Zde jsou slaboproudé podklady do elektrotechniky pro nalepení do

1. Vznik a šírení
elektromagnetických vln
Vysvetluje-li ucitel ucivo ve tríde nebo hovorí-li spolu dve osoby,
nemáme problém s prenosem informace na krátkou vzdálenost. Horší
už je to pri dorozumívání dvou lidí pres rušnou ulici a úplne nemožný
je prenos reci na velkou vzdálenost. Naše schopnosti jsou tudíž po této
stránce dosti omezené. Musíme proto použít jiné prostredky - napr.
mobilní telefon, vysílacku ... - tedy prenos pomocí elektromagnetického vlnení (EMY).Z fyziky víme, že elektromagnetické vlnení je vlnení od nejnižších do nejvyšších frekvencí, pricemž k prenosu informace využíváme pouze urcitou cást EMV.
K prenosu informace mezi volajícím (vysílacem) a volaným (prijímacem) se tedy využívá bezdrátový prenos informace pomocí elektromagnetického vlnení. K tomuto prenosu se využívají ruzná dostupná
prenosová prostredí. Jde zejména o prenos volným prostorem, plne
nebo cástecne uzavrenými prostory, ruznými druhy vedení, vlnovody,
poprípade kombinacemi uvedených prostredí. Ke každému prostredí
je nutné urcit vhodné kmitoctové pásmo a druh modulace. Vlastnosti
jednotlivých prostredí jsou totiž rozdílné. Zejména pri prenosu volným prostredím se uplatnují nejrozmanitejší prírodní vlivy (clenitost
terénu, rušení, ...).
1.1 Vznik elektromagnetického pole
V elektrotechnice jste se doposud zabývali vztahy mezi magnetickými a elektrickýmipoli oddelene. Napríklad prutok elektrického proudu vodicem vyvolá (indukuje) v okolí magnetické pole a naopak, zmena magnetického toku indukuje v uzavrené smycce vodice napetí
a odpovídajícíproud. Krome toho jste se soustredili na pole, která byla
pozorovatelná jen uvnitr nebo blízko ruzných prvku elektrických
obvodu.
Zdrojem elektromagnetického vlnení jsou nerovnomerne se pohybující cástice s elektrickým nábojem. V technických úlohách se pohybují náboje vetšinou ve vodicích a z makroskopického pohledu je
zdrojem vlnení v case promenný proud. V jednoduchém, ale castém
prípade se mení proud v case harmonicky (sinusove). Elektrony ve
vodicích pravidelne kmitají.
9
,,''"''-
i
<l---
E
.
'A-------------.-:--:.---.-:-------,--"---
-----------..--
~~~~~~
,-~--~::~,--,--~~--~~~--~--~
--~-,~----~~-.•.....
,''Ul
,/~/::.--:
,~--
/
....
/~:
.. : ::-::<'-'
;~~~~;::::~~:::~:.::
':.::•.
'---H
~
"
-
Obe tato strídavá pole - magnetické i elektrické - existují vždy spolecne a tvorí elektromagnetické pole charakterizované složkami E
a H. Oba vektory E a Ft: jsou navzájem kolmé (obrázek 1.2).Vlastnosti
elektromagnetických vln pritom závisí na vlastnostech prostredí (permitivite, permeabilite a vodivosti materiálu) a na fázových vztazích
mezi elektrickou a magnetickou složkou.
///;;:_:~:(l;,,·,
+
//////);
J
E
(/(;';,;:;j,:::~:~~~~':::;:::\\
//// //////~»)),>;
E
E
1\\"\\\
---a)
Obr. 1.1
b)
c)
Princip vzniku elektromagnetického pole:
a) elektromagnetické pole mezi deskami kondenzátoru,
b) elektromagnetické pole po oddálení desek kondenzátoru,
c) vysílací anténa.
ElektroIllag.g.etickévlnení se projevuje elektrickým polem(E)a magnetickým polem (H). Tato pole se podminují a jsou neoddelitelná
'(z teorie víme, že magnetické silocáry pri prícném posuvu okamžite
indukují v prostoru pripojené elektrické silocáry a elektrické silocáry
pri prícném posuvu indukují okamžite v prostoru pripojené magnetické silocáry. Smer indukovaných sil je kolmý ke smeru pohybua kolmý
k puvodní síle, pricemž intenzita napr. indukované elektrické síly E
je úmerná intenzite puvodní magnetické síly H).
Jak však toto vlnení vzniká? Pripojíme-li kondenzátor na strídavé
napetí, vytvorí se v dielektriku mezi elektrodami kondenzátoru strídavé elektrické pole, které vytvorí posuvný proud stejné velikostijako
strídavý proud v obvodu kondenzátoru (obr. 1.1a).
Tento posuvný proud v dielektriku spolu se strídavým proudem
v prívodech vytvárí kolem sebe magnetické pole. Smer intenzity magnetického pole H je vyznacen pro daný okamžik v návaznosti na smer
proudu i v urcitém okamžiku. Strídavý proud i postupne kondenzátor
nabíjí, vybíjí a opet nabíjí opacnýmnábojem podle polarity napetí zdroje. Mezi elektrodami kondenzátoru vzniká vlivem elektrického pole
polarizace dielektrika, projevujícíse malými vzájemnými posuvymezi
kladnými a zápornými cásticemimolekul. Intenzita magnetickéhopole
H a elektrického pole E se mení v rytmu strídavého napetí a proudu
v obvodu.
10
H
x
a)
Obr. 1.2:> Smer šírení elektromagnetické
a) v dielektriku,
b) v polovodivém prostredí.
b)
vlny v ruzném prostredí:
Oddálíme-li elektrody kondenzátoru, rozloží se elektromagnetické
pole do prostoru a postupuje do okolí. Dochází tedy k vyzarování elektromagnetického pole, které se skládá ze složky pole elektrického a
pole magnetického. Úcinné vyzarování elektromagnetického pole zajištují zárice - antény. Vetšinou se jedná o pulvlnný dipól, u kterého je
jedna polovina nahrazena zemí (obr. 1.1c). Z antény odpoutaná elektromagnetická energie se šírí volným prostorem (atmosférou) jako
postupné elektromagnetické vlnení, a to rychlostí svetla, ruznými
smery podle konstrukce antény. Vzniká tak elektromagnetické pole,
které je charakteristické navzájem se podminující elektrickou složkou nazývanou intenzita elektrického pole E a magnetickou složkou
nazývanou intenzita magnetického pole H. Obe složky jsou navzájem
kolmé a.jsou kolmé i ke smeru šírení EMV. Toto elektromagnetické
pole se šírí smerem od dipólu do okolního prostredí v kulových vlnoplochách. Rychlost šírení vlnení v je vždy kolmá na rovinu vektoru E
a H. Když se zmení smer proudu v druhé polovine periody, zmení se
i polarita napetí mezi koncovými body dipólu. Soucasne se zmení
i orientace vektoru intenzit. Poradí vektoru E, Ft: a v však zustává
vždy stejné - vektory tvorí pravotocivou soustavu.
11
Rychlostšírení
EMV v homogenním prostredí
,
1
\\ v=
kde
t: - permitivita
f1 -
permeabilita
VE.J.1
r::-::
je dána vztahem
(1-1)
'
prostredí t: = t: . t:
(t: = 8,85.10-12 [F.m-1])
prostredí f1 = °f1o.rf1r <Ilo = 4.,n.1O-7 [H.m-1])
•
Ve volném prostoru se rychlost šírení vln rovná rychlosti šírení svetla, tedy
v=c-==3.108
[m.s-I].
Vlnová délka elektromagnetické vlny je dána vzdáleností dvou sousedních bodu, které mají stejnou fázi kmitání. Platí pro ni vztah:
ít=~=~
(1-2)
f f
Z predešlého vztahu vyplývá, že cím je vyšší frekvence, tím je menší vlnová délka a opacne. To má napr. vliv na ohyb vln kolem prekážek, lom vln v troposfére a ionosfére. Tímto se však budeme zabývat
pozdeji.
Je známo, že informace prenášená EMV muže být kódována zmenou amplitudy, frekvence, nebo zmenou fázového posuvu maximálních vektoru elektrického a magnetického pole.
Od vysílace k prijímaci se mohou EMV šírit ruznými zpusoby:
prímou vlnou - neohýbámyriametrové
se a šírí hektometrové
se jen na prímou viditelnost
centimetrové
metrové
dekametrové
milimetrové
kilometrové
decimetrové
• prostorovou vlnou - šírí se prostorem mezi zemí a ionosférou
• povrchovou vlnou - ohýbá se podle povrchu zeme (obr. 1.3).
Obecne se tedy pod pojmem elektromagnetické
vlnení rozumí spektrum všech vlnení, od nejnižších frekvencí po velmi vysoké frekvence.
V jednotlivých bezdrátových prenosech (rozhlasovém, televizním ci
telefonním - mobilní telefony, atd.) se tedy využívá pouze urcitá cást
frekvence EMVRozdelení a použití využívaných elektromagnetických
vln je v tabulce 1.1.
1.2 Polarizace elektromagnetických vln
Orientace elektrické složky elektromagnetické
vlny v prostoru urcuje tzv. polarizaci vlny (smer vektoru intenzity elektrického pole).
Posuzujeme-li tuto orientaci elektrické složky vuci zemskému povrchu, pak rozlišujeme dva prípady:
• vertikální polarizaci - je-li elektrická složka kolmá k zemském u
povrchu
• horizontální polarizaci - je-li elektrická složka rovnobežná se
zemským povrchem.
Pokud elektrická složka nemení svoji orientaci v prostoru Ge-li napr.
smer E stále svislý), mluvíme o lineární polarizaci.
Skládají-li se dve vlny s elektrickými složkami El a E2 s posuvem
00 nebo 1800, má výsledný vektor stále stejný smer a vlnení je opet
lineárne polarizované.
Název
vlnpásma
30-3
300-30GHz
GHz
30
300-30
MHz
l-lOmm
3 MHz
100-1000
m
Frekvence
I-10m
1-10cm
1O-100m
Vlnová
30300-30kHz
1O-100km
l-lOkm
délka
kHz
l-lOdm
3-0,3MHz
radioreléové
spoje,
družicové
3-0,3
GHz
11,
16,
19,
25,
31, SV
Iv.
a 3V13,
televizní
pásmo,
rozhlasové
strední
vlny
námorní
aPoužití
letecká
navigace
služby,
rozhlasové
dlouhé
vlny
krátké
vlny
pristávací
avelmi
rícní
radiolokátory,
52549a
- I.,
1 -605
kHz
DV
150
kHz
výškomery
42,
60
rozhlasové
krátké
vlnyKV,
VKV,
II.285
am
III.
tel.
pásmo
radiolokace,
kosmické
spoje
radionavigace,
meteorologické
v - vysílac
P - prijímac
Obr.
12
1.3
Šírení elektromagnetických vln:
1) prímá prostorová vlna,
2) ionosférická prostorová vlna,
3) povrchová vlna.
Tabulka
1.1.
Prehled, rozdelení a použití elektromagnetických
vln
13
liší od parametru okolí - napr. vodivý drát. V okolí takové protáhlé
nehomogenity se mohou vyvinout vlnení ruzných struktur šírící se
ruznými smery - ale výrazne nejvetší energii nese vlnení, které se šírí
podél nehomogenity. Vlnení, která se šírí jinými smery, jsou energeticky chudší a nebo se vubec nevyvinou. Nehomogenita tedy pusobí
jako smerový prvek, který vede vlnení žádaným smerem, do žádaného místa. Úmyslne využité nehomogenity s temito vlastnostmi jsou
vedení.Vedení se používá k prenosu signálu od nejnižších kmitoctu až
po stovky megahertzu. Vysokofrekvencnívedení k tomuto úcelu urcené musí mít takové provedení a parametry, aby prenos probíhal
s minimálními ztrátami a bezrušivého vyzarování. Ve vysokofrekvencní technice se setkáváme s temito typy vedení:
jednodrátové vedení,
dvoulinka,
koaxiální kabel,
vlnovody.
1.6.1 Elektromagnetické vlny na vedení
Vedení tvorí soubor vodicu, podél nichž se šírí elektromagnetické
vlny.Vyznacuje se malými prícnýmirozmery ve srovnání s podélnými.
Postupné elektromagnetické vlnenív prostoru vedení je prícné, tj. vlna
má prícnou (transverzální) elektrickou a magnetickou složku (prícná
elektromagnetická vlna - TEM).Vlnení TEM je zachováno jako pri
šírení volným prostorem, mení se pouze tvar elektrických a magnetických silocar.
Predstavme si, že máme, napr. dvouvodicové homogenní vedení (tj.
takové, které nemení své vlastnostiv podélném smeru) nekonecne dlouhé. Tudíž vlny, které vybudíme na zacátku vedení, se šírí do nekonecna podél vedení, pricemž na vedení nejsou složky vln vzniklé po odrazu, a tedy neexistuje interference vln. Je-li kmitocet velmi vysoký,
nedostanou se silocáry vyvolanénapr. maximem napetí zdroje príliš
daleko a již napetí zdroje zmení svojipolaritu. Pritom vznikne u zdroje druhá skupina silocar, presne stejných jako jsou predešlé, ale opacného smeru. Druhou skupinu bude vzápetí následovat další skupina
silocar, totožná s první skupinou, pak bude následovat ctvrtá skupina, totožná s druhou, atd., až se docílí rovnovážného stavu. Protože
elektrické silocáry jsou v pohybu, musíme predpokládat, že jsou doprovázeny magnetickými silocarami.
Vzdálenost mezi dvema následujícími body stejné elektrické fáze
na vlne se oznacuje jako vlnová délka A. Jak víme, je rychlost šírení
24
v závislá na fyzikálních vlastnostech prostredí, ve kterém jsou vodice
uloženy. Pro prostredí charakterizované permitivitou E a relativní
permeabilitou !fr je rychlost šírení dána vztahem:
r
c
v = -..jEr·J.1r
r::-::-
[msl, msl, -, o].
(1-5)
Praktická vedení vykazují proti šírení vln urcitý odpor, ríkáme, že
vedení má útlum a. Tento útlum je vztažen na jednotku délky
[dB.m-I]. Tento útlum je vyvolán jednak ztrátovým odporem materiálu vodicu, jednak ztrátami v prostredí, které vedení obklopuje. Amplituda obou složek elektromagnetického pole se pak zmenšuje se vzdáleností od pocátku vedení. Pri nízkých kmitoctech jsou ztráty ve vodicích hlavní prícinou útlumu. Na vysokých kmitoctech nabývají tyto
ztráty na významu a k nim se pridávají i ztráty prostredí, které vedení obklopuje a kam zasahuje i pole kolem vodicu. Ztráty v okolním
prostredí se zejména projevují tam, kde vedení je podepreno izolátory
nebo vodice jsou obklopeny dielektrikem (napr. koaxiální kabel). Existují též ztráty zpusobené tím, že silocáry pole se rozptylují do okolí
vedení, tzn., že vedení vyzaruje (dvoulinka).
