднесущей частоты приведена на рис. 20в. Естественно, что АЧХ коэффициента передачи этой цепи должна быть обратной АЧХ цепи подавления поднесущей

Где е = 5 -- степень восстановления поднесущей; х -- обобщенная расстройка, k -- коэффициент, не зависящий от частоты.

Ясно, что это выполняется при условии (рис.20в).

Для неискаженного воспроизведения стереофонической передачи должны выполняться следующие два условия: одинаковая добротность контуров на передающей и приемной сторонах и одно и тоже отношение резонансного сопротивления контура к включенному последовательно с ним активному сопротивлению.

Обычно выбирают соотношение ,где апн - переходное затухание, которое необходимо получить на нижних модулирующих частотах. Например, если на частоте 30 Гц требуется получить переходное затухание 20 дБ, то следует выбрать R = 20R0.

Отклонение добротности контура от величины Q=100 зависит от нормируемого переходного затухания на нижней частоте и определяется по формуле

Таким образом, если апн = 20 дБ, то отклонение добротности от 100 составит ?Q = ±250/10= ±25 %.

Точность восстановления ПМК зависит от настройки контура LC. Расстройка контура приводит не только к снижению переходного затухания между стереоканалами Л и П, но и к увеличению нелинейных искажений.

Известно, что для получения переходного затухания 20 дБ и коэффициента гармоник Кг= 1 % необходимо, чтобы расстройка восстанавливающего контура не превышала ±0,25%. Для высококачественного стерео приема необходимо, чтобы нестабильность частоты настройки контура не превышала ±0,1 %.

В первых стереоприемниках применялись только декодеры с полярным детектором. Они отличались простотой, но не обеспечивали высоких качественных показателей. Суммарно-разностные декодеры могут обеспечить высокие качественные показатели, но при условии высокой стабильности параметров элементов схемы. В последнее время чаще всего применяются стереодекодеры с переключением. Этот тип декодеров обеспечивает высококачественное и стабильное детектирование. Но и первые два типа стереодекодеров не потеряли своей актуальности, поэтому кратко -рассмотрим особенности работы каждого из них.



Рис. 21 Полярно-модулированное колебание (а) и схемы, иллюстрирующие принцип его детектирования (б,в)

1.3.3.1 Декодеры с полярным детектором

Для детектирования полярно-модулированных колебаний (рис. 21а) может применяться схема, состоящая из двух детекторов различной полярности. Принцип разделения двух AM сигналов ясен из рис. 21б, а на рис. 21в полярный детектор изображен вместе с интегрирующими RС-цепями. Верхняя часть схемы выделяет огибающую положительных полупериодов (сигналы канала Л), а нижняя часть схемы -- отрицательных полупериодов (сигналы канала П). Если бы можно было выделить огибающую в неискаженном виде, то детектор был бы идеальным. Однако для достижения этого нужно иметь постоянную времени ф = RC, близкую к бесконечности. Но при такой большой постоянной времени конденсатор не успевает разряжаться от периода к периоду поднесущей и напряжение на выходе не успевает изменяться в соответствии с изменением огибающей. В результате появляются большие нелинейные искажения детектированного колебания. Практика показывает, что постоянная времени не должна превышать --максимальная звуковая частота модуляции. Для FB=15 кГц максимальная постоянная времени RС--16 мкс. В этом случае .переходное затухание между стереоканалами 27 дБ, а коэффициент гармоник 0,8 %. С учетом нелинейных характеристик диодов реальный коэффициент гармоник составляет 1 ... 1,5 %

Путем незначительного усложнения полярного детектора можно увеличить переходные затухания между стереоканалами. Например, для увеличения переходного затухания можно перейти от «чистого» полярно-модулированного колебания к колебанию с несколько увеличенной надтональной частью в виде:

где b > 1-- коэффициент. Оптимальное значение коэффициента b в зависимости от инерционности детектора ЩвRC показано на рис. 22а.

