Як простими засобами підвищити якість прийнятих стереофонічних програм звукового радіомовлення, цікавить багатьох радіоаматорів. Автор статті аналізує спосіб формування частотних і фазових характеристик радіотракту і визначає ланки, в яких з невеликими витратами можливе введення коригувальних елементів, що дозволяють поліпшити виділення сигналу на виході стереодекодера.
Якість стереофонічного радіоприймання залежить не тільки від реального співвідношення сигнал/шум на антенному вході приймача, але і від роботи декодуючого пристрою. Як відомо, в стереодекодере (СД) комплексний стереосигнал (КСС) перетвориться в полярно-модульовані коливання (ПМК), а потім у вихідні низькочастотні сигнали лівого і правого каналів. Відбуваються при цьому перетворення визначають, зокрема, такий важливий параметр, як перехідний загасання між каналами. Найкращого розподілу каналів дозволяє досягти тимчасової спосіб декодування, при якому виключається відновлення піднесе і пов'язані з цим нелінійні і фазові спотворення. На цьому принципі працюють більшість сучасних інтегральних СД.
На якість декодування також істотний вплив надає спектр вхідного КСС. Верхня модульовані частота, необхідна для передачі звукової частоти в 15 кГц, при системі стереовещания з полярною модуляцією (ПМ) і піднесе 31,25 кГц складає 46,25 кГц, а при системі з пілот-тоном (ПТ) і піднесе 38 кГц - 53 кГц. Обов'язковою умовою відсутності спотворень і хорошого поділу каналів є горизонтальна (без завалу) АЧХ і лінійна ФЧХ в надтональной області частот, аж до вказаних.
В той же час найбільш типовим є радиоприемный тракт, має спад АЧХ на верхніх частотах КСС.
Цей спад утворюється із-за обмеженої смуги пропускання тракту ПЧ і ЧС детектора. Якщо частоту зрізу КСС за рівнем - 3 дБ позначити Fcp, а частоту піднесучої - Fпод, то перехідне загасання між каналами можна розрахувати за наближеною формулою р=20 log (2 Fcp/Fпод).
Неважко підрахувати, що для отримання розділення стереоканалів в 30 дБ необхідна смуга сигналів з ПМ до 88 кГц, а сигналів з ПТ - до 107 кГц. Зрозуміло, ці дані є приблизними і не враховують особливостей того чи іншого способу декодування. Для корекції АЧХ КСС в моделях декодерів застосовують ті чи інші коригувальні ланцюга, як правило, найпростішого RC-типу.
З іншого боку, надмірне розширення спектру КРС призводить до різкого зростання шумів і перешкод від перетворення позасмугових сигналів. Якщо смуга КСС нічим не обмежена, то погіршення співвідношення сигнал/шум при прийомі віддалених станцій може скласти 20 дБ і більше порівняно з монофонічним режимом. І навпаки: звуження смуги КСС є ефективним шумопонижаючим прийомом.
Суперечливим вимогам до КСС в найкращій мірі задовольняє АЧХ максимально плоска до частоти 70...80 кГц з подальшим різким спадом, організовуваним фільтрами високих порядків. Така характеристика дозволяє наблизитися до гранично досяжним параметрами конкретного СД по шумах і перехідного загасання між каналами.
Зазначені положення знайшли повне підтвердження при випробуваннях двустандарного стереодекодера на мікросхемі КР174ХА51. У типовій схемі включення [1] на його вході застосований найпростіший ФНЧ першого порядку з частотою зрізу близько 10 кГц. Спад 6 дБ/окт на частотах вище 10 кГц забезпечує прийнятні шумові характеристики, але зменшує перехідне загасання між каналами з 43 дБ (типове значення без вхідного фільтра) до 24 дБ для сигналів з ПМ і 20 дБ для сигналів з ПТ. Крім того, фільтром зрізається верхня частина тонального сигналу в області 10...15 кГц, що робить звучання "глухим".
В цілому, незважаючи на прогресивні конструкторські рішення - тимчасової спосіб розділення каналів з подвійною дискретизацією, додаткове придушення пілот-тону і т. д. -згаданий СД працював гірше, ніж декодер на застарілій мікросхемі ВА1320. Ще один недолік КР174ХА51 - неприємні клацання в звуковому тракті при включенні індикатора стереорежима. Заміна мікросхеми на інший примірник принципових змін не принесла.