Nekonecné vedení nelze však v praxi realizovat, nicméne existují
zpusoby, jak se mu maximálne priblížit. Obecne, rezistor pripojený
napríc na konci krátkého vedení absorbuje cást energie postupující
podél vedení a odráží zbytek. Jestliže je odpor rezistoru velmi veliký
nebo velmi malý, je odražený výkon podstatný. Vhodným výberem
velikosti odporu je však možné zmenšit odražený výkon na minimum.
V ideálním prípade je pricházející energie zcela absorbována. Tehdy
docílíme stejných podmínek jako na nekonecne dlouhém vedení. Takový odpor, kterým lze nahradit nekonecne dlouhé vedení, je znám
jako charakteristická impedance neboli vlnový odpor Zovedení. Tato
velicina je závislána vlastnostech prostredí mezi vodici vedení a v jejich
okolí. O vedení, které je zakonceno charakteristickou impedancí, ríkáme, že je impedancne prizpusobené.
Parametry a základní rovnice homogenního vedení
Element vedení mužeme popsat náhradním schématem v podobe
ctyrpólu složeného z pasivních prvku. Musíme si však uvedomit, že
toto náhradní schéma se vztahuje pouze na délkovou jednotku vedení
- elementární úsek (obr. 1.12). Vedení je potom možné nahradit obecne nekonecným poctem techto ctyi-pólu (zapojením nekonecného poctu elementárních rezistoru, induktoru a kapacitoru).
25
Jelikož však v teorii casto pracujeme s pojmem ideální bezztrátové
vedení, pak R = G = O
x
Obr. 1.12 Náhradní schéma úseku vysokofrekvencního
s charakter. parametry
vedení
Na obr. 1.12 je elementární úsek dvojvodicovéhohomogenního vedení délky ~x. Jeho vstupní napetí u(x,t) a proud i(x,t) se obecne liší
odvýstupního napetí u(x + ~x,t) a proudu i(x + ~x,t). Rozdíl vstupní a
výstupní energie, tj. [u(x,t)i(x,t) - u(x + ~x,t)i(x + ~x,t)] ~t, je roven
energii elektrického a magnetického pole vytvoreného mezi vodici a
energii promenené v teplo ve vodicícha v nedokonale izolujícím prostredí mezivodici. Energii elektrického polesi mužeme predstavit jako
energii elementárního kapacitoru s kapacitou ~C, tj. /),.We = ~C.u2/2,
energii magnetického pole jako energii elementárního induktoru
s indukcností ~L, tj. ~ W = ~L.i2/2a energii premenenou v teplo jako
energii dvou elementárnkh rezistoru, jednoho s odporem ~R a druhéZ techto elementárních
ho s vodivostí ~G, tj. ~ Wt= (~Ri2 +L1Gu2)L1t.
prvku mužeme vytvorit náhradní zapojení elementárního úseku vedení tak, aby vykazovalo stejnou energetickou bilanci.
Pro vyjádrení parametru techto prvku je úcelné zavést tzv. pomerné parametry udávající kapacitu, indukcnost, odpor a vodivost na jednotku délky.Obvykle se znací stejnými symbolyjako kapacita, indukcnost, odpor a vodivost v obvodech, zde však mají jiné rozmery. Tyto
parametry se oznacují jako primární nebo charakteristické.
Pomocí techto charakteristických parametru mužeme definovat
charakteristickou
(vlnovou)
impedanci vedení
=
R + jmL
G + jme
[Q,Q, rad/s, H, S, F] ,
L - indukcnost na jednotku délky [H.km-I],
G - vodivost na jednotku délky [S.km-I],
C - kapacita na jednotku délky [F.km-I].
26
Neprizpusobené
vedení
Prímá vlna postupující k záteži Rzse na konci odráží obecne s ruznou
fází a amplitudou a jako vlna odražená postupuje zpet. Pomerem okamžité hodnoty napetí nebo proudu vlny odražené Dz a puvodní vlny
Up postupující je urcen cinitel odrazu O. Obecne je to císlo komplexní,
udává se jen jeho absolutní hodnota 101 = Uz/Up' Je to císlo vždy menší než jedna. Odražená vlna se skládá s vlnou postupující a vytvorí
s ní stojaté vlnení. Na vedení vzniknou maxima a minima proudu a
napetí. Na konci je vždy maximum napetí a minimum proudu, je-li
zatežovací odpor Rz > Zo' a naopak minimum napetí a maximum proudu pri Rz < ZOoVzdálenosti dvou sousedních maxim (popr. minim) stojatého vlnení odpovídá polovina délky vlny J",/2 násobená cinitelem
zkrácení daného vedení.
Pomer maxima a minima je cinitel stojatého vlnení, zvaný pomer
stojatých vln PSv.
psv= Umax fUmm = o
(1-7)
ZD.
Tento cinitel se rovná cin~telineprizpusobení o = RiZo pro Rz> Zo
nebo o = Zo/Rzpro Rz < ZOo Cinitel stojatého vlnení je vždy vetší než
jedna.
kde R - odpor na jednotku délky [Q.km-I],
za
=.f§ ;jedná
se o homogenní vedení.
Význam vlnové impedance spocívá v tom, že na konci vedení, kde je
pripojen spotrebic se vstupní impedancí rovné vlnové (charakteristické) impedanci vedení, nedochází k odrazum a veškerá energie šírícího
se signálu je záteží pohlcena. Není-li toto splneno, cást signálu se na
konci vedení odráží a vrací se zpet ke zdroji. Skládáním odraženého a
pricházejícího signálu vznikají nežádoucí jevy jako napr. stojatá napetová vlna, která pak brání pruniku dalších vln.
Za
(1-6)
Poznámka: Je samozrejmé, že pro maximální prenos na vedení
musí být splnena podmínka vlnové impedance nejen výstupu vedení,
ale i jeho vstupu.
27
u
Ul
U2
x
Obr. 1.13 Vliv útlumu
•
vedení na postupující vlnové celo
Druhým duležitým parametrem vysokofrekvencního vlnení je
útlum oe vyjádren 20 logaritmy z velikosti pomeru fázoru napetí). Na
obr. 1.13 vidíme, že se amplituda postupné vlny napetí Ul pri šírení
vedením postupne zmenšuje, a to exponenciální závislostí na velikost
U2 na konci prizpusobeného
vedení. Útlum vyjádrený logaritmem napetového pomeru je tedy
A = 20 log U/U2 [dB, V, V].
(1-8)
Je úmerný délce a udává se pro jednotkovou délku, v praxi obvykle
pro 100 m. Prícinou útlumu jsou energetické ztráty ve vodicích, v dielektriku a ztráty vyzarováním. Útlum se zvetšuje s frekvencí, proto je
treba pri širokopásmových rozvodech kompenzovat frekvencní závislost útlumu ve vedení. Útlum se mení i s teplotou, a to vyžaduje pri
delších rozvodech kompenzaci.
až muže vzniknout složením postupující a odražené vlny stojaté vlnení, které brání pruchodu dalších vln.
Odražená vlna na vedení nevzniká jen tehdy, když:
• vedení je nekonecne dlouhé
vedení je zakoncené charakteristickou
impedancí
Vf vedení zakoncené jistou impedancí se muže na svých výstupních
svorkách chovat ctyrmi zpusoby: bud jako kapacita, indukcnost, nebo
jako sériový, respektive paralelní rezonancní obvod.
1) Vedení je zakoncené charakteristickou impedancí
Zz = Za
Na vedení vzniká jen postupné vlnení.
2) Vedení nakrátko; Zz = O
Toto zkratované vedení není prizpusobené. Zkratem na konci vedení prochází maximální proud a napetí v tomto bode je nulové. Na konci vedení je tudíž kmitna proudu a uzel napetí. Celá postupná vlna se
odrazí, vzniká stojaté vlnení napetí a proudu.
Uzavreným obvodem tece proud, proudová vlna v míste zkratu nemení svou fázi a odráží se se stejnou fází. Odražená vlna napetí mení
svoji fázi na konci vedení.
Prubeh vstupní impedance si popíšeme pro vedení ruzné délky, která jsou znázornena na obr. 1.14.
I
[-z~-------z-----;
z.
R=O,G=o'
IR,=O
1.6.2Vstupní impedance vedení
Nyní si probereme prípady, které jsou v konstrukcní praxi velmi
casté, pri nichž na vedení vzniká odraz energie. V techto prípadech je
tedy vedení zakonceno jinou než charakteristickou impedancí, nebo
kdy jsou na vedení diskontinuity zpusobené impedancí zapojenou do
série s jedním nebo obema vodici nebo impedancí zapojenou napríc
mezi vodici, vznikají odrazy. Na vyšších kmitoctech vznikají též odrazy tam, kde se rozmery vedení mení skokem.
Když pripojíme na vstup vedení zdroj vf energie, vedení prenáší
výkon do zatežovací impedance ZZ' Na vedení vzniká proudová a napetová vlna, která postupuje od zacátku vedení na jeho konec. Když
dosáhne postupující vlna konec vedení a zatežovací impedance není
shodná s charakteristickou
impedancí, vlnení se odrazí od konce vedení a postupuje zpet na zacátek. Odrazy na vedení zpusobují rušení,
28
Obr. 1.14 Vysokofrekvencní
vedení spojené nakrátko
29
Je-li vedení nakrátko kratší než ,1,/4, má vstupní impedance charakter indukcnosti, pro vedení délky ,1,/4 má napetí na vstupu kmitnu
a proud uzel - vedení se chová jako paralelní rezonancní obvod (má
nekonecný odpor). Pro vedení v rozmezí délky ílJ4 až A/2 má vstupní
impedance kapacitní charakter. Pro vedení délky))2 má napetí na
vstupu uzel a proud kmitnu. Takové vedení se chová jako kvalitní
sériovýrezonancní obvod (predstavuje zkrat). Je zrejmé, že impedance vedení ,1,/2 je stejná na vstupu jako na výstupu. Velikost a fáze impedance se po úsecích A/2 opakují.
3) Vedení naprázdno;
Zz
~
00
Na vedení vznikne stojaté vlnení, ale s tím rozdílem, že na konci
vedení netece proud.
Na konci tohoto vedení se vytvorí uzel proudu a kmitna napetí.
Napetová vlna se odráží ve fázi a je postupná. Proudová vlna je
v protifázi.
I
r-z;---~;--'
z.
R=O, G=O'
1 R,=CO
1,=0
vstupu nekonecný odpor (paralelní rezonancní obvod). Po délkách A/2
se opet velikost i fáze impedance opakují.
4) Vedení je zakoncené impedancí
Zz
f:.
Zo
Stav tohoto druhu vedení je komplikovaný, protože vzniká postupná a odražená vlna se všeobecným fázovým posuvem. Charakter vlnení závisí na pomeru Zz a ZOo
Techto všech skutecností se využívá ve sdelovací technice pro realizaci rezonancních obvodu pro velmi vysoké frekvence. Zejména se využívá vedení v tzv. mezních stavech, vf vedení naprázdno a nakrátko.
Vedení naprázdno je na konci rozpojeno a jeho zatežovací impedance
je nekonecná. Vedení nakrátko má oba vodice na konci zkratovány,
zatežovacÍ impedance je nulová. Podle toho, jaký je pomer délky vedení vuci hodnote 2/4 nebo 2/2, se dosahuje jeho ruzné chování. Casto
využívanou okolností je, že vedení nakrátko A/4 má nekonecný vstupní odpor.
Rezonancní vlastnosti krátkých úseku vedení lze používat k impedancnímu prizpusobení, transformaci a symetrizaci mezi ruznými
úseky prenosové cesty. Tento zpusob se využívá zejména na kratších
vlnových délkách, kde zhotovení ruzne dlouhých úseku vedení není
obtížné, kdežto výroba soucástek se soustredenými parametry je obtížná.
1.6.3 Typy vf vedení a jejich vlastnosti
Obr. 1.15 Vysokofrekvencní
vedení naprázdno
Vstupní impedance jakožto pomer napetí a proudu má pro vedení
kratší než ,1,/4 kapacitní charakter. Pro délku 2/4 se vedení chová jako
zkrat (cilisériový rezonancní obvod).Mezidélkami 2/4 a 2/2 má vstupní impedance charakter indukcnosti a pri vedení dlouhém A/2 je na
30
Vedení rozdelujeme na soumerná a nesoumerná vzhledem k zemi.
Príkladem soumerného vedení mohou být dve žíly v kabelu, stocené
do páru, nebo dvouvodic(dvoulinka). Rozložení takového elektromagnetického pole soumerného vedení je na obr. 1.16b. Tato soumerná
vedení se v jednom kabelu vzájemne ovlivnují svými elektrickými
a magnetickými poli. Tyto nežádoucí vazby lze do urcité míry zmenšit
vhodnou konstrukcí vícepárových kabelu a zpusobem montáže výrobních délek. Toto soumerné vedení se používá u analogových prenosu
rádove stovek kilohertzu.
Pri presném souosém umístení obou vodicu u nesoumerného vedení (koaxiální kabel) je vnejší elektromagnetické pole nulové, takže se
energie šírí pouze uvnitr koaxiálního páru. Tento druh vedení muže
proto prenášet i vysoké kmitocty s menšími ztrátami, menším vyzarováním a s vetší odolností vuci rušivým vlivum ve srovnání se soumerným vedením.
31
a) Jednodrátové vedení
Nesetkáváme se s ním na nízkých kmitoctech,kde nemá dobré vlastnosti. Naopak se používá pri vedení vysokýchkmitoctu, a to bud jako
vodivýdrát nebo dielektrický drát. Víme, že se vlnení šírí podél drátu
v okolním prostredí. Proto jsou kladeny urcité nároky na volný prostor kolem vodice. Tyto nároky lze zmírnit tím, že se vodic pokryje
dielektrickou vrstvou (pozor - termín "izolace"zde není na míste!).
Stejne jako ve vlnovodech i na vodivém drátu existuje možnost vzniku
nekonecne mnoha vidu šírení (vlny ve vlnovodu se mohou šírit jen
zcela urcitými "zpusoby", kterým ríkáme vidynebo mody). Jednotlivé
vidy se neliší kvalitativní podstatou, ale rozloženímintenzit polí, fázovourychlostí a útlumem. Každý vid má svoukritickou (mezní) frekvenci. Šírení je možné jen na kmitoctech vetších než je kmitocet kritický. Prakticky se však využívá pouze jeden, tzv.dominantní vid. Jako
dominantní vid (také hlavní vid, hlavní vlna) se nazývá vid, který má
fázovourychlost blízkou rychlosti svetla (c),tj. fázové rychlosti rovinné vlny v neomezeném okolním prostredí, a který má malý útlum.
Dielektrický drát se ojedinele uplatnuje na rádiových kmitoctech
jako prvek se sníženou fázovou rychlostí. Bežnese však používá jako
svetlovodv oblasti optických kmitoctu.