Рис. 22 зависимость коэффициента b от инерционности детектора (а), корректирующая RC-цепь(б) и схема компенсации переходных искажений (в)

Для увеличения надтональной части МПК в тракт вводится корректирующая RС-цепь, схема которой приведена на рис. 22б. Для этой схемы коэффициент

Переходное затухание может быть увеличено также введением перекрестных связей между каналами, когда в канал Л вводится часть сигнала из канала П, а в канал П -- часть сигнала из канала Л. В полярном детекторе проникновение сигналов из канала в канал происходит в той же фазе, поэтому для компенсации сигналы нужно вводить в противофазе. На рис.22в показана одна из возможных схем компенсации переходных помех. В этой схеме при условии R>R0 часть напряжения д, переходящая из одного канала в другой, определяется соотношением д?Rэ/R.

1.3.3.2 Суммарно-разностные декодеры

Принцип построения таких декодеров поясняется рис.23а. Сначала спектр ПМК разделяется фильтрами на тональную часть, несущую информацию сигналов Л + П, и надтональную часть, представляющую собой поднесущую, модулированную по амплитуде сигналом Л--П. В результате детектирования сигнала (Л--П) sin щрt выделяется разностный сигнал Л--П. Затем с помощью суммарно-разностного преобразователя СРП выделяются сигналы каналов Л и П:

(Л + П) + (Л - П) = 2Л; (Л + П) - (Л - П) = 2П.



Рис. 23 Схема декодеров: суммарно-разностного(а) и с переключением(б)

Фильтр нижних частот ФНЧ выделения сигнала Л+П представляет собой RC-цепъ компенсации предыскажений с постоянной времени ф =50 мкс. Полосовой фильтр ПФ выделения надтональной части ПМК представляет собой колебательный контур с добротностью Q = 4,9. Резонансная кривая при этой добротности также соответствует кривой компенсации предыскажений ф = 50 мкс. Таким образом, на входе суммарно-разностного преобразователя частотные характеристики трактов передачи сигналов Л+П и Л--П совпадают.

1.3.3.3 Декодеры с переключением

Принцип действия такого декодера основан на том, что цепь полярно-модулированного колебания периодически, с частотой поднесущей, переключается с одного канала на другой. Фактически реализуется перемножение двух напряжений: полярно-модулированного сигнала и прямоугольных импульсов единичной амплитуды, следующих с частотой повторения поднесущей ©п и имеющих длительность т. В результате получаются сигналы:



x1 и х2 -- спектральные функции последовательностей импульсов, сдвинутых по фазе на полпериода.

Если время включения ф мало, т. е. ф < Т, то сигналы стереоканалов полностью разделяются:

Поскольку выходное напряжение пропорционально отношению ф/T, а ф/ T<<1, выходное напряжение может получиться очень маленьким. Чтобы не допустить этого, для переключения используют широкие импульсы в пределе равные ф=Т/2. В этом случае выходные сигналы будут равны:

Переходное затухание между стереоканалами при этом составляет всего лишь 13 дБ. Для увеличения переходного затухания осуществляют компенсацию переходных помех методом подмешивания сигналов (в противофазе) из одного канала в другой.

Упрощенная структурная схема декодера с переключением показана на рис. 23б. Полярно-модулированные колебания поступают на два ключа Кл (левого и правого каналов) и на резонансный фильтр РФ. Резонансный фильтр выделяет поднесущую щр. Ограничитель Огр .служит для устранения остаточной амплитудной модуляции и формирования прямоугольных импульсов. Эти прямоугольные импульсы подаются на управляющие входы ключей. Фильтры нижних частот ФНЧ ослабляют надтональные составляющие сигналов. Выходные усилители УЗЧ осуществляют усиление напряжения сигналов до необходимого значения. Кроме того, в них компенсируются .переходные помехи между каналами.

Фаза выделенной поднесущей должна с достаточной точностью соответствовать фазе поднесущей в полярно-модулированном колебании. Расхождение по фазе на 11° приводит к снижению переходных затуханий до 40 дБ, расхождение на 20° -- до 30 дБ, при разбалансе фаз на 90° переходные затухания между стереоканалами равны нулю, при разбалансе фаз более чем на 90° сигналы в каналах Л и П меняются местами.

Заключение теоретической части

- Радиосигнал формируется путем модуляции несущего колебания комплексным стереофоническим сигналом (КСС).