Для поліпшення якості роботи пропонований декодер доповнено вхідним фільтром КСС, формує необхідний вид АЧХ з можливостями ручного і автоматичного коригування. До переваг нового СД ставиться також роздільна індикація системи стереовещания, працює безшумно.
Основні технічні характеристики
- Перехідне загасання між каналами, дБ, не гірше.....34
- Співвідношення сигнал/шум у режимі "Стерео", дБ .....50...70
- Рівень вхідного сигналу, мВ......до 150
- Коефіцієнт передачі......1,2
- Споживаний струм, мА......7
Функціонально пристрій складається з трьох блоків (рис. 1): вхідного фільтра KCC, комутатора на мікросхемі DD1 і власне декодера на мікросхемі DA1.
(натисніть для збільшення)
Фільтр КСС являє собою подальшу модернізацію пристрої [2]. Його поліпшені параметри комп'ютерним моделюванням - зменшена нерівномірність АЧХ в тональної області і збільшена крутизна зрізу в надтональной. Фільтр складається з регульованого ланки R1,R2,C1,C2 і ФНЧ 3-го порядку C3, L1, С4 з перемикається в залежно від системи стереовещания частотою зрізу. АЧХ фільтра - в режимі прийому з ПТ (показані на рис. 2).
Ланка R1 ,R2, C1 ,C2 - мостовий регулятор верхніх частот КСС. У ньому з допомогою змінного резистора R2 можна збільшувати або зменшувати рівень надтональных (і частково тональних) складових, що призводить до пропорційного розширення чи звуження стереобази за рахунок зміни перехідного загасання між каналами [2]. В середньому положенні регулятора R2 АЧХ фільтра горизонтальна аж до частоти зрізу (див. рис.2, крива 1), у двох крайніх положеннях - нерівномірність її в звуковому діапазоні не перевищує 2 дБ. Регулювання захоплює лише верхню частина звукового спектру - вище 10 кГц, що дозволяє при впевненому прийомі підкреслити вищі частоти і тим самим поліпшити якість звучання.
Одночасно змінюється і рівень шуму, він мінімальний в нижньому положенні движка резистора R2, коли надтональная частина КСС фактично зрізається і звучання близько до монофонічному. Таким чином, регульоване ланка фільтра дозволяє отримувати адаптивне якість вихідного сигналу в залежності від вхідного - від розширеного "Стерео" для потужних сигналів РЧ до "Моно" - для зашумлених і перекручених, зокрема, многолучевым прийомом.
П-подібний ФНЧ 3-го порядку зібраний на елементах C3, L1, С4. Цей фільтр призначений для ефективного придушення шумів і перешкод від перетворення сигналів, що лежать за основною інформаційною смугою КСС. ФНЧ синтезований додатком Design програми MicroCap6.0. Його параметри: частота зрізу в системі з ПТ - 75 кГц, в системі з ПМ - 60 кГц, крутизна спаду за смугою прозорості - 15...17 дБ/окт, характеристичний опір - 4,7 кОм. Частота зрізу конструктивно змінюється перемиканням числа витків котушки L1 електронним комутатором DD1. Завдяки комп'ютерному моделюванню фільтр має гладку АЧХ (див. рис.2) і досить лінійною ФЧХ (рис. 3).
Фільтр КСС підключений до стереодекодеру (мікросхема DA1) замість віддаленої вхідний ланцюги R1C1 [1]. Загасання, внесене ним (12 дБ), компенсується великим запасом посилення мікросхеми DA1 (до 14 дБ). При прийомі сигналів з ПМ на виводі 8 мікросхеми DA1 встановлюється низький логічний рівень, близький до нуля. На керуючих входах 5 і 6 комутатора DD1 є високий логічний рівень, подається з середньої точки дільника R4, R5. При цьому ключ К2 за висновками 4 і 3 замкнутий, висновок 3 котушки L1 з'єднаний з конденсатором С4. Фільтр налаштований на частоту зрізу 60 кГц. Одночасно відкритий ключ КЗ і через його висновки 8 і 9 напруга індикації з виведення 7 мікросхеми DA1 подається на світлодіод HL1, індиціюється режим "ПМ".