Poznámka: V oblasti nižších kmitoctu se muže použít i dvoudrátové vedení - Lecherovo vedení. Jelikož se však casto nepoužívají, nebudu se jimi zabývat.
b) Dvoulinka
Jedná se o soustavu dvou vodicu, jejich vzdálenostje vymezena izolací (napr. penový polyetylén) (obr. 1.16). Silocáryobou polí vystupují
doprostoru mimovedení, címž jsou zpusobenyelektroenergetické ztráty. Stejne tak mohou pronikat do vodice vnejší rušivá pole a šírit se
k prijímaci. Z toho duvodu se pri svodu signálu napr. z antény musí
vést tento typ vf vedení v urcité vzdálenosti odpovrchu kovových predmetu. Charakteristická impedance tohoto vedeníje 300 Q.
Poznámka: V dnešní dobe se již tento druh svodu od antén k televiznímu prijímaci nepoužívá. Príjem televizního signálu je rešen jiným zpusobem- viz. kapitola 1.7.4. Dríve se však našli takoví "domácí" montéri-kutilové, kterí tyto svody v rodinných domcích vedli deštovými okapy a pak se nestacili divit nad "promenlivostí" príjmu.
Elektrická
složka
a)
~~
__ ~)::
b)
::4~
=:l= ~
'+
c)
::t)
~
~
Magnetická
složka H
d)
Obr. 1.16 Dvoulinka: a) tubulární, b) plochá,
dielektrikem, d) rozložení elektromagnetického
magnetické vlny u dvoulinky
c) Koaxiální
c) oválná s penovým
pole prícné elektro-
kabel
Jedná se o nejcasteji používané vf vedení, které se používá k prenosu
vf signálu mezi jednotlivými zesilovacími stanicemi, k napájení anténních systému energií z televizního vysílace, atd. Toto vedení je tvoreno
stredovým vodicem, nejcastejivf-lankem, méne casteji drátkem na nemž
je pak izolace. Na této izolacije druhý vodic realizovaný ve vetšine prípadu pletivem drátku, méne casteji páskem. Na tom všem je pak ješte
jedna vrstva vnejší izolace.Silocáry obou polí jsou uzavreny v prostoru
mezi stredovým a zpetným vodicem, a proto je vyzarování koaxiálního
kabelu menší než u dvoulinky.Vetší je i odolnost vuci poruchám zvencí.
Jeho charakteristická impedance je 75 Q (obr. 1.17).
V soucasné dobe se tohoto vedení používá pri svodu televizního signálu z antény do televizního príjímace. Pri vzájemném spojování koaxiálního kabelu a dvoulinky se pro prizpusobení impedance musí
použít impedacní transformátor.
stredovÝ
vodi~
b)
a)
Obr.
1.17 Koaxiální kabel: a) usporádání vrstev v kabelu,
b) rozložení elektromagnetického
32
(~
pole.
33
d) Vlnovody
Jedná se o vysokofrekvencní vedení používané v oblasti velmi vysokých frekvencí (100 MHz až 100 GHz) a velkých prenášených výkonu
(napr. z koncového stupne vysílace do antény). Jedná se o rourovité
dutiny kruhového, ctvercového nebo trojúhelníkového prurezu, jejichž
steny jsou elektricky výborne vodivé (mohou být uvnitr postríbreny
nebo vylešteny), takže se od nich elektromagnetické vlny úplne odrážejí.
Elektromagnetické vlny se budí (u vysílací antény) ve vlnovodu
pomocí dipólu nebo budicí smycky. Vznikají lineárne polarizované vlny,
které se odrážejí od sten vlnovodu a vytvárejí s puvodním dopadajícím vlnením místa uzlu a kmiten pro elektrickou složku E (obr. 1.18),
jejichž rozložení urcuje mód neboli vid prenosu. Vytvorený vid závisí
na zpusobu buzení elektromagnetických
vln ve vlnovodu a na frekvenci vlnení. Uvnitr vlnovodu, kde se šírí vlnení, je nejcasteji vzduch.
Není to však podmínkou, muže tam být i ruzné dielektrikum.
odrazná stena
! rozloženf E
i v prurezu
11
budícl
v prícném smeru (kolmo k ose vlnovodu) a postupné vlnení ve smeru
osy vlnovodu.
Protože puvodní rovinná vlna (TEM) se šírí šikmo vuci ose vlnovodu, není prícne elektromagnetická vuci ose vlnovodu. Bud vektor E
nebo vektor H mají nenulovou složku ve smeru osy vlnovodu. Tato
skutecnost se casto formuluje tak, že ve vlnovodu se mohou šírit vlny
TE (prícne elektrické) nebo TM (prícne magnetické), nikoliv však vlny
TEM; za "smer šírení" v této formulaci se považuje smer osy vlnovodu.
Správne impedancne zakoncený vlnovod prenáší elektromagnetickou energii rychlostí, která je menší, než je rychlost šírení elektromagnetických vln ve volném prostoru. Tato rychlost se nazývá skupinová nebo signálová rychlost (v). Protože puvodní rovinná vlna se šírí
fázovou rychlostí c šikmo vuci ~se vlnovodu, je její fázová rychlost ve
smeru osy vlnovodu vetší než rychlost c (za predpokladu,
že uvnitr
vlnovodu je prostredí fo. #0) V prípade, že je ve vlnovodu dielektrikum
s permitivitou f :;t: fo pak musíme fázovou rychlost c nahradit fázovou
rychlostí vf' pro kterou platí
c
kmitny
vf=
/
'r:-
(musí však platit, že
'\Jfr
dipól
kmltny
\"
1..0
"&:
0'"
to",:;
<P6
..0'0
uzly
/
~'~i
'?~'i/ ,//
t-&
<$J
> 1).
(1-9)
"
Tato skutecnost se obvykle formuluje tak, že fázová rychlost šírení
Vfve vlnovodu je vetší než rychlost c, a tudíž i vlnová délka ve vlnovodu je vetší než vlnová délka Ao ve volném prostoru pri stejném kmitoctu (opet oznacením "ve vlnovodu" se myslí "ve smeru osy vlnovodu").
/
~_~_délka
't \:~
'"
o
vlny-.!~_~lnovodu
Av>
W///////////-{~/////&/~
11,0
odrazová
()"'~'~
~'2-
Obr. 1.18 Vznik EMV s délkou vlny ve vlnovodu následkem úplných
odrazu od sten
Le/
,J
Vs
Jak je to se šírením vln vlnovodem? Základní poznatky o šírení vln
vlnovodem mužeme získat z predstavy, že vlnení se šírí strídavými
odrazy od dvou protilehlých sten. Podle této predstavy vstupuje do
vlnovodu rovinná TEM vlna, která se šírí fázovou rychlostí c šikmo
vuci ose vlnovodu. Dopadá napr. na spodní stenu, odráží se, šírí se
šikmo nahoru, odráží se od horní steny, atd. Interferencí vln šírících
se šikmo dolu a šikmo nahoru vzniká uvnitr ryzí stojaté vlnení
34
fr
uzly
stena
I
Vf
Obr. 1.19 Rychlosti šírení ve vlnovodu (c - rychlost ve volném prostoru, Vs - skupinová rychlost, Vf - fázová rychlost)
Puvodní rovinná vlna vlnovodu se nemuže šírit libovolne šikmo. To
plyne z toho, že po každém druhém odrazu (napr. po každém lichém
nebo každém sudém) má puvodní vlna stejný smer a všechny vlny
35
šírící se stejným smerem musí být jedinou vlnou, musí mít spolecné
vlnoplochy. Vlny ve vlnovodu se tedy mohou šírit jen zcela urcitými
"zpusoby", kterým se ríká vidy nebo módy.Jednotlivé vidy se sice neliší kvalitativní podstatou, ale rozložením intenzit polí a tím, že dané
veliciny jsou pro jednotlivé vidy ruzné.
Smer šírení puvodní rovinné vlny pro daný vid závisí také na frekvenci vlnení. Címje frekvence menší, tím šikmejší (strmejší) je smer
šírení (viz obr. 1.20- úhel1jJ ~ O,úhel v ~ 90°). Pri jisté relativne dost
nízké frekvencije podmínka návaznosti vlnoplochsplnena až pri smeru v = 90°. Na tomto kmitoctu se již vlna ve smeru osy vlnovodu nešírí, nýbrž jen kmitá mezi protilehlými stenami. Tento kmitocet se nazývá kritický nebo mezní kmitocet vlnovodu. Je tedy zrejmé, že vlnovod je použitelnýjen pro kmitocty vyšší, než je kmitocet mezní. Mezní
kmitocet je pro každý vid jiný.
Poznámka: Zvýšíme-li znacne polomer trubky souosého vedení,
zbude pouze vnitrní vodic,který muže též pracovat jako vlnovod. Vznikne jednovodicové vedení, kolem kterého se mohou šírit pouze TM vlny.
Elektromagnetické pole zasahuje do pomerne znacné vzdálenosti, protože není omezeno vodivýmprostredím. Cástecné koncentrace pole se
dosáhne povlakem vodicevrstvou vhodného dielektrika - vznikne tzv.
Goubauovo vedení. U tohoto druhu vlnovodu je však prenos energie
ovlivnován odrazy na kovových i nekovových prekážkách v bližším
okolí. S rostoucím kmitoctem se elektromagnetická energie stále více
soustreduje do dielektrické vrstvy.
~~
c===?
t~
gJfEZ
B~
.JfEZ.
"
E~X
E12
E.
>.
t
=
Ex
-x
a)m~ÓdY~,(~~,
H01
En
E21
E
_ .
~H'~H'
H02
w~.
I
HlO
E,
__
••
~
E,
Q::![HH'
H
""
Obr. 1.20 Šírení vln ve vlnovodu
Obr. 1.21 Módy v obdélníkových vlnovodech: a) E, b) H.
Podle toho, která se složek E nebo H vlnení má svou dílcí složku ve
smeru osy (tj. osy vlnovodu), rozeznáváme ve vlnovodu vlny E (elektrické pole má složkuEz ve smeru osy z) a vlny H (magnetické pole má
složku Hz).
Vlny E oznacujemejinak také jako prícne (transversálne) magnetické TM, nebot v prurezu vlnovodu, tj. rovine kolmé na jeho podélnou
osu, probíhají jeho složky Hx a Hy magnetických silocar (obr. 1.21a).
Vlny H se též nazývají prícne elektrické TE, protože elektrické silokrivky
1.21b). mají své složky Ex nebo Ey v rovine prurezu vlnovodu (obr.
Tyto módy vln E a H se oznacují dvema indexy.První indexové písmeno udává pocetmaxim (kmiten) nebo minim (uzlu) v rovine prurezu vlnovodu, a to ve smeru x. Druhý index je pro totéž oznacení ve
smeru osy y. Nejobvyklejší módy pro obdélníkový prurez v praxi jsou
HlO a Ell'
36
n
..
OHO~(\
·v
MEz
EI1
Y
E
b) mÓdy H(TE)
OO
OH
O ~aHa
lQQ(JfEZ
Jf Ez
E,
Ex
H'~H.
H
1.7 Antény
Nejprve se podíváme do historie. Ten, kdo predpokládá, že historie
antén zacíná s historií rádia, se mýlí. Už v roce 1842 zpozoroval vynálezce drátového telegrafu J. Henry, že pri preskoku jiskry vznikl
v paralelním obvodu umísteném v jiné místnosti proud, který vychýlil magnetku. Na konci svislého vodice nataženého ze strechy také
registroval vzdálené bourkové výboje. Jiskry vznikající v blízkosti
telegrafního vedení se mu podarilo zaznamenat pomocí magnetky a
cívky postupne až na vzdálenost 800 m. Z podobnosti se svetelnými
jiskrami vykresanými pazourkem usoudil, že se jedná o srovnatelný
jev, tj. že prícinou jsou stejné vlny jako vlny svetelné, takže vlastne
objevil elektromagnetické vlny.
Elektromagnetické vlny zacal systematicky budit, vysílat a prijímat až teprve H. Hertz v roce 1887. Jako vysílace použil dipólovou
anténu z medenéhovodice, na jehož koncích upevnil kovovékoule. Jiskrovým výbojemv mezere uprostred anténu budil. Rezonancní kmitocet antény byl 53,5 MHz. Pro príjem použil obdélníkovoujednozávitovou cívku s jiskrištem uprostred jedné strany. Slabý výboj v jiskrišti,
pozorovaný v zatemnené místnosti, predstavoval príjem. Tímto jednoduchým zarízenímoveril teoretické práce J. C.Maxwellaucinené dríve
a položil tak experiment. základy praktického rádiovéhovysílaní.
Je pozoruhodné, že první Hertzova symetrická anténa, která byla
mnohem kratší než délka vlny, je považována za významnou dodnes.
Pod názvem Hertzuv elementární dipól, cožje vzhledem k vlnové délce velmi krátký dipól s konstantním rozložením proudu, se bežne používá pri teoretických výpoctech zárení antén.
o prostorový diagram, mužeme ho nahradit rezy ve významných rovinách, napr. ve vertikální a horizontální rovine. Na obr. 1.22 je smerový vyzarovací diagram dipólu. Z neho lze vycíst, že horizontální
vyzarovací diagram, znázornený cárkove, vyjadruje, že v tomto smeru je dipól všesmerový, kdežto vertikální vyzarovací diagram má dve
výrazná maxima.
Smerová vyzarovací charakteristika antény udává úhlové rozložení intenzity jejího elektrického pole. Podobne lze u antén zjištovat
i úhlové rozložení vyzarovaného výkonu, címž lze získat výkonovou
smerovou charakteristiku antény.
c) Cinitel zpetného príjmu (zvaný predo-zadní pomer) - vyjadruje
základní smerovost antény tím, že udává pomer napetí získaného
v prímém smeru maximálního príjmu vzhledem k napetí prijatému
z opacného smeru. Udává se výrazem
Anténa je cást vysokofrekvencního vedení upravená tak, aby úcinne vyzarovala vysokofrekvencní energii do prostoru - v prípade vysílací antény - neboúcinne zachytila pricházející elektromagnetické vlnení - v prípade prijímací antény.
Základní
B = 20 log U max/U
vlastnosti antén
a) Vstupní impedance - je to pomer napetí a proudu v napájecím
bode antény. Jedná se o komplexní císlo. Pro prenos energie je však
nejúcinnejší, má-li pouze reálnou složku. Tonastane v prípade, má-li
anténa rezonancní délku rovnu vedení naprázdno. Vstupní impedance antény a impedance napájece se musí navzájem prizpusobit.
b) Smerový vyzarovací diagram - je jím vyjádrena ta skutecnost, že
anténa nevyzaruje energii do všech smeru stejne. Jelikož se jedná
/
,/
/
/
/
..- --
i
[dB].