- КСС представляет собой смесь тональной части звукового спектра, в которой передается суммарный сигнал, и надтональной, которая содержит поднесущую частоту, промодулированную по амплитуде сигналом разности.

- Применение КСС обусловлено принципом совместимости стереосигнала с монофоническими приемниками.

- Перед модуляцией несущей частоты радиопередатчика, осуществляется частичное, либо полное подавления поднесущей, в зависимости от системы РВ. Это действие необходимо для уменьшения девиации, а следовательно и уменьшения ширины спектра, передаваемого сигнала, поскольку поднесущая частота имеет большую амплитуду по отношению к разностному сигналу, но не несет в себе ни какой информации.

- Передача и прием сигналов стереофонического радиовещания требует расширения трактов ПЧ и РЧ, как на приемной стороне, так и на передающей. И существуют более жесткие требования к АЧХ, ФЧХ и коэффициенту нелинейных искажений в этих трактах.

- Для разделения КСС по каналам (Л и П) и получения стереофонического звучания необходим стереодекодер. В нем будет восстановлена поднесущая частота, продетектирован суммарный и разностный сигналы, и в итоге получены сигналы Л и П.

-Некоторые параметры стереофоничиских систем РВ:

Параметр	ПМК	Пилот-тон
Частота поднесущей, кГц	31,25	38 19 (пилот-тон)
Постоянная времени предыскажающей цепи, мкс	50	75
Девиация, кГц	50	75
Подавление поднесущей, db	14	60 (полностью)
Расчетная ширина спектра радиоканала, кГц	192,5	256
Верхняя частота спектра КСС (при Fн = 0), кГц	46,25	53

2. Практическая часть

Цель данного проекта состоит в том, что бы изучить временные диаграммы и спектр полного (комплексного) стереофонического сигнала в системе с пилот-тоном и по возможности в системе с ПМК. Следовательно, потребуется стереофонический радиоприемник (далее приемник) в качестве источника сигнала, анализатор спектра и осциллограф для получения изображений спектра и временных диаграмм.

2.1 ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОГО СТЕНДА

Из выше поставленных целей вытекает следующий состав оборудования:

- Радиоприемник FM диапазона (88-108МГц). Для выполнения данного дипломного проекта был использован магнитофон SONY CFS-W338L SM (далее магнитола), который имеет на борту приемник диапазонов УКВ и FM (66-108МГц) с функцией переключения в режим «МОНО». В приемнике магнитолы были найдены контрольные точки, в которых возможно просмотреть спектр стереофонического сигнала.

-Буферный усилитель, необходим для защиты компонентов приемника от внешних воздействий, а так же для лучшего согласования с измерительными приборами.

-Анализатор спектра и осциллограф, которые представляют собой приставку цифрового осциллографа PCSGU250 связанную по USB c ПК, на котором установлено необходимое ПО. Вывод информации и изображений спектра и временных диаграмм осуществляется на монитор ПК.

2.1.1 Структурная схема и принцип работы

Рис.23 Структурная схема лабораторного стенда

На рис.23 показана структурная схема лабораторного стенда с использованием выше описанного оборудования. Демодулированный сигнал с контрольных точек приемника поступает на буферный усилитель, в нем усиливается и поступает на цифровой осциллограф. Далее идет цифровая обработка сигналов в осциллографе/ПК и осуществляется вывод информации на монитор ПК в виде спектрограммы или осциллограммы .



Рис.24. Плата приемника и установленный внутрь корпуса магнитофона буферный усилитель

Фактически, буферный усилитель помещен в корпус магнитофона (Рис.24) для предотвращения его механического повреждения, а так же предотвращения потери электрического контакта в местах пайки соединительных проводов. Таким образом из магнитофона выходят коаксиальные кабели с BNC разъемами, которые напрямую подключаются ко входу осциллографа. Таким образом, сборка стенда для работы осуществляется путем подключения коаксиальных кабелей к цифровому осциллографу, а его в свою очередь к ПК с последующим запуском необходимого ПО.

Далее будут более детально рассмотрены все составляющие лабораторного стенда.



Рис.25. Готовый к работе стенд

2.1.2 Радиоприемник (Магнитола Sony)

Большая часть узлов радиоприемника, используемого в лабораторном стенде, реализована в виде интегральной схемы CXA1538 производства Sony (рис.26).