При розпізнаванні сигналів з ПТ рівень напруги на виводі 8 мікросхеми DA1 змінюється на високий, фактично дорівнює напрузі живлення. Цей сигнал надходить на керуючі входи 12 і 13 ключів К1 і К4 комутатора DD1. Ключ К4, відкриваючись, зменшує напругу на середній точці дільника R4R5 до низького рівня. Ключі К2 і КЗ при цьому переходять у непроводящее стан, внаслідок чого висновок 3 котушки від'єднується від конденсатора С4, а світлодіод HL1 гасне. Одночасно відкривається ключ К1, який з'єднує висновок 2 котушки L1 з конденсатором С4. Індуктивність котушки зменшується, що призводить до перебудові частоти зрізу ФНЧ до 75 кГц. Крім того, катод світлодіода HL2 виявляється сполученим з загальним проводом через відкритий за висновками 11 і 10 ключ К4, а на аноді його є напруга, що надходить з виведення 7 мікросхеми DA1. При цьому світлодіод HL2 відображає режим "ПТ". Перемикачем SA1 можна примусово включити режим "Моно". В цьому випадку обидва світлодіода погашені, так як напруга на виводі 7 мікросхеми DA1 буде відсутній.
Допустима напруга живлення мікросхеми КР174ХА51 - 2,7...7 Ст. Експериментально встановлено, що характерні клацання при включенні індикатора стереорежима виникають тільки при напрузі живлення понад 4 Ст. В даному випадку напруга висновку 15 мікросхеми DA1 обмежена стабілітронів VD1 на рівні 3,9 В. При цьому індикатори HL1, HL2 включаються практично безшумно, параметри мікросхеми залишаються високими.
У стереодекодере використані постійні резистори МЛТ-0,125, керамічні конденсатори типу КМ, електролітичні - імпортні. Перемикач SA1 - кнопка П2К. Змінний резистор R2 - будь-який малогабаритний, наприклад, СПЗ-4б, з характеристикою типу А. У зв'язку із зниженою напругою живлення мікросхеми DA1 випромінювачі HL1, HL2 повинні мати високу світловіддачу при малому струмі. Світлодіоди КИПД05А задовольняють цій умові, але можна підібрати й інші з максимальною яскравістю свічення, в тому числі і імпортні. Котушка L1 виконана на феритовому кільці К20х10х5 мм з фериту марки 2000НМ. Обмотка 1 - 2 містить 110 витків, обмотка 2-3 - 30 витків дроту ПЕВ 2-0,2. Добротність котушки велика, тому параметри ФНЧ практично не погіршують опір відкритого каналу мікросхеми DD1 (близько 270 Ом), включеного послідовно з котушкою L1.
Такі вузли пристрою, як фільтр КСС і комутатор DD1, налаштування не вимагають. В стереодекодере DA1 слід тільки підлаштування резистором R8 домогтися сталого розпізнавання режиму стерео "ПМ" або "ПТ" по включенню відповідного світло-діода HL1 або HL2. Після цього перевіряють роботу регульованого ланки фільтра обертанням рукоятки резистора R2: звучання має змінюватися від розширеного "Стерео" до "Моно". Суб'єктивний ефект цієї регулювання добре описаний в [2]. Рекомендується зазначити середнє положення регулятора R2, якому відповідає горизонтальна АЧХ КСС (див. рис.2] і звичайний режим "Стерео".
Ефективність ФНЧ 3-го порядку легко перевірити, тимчасово включивши перемикач П2К (фіксована кнопка) для його комутації. При натисканні кнопки одна група контактів П2К повинна закорочувати висновки 1 - 3 котушки L1, а інша - відключати висновки конденсаторів C3, C4 від загального проводу. Відключення фільтра натисканням кнопки супроводжується різким зростанням шумів і перешкод навіть при прийомі не дуже слабких сигналів. Прийом віддалених і слабких сигналів у стереорежимі стає неможливим взагалі. Включення ФНЧ, навпаки, очищає сигнал від шумів, інтерференційних свисток і т. п., при цьому поділ каналів залишається високим.
В цілому якість роботи пропонованого СД виявилося значно вище, ніж вихідного [1]. Фільтр КСС, зрозуміло, може бути застосований і в інших декодерах. Завдяки відносно низькому характеристическому опору ФНЧ, його вихід добре узгоджується з входом практично будь-якого СД. Для одностандартных СД комутатор DD1 не потрібен і значно спрощується схема (рис. 4).
Число витків котушки L1 вибирають рівним 110 - для системи стереовещания з ПТ або 140 - для ПМ. Однак для конкретного СД його краще уточнити експериментально. При цьому котушку L1 виконують з кількома відводами (через 10-15 витків) і при налаштуванні перемикають їх, досягаючи мінімуму шумів і хорошого поділу стероканалов. Цю роботу краще проводити при прослуховуванні звуку стереотелефонами.
Література
Автор: А. Пахомов, р. Зерноград Ростовської обл.