(1-10)
d) Cinitel smerovosti antény S - S = PnlPv, kde Pn je vyzárený
výkon normálové antény a Pv je vyzárený výkon merené antény
v urcitém bode kulové plochy,v kterém se vytvárí stejné elektromagnetické pole.
'I'
I
,I;>-
"
;,
900
e) Zisk antény - udává se pro smerové anténní soustavy a urcuje,
kolikrát vetší výkon je treba dodat do pulvlnového dipólu, aby v míste
príjmu byla stejná intenzita polejako u smer. antény. A = 20 log U1/U2 [dB].
to je OdB (viz kapitola 1.7.2).
Napr. pulvlný dipól má zisk
1-
f) Šírka prenášeného pásma - udává šírku prenášeného frekvencního pásma. U prijímacích antén pro TV se to udává pomocí kanálu .
CO
1800
4~
U1
180
U1
--
Základní
typy antén
Základem antén je elektrický dipól. Všimneme si rozložení proudu
a napetí na elektrickém dipólu.
ElektÝický dipól si lze približne predstavit jako vedení s otevreným
koncem. Na obou koncích dipólu bude pri rezonanci napetová kmitna
a proudový uzel stojatého vlnení podle príkladu na obr. 1.23.
2700
Obr. 1.22 Smerový vyzarovací diagram dipólu: 1) horizontální vyzarovací diagram, 2) vertikální vyzarouací diagram
38
39
•. I I •.
1= 'A/2
I~
'A
A/2
.,
.-. ....--..-......
......•..
I'"
I
=
Predpokladem predchozího bylo to, že se anténa nachází ve volném
prostoru se stejnorodým bezeztrátovým dielektrikem. V pozemských
podmínkách je to však nemožné, protože se antény budují na zemském povrchu nebo v urcité výšce nad ním. Umístíme-li tedy elektrický dipól v urcité výšce nad zemí, pusobí zemský povrch jako odrazová
plocha pro elektromagnetické
vlny (obr. 1.24). Odražený paprsek si
lze predstavit jako vycházející z pomyslného zrcadlového obrazu dipólu pod zemí. Výsledné elektromagnetické pole ve velké vzdálenosti je
složeno z prímého a odraženého paprsku. Tím se však ovlivní smerová charakteristika
antény. Na obr. 1.25 jsou znázorneny príklady vertikálních smerových charakteristik svislého pulvlnného dipólu pro ruzné výšky h. U vodorovného dipólu také nastává rozštepení smerových
charakteristik
do více laloku s rostoucí výškou h. Tvary charakteristik jsou však odlišné.
~I~
3'A./2
"I
/.
...... ·1
.•••.•••.•••.
..•..
/
...
..•..
.A.
3'A
/
'A
1= 3 'A./2
~
Obr. 1.23 Príklady rozložení proudu na ramenech vodorovných
dipólu s ruznou elektrickou délkou a odpovídající horizontální smerové charakteristice.
Vyzarování se zúcastní každý elementární
úsek dipólu, ovšem
s rozdílnou amplitudou a fází proudu. Casový a prostorový vektorový
soucet elektromagnetických polí od jednotlivých úseku v ruzných smerech pak vytvorí smerovou charakteristiku
dipólu. Z obr. 1.23 je patrné, že pocet laloku charakteristiky závisí na proudovém obložení dipólu - vhodnou volbou elektrické délky dipólu lze tedy ovlivnovat jeho
smerovou charakteristiku.
Obr. 1.24 Zrcadlový
obraz dipólu
40
~
h
= 0,3
'A.
~
h
= 0,5
'A.
~
h
= 0,75A.
1= 3 'A.
~
Obr. 1.25 Vertikální
výšce nad zemí
smerová charakteristika
h='A.
svislého dipólu v ruzné
1.7.1 Vysílací antény
Jsou konstrukcne velmi ruznorodé podle úcelu použití. Pracují obycejne s velkými výkony a velkými napetími.
a) Vysílací antény pro dlouhé a strední vlny
V rovine zemského povrchu, a to ve všech smerech, je snaha dosáhnout maxima vyzarovaní energie. Tomu vyhovují svislé vodice délky
A/4, odizolované
od zeme.
V principu jde o pulvlný dipól, u kterého je jedna polovina nahrazená zemí (obr. 1.25). Pro strední vlny se používají stožáry - výška antény vychází reálne. Pro dlouhé vlny je však treba délku antény umele
zkrátit kapacitním
nástavcem, který tvorí horní rozvinutou
cást
41
2. Elektroakustika
2.1 Základní pojmy
I
I,
{
!
,Ij
~
~
Obr.
1.58 Vertikální rozvod televizní spolecné antény
Své služby zacínají nabízet i spolecnosti prostrednictvím satelitního vysílání. Jednou z nich byla spolecnost UPC Direkt. Její nabídka
programu byla lákavá (krome základní nabídky - CTI, NOVA...detský program, atd., zde byly i nabídky nadstandardní - SPORT 1,
HBO ... ) ale bohuželcenyjsou dosti vysoké.
Akustika je odvetví fyziky,které se zabývá vznikem, šírením a pusobením zvuku ve frekvencním rozsahu, který je schopen zachytit
lidský sluch.
Elektroakustika - je oborem akustiky, který se zabývá vznikem, šírením a pusobením akustických signálu elektrickou cestou, jejich záznamem a reprodukcí.
Zvuk - je mechanické vlnení, které se muže šírit pomocí cástic pružného hmotného prostredí. Šírí se predáváním pohybové energie mezi
jednotlivými cásticemi. Tento kmitavý pohyb se šírí od místa vzniku
na všechny strany. Zvukem se prenáší energie, a proto je možné zvukový signál využívat i pro prenos informace.
Zvuková vlna - je postupné zhuštování a Úedování cástic šírící se
prostredím tuhým, kapalným i plynným urcitou rychlostí od zdroje
všemi smery.
Rychlost zvukové vlny - závisí na fyzikálním stavu okolí, tj. na teplote, tlaku a vlhkosti, ve kterém se šírí zvuk pri 20°C teploty vzduchu. Pro pevné látky nebo kapaliny jsou rychlosti ruzné (ve vzduchu
za normálních podmínek se zvuk šírí rychlostí asi 343 m.s·l).
Délka zvukové vlny - je to vzdálenost sousedních míst s maximálne
nebo minimálne zhuštenými cásticemi (obr. 2.1). Oznacuje se A. Pocet
zvukových vln za jednotku casu se nazývá frekvence zvuku f.
A
= v/f
lm, m.s·l ,Hz] ,
(2-1)
kde v je akustická rychlost v daném prostredí.
Akustický tlak - je to promenný tlak zpusobený šírením akustické
vlny v daném míste prostredí (udává se v Pa).
Akustická rychlost - je to rychlost kmitání cástic v prostredí okolo
své rovnovážné polohy (m.s·l).
Vlnoplocha - jsou to místa v prostoru, ve kterých mají kmitající
cástice stejnou fázi kmitání.
70
71
-O}---
Hudební tón - odpovídá mu periodické neharmonické kmitání.
Hlasitost (akustický tlak) - je subjektivní fyziologický pojem intenzity sluchového vjemu. Fyzikální veliciny ovlivnující hlasitost jsou
intenzita zvuku a kmitocet. Protože rozsah akustických tlaku, které
se v prírode vyskytují, je velký, udává se akustický tlak pomernou
logaritmickou velicinou nazývanou hladina akustického tlaku a oznacuje se L. Je dána vztahem
vlnoplochy
L = 2010gL
(2-2)
[dB, Pa],
po
\ zredení vzduchu
zhuštení vzduchu
kde
p - je velikost akustického tlaku,
je referencní akustický tlak (p = 2.105 Pa), který odpovídá
prahu citlivosti ucha pri 1000 Hz u dobre slyšící osoby.
Pro frekvenci 1 kHz se tato stupnice udávaná pro hladiny akustického tlaku v decibelech shoduje se stupnicí pro hladinu hlasitosti ve
phonech. Fletcher-Munsonovy
krivky stejné hlasitosti na obr. 2.2 znázornují, jak se liší pri ostatních kmitoctech hladina akustického tlaku
a hladina hlasitelnosti.
Po -
Obr. 2.1 Šírení zvukového rozruchu ve vzduchu
Akustické pole - rozeznáváme dva druhy:
kulové - zvukové vlny se šírí od bodového zdroje rovnomerne
všemi smery,
rovinné - za rovinné považujeme akustické pole v urcitém omezeném prostoru v tak velké vzdálenosti od zdroje zvuku, že mužeme vlnoplochy považovat za rovnobežné roviny.
Lidský sluch - vetšina lidí je schopná vnímat vlnení s frekvencí
približne od 16 Hz do 16 kHz. Stanovit presne tuto hranici je velmi
težké, nebot u každého cloveka je to individuální.
Na jedné strane
existují hudebne nadaní lidé, kterí mají tuto hranici posunutou nad
16 kHz - a nekterí z nich mají dokonce absolutní sluch Gakýkoliv tón
zahrajete - presne ho urcí), na druhé strane existují hudební antitalenti (sice mají normální sluch - ale písnicku zazpívají falešne. Nebereme pritom ovšem v úvahu lidi s poruchou sluchu). S rostoucím vekem horní hranice klesá a u starých lidí tato hranice klesne na hodnotu kolem13 kHz i níže (ocitne-li se však takový clovek v urcitém "rušivém prostredí", tj. s hlukem v pozadí - výmeníková stanice, tovární
hala, atd., zvedá se mu v tomto prostredí horní hranice, a tudíž muže
zde slyšet i ty poznámky, které již normálne neslyší). Vlnení pod frekvencí 16 Hz je infra zvuk, nad 20 kHz ultrazvuk.
Tón - je periodické neharmonické kmitání. Výška tónu je urcena
frekvencí první harmonické složky. Mení-li se akustická rychlost cástic prostredí sinusove, zní cistý tón..
Je-li casový prubeh akustické rychlosti periodický, avšak nesinusový, obsahuje tón vyšší harmonické složky, jejichž kmitocet a amplituda urcují barvu tónu. Pri neperiodickém kmitání cástic vzniká hluk.
72
~to-
---
~
---
~
----
----
hladina
--akustického
"----..{zo
tlaku [dB]
..
-----
Hladina
------
""
i-L-----=..___ 41)
__ I I
--? hlasitosti
[Ph] ___ o
120
110
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
o
3
4 56789102
3
4 5 678910'
3
4 5 6789104
f [Hz]--
Obr. 2.2 Krivky stejné hlasitosti
Poznámka: Hluk má všeobecne velký vliv na lidský organismus.
Nejedná se pritom pouze o diskotéky ci nocní podniky. Stací si vzít
príklad rušné ulice. Pro ulici je stanovena hranice hluku asi 50 dB.
Na rušné mestské ulici (tzv. tepne) je hodnota hluku za plného provozu až 85 dB. To má velmi špatný vliv na lidský organismus - nespavost, bolení hlavy, atd. Pri urcité intenzite zvuku,je slyšení doprovázeno bolestivým vjemem, se nazývá práh bolestivosti - hladina zvuku
73
je asi 120 dB pri kmitoctu 1 kHz. Pri prekrocení této hladiny muže
dojít k poškození sluchového ústrojí, a tím až ke ztráte sluchu.
1'Lo.
91
01. J
Pro lepší vytvorení predstavy o hladinách akustického tlaku si uvedeme príklady pro ruzné hluky, které nás obklopují:
• práh citlivosti ucha - odpovídá hladine akustického tlaku L = OdB,
• šum listí - 10 až 20 dB,
• tikání hodin - 20 až 30 dB,
• tichý rozhovor - 30 až 40 dB,
• normální rozhovor - 40 až 50 dB,
• hluk živé ulice - 50 až 60 dB,
• hlasité volání - 60 až 80 dB,
• klakson automobilu - 80 až 90 dB,
• pneumatické kladivo - 100 dB,
• práh bolestivosti - nazývají se tak hladiny akustického tlaku
L = 130 až 140 dB.
Poznámka:
Jsme v místnosti, kde jsou umísteny dva soustruhy.
Merením zjistíme, že pri chodu každý z techto soustruhu vydává hluk
odpovídající hladine 80 dB. Pustíme-li oba soustruhy soucasne, namerili bychom hluk odpovídající hladine 84 dB, tzn. že se hladiny hluku
vzájemne nescítají.
Intenzita zvuku I-udává tok zvukové energie jednotkovou plochou
kolmou na smer šírení zvuku za jednotku casu [W.m-2].
2.2 Vznik a druhy postupného vlnení
Kmitá-li nejaké teleso v prostredí, jehož cástice jsou spolu vázány,
prenáší se energie kmitajícího telesa i na okolní prostredí. Vznikne
pohyb, který nazýváme vlnení. Každá cástice prostredí pritom koná
kmitavý pohyb omezený na urcité okolí její rovnovážné polohy. Postupuje-li vlnení od místa rozruchu, jedná se o postupné vlnení.
Kmitavý pohyb cástic v prostredí se deje ruznými zpusoby vzhledem ke smeru šírení vlnení. Pokud má amplituda kmitání vhodný
smer se smerem šírení, jde o postupné podélné vlnení, je-li amplituda
kolmá ke smeru šírení, vzniká postupné prícné vlnení (obr. 2.3). Jednotlivé cástice hmoty jsou ve skutecnosti velmi blízko sebe (v mezích
vzájemného pusobení molekul) a jsou velmi malé. Vlastnosti prostre74
I
P?hy.b~ cástic
pn
pncném
vlnení
smery
kmitavého
a)
z rovnovážné
~VýChYlkY
'
CJ 1:, CJ'
6T Tg-0111Y
T
fo-
polohy
cástic
TI· o-prícné vinen'
1:,
O
I
zhušteni cástic
00 o o o o
smery kmitavého
pohybu cástic prí podélném vineni
c
I
oooooo~ooooo
podélné vlnení
zredení cástic
)
b)
Obr. 2.3 Vznik prícného
bJpodélné vlnení
a podélního vlnení: aj prícné vlnení,
dí rozhodují o tom, zda se mohou šírit vlny podélné nebo prícné, popr.
oba druhy postupných vln. Pokud vznikají pri posunutí jedné vrstvy
prostredí po druhé vrstve pružné síly snažící se o navrácení posunutých vrstev do puvodní polohy, muže vzniknout prícné vlnení. Prakticky jde pouze o prostredí z pevné látky. V kapalinách a plynech takové
síly neexistují (pri zanedbání vnitrního trení), proto se v techto prostredích prícné vlny nemohou šírit (výjimkou jsou hladiny kapalin,
kde se mohou šírit i prícné vlny). Vznikají-li pri stlacení a roztažení
prostredí pružné síly, mohou se v nem šírit podélné vlny. To se týká
pevného prostredí, kapalin i plynu. Napríklad ve vzduchu se muže
šírit zvuk podélným vlnením, v kapalinách také podélným vlnením,
v pevných telesech podélným i prícným vlnením.