Сигналы с антенны через внешние полосовые фильтры поступают на выводы 18 и 19 микросхемы. Блоки FM Front-End и AM Front-End включают усилители радиочастоты, гетеродины и смесители. Необходимые для работы этих схем колебательные контуры и фильтры на дискретных элементах подключаются к выводам 20 - 24 (рис.3). Сигнал на промежуточной частоте (455 кГц для АМ и 10,7 МГц для ЧМ) через внешние пьезоэлектрические полосовые фильтры поступает на входы промежуточной частоты 13 и 14. В блоке FM IF/Diskri выполняется демодуляция сигналов ЧМ, а в блоке AM IF/Det - демодуляция сигналов АМ.

Далее сигнал через усилители поступает на фазовые детекторы PD1 и PD2, где осуществляется декодирование комплексного стереосигнала (КСС). Для этого необходимо восстановить по пилот-тону поднесущее колебание. Управляемый напряжением генератор VCO (Voltage Control Oscillator) вырабатывает колебания с частотой 76 кГц, то есть в 4 раза больше частоты пилот-тона и в 2 раза больше частоты поднесущей.

Рис.26. Структура интегральной схемы CXA1538

На выходе первого делителя частоты (верхний "1/2 Counter" на рис.2) получается частота поднесущей 38 кГц, которая поступает на второй делитель частоты, вырабатывающий колебания с частотой 19 кГц, и на декодирующую схему ("DECOD AMP"), на которую поступает также КСС с демодулятора ЧМ через буферные усилители. В декодирующей схеме из надтональной составляющей КСС выделяется разностный сигнал Л-П. В результате его сложения с тональной составляющей Л+П выделяется сигнал левого канала Л, а в результате вычитания - сигнал правого канала П.

Автоматическая подстройка генератора осуществляется с помощью фазовых детекторов PD1 и PD2. Колебания с частотами 38 кГц и 19 кГц поступают на левые входы фазовых детекторов. КСС подается на их правые входы. Сигналы с выходов фазовых детекторов (вывод 1 микросхемы) через внешний ФНЧ поступают на вход управления генератора (вывод 29). Фазовая автоподстройка частоты (ФАПЧ или PLL) обеспечивает синфазность колебаний на выходе генератора VCO с пилот-тоном в КСС.

В лабораторном стенде для исследования выводятся сигналы с выхода фазового детектора, работающего на частоте 19 кГц (вывод 3 микросхемы), и сигнал правого канала после схемы декодирования (вывод 5 микросхемы). Сигналы выводятся через дополнительные буферные усилители, не показанные на схемах.



Рис.27. Плата тюнера радиоприемника

2.1.3 Буферный усилитель

Буферный усилитель построен на операционном усилителе (далее ОУ) NE5532 выполненном в виде микросхемы, корпус DIP-8 и имеет два канала (Рис.28).

Данный ОУ имеет хорошие параметры: малый собственный шум, широкий диапазон питающих напряжений, высокую частоту единичного усиления , высокое входное сопротивление.

В данном проекте используется схема типового включение ОУ в качестве не инвертирующего усилителя с однополярным источником питания

Рис.28 NE5532 Вид сверху

Рассмотрим схему (Рис.29) одного канала более детально. Сигнал поступает через блокировочный конденсатор С3 на не инвертирующий вход усилителя X1, через резистор R5 поступает постоянная составляющая равная половине питания, что необходимо поскольку источник питания однополярный. Цепь R4R3 - ООС, которая обеспечивает стабильную работу усилителя, а так же отношением этих резисторов можно задать коэффициент усиления. Конденсатор C4 предотвращает КЗ по постоянному току в ООС. Конденсатор C5 - так же блокировочный. Делитель R1R2 задает напряжение равное половине питания, конденсаторы C2,C1 являются фильтрами по питанию. Питание схемы осуществляется от бортового источника питания магнитолы.



Рис.29 Схема одного канала буферного усилителя

2.1.4 Цифровой осциллограф PCSGU250, ПК и ПО PC-LAB2000LT

PCSGU250 -- это полная USB лаборатория в одном приборе. Прибор заменит в измерительном инструментарии инженера двухканальный осциллограф, спектроанализатор, самописец, функциональный генератор и плоттер Бодэ. С помощью генератора пользователь может создавать сигналы индивидуальной формы с помощью специального редактора сигналов. А для автоматизации измерений можно генерировать последовательности осциллограмм с помощью файла или порта компьютера.

Общие характеристики

- маркеры для амплитуды/напряжения и частоты/времени;

- развязка по входу: DC, AC и земля;

- разрешение 8 бит;

- сохранение скриншота дисплея и данных измерений;

- питание от USB порта* (500 мА);

- габаритные размеры: 205x55x175 мм;

* Не рекомендуется использовать для питания прибора USB хаб. Это может привести к сбою в работе программного обеспечения.

Спектроанализатор

- диапазон частот 0... 120 Гц до 12 МГц;

- линеарная и логарифмическая шкала;

- принцип работы: анализатор Фурье;

- разрешение спектроанализатора: 2048 линий;

- входные каналы 1 или 2;

- функция масштабирования.

Самописец

- временная шкала: 20 мс/дел...2000 с/дел;

- макс, длина записи: 9,4 часа/экран;

- автоматическая запись в течение года;

- автоматическое сохранение данных;

- максимальное число выборок: 100/с;

- минимальное число выборок: 1/20 с.

Функциональный генератор

- частотный диапазон: синус 0.005 Гц ... 1000 кГц;

- частотный диапазон: меандр и пила 0.005 Гц ...500 кГц;

- расширенная библиотека сигналов;

- амплитудный диапазон: 100 мВ ампл. до 10 В ампл. (1 кГц, 600 Ом), выходной импеданс 50 Ом.

Осциллограф

- полоса пропускания: два канала от DC до 12 МГц, ±3 дБ;

- входной импеданс: 1 МОм/30 пФ;

- максимальное входное напряжение: 30 В (AC+DC);

- временная развертка: 0,1 мкс...500 мс/дел;

- развертка по вертикали: 10 мВ.,.3 В/дел;

- показания: True RMS, dBV, dBm, пиковые измерения, рабочий цикл, частота и др.;

- длина записи: 4К/канал;

- скорость выборки: 250 Гц...25 МГц;

- сохранение истории.

Плоттер Бодэ

- автоматическая синхронизация осциллографа и генератора;

- частотный диапазон: 1 кГц, 10 кГц, 100 кГц, 500 кГц;

- начальная частота: 10 Гц, 100 Гц, 1 кГц, 10 кГц.

Минимальные требования к ПК:

- IBM совместимый ПК с операционной системой Windows™ 2000/XP/Vista;

- VGA дисплей (1024x768);

- 10 МБ свободного места на диске;

- мышка;

- CD или CD/DVD-ROM плейер;

- свободный USB порт.

Запуск программы

Найти ярлык программы Pc-Lab2000LT (в меню Пуск - Программы - Pc-Lab2000LT). Кликнуть на ярлыке для запуска программы. Может появиться сообщение loading, please wait (идет загрузка, подождите). На корпусе прибора загорится светодиод.

При запуске программы автоматически подгружается модуль осциллографа и генератора, показанный на рисунке ниже. Если возникла ошибка в работе (например, если прибор не определился компьютером) отключить и повторно подключить USB кабель. Провести процедуру включения повторно.

Примечания:

- При первом включении питания осциллографа он автоматически проведет процесс самокалибровки.

Модуль осциллографа (Рис.30)

Модуль осциллографа представляет набор удобных функций для работы с цифровым записывающим осциллографом.

Подключить тестируемое устройство ко входу осциллографа (следить за максимальным значением на входе осциллографа).

Рис.30 Окно осциллографа

- начать измерения с помощью кнопки;

Trigger OFF (6);

- нажатьRUN (7);

- выбрать требуемый канал и настройки вертикальной развертки volts/div или нажать режим автоматических настроек "Auto-set";

- выбрать необходимую горизонтальную развертку (8);

Для триггерного запуска:

- выбрать канал триггера (5);

-выбрать наклон сигнала (4);

- установить триггер на ON (6);

- с помощью движкового переключателя выбрать уровень триггера (3). С левой стороны появится индикатор триггера (1).