2.3
Základní principy
v
•v o
elektroakustických menlCU
Elektroakustické
menice jsou zarízení, která nám premenují akustické signály prostrednictvím
mechanických prvku na elektrické signály (mikrofony) a naopak elektrické signály na akustické opet pomocí mechanických prvku (reproduktory).
Nyní si popíšeme fyzikální principy nekterých menicu. Mezi nejpoužívanejší menice patrí:
elektrodynamický
menic - jeho cinnost je založena na vzájem-
75
ném silovém p~f)obellí_magnetickéhopoletrvalého magnetu a magnetické"ho pole vznikajícího pruchodem proudu vodicem.
V_prípa.de1že tento Il1enicpracujejako elektroakustický prijímac,
prevádí se nejprve energie zvukové vlny na pohyb vodiceumísteného
v,magnetickém poli. V prímém vodici délky 1, který se pohybuje
v homogenním magnetickém poli rychlostí v kolmo ke smeru vektoru
magnetické indukce B i ke smeru vodice (obr. 2.4a - pravotocivá soustava), se indukuje napetí, pro které platí
u = B.l.v
[V,T, m, m.s-!].
(2-3)
V prípade, pracuje-li tento menic ve funkci elektroakustického vysílace, využívají se zde opet síly vznikající ve vodici, kterým prochází
proud-ákteiýje umísten v magnetickém poli. Na prímý vodicdélky 1,
který je umístený v homogenním magnetickém poli s indukcí B a který je kolmý k vektoru B (levotocivá soustava - viz obr. 2.4b), pusobí
síla, pro kterou platí vztah
I
F = B.i.l
[N, T, A, ml.
elektromagnetický
menic - využívá k premene elektrického signálu na akustický signál sil, které pusobí na pohyblivou cásti magnetického obvodu.
Pracuje-li tento menic jako akustický prijímac, využívá pri své cinnostI zmen magnetického toku zpusobených pohybem feromagnetické
kotvy vlivem zvukových vln.
Má-li magnetické pole v mezere šírky d mezi kotvou a pólovým nástavcem magnetu prurezu S indukci B, pak je velikost napetí indukovaného v cívce s N závity pri rychlosti pohybu kotvy v a zanedbatelne
malém rozkmitu kotvy proti šírce mezery, dána vztahem
N.B.S
u=-d
e
m2,
ml·
(2-5)
J>racuje-litakový elektromagnetický menic ve funkci akustického
vysílace, pak využívá síly, která vzniká v kotve pri pruchodu proudu
i závity budící cívky. Pro sílu platí vztah
F= N.B.S
(2-4)
.
-d--·1
t,
11
[V, -, T,
(2-6)
Touto silou F je tedy rozkmitávána membrána, která je pak vlastním zdrojem zvukové vlny.
z~
le
re
ke
tu
Vél
a)
hal
zde
ven
1
~fE
3--J:
j.\:E
~'
B
JE
b)
../
prícina
pusobení
L
B /B
s
.. i
vý, o
72
)----
JI
da
Ul
Obr. 2.4 Elektrodynamický menic: a) jako elektroakustický
b) jako elektroakustický vysílac
76
Obr. 2.5 Elektromagnetický
ty
.
[rek
tic p
s
prijímac,
menic
• elektrostatický menic - jedná se v podstate o kondenzátor, jehož
p~hY:b1ivaelektr()da je ovlivnována silou úmernou zmene intenzity
akustického pole .
Ve funkci prijímace využívá zmen napetí na kondenzátoru pri zmenách jeho kapacity a konstantním náboji, Posune-li se pohyblivá elektroda tohoto deskového kondenzátoru pusobením síly F pri dopadu
zvukovévlny o výchylku y, zmení se kapacita kondenzátoru o L\, C. Za
predpokladu, že casová konstanta obvodu RC (viz obr. 2.6a) je mnohem vetší než perioda zvukové vlny,nestací se náboj na kondenzátoru
v rytmu zvukových vln menit a musí se proto zmenit mezi jeho
77
elektrodami
napetí. Výstupní napetí u je tedy úmerné výchylce y
a stejnosmernému
predpetí Ua' a má za predpokladu, že Y « d velikost
Vo
(2-7)
[V, V, m, m]
Má stejnou velikost i pro jev obrácený (obr. 2.7b), kdy pusobením
elektrického pole dochází k deformaci krystalu. Vznikající síla F je
úmerná napetí u privedenému na polepy a je dána vztahem
F=k.u
u=-.y
d
Pracllje-li tento menic jako elektroakustický
vysílac (obr. 2.6b), využívá se síly elektrostatického pole, která pusobí na desky kondenzátoru s kapacitou C,Je-li signálové napetí u «U o' má promenlivá složka
síly, jejíž smer je závislý na polarite napetí u, velikost
Obl
F=
voe.u
d
(2-8)
[N, V, F, V ,m]
F
F
p
~
Obr. 2.7 Piezoelektrický
b) jako elektroakustický
A
~
menic: a) jako elektroakustický
vysílac
prijímac,
____pevná elektroda
02
Li
pribl
težkÉ
existl
02
ci-IIC
pohyblivá
"'-\--l>
elektroda
01
R
~u'Vy
16 kf
zahra
lenti (
reme
kemh
tu kolt
vém p
hala, a
zde sly
vencí 1
Tón
frekver
tic pros
Je-li
vÝ,obsE
da urcu.
72
I
lB~
u
Ua
ri"
• odporový menic - cinnost tohoto menice je založena na zmene
prechodového odporu mezi jednotlivými zrny uhlíkového prachu, která jsou v rytmu pusobícího akustického tlaku k sobe více ci méne stlacována. Tento druh menice (obr. 2.8) potrebuje pomocný zdroj stejnosmerného napetí a muže pracovat pouze jako elektroakustický
prijímac. Zmena odporu je úmerná akustickému tlaku, tedy výchylce membrány y.
Ua
Obr. 2.6. Elektrostatický menic: a) jako elektroakustický prijímac,
b) jako elektroakustický vysílac
.piezoelektrický menic - u ,tohoto menice zpusobí elektrický. signál privedený na krystaly vhodných materiálu (Seignettova sul,
BaTiOs aj.) jejich deformaci v rytmu elektriGkéhosignálu\ Deformací
krystalu akustickým signálem dochází k jevu opacnému a na plochách
krystalu vzniká elektrický signál.
Mechanickou deformací krystalu v nekteré z os x, y, z základního
krystalu vzniká na jejich stenách elektrický náboj úmerný pusobící
síle, a tudíž pri pružné deformaci i výchylce y (obr. 2.7a). Vzniká tak
piezoelektrický jev. Výstupní napetí odebírané z vodivých polepu vytvorených na stenách, na kterých vzniká náboj, je dáno vztahem
u=k.y,
kde k je konstanta závislá na materiálu
78
a rozmerech desticky.
(2-9)
i1R = k.y
Protéká-li obvodem konstantní proud, je výchylce
úmerné napetí, které na menici vzniká
membrány
y
u = k.y
~R
R
Ua
Obr. 2.8 Odporový menic
79
magnetostrikcní menice_ - u nich vzniká akustický signál deformací feromagnetické látky magnetickým polem, které vytvárí budicÍ
vinutí. U opacné premeny zpusobí akustický signál deformaci menice
a vznik elektrického napetÍ. Tento druh menice se používá u zarízení,
která pracují s ultrazvukem.
o ~
\ )
:/
citliyo~ti mikro:f9_:rJ,~
o "t?fI?,ero,!á,r;JvglJkteristika - udává~1iyjslost
l]lL.S.l1l.er,z!i._kteréhQ_~uirLzyukov:L.vlna.J Zakresluje se :'LI2Qlárll.ích
oouradniciGh a její tvar je závislý na druhu mikrofonu a frekvenci zvuku
(obr. 2.10).
I
---
f = 1 kHz
2.4. Mikrofo,ny__
o
Jsou to ~arízení, která transformují
cásti energie z okQJ!l~h()~kus.tkkéh.o_p-Qle nejprve Il?:J!l~9h~~i_~kQu ene.xgii .a..nillum.J1J:!~lekt;rickou
energii. Slouží t~dy k_~_~nim~:níakustick_~.hQ..§ig.nál~Jzygkl,l2JarozhocÍ"l.ijísvymi vlastnostmi o kvalite zaznamenávaného nebo prenášeného signálu.
o
2.4.1. ~_~kI!l~~L'y!~~!!!Q~JLmjkrQfonu
Obr. 2:
Akr.
Lids.
približr
težké, ]
existují
16 kHz
zahrajei
lenti (si<
reme pr
kemhor.
tu kolem
vém prOi
hala, atd
zde slyše
vencí 16
Tón -.
frekvencí
tic prostrI
Je-li ca:
vý,obsahl
da urcují
Znalost vlastností ruzných typu mikrofonu je potrebná ke kvalitnímu snímání zvukového signálu. Proto si nekteré základní vlastnosti
popíšeme.
1)o citlivost - udává s~_2()_lI!~:rrr:3.petína svorkáchmikroíonukakllS_:
tickém!Ltlak1!, který napetí zpusobil. Závisí na smeru dopadu
akustického vlnení a na frekvenci. Udává se pro frekvenci 1 kHz.
[mV.Pal].
o
amplitudové1~I11.Lf()c~ovácharakteristika
- je ziÍy!s.lgsLvýstllpního napetí mikr~fonu na kn1ÍtoctÚ pristál~m budicím akustickém
tlaku. Místovýstuprimo napetí se nekdy udává hladina (úroven) napetí. Tato charakteristika ~~Ly~_~i!}.Qll.lldá_YiÍgraficky,;RozmezÍ,
ve kterém citlivost nepoklesne o více než 3 dB, se nazývá frekvencnLrozsah
(v tomto prípade rozsah snímaných frekvencí viz obr. 2.9).
A [dB]
o
"3
-
------==8-i-========-=~
I
I
I
II.-
!
f [kHz]
Obr. 2.9 Amplitudová kmitoctová
80
180"
a)
I
I O"
f = 1 kHz
180"
b)
180"
c)
Obr. 2.10 Základní typy smerových charakteristik mikrofonu
a) kulová
b) osmicková
c) kardioidní
o
__
lJTLftEr1:Ump~d.gl2<;e
- je to P9l!l~LYÝs.!llP_níh()_._11a.p,etí_ill:ik:ro.f
naprázdno ayýstllPpJho_proudunakrátko.i
Tato vlastnost je qtJJ!-lŽitá. .
pr.oJ)~_i.l?O),~~í
mikrofonu na...~esiI9Y:1C,
..
j
o_lliti?!lLgJ?,y,§tif,:l?Ý.tlak - jako mezní akustický tlak se ll<l?:v~,a.lms. tický tla.kc si~nlsovéhopr.tlbehu, pri kterém cinitel nelineárního zkresÍení výstupnili"o napetí mikrofonu neprekrocí predepsanou hodnotu.
(obvykle) %). Nelineární zkreslení je zpusobeno nelineárními vlastnostmi akustických a elektrických obvodu.
I
o
jmenovitá zatežovací impedance - je udávána výrobcem a urcuje, pri jaké ImpedanCi jsou prenoso~~~lastnosti
mikrofonu nejlepší.
I
72
O"
O"
charakteristika
mikrofonu
2.4.2 Rozdelení mikrofonu
Z elektroakustického
hlediska mužeme základní mikrofony rozdelit do skupin podle rádu derivace (gradiendu) akustického tlaku, kterému je úmerné výstupní napetí mikrofonu:
1. gradientní mikrofony nultého rádu - tlakové mikrofony - u nichž
je výstupní
napeti mikrofonu úmerné akustickému
tlaku, který
81
I
M
E
b)
a)
Obr. ~
E
M
M
Tento mikrofon má kulovou smerovou charakteristiku,
jeho frekvencní pásmo je omezeno pouze na frekvenci reci, tj. (300 - 3500) Hz.
Pro své malé rozmery a malou hmotnost se používá napríklad na akustické protézy (obr. 2.16).
5) piezoelektrické - základem je krystal z piezoelektrického
materiálu, který je pri deformaci vlivem zvukových vln zdrojem strídavého
napetí. Tyto mikrofony jsou v provedení bud bez membrány (její úlohu prebírá krystal), nebo s membránou, která je mechanicky spojena
s krystalem.
E
c)
2.5 Reproduktory
Obr. 2.15 Elektrostatický mikrofon se smerovou charakteristikou:
a) kulovou,
b) osmickovou,
c) kardioidní
Akl
V zarízeních spotrební elektroniky se casto používají mikrofony elektretové. Jedná se o speciální elektrostatické
mikrofony, které nevyžadují vysoké polarizacní napetí. Bývají kombinovány s aktivními prvky, které jsou vestaveny v pouzdru mikrofonu.
Lidi
)ribliž
ežké,
,xistuj
6kHz
ahrajE
mti (s
4) elektromagnetické - skládají se z feromagnetické kotvy (K), na
které je navinutá cívka (C). Kotva se pohybuje v poli permanentního
magnetu (PM) pri pohybu membrány.
Princip cinnosti tohoto mikrofonu je následující: Pri pohybu kotvy
rychlostí v se mení magnetický odpor ve vzduchové mezere. V cívce
s poctem závitu N se indukuje napetí u úmerné velikosti akustického
tlaku
cp
jme p:
u=-N.v
emho:
I koleT
d
§m prc
Ila, at,
MeK
BS
=-N.v
d
[V, T, m, -, m.s·l].
PM
le slyš,
(/)
'ncí 16
Tón ,kvenc
:prost:
Je-li c:
,obsal
urcují
_N
s
~
Obr. 2.16 Elektromagnetický mikrofon:
86
~
a) konstrukce, b) princip
(2-10)
Jedná se o elektroakustické
menice premenující elektrický signál
tla mechanický
pohyb membrány, která svým chvením rozkmitá
vzduch, a tím vzniká akustický signál. Reproduktory mužeme rozdelit podle principu cinnosti na elektrodynamické, elektromagnetické,
elektrostatické
a piezoelektrické. V praxi se však udržely pouze reproduktory elektrodynamické a elektrostatické.
Podle zpusobu vyzarování zvukové energie rozdelujeme reproduktory na:
prímo vyzarující - mají svuj mechanický prvek, tzn. membránu
prímo vázanou s vnejším prostredím
• neprímo vyzarující - mají membránu vázanou s vnejším prostredím pomocí tlakové komurky a zvukovodu, které umožnují správnou cinnost reproduktoru.
2.5.1 Základní vlastnosti reproduktoru
Vernost premeny elektrického signálu na akustický je dána elektrickými a mechanickými vlastnostmi reproduktoru.
Jde zejména o
nelineární zkreslení reproduktoru, které závisí na neline aritách mechanické i elektrické cásti reproduktoru. Uplatnuje se zde neline arita
poddajného uložení kmitavého systému a deformace membrány pri
kmitání. V elektrické cásti reproduktoru je nelineární zkreslení zpusobeno nehornogenitou
stálého magnetického pole, ve kterém kmitá
cívka.
Mezi další základní vlastnosti reproduktoru patrí:
kmitoctová charakteristika - udává kmitoctovou závislost hladiny akustického
tlaku v urcitém bode pred reproduktorem
pri
stálém napetí na svorkách reproduktoru.
Znázornuje
se vetšinou
87
Obr. ,
Ak
•
Lic
pribli
težké.
existL
graficky (obr. 2.17). Hladina akustického tlaku se udává v decibelech
vuci referencní hladine 2.10-5 Pa,
• smerová charakteristika - je to závislost akustického tlaku pred
reproduktorem (presneji od jeho referencního bodu) na úhlu spojnice
referencního bodu s bodem merení akustického tlaku. Úhel spojnice
uvažujeme s osou reproduktoru,
jmenovitá impedance - je to nejmenší velikost absolutní hodnoty impedance v pásmu frekvencí, pro které je urcen reproduktor. Má
obycejne hodnotu 4 Q, 8 Q, 16 Q. Udává se pro impedancní prizpusobení výstupu koncového zesilovace,
rezonancní frekvence - je frekvence, pri které má impedance maximální hodnotu. Urcuje hranici prenosu signálu s nízkou frekvencí
(obr. 2.17),
• charakteristická citlivost - je dána prumerným akustickým tlakem vose reproduktoru ve vzdálenosti 1 m od membrány pri napájení
reproduktoru stálým výkonem 1 VA v daném kmitoctovém pásmu.
Závisí na frekvenci tónu a na smeru do kterého reproduktor vyzaruje,
• príkon reproduktoru (VA) - udává se standardní, tj. nejvyšší príkon pri jmenovité impedanci, a maximální standardní, kdy se reproduktor ješte nepoškodí vlivem pretížení. Urcuje se z efektivního napetí na jeho svorkách a jmenovité impedance
U2
p=-Z
M
16 kI-J
[VA-V Q]
(2-11)
' ,
Príkon reproduktoru udaný výrobcem není možno prekrocit.
zahra.
lenti (
reme
kemh
tu kol,
vém p
hala, :
zde sl;
vencí
Tón
frekve
tic pro
IZI[Q]
ZM
fr
f [Hz]
Je-l
vý,
Ob1
da urc
72
-
Obr. 2.17 Závislost velikosti impedance prímo vyzarujícího reproduktoru na frekvenci, ZM- jmenovitá impedance, Zr - impedance
v rezonanci, fr - rezonancní frekvence
88
2.5.2 Prímovyzarující reproduktory
Nejcasteji se používají prímovyzarující elektrodynamické
tory, jejichž hlavní cásti jsou na obr. 2.18.
reproduk-
2
Obr. 2.18 Prímo vyzarující elektrodynamický
reproduktor
Je tvoren magnetickým obvodem (1), kmitající cívkou (2), membránou (3), košem reproduktoru (4) a stredící membránou (5). Magnetický obvod se skládá z prstencového permanentního
magnetu a pólových nástavcu
z mekké oceli, mezi kterými je vytvorena válcová
vzduchová mezera. Ve vzduchové mezere je silné radiální magnetické
pole, ve kterém se muže volne pohybovat kmitající cívka reproduktoru. Tato cívka bývá navinuta na tenkou papírovou podložku (na vinutí cívky se používá medený smaltovaný drát o prumeru 0,05 mm), obvykle ve dvou vrstvách, aby prívod i vývod byl na jedné strane. Kmitající cívka je pevne pripojena k membráne. Vývody cívky jsou vyvedeny na membránu poblíž kmitající cívky a odtud vedeny ohebným
prívodem.
Membrána reproduktoru bývá vyrobena ze zvlášte pripravované
papíroviny. Okraj membrány mívá nekolik vlnek, aby se dosáhlo dobré poddajnosti a aby membrána kmitala pokud možno pístove. Tvar a
její materiálové vlastnosti mají velký vliv na prenosové vlastnosti reproduktoru.
Koš reproduktoru
tvorí mechanicky nosnou cást magnetického obvodu i membrány. Vetšinou to bývá výlisek z plechu, u velkých reproduktoru je koš vyroben z hliníkového odlitku.
Stredící membrána pridržuje kmitající cívku s membránou vose
vzduchové mezery. Musí se však dovolovat jejich pohyb ve vzduchové
mezere ve smeru její osy.
89
4. Rozhlasový prenosový retezec~
Rozhlasový prenosový retezec j~§qMhr!LYš!-,cllzarízení pro vysílání
a príjem rozhla~ového vysílání. .:{~tyo~ensítí:vysílacu na jedné strane a
"prijíl]la,ciIl~lstra,~~druhé.
Jeho úkolem je tedy prenést zvukový signál vyrobený v rozhlasovém
stredisku posluchacum. Pritom El~3Y1J~íy:i9~,zcl:l:'.:igrIT.I>i.~J1.~()§PQ!ll:()~~
e!ektrom~gn~ti.G}{ÝGh.'yln,
Po<Lpojl11.E:ll11.
rozhlas se tedyrozumí prenos zvukových signálu na
1~~oyolnollvzd:ilenost pomocí .l11.odulovanévf vlny., Tento prenos se
uskutecnuje ve frekvencním pásmu od 150 kHz až 100 MHz. Frekven·
ce nosných vln, které se mohou pro rozhlas používat je stanovena
Mezinárodním rádem radiokomunikací.
Historie vzniku pravidelného radiového vysílání je datována s rokem
1922. Tomuto vysílání však predtím predcházel vynález elektronky
v letech 1904 - 19Q6, který je spjat s jmény J.A.Fleminga
a Lee
de Foresta. V roce W9~byl prenesen lidský hlas radiofónií (R. Fesenden) a v roce 1915 byl zkonstruován Lee de Forestem elektronkový
vysílac, Téhož roku byl uskutecnen radiový prenos pres oceán mezi
Washingtonem a Paríží. Ceskosl,oy,el!§'}{Jrl'()z,;hlas
patrí svým vznikem
mezi první v Evrope. Pravíd.eTi-íé vysílání bylo zahájeno 18. kvetna
W2.3.,Predbehl i takové zeme, jako napr. Nemecko. Prvenství v Evrope
'však patrí Velké Británii, která zahájila vysílání presne o rok dríve.
Do podzimu roku 1989 na našem území existovaly pouze státní roz·
hlasové stanice, pracující prevážne v pásmu DV a Sv. Nejposlouchanejší pásmo v dnešní dobe - VKV - bylo na radioprijímacích
vyrobených v tuzemsku témer vypušteno. V dnešní dobe se poslouchají
prevážne bud' lokální rádia jako - JIH, BLANÍK, AZ, ... , nebo celoplošná - IMPULS, FREKVENCE 1, CR 1- radiožurnál atd.
V naší republice nad provozem nejen rozhlasového, ale také televizního vysílání dohlíží Ra.(tELPXQ.l'Sl~h!~~()y_é
a..t§Jeyt~~iyy§i'l~ní", Ta
udeluje licence pro jednotlivá rádia (v nich jsou stanovena mimo jiné
procenta'ffiluveriéhOslov'á,mnÓžství
ceských písnicek, atd. na 24 hodin). Z duvodu nedodržení nekterých narízení byla napríklad odebrá·
na licence rádiu Alfa .
Kva,litapis;J}Q§u zvuku se posuzuje podle toho, do jaké míry se-signái~~produkovan:§v
pf{jímaci shoduje se signálem vzniklým v rozhlasovém stredisku.
7\
~~~
1
4. Schéma rozhlasového prenosového
Ob( "'-...-/
retezce
4.1 Jl/~.~l!!~~~y~
..yy~!!ace
Rozhlasové vysílace jsou zarízení, která slouží k vytvorení modulo·
vaného vysokofrekvenCního. signálu a k jeho vyzárení do prostoru ve
fOI'll1e elektromagn~tickél1o
];)ole. Modulacním signálem je zvukový
póhid, v:Úiikl}vetšiIlcn:i've studiu, který se má prenášet.
Charakteristické
údaje vysílace:
• Výkon vysílace - yý]\..<nl, který dodává koncový zesilovac anténe.
Stanovuje se pri vysílání nosné vlny bez modulace. Vysílací výkon
se prideluje podle duležitosti vysílace, jeho pracovní frekvence, druhu provozu a umístení ve spojovací síti (od mW až po MW).
• Frekvence nosné vlny - musí být zajištena s vysokou presností, nebot urcuje frekvencní pásmo, ve kterém má vysílac pracovat.
• Stabilita frekvence nosné vlny - nestálost frekvence nosné vlny zpu~~biiJe·~~še;;[~-~u-;~d~í~hvysílaCu. Pri odchylkách od stálé hodnoty
'by-prijímací zarízení potrebovalo mít širší prenášené pásmo a zvý~il byl se i šum na vstupu prijímace. Dovolené odchylky jsou stanovené normou.
• Laciiteln,o!1,tfrekvence_nosnévlny - vysílace v pásmech DV, SV,VKV
pracují na jedné frekvenci a nepodebují
se preladovat. Vysílace
vpásmu KV se preladují podle stavu ionosféry,
•
- pro pásmo DV, SV a KYsepoužívá
vá modulace, pro VKV frekvencní modulace.
Z12í1§()Q,modulace
amplitudo-
153
152
• Spolehlivost - cinnost vysílace musí spolehlive pokracovat i pri prerušení dodávky elektrické energie. Z toho duvodu je vysílac systémem se zálohovaným napájením.
• Úcinnost - vysílace stredních a velkých výkonu jsou stále oblastí,
kde se používají elektronky. Jejich úcinnost je 50 až 60 %.
V prubehu provozu vysílace je potreba zajistit požadovanou jakost
prenosu a provádet taková preventivní opatrení, aby pocet poruch
vysílace byl co nejmenší. Patrí sem i pravidelné zkoušky zabezpecovacích zarízení a ochran, merení spotreby energie aj. Pravidelne se merí
nelineární zkreslení, vlastní hluk vysílace a prubeh útlumové charakteristiky v pásmu modulacních frekvencí. Pro usnadnení techto merení se používají specializované soupravy mericích zarízení.
N"lzacátku
bloku nosné. vlny,j e, zapojen. ...krystalovýoscilátor
s...v.)'so.kou.. stabilit9urMll,lQ:~
až, 10-8 (pr~s. den), "který pracuje jako
~drorharn;.o~ic~ké nosné vln)'.·N ~sl~4~je·. 04cie1qyací f3tllP~n..(vytvárí
pro oscilátor velmi velký zatežovací odpor, protože zmeny záteže oscilátoru by mely nepríznivý vliv na stabilitu jeho frekvence), :z;a nilnje
násobic kmitoctu (ten je však nutný jen pri výstupních kmitoctech
vyššícli'nez5MHz,
kdežto pri nižších kmitoctech lze stabilní krystalový oscilátor realizovat prímo na kmitoctu nosné vlny). U moderních
vy~íl~cu jegener~to:n?sI1é
vlny xealizo:váIl ja.k:ovhoclný 'JÚ1íífoctovy
e.-.2:.·.8..To.r: ...'.K
-.--.te
...rý....
m ..a.'
...
n.€j.en....-.vY.
. -.nikají..c.... dl..ouho.d..o..b..o....
u..km.itoctovou s..t..abisy.'.n.'.t.
11tUdadmalffázQv§)Yrn., a.leIlavíc. ho lze ..preladov~t,eož
je vít~né
u-p-rera'dítel~Ýchvysílacu ci profesionálních-krá tkov lnných vysílacu
(u starších preladitelných vysílacu se používaly tríbodové oscilátory
LC).
l.'
V rozhlasovém vysílaci probíhají tyto základní procesy:
• vznik a zesilení nosného signálu,
• modulace nosné vlny,
• zesílení a vyzárení modulovaného signálu.
Rozhlasový vysílac je tvoren:
• vlastním vysílacem,
• anténním napájecem a vyzarovacím zarízením (anténou),
• pomocnými zarízeními:
- napájecí zarízení,
- ovládací, merící a kontrolní zarízení,
- chladic:í zarízení.
4.1.1 Rozhlasový
vysílac AM,
Rozhlasové vysílání AM se uskutecnuj eV pásmech:
• Clfouhých vln (148,5 až 283,5 kHz, tj. A = 2000 až 1050 m)
• stredních vln (526 až 1606,5 kHz, tj. A = 572 až 185 m)
krátkých vl~ (v nekolika úzkých rozsazích rozložených mezi 2 až
26 MHz, tj_ A = 75 až 11 m), podle základního vztahu A = clf, kde
c = 3.108 m.s-l•
Typické zapojení rozhlasového vysílaceAM:, u nehož se uskutecnuje
modulace na vysoké úrovni nosné vlny, je na obr. 4.2. Tento.YYi3íl~cse
skládá z bloku výroby nosné vlny, z bloku výroby modulovaného sÍgnálu a výkonového koncového zesilovace anténni vysílací soupravy.
lfi4
modulacní
signál
Obr",4..~)zjednodušené schéma rozhlasového vysílace AM s modulací
na vysoké Úrovni
Nosná vlna vycházející z násobice kmitoctu Geho úkolem je vytvoritpožadovánou frekyenci nosllé vlny. J~tyoreI1 vf selektivI1ím ze~ilo-::
·vacem,
ktery má vstupní sereKtiviii obvod naladen na nekterou vyšší
"~
qarmonickou složku. Takovým zpusobem je možné dosáhnout násobení frekvence 3 až 4 krát), nebo ze syntezátoru, se v~.yysokofre~venc.....
',.-.,' -,,-,-'"
.'.
'"
.',
,-',
...
-.
,.--
ntlllzesilovaci nap~toy~:zesilí,a. poté vstupuje do vysokofrekvencního
budícího stupne, kde se zesílí :výkonove. Jako modulátor zde pusobí
upravený koncový výk'onový zesilovac, oznacovaný také jako modulacní zesilovac.
BlokJll().~ulacního signálu se sk.l~cl~,.zk.lls~ádníhg spojenínízkofrekvencního narefovenoz€silovacé-, budice a koncového výkonového nízkofrekvencního stupne.
155
YýhodClllt~to koncepce vysílace je skutecnost, že všechny vysokofrekvencn(stupne bloku nosné vlny krome posledního zesillljí nemo-.
dulovanou nosnou vlnu, a mohou proto pracovat ve tríde-c, která se
vyznacuje velkou energetickou úcinností 60 až 90 %. Od devadesátých
let minulého století se v techto aplikacích zacínají prosazovat i nové
pracovní trídy D, E, F, ... , kde tranzistory pusobí jako spínace (díky
tomu se jejich úcinnost v praxi blíží témer hodnote 100 %). Blok modulacního signálu zde ovšem musí dodávat bez zkreslení do modulátoru náležitý výkon, rádove porovnatelný s výstupním výkonem celého vysílace.