Модуль спектроанализатора (Рис.31)

Модуль спектроанализатора -- мощный инструментарий, позволяющий визуализировать частотный спектр сигнала с помощью анализатора Фурье.

Рис.31 Окно спектроанализатора

- подключить вход осциллографа к тестируемой цепи (следить за максимальным значением на входе осциллографа)

- проанализировать сигнал в режиме осциллографа

- убедиться, что сигнал не выходит за пределы экрана

- запустить анализатор спектра

- нажать RUN (1)

- выбрать требуемый частотный диапазон, убедиться, что установленные настройки позволят отобразить сигнал на дисплее полностью(3)

- при необходимости выбрать канал и настройки по вертикали(2).

2.2 РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ИССЛЕДОАНИЯ СИГНАЛОВ СТЕРЕОФОНИЧЕСКОГО РАДИОВЕЩАНИЯ

2.2.1 Порядок проведения измерений

- Проверить выполнение требований по ТБ.

- Изучить структурную схему стереодекодера радиоприемника.

- На принципиальной схеме радиоприемника (рис. 27) найти выходы сигналов каналов, выход и фильтр схемы фазовой автоподстройки частоты.

- Подключить прибор PCSGU250 к персональному компьютеру и радиоприемнику в соответствии с рис.32.

Рис.32

Разъем USB прибора PCSGU250 соединить с разъемом USB персонального компьютера стандартным USB кабелем. Коаксиальные кабели с разъемами BNC, выведенные из радиоприемника, подключить к входам прибора PCSGU250. Сетевой шнур радиоприемника подключить к сети переменного тока 220 В. Регулировку громкости радиоприемника вывести на минимум.

- Включить персональный компьютер. Запустить программу "PC-Lab 2000 LT". Убедиться, что на передней панели прибора PCSGU250 светится индикатор "Ready".

Исследовать временные диаграммы и спектры сигналов стереофонического вещания с пилот-тоном

- Включить радиоприемник. Установив небольшой уровень громкости, настроить приемник на какую-либо радиостанцию FM диапазона (87 - 108 МГц). Переключая режимы "Стерео/Моно", проверить наличие стереофонической передачи. Установить режим "Стерео"

- Выбрать режим "Oscilloscope" прибора PCSGU250. Включить осциллограф, нажав кнопку "Run". Установить скорость развертки (справа от экрана осциллографа) 1 мс/дел. Установить диапазоны напряжений и смещения уровней в двух каналах (под экраном) так, чтобы получить осциллограммы. Зафиксировать осциллограммы, отжав кнопку "Run".

- Переключить приемник в режим "Моно". Получить и зафиксировать осциллограммы сигналов в обоих каналах. Сравнить с осциллограммами в режиме "Стерео".

- Включить режим радиоприемника "Стерео". Включить режим прибора PCSGU250 "Spectrum Analyzer". Установить диапазон частот ("Freq.Range") 60 кГц. Диапазоны напряжений оставить как в предыдущем пункте. Включить канал 1. Включить анализатор кнопкой "Run". Получить спектр и зафиксировать его, отжав кнопку "Run".

- Включить курсоры, выбрав в меню пункт "View" - "Markers (FFT) f&V". Переместить мышью вертикальный курсор так, чтобы он совпал с вершиной пика пилот-тона в спектре. Убедиться по индикатору под экраном, что частота пилот-тона примерно 19 кГц.

- Включить канал 2 и получить спектр сигнала на выходе декодера. Установить вертикальный курсор на пик, соответствующей поднесущей частоте. Убедиться, что частота поднесущей равна 38 кГц.

- Переключить радиоприемник в режим "Моно". Получить спектры сигналов в двух каналах. Отметить на них положение пилот-тона. Записать, есть ли на этих спектрах поднесущая и надтональная часть КСС.

- Переключить радиоприемник в режим "Стерео".