U druhé koncepce vys~lacUi\M se uskutecnuje modulacejižve
yy_
sokofrekveiicnííií 'napetovéiii"ze"silóvaci" respehive
v následujícím
modulátoru, tedy ješte na nízké úrovni nosné vlny. Díky tomu i výstupní výkon bloku modulacního signálu muže být podstatne menší
než v predchozím prípade, z druhé strany je však jednodušší rešení.
ZvÝšené nároky jsou zde naopak kladeny na vysokofrekvencní stupne
následující za demodulátorem,
které musí pracovat v lineárním režimu, tj. ve tríde A, respektive v dvojcinném zapojení ve tríde B, tedy
s úcinností nejvýše 75 %, což znamená nižší než v predchozích trídách
C, nebo D, E.
4.1.2 Rozhlasový vysílac FM
Rozhlasové vysílání s kmitoctovou modulací se uskutecnuje
v pásmu
VKV (30 MHz až 300 MHz), a to v rozsahu 87,5 až 108 MHz. Puvodne
se v nem prenášelo monofon.Iií vysílání (jediný modulacní signál).
V šedesátých letech minulého století se zacalo precházet na stereofonní vysílání, s prenosem dvou nezávislých kanálu (levého L a pravého P), které muže u posluchacu vyvolat prostorový vjem reprodukovaných zvuku.
Analogovou modulaci FM je možné implementovat bud prímo (pomocí oscilátoru VCO (oscilátor rízený napetím) preladovaného varikapem), nebo neprímo (integrací modulacního signálu, s následující
fázovou modulací nosné, tj. s reaktancním
prvkem). Armstronguv
modulátor FM, jako konkrétní príklad aplikace modulátoru druhé
koncepce, je znázornen na obr. 4.3.
Jedná se o zapojení monofonního rozhlasového vysílace FM pro pásmo 87,5 až 108 MHz. Pri podrobnejším popisu jeho cinnosti budeme
uvažovat kmitocet nosné vlny napr. 90 MHz, modulacní kmitocet
50 Hz až 15 kHz (u stereofonního vysílace potom 50 Hz až 53 KHz) a
maximální kmitoctovou deviaci Df
= 75 kHz.
Použitý fázový modulátor zde ;;;cuje
na výchozím "subnosném"
kmitoctu
0,2 MHz. Maximální index fázové modulace Dj
zde
z duvodu co nejmenších zkreslení nesmí presáhnout 0,5 radiá~~, cemuž odpovídá maximální kmitoctový zdvih Df = 15 Hz. Na výstupu
vysílace je však zapotrebí maximální zdvih Drx = 75 kHz. Této hodnoty se dosáhne kmitoctovým vynásobení~axzákladního
signálu
0,2 MHz koeficientem 75 000/25 = 3 000 (nebot pri kmitoctovém násobení signálu FM se stejným koeficientem, jako se násobí kmitocet nosné
vlny, násobí se i kmitoctový zdvih). Pokud by se provádelo toto násobení v jediném stupni, dospelo by se k príliš vysokému kmitoctu nosné 0,2 . 3 000 = 600 MHz. Proto je násobení rozloženo do dvou stupnu,
mezi nimiž je zarazen smešovac provádející potrebný posuv kmitoctu
smerem dolu. Na výstupu druhého násobice se potom získá signál FM
s nosnou 90 MHz a s maximálním
kmitoctovým zdvihem Df
=
75 kHz. Následující vysokofrekvencní výkonový zesilovac mužemp~a_
covat ve tríde C, nebot nosná vlna má u signálu FM konstantní amplitudu a prípadné nelineární zkreslení tohoto zesilovace se zde rušive
neprojeví.
u-
s0-
m
:e.
ú-
Iri
oum
ou-
]e
la
s-
ave
)e
z.
4.1.3 Kon~t:r!lJ{cní usporádání vysílace
~-'----
Obr\~~~Zjednodušené
kmitoctovou modulací
schéma rozhlasového vysílace FM s neprímou
·····_
.... ,~
..._oo
....•.•
0_ ••••
0.
_o_o.,.
Konstrukcní usporádání bloku vysílace závisí na typu vysílace
a druhu provozu, pracovní frekvence a vysílacího výkonu. V úvahu se
musejí brát elektronické, ekonomické a bezpecnostní požadavky.
Ve vysokofrekvencní cásti se nesmí zapomenout na dobré stínení
jednotlivých cástí. Vysokofrekvencní cásti menšího výkonu se umístují do skríní, zarízení velkého výkonu do samostatných prostoru.
Vlastní usporádání soucástek v obvodech je nárocné na potlacení
vlivu rozptylových kapacit a indukcností,
nežádoucích zpetných vazeb a chlazení soucástek.
3)
;u
lé
1)ž
h
156
157
7
jsou ve studiích vetšinou "poušteci",kterí pouští hudební režií pripravenou hudbu.
Nezbytnou soucástí studia je zarízení pro nahrávání celodenního
provozu rádia. Jeden záznam se týká celého programu, druhý pouze
mluveného slova. Oba slouží pro kontrolu cinnosti rádia Radou pro
televizní a rozhlasové vysílání.
Ur
Ux
4.3 Rozhlasové p~ij~mace..
Úkolem rozhlasového vysílaceje ze spektra vf elektromagnetických
vln vybrat pouze požadovaný signál, ten zesílit, a z neho získat puvodní nf signál, který se pak reprodukuje.
4.3.1 Základní vlastnosti prijímacu
- u~!~\T!s~jak~EljIl1enšívysokofrekvencní napetí se stan:
dardní modulacCkteré po privedení na vstup prijímace vybudí na
jeho výstupu standardní výstupní výkon. U dává se v.~ V'P~P!:\,,~I3.
Vetšinou ..'s~citliyostposuzuje podle pomeru'odstupusignállšum,
kterfináhýt
co nejvetší. Tento pomer se pak urcuje jako pomer
výkonu - vÝstupního užitecného signálu a šumu. Tento pomer ur·
cu.je.s...ch.o.p.n..o.st....p.r...i.jí.maceoddelit
.
sl.·.g
n a.'.l.ym.alé amp1ltu([yo~d]llmu
a·reprQdUKovat}e
.
• Selektivita - vyjadruje schopnost prijímace vybrat z celéhospektra
rozhlasových vln jen to frekvencní pásmo,které prísluší zvolené·
mu vysílaci, a soucasne potlacit nežádoucí signály. SelElktiyitaje
ur~el1lÍtyar~lIl ...amplitudov.~~J.r~ky§ncnLcharakteristiky mezifrekvencního zesil~"ac-e.Ideální krivka by mela tvar obdélníku, skutecná je viz. obr. 4.5, nebo se udává hodnotou
·c;itZilJ(!st
Se = 20. log (U/U)
kde
160
U-
[dB],
je napetí na kraji prenášeného pásma,
U: - je napetí rezonace.
Obr.(4.'5jKrivka selektivity
"~·~ ••"..él··
pro rozhlasový prijímac
Vlnové rozsahy - jsoujilIliudányoblastifrekvence,ve
ktl;lrýchjsou
ladíteI~{;~ozhlasov~'pfijímace.Rozsahyjsou 'urceny i druhy moduIaci, se kterými daný rozhlasový prijímac muže pracovat.
4.3.2 Rozdelení rozhlasoyých p,rijímacu
Podle zpusobu zpracování prijímaného vf signálu se rozlišují tri
základní druhy rozhlasových prijímacu. Totorozdelení odpovídá i historickému vývoji:
• prijímace bez zesílení - jsou nejstarší a nejjednodušší, byly tvoreny
pouze ladícím obvodem, detektorem a sluchátkem.
L
(4-1)
Obr!.4. 6Detektorový
prijímac
(bez zesílení)
V naznaceném zapojení (obr. 4.6)jEl..a,nténazdrojem,kt~:r:Ý..clQd~yá
dg.~:!te~~obvodovénapetí. Toto napetí vznika'vliÚ;ie'rieindukcí, jestliže je tato umístena v promenném elektromagnetickém poli. Impedancedosahuje maxima, je-li obvod pri jistém kmitoctu naladen do rezonauce.Anténu mÚŽell1echápat jakOzdroj s urcitým vnitrním odporem,
napajecí zátež je tvorena obvody prijímace. V:ýh..~:r urcité s~anic;e,
a tedy i maximální signál od ní docílíme tak, že l1aladíme takový
161
u amatérských konstrukcí. Mezi nejbežnejší typy patrí reflexní a superreakcní prijímace ..
U reflexního prijímace je vf-signál zesílen v jednostupnovém zesilovaci, na výstupu je demodulován a jeho nf složka je opet vrácena na
vstup zesilovace. Príslušný tranzistor je využitý pro zesílení obou signálu .
Superreakcní prijímac má zavedenou zpetnou kladnou vazbu, která zvetšuje zesílení a citlivost. Je nastavena tak, že se pracovní bod
nachází prakticky na hranici samovolného rozkmitání zesilovace.
V této situaci dosahuje maximální citlivosti. Tyto prijímace predstavují další vývojový stupen, nebot je zde vf signál pred detekcí zesílen.
Citlivost i selektivita jsou výrazne vyšší než u predešlého typu.
r~~QlJ.anCp.íkmitQCflt,který odpovídá nosné frekvenci príslušné stani,ce. Dále následuje jednoduchý diodový detektor (krystalka), jehož RC
z~tež je tvorenrtfiltracníl1l ko~denzatoremaodporern
sluchátek.
ffljirí1aC bez zesílení je schopen prijímat signály jen ze silných q
blízkých vysílacu. Velmi u neho záleží na dobrém provedení antény.
Tyto prijímace mají malou citlivost a malou selektivitu.
• ' Príjímace s prímým zesílením - které jižcobsahují aktivní zesilovací prvky, takže mají podstatne vetší citlivost než predchozí typ prijímace. Na jeho vstupu je zapojen pasivní preladitelný selektivní
vstupní 'obvod, který ze všech signálu zachycených anténou vyclen~je pouze žádaný signál o kmitoctu fs' Za ním je zarazen ladený
(v jednodušších koncepcích i neladený) vysokofrekvencní zesilovac;
který pri dostatecne velkém zesílení umožnuje podstatne vetší citlivost celého prijímace a prípadne i jeho kmitoctovou selektivitu, tj.
schopnost potlacit nežádoucí signály (název dostal od toho, že zesiluje a demoduluje signály v prijaté frekvenci). Nitslydujícídemodulátor demoduluje vysokofrekvencní signál, demodulovaný signál
je pak zesilován koncovým stupnem.
Ob
• pij ;ímalli_'i!lc.~p.rí!JLj!JLJ"eE;HeJ1:im.{$
UPEBli11/IX) - vyxáhej Lse.
a
ysoucasllé4obe,
vyznEl~ujiseJím,žep.rijatýyf
signál, nezesilují
v puvodní frekvenCní oblasti, ale presouvají ho do jiné frekvencní
oblasti. Tento proces presouvání signálu se. nazývá smešování aneb
superheterodynniproces.
Z tohoto názvu byl odvozen i název prijímace - superhet. Tí!TIto presunem vzniká tzv. mezifrekvencní signál, který je pro dané modulace konstantnÍ. Jeho výhodou je, že se
dále zpracovává jedna frekvence.
1J
prit
tež1
vstupní
obvod
eXlS
16 Jj
zahj
'0
~
lentl
remi
kemi
tu Id
vém
hala!
zde
E
venc:
TJ
frekv
tic pI
Je.
vÝ,ol
da m'
72
Obr.
4.71 Prijímac
vf zesilovac
fs
<
demodulátor
fs
-rEt
koncový
stupen
DV
SV
KV
<
s prímým zesílením
Realizace selektivního preladitelného vysokofrekvencního zesilovace
se ziskem 50 až 100 dB (pokud možno s konstantním
zesílením
a s konstantní
šírkou pásma) je ovšem velmi nárocná. Jedná se totiž
o nekolikastupnový
vysokofrekvencní zesilovac s vázanými obvody. To
na jedné strane zvyšuje citlivost prijímace, ale z druhé strany zpusobuje problémy pri preladování. Jestliže totiž preladujeme vstupní obvody, musíme stejne preladovat vazební obvody mezi zesilovacími stupni. Tento, tzv. soubeh se u vetšího poctu vazebních obvodu dosahuje
težce. Proto bylo od této konstrukce upušteno kvuli nárocnosti. PrJl!lo
zesilující prijímace se dnes vyskytují spíše jen výjimecne, a to jen
Obr'4.8 Skupinové
schéma prijímace s neprímým zesílením
162
163
---------------~"""''''_.-._-...
------~--------~
••
Ze schématu obr. 4.8 je patrné, že tento druh
pro všechny vlnové rozsahy dve cásti: ~------,.
prijímace obsahuje
-- ._-
a) cást pro príjem DV, SV, KV, kde se vysílá amplitudovou
cást pro VKV kde se vysílá frekvencní modulací.
modulací,
h)
I
.R
t~
ej,
1\
z~
I
lei
:JI
tu!
v~
I
ha!
zdi
I
vel,
,
fre!
tic'
ad aj - prijímací anténa je anténním napájecem spojena sevstupní-.
mi rezonanc~ími obvody vf zesilovace (VFZ).)30ucástí tohoto zesilovace
Je iladíeí obvod (LO), ze kterého jde vybraný signál s nosnou frekvenci
fva do smešovace (S). Soucasne se do smešovace privádí vf-signál
s frekvencí fOl s oscilátoru (O). Z rady nove vznikajících frekvencí se prq
další zpracování volí ladeným obvodem na výstupu smešovace rozdílová frekvence,
která je v tomto prípade rovna f m 1 = fo1 - fva =
455 kHz.
Mezifrekvencní signál obsahuje puvodní informaci prenášenou AM.
Preladování ladícího obvodu a oscilátoru probíhá soucasne tak, aby
mezifrekvencní kmitocet byl stálý, a tím nezávislý na naladení vstupních obvodu prijímace.
Mezifrekvencní kmitocet pro tato pásma se vetšinou volí v rozmezí
450 až 470 kHz, tj. na takové vlne, aby se na jejím kmitoctu nebo
v jeho blízkosti nevyskytovala nejaká vysílací stanice, která by prímým proniknutím
na vstup mf zesilovace zpusobovala nežádoucí
interferencní
rušení. O nebezpecí této interference bychom se mohli
presvedcit pripojením venkovní antény na vstup prvního mf obvodu,
tehdy obvykle uslyšíme z reproduktoru porad nekterého blízkého vysílace pracujícího v pásmu dlouhých vln doprovázený rušivým hvizdem.
Vstup mezifrekvencního
zesilovace (MFZ) je presne naladený na
fml ~ešírkou prenášeného
pásma B = ± 4,5 kHz. Vázané rezonancní
obvody jsou tedy výrobcem pevne naladené na fml a jejich rezonancní
krivka je nastavená podle požadavku na selektivitu prijímace. Protože se v mezifrekvencním
zesilovaci nepreladuje,
svým maximálním
zesílením a velkou selektivitou muže urcovat vysokou citlivost a selektivitu celého prijímace.