Исследовать спектры сигналов стереофонического радиовещания с полярной модуляцией

- Включить режим прибора PCSGU250 "Spectrum Analyzer", канал 1. Контролируя спектр сигнала, настроить радиоприемник на какую-либо радиостанцию в диапазоне 66 - 74 кГц, ведущую вещание в системе с полярной модуляцией. Признаком настройки на такую радиостанцию будет наличие в спектре пика на частоте поднесущей 31,25 кГц. Зафиксировать спектр. Установить вертикальный курсор на этот пик. Зарисовать спектр в отчет, отметив измеренное значение частоты поднесущей.

- Получить спектр сигнала на выходе декодера, переключив прибор на канал 2. Измерить частоту поднесущего колебания.

2.2.2 Результаты измерений системы с пилот-тоном

Горизонтальная развертка -1мс/дел для осциллографа и 60/120кГц для спектрографа, разрешение по напряжению устанавливается исходя из уровня сигнала, и выбирается достаточным для нормального наблюдения сигналов.

Сигналы на выходах противофазные.

Выход ФД - Синий (1).

Выход стереодекодера (П) - Красный (2).



Временные диаграммы КСС на выходе ФД и стереодекодера в режиме стерео приема.

Временные диаграммы КСС на выходе ФД и стереодекодера в режиме моно приема.

Спектрограммы КСС на выходе ФД:

- в стерео режиме

- в моно режиме

Спектрограммы КСС на выходе стереодекодера:



- в стерео режиме

- в моно режиме

На временных диаграммах видно сильное «уплотнение» колебания при стерео режиме, и на оборот при моно режиме более «чистое» колебание, это может говорить о наличии высокочастотных составляющих. На спектрограммах видны два характерных подъема в районе 19кГц и 38кГц, при чем подъем на частоте 19кГц присутствует постоянно не зависимо от включенного режима(моно/стерео). При переключении в моно режим подъем в районе 38 кГц пропадает что соответствует подавлению поднесущей, а следовательно и подавлению стереоэффекта, поскольку разностная (надтональная) часть сигнала не детектируется. Из этого следует, что пилот-тон присутствует в принимаемом радиосигнале всегда, а поднесущая частота восстанавливается или нет, в зависимости от режима приема и отношения сигнал/шум в радиоканале (блок AUTOBLEND в ИМС CXA1538).

2.2.3 Результаты измерений системы с ПМК

Поскольку радиоприемник в данной магнитоле имеет стереодекодер для детектирования только пилот тона, то на выходе стереодекодера будет только монофонический сигнал, и о наличие стерео эффекта будет возможно судить только по спектрограммам.

Временные диаграммы будут иметь следующий вид (параметры измерительных приборов те же, что и в предыдущем пункте):

Спектр КСС на выходе ФД



Спектр КСС на выходе стереодекодера

На представленных выше осциллограммах так же присутствует «уплотнение» колебания на выходе ФД, а на выходе стереодекодера данное «уплотнение» отсутствует, что свидетельствует о том, что надтональная часть не проходит через стереодекодер.

По спектрограммам можно говорить о том, что принимаемый сигнал стереофонический, поскольку присутствует ярко выраженная поднесущая частота (подъем в районе 31,12 кГц) и небольшие колебания амплитуды спектральных составляющих около нее (20кГц-40кГц).

Заключение

В данном дипломном проекте был разработан лабораторный стенд для изучения спектра стереофонического сигнала. Были получены спектрограммы и осциллограммы сигналов в системах с ПМК и пилот-тоном, которые соответствуют спектрам описанным в теоретической части. Принцип работы стереодекодера радиоприемника магнитолы соответствует принципу работы стереодекодера с фазовой автоподстройкой частоты и синхронным детектированием разностного сигнала. Так же было подробно описано используемое оборудование, структурная схема и приведена методика проведения измерений.

Список используемой литературы

1.Стереофоническое вещание И.А.Богларов, 1993-600M.

2.Звуковое и телевизионное вещание: Учебник для техникумов А.В.Выходец, В.И.Коваленко, М.Т.Кохно - М.:Радио и связь, 1987.

3.Радиовещание и электроакустика Ковалгин Ю.А. - М.:Радио и связь, 1999.

4. www.ti.com - Texas Instruments - NE5532.pdf.

5. www.promelec.ru - CXA1538.pdf.

6. www.platan.ru - Pc-Lab2000LT.pdf.

Размещено на Allbest.ru