V mezifrekvencním
zesilovaci se signál potrebne zesílí a demoduluje se v demodulátoru (D) pro amplitudovou demodulaci. Dále se napetove zesílí v nízkofrekvencním zesilovaci (NFZ), výkonove zesílí v koncovém stupni (KS) a nakonec je reprodukován v reproduktoru.
Na schématu (obr. 4.8) vidímezpetnou vazbu, která vede z výstupu
de~odulátoru
do MFZ. Úlohou toh~to obvodu automatického vyrovnání citlivosti (AVC) je automaticky menit zesílení zesilovacu v závis-
losti na velikosti vstupního napetí. Rídícím napetím se ovládají polonypracov'i1íéhbodu-aktlvníé1iprvKu
na jejich dynamické prevodové
charakteristice. Tím se mení zesílení zesilovacu. Rídící napetí se získává v demodulátoru - jedná se o stejnosmernou složku výstupního
nf signálu demodulátoru,
která se vyhladí filtrem RC a privede na
rídící vstup zesilovace. Tato stejnosmerná složka je úmerná velikosti
vf napetí na anténe. Výstupní napetí pusobením AVC má potom stálou amplitudu, bez ohledu na kolísání intenzity elektromagnetického
pole prijímaného anténou. Zmenšuje kolísání hlasitosti pri poslouchání
silných a slabých vysílacu.
adb).::-c tato cást se od predcházející cásti liší použitou anténou ,P111~!l1.ÝI.I.1
__
~~p'§l~!l.lJviz obr. 1.26). Cást zpracování vf signálu je stejná
tako ad a), a:,šak mezifrekvencní signál je fm2 = 10;'7MH.z (toproto, že
v techto pásmech se používá kmitoctové modulace pro prenos monofanního a stereofonního
signálu, který vyžaduje proti amplitudové
modulaci vetší šírku pásma) se šírkou pásma B = 200 KHz. Mezifrekvencní zesilovac je alespon dvoustupnový. Demodulace probíhá frek~
vencním demodulátorem. V dnešní dobe je vetšina prijímacu vybavepa ješte stereofonním dekodérem (SD), který umožnuje stereofonní
príjem v pásmu VKV. Dále signál jde do pravého a levého kanálu, kde
s,esamostatne zesílí a reprodukuje.
Na schématu (obr. 4.8) vidíme zp~()~ YllzbuAFQLkterávede
z výstupu detektoru (PD) do oscilátoru. Tato cást prijímace je vybave"na obvody automatického
doladování frekven~e (AFC)~ Zmena frek~
vence oscilátoru v této cásti prijímace pri jeho nedostatecné stabilite
zpusobuje zmenu fm2• To má za následek snížení selektivity prijímace.
Obvody AFC tedy umožnují vyrovnávat nepresnosti pri naladení
prijímace na frekvenci vysílace a casovou nestálost frekvence oscilátoru pusobením zmen napájecího napetí a teploty. Rídící napetí se
odebírá z frekvencního demodulátoru. Princip je v tom, že k ladení
?scilátorového obvodu se pripojí kapacitní dioda, na kterou se-i>rl"ádi
jednosmerné rídící napetí. Jakmile vznikne odchylka od fm2, v obvodech
AFC vznikne jednosmerné napetí, kterým se zmení kapacita kapacitpí diody a oscilátorový obvod se doladL, Rozsah automatického doladování bývá asi ± 150 kHz.
72
164
165
4.5 Zkreslení ve sdelov'acích
soustavách
Pod tímto názvem se rozumí ruzné deformace u prijímaného užitecného signálu signálem cizíhopuvodu, který je primíchán k užitecnému. Ten více ci méne znehodnocujeprenášenou informaci. Totozkreslení mužeme rozdelit na:
- kmitoctové,
- nelineární.
a) kmitoctové zkreslení - lze dále rozdelit na:
• amplitudové - vyjadruje okolnost, že zesílení elektronických
obvodu je frekvencne závislé. Toto je vyjádreno frekvencní charakteristikou príslušného obvodu.
fázové - je zpusobené tím, že pri zesilování signálu složeného
z více kmitoctu mají ruzné kmitoctové složky na výstupu ruzný
fázový posun vuci vstupu. Tato okolnost je nemilá zejména
v obvodech, kde se informace prenáší impulsovými signály.
IJ
ti
e:
li
z~
le,
b) nelineární
vod,který
ne fázove
Sem patrí
zkreslení - za lineární soustavu považujeme takový obprocházející signál pouze amplitudove upraví a prípadposune. Ostatní transformace se považují za nelineární.
harmonické zkreslení intermodulacní a krížová modula-
ce.
í
re
kJ
tul
f
,
vé1
ha~
zde
ven
r
J
rel
ic i
Ji
ý, (
au
4.6 Digitální prenos rozhlasových
poradu
Nejprve si všimneme duvodu prechodu na digitální zpracování signálu. Tento prechod prinese nejen výrazné zlepšení technických parametru, ale díky vyspelé technologii a velkosériové výrobe príslušných
obvodu i výrazné ekonomicképrínosy. Co se týce technologie, tak to
názorne dokumentuje jeden z nejcastejších procesu uskutecnovaných
v analogových rádiových prijímacích, jímž je kmitoctová filtrace. Analogové dolní, horní i pásmovépropusti RLC jsou relativne drahé, a to
nejen v dusledku vysoké ceny svých komponentu, ale i vzhledem
k nutnosti jejich individuálního ladení pri výrobe a pri servisu. Jejich
další nevýhodou jsou velké rozmery a hmotnost, velké tolerance elektrických parametru, malá casová a teplotní stabilita, malá mechanic1'7 ••
ká odolnost a soucasne nežádoucí velká citlivost na elektromagnetická rušení. Další slabinou je rovnež jejich obtížné preladování, vyžadované pri zmenách pracovního režimu prijímace (prechodu na jiný typ
modulace apod.).
Naproti tomu vhodné typy digitálních kmitoctových filtru, realizovaných dnes již prevážne v monolitické podobe, uvedené nedostatky
nemají. Prubehy jejich kmitoctových charakteristik mají "digitální"
presnost a reprodukovatelnost, pouhou zmenou taktovacího kmitoctu
lze snadno menit jejich propustné pásmo, casová a teplotní stabilita je
u nich výborná; pripomenme, že uvedené príznivé vlastnosti digitálních filtru jsou dosahovány predevším díky tomu, že dominantne závisejí na taktovacím signálu, jehož kmitoctovoustabilitu a presnost je
ovšemmožné pri využití moderních metod syntézy kmitoctu udržovat
na vysokéúrovni. Krome toho mají digitální filtry samozrejme i všechny další prednosti typické pro monolitickou technologii - tedy malé
rozmery a hmotnost, velkou spolehlivost, malou energetickou spotrebu a nízkou cenu.
Vetšinou z uvedených predností se vyznacují nejen digitální kmitoctovéfiltry, nýbrž i další obvody pro digitální zpracování signálu, které casto nemají prímý analogový ekvivalent. Mezi ne náleží predevším analogove císlicové prevodníky A/D (Analog Digital Convertor)
realizující prevod analogových signálu na digitální, a dále císlicove
analogové Pl'evodníky DIA (Digital Analog Convertor) plnící reciprokou funkci. Velmi duležitou kategorií funkcních bloku pro softwerové
rádio predstavují digitální procesory DSP (Digital Signal Processor),
obecnedefinované jako obvody urcené ke zpracování digitalizovaných
analogových signálu v reálném case.
Základem digitálního rozhlasového prenosu je urcení vzorkovacího
kmitoctu a poctu kvantizacních hladin (stupnu). Vzorkovací kmitocet
se volí 32 kHZ, protože je to hodnota jednak vetší než dvojnásobek
prenášené frekvence (40 Hz - 15 kHz) a jednak je ctyrnásobkem základní frekvence 8 kHz. Dále byla urcena dvanáctibitová kódová skupina, a tím je tedy prenosová rychlost 32. 103• 12 = 384 kbitJs. Není
náhodou, že tato prenosová rychlost je šestinásobkem rychlosti kanálového intervalu 64 kbitls, nebot lze tedy v rámci systému PCM prenést místo šesti telefoních kanálu jeden kanál rozhlasový. V celém
rámci mužeme prenést 5 rozhlasových signálu o šírce pásma 15 kHz
(popr.dva stereofonní a jeden monofonní).
17~
4
n
k
sí
sl
1:
2'I
3'I
1
Obvod preemfáze zduraznuje vyšší kmitocty tím, že je vysílá s úrovní
o cca 12 dB vyšší, než kmitocty nižší. Obvod deemfáze vrátí vše do
puvodní polohy. S ohledem na nelineární kvantování kompresoru se
pomocí obvodu preemfáze zlepšuje kvalita rozhlasového
signálu.
V prípade, že výkon rozhlasového signálu je koncentrován v nízkých
kmitoctech, jsou tyto obvodem preemfáze utlumeny, a protože nižší
hladiny jsou kvantovány vetším poctem kvantizacních
stupnu, dochází k menšímu kvantizacnímu zkreslení.
V prípade, že výkon rozhlasového signálu je koncentrován do vyšších kmitoctu, dochází sice k vetšímu kvantizacnímu
zkreslení, ale to
je lidským uchem vnímáno méne rušive, protože úroven rozhlasového
signálu je dostatecne velká. Výkonové spektrum složek kvantizacního
zkreslení je príznive ovlivneno obvodem preemfáze, a to se projeví zlepšením odstupu psofometrického šumu asi o 3 dB. V krátkých mezerách pri prenosu hudby mohou následkem kvantování vznikat pravidelne se opakující rušivé složky. Proto se k rozhlasovému signálu
pridávají strídave dva signály, jejichž kmitocet leží nad rozhlasovým
pásmem a jejichž špickové napetí má velikost jednoho kvantizacního
stupne. V prijímaci jsou tyto pomocné signály odfiltrovány. Zarazení
techto signálu
stabilizuje u posluchacu subjektivní
vjem šumu
v mezerách hudebních poradu.
5. !~J~~i~!!!,l!~~onosoYÝo:rete~eG
Televizní prenosový retezec umožnuje prenos zvuku a cernobílého
nebo barevného obrazu se zvukem prenosovou cestou na vetší vzdálenost. 'I'§l~yizllíJec:hnik:ajSl v soucasnosti nejvyspelejším, ale i nejsložitejším odvetvím prenosové a spojovací techniky. Svými televizními
studii, pozemními a družicovými vysílaci, radioreleovými spoji je soucástí telekomunikacní síte,' T<?ntoprenos se uskutecnuje bud bezdrátovenebo po vedení.
~2~_,p,()jl1l_~Il1
..!eleyize .se r9z~HlípieIl9sP9hyblivého
..obrazu .spol u
~príslušným zvukovým doprovodem na libovolnou vzdálenost pomocí
elektromagnetického vlnení.
000
/f~
'
onteno
~ff
,
,0
priji')'oci
I
1
..•.
-----
-------
/ tel_,,!viz,:,í
/
prljimac
o
10
~~
nl
ZE
v~
V
10
v~
kl
Obr. 5.1 Princip prímého
Obr. 4.16 Blokové schéma digitálního prenosu
a) vysílací cást, b) prijímací cást
h(
Jako príklad pohyblivého obrazu si zvolme sportovní prenos (viz
obr. 5.1). Ten je snímán nekolika televizními kamerami, jejichž signál
je vybírán napr. podle herní situace v režijní jednotce prenosového vozu.
Zde je doplnen o pomocné sigI1ály - syncln:QnizacllÍ i:rnpulSY,okteré zaji'§J:ujLsynchronlzaci. rO'zkladU'° obra~~. me.zi obrazovým snímacem
kamere a obrazovkouyteleyizoI',u.
Zv.llkový-_9~rOV~~~!?E~c0.'C~,:'.á
•••,.,..',.,•••••••,•••',"-,•'._.;_o••••
V
rozhlasových poradu:
televizního prenosu
ll(
1E
174
0.
_"'_"
", ",",_0",-,,_0""',0
•.. _.'.__"_.; ••.•• ,_.>,,_ •. ,,.,,_,.~,.~._"'~
175
/1
1
n",'#
1
o/
lot]
ne
zak
vys:
v taj
lový
Ni
vÝm
které
ll.QQhavJJi\'LQdg~l.~]),e.
ÚJll~ýtelEJvizní (video) signál se namoduluje na
nosnýkmitocet smerového spoje a dopraví se do ústredního televizní·
ho studia tzv. príspevkovou sítí. OdtuQsl3,Jt;llEJvizníSiglláldostávápro.
stfednictvím smerových spoju na rídící uzlovou stanici,a dále natele·
vizní vysílac zakoncený vysílací anténou.
Hlavní cástí vysílace je budic. Obrazový (video) signál, demodulo·
vaný ze smerového nebo kabelového spoje je veden do vstupního ZEJi3i.
lovace budice;~kde se provede konecná úprava signálu ~ pomocí am·
plitudové modulace,.se v modulátoru video signál namoduluje na nosný
mezifrekvencní kmitocet 38 MHz. Obdobným zpusobem se upravuje
zvukový doprovodný signábNa rozdíl od videosignálu kzde mezi·
frekvencní nosný kmitocet zvuku 31,5 MHz fJ'ekvencne namodulován
a pak je smešován ve zvukovém smešovaci. Jeho oscilátor musí kmi·
tat na vyšMm krnito'gt\l tak, aby na výstupu budice vznikl nosný kmi·
tocet zvukového signálu presne o 6,5 MHz vyšší, než je nosný kmito·
cet videosignálu.
Toto vše platí pro naši DK televizní normu. Oba
signály postupují oddelene pres výkonové zesilovace a koncové stupne do sdružovace, kde se navzájem sloucí, címž vznikne jeden signál,
který se je veden do vysílací anténní soustavy. Tato pak v podobe elektromagnetického vlnení vyzárí signál do volného prostoru.
Pomocí elektromagnetického
vlnení ruzných vlnových délek, které
vyzarují vysílací antény pozemských nebo družicových vysílacu, se televizní ~ignáLdostílne bucf do spolecné prijímací antény kabelového
rozvodu (neprímý príjem), nebo do individuální antény prímého televizního úcastníka. Te1e.'Yizll~J)fijhnaczesílí pi:ijatý~igná! a, zn9sného
kmitoctu oddelí (demoduluje) puvodní obrazový a zvukový modulacní
signál. Obrazový signál se pak privádí na elektrodlltelevizní
obrazovky. Jeho' okamžitá velikost urcuje velikost proudu obrazovky,' ,a tím 'je
dán jas urcitého bodu na stínítku obrazovky. Rozkladové obvody pomocí vodorovného rádkování posouvají promenlive svítící body po celém stínítku a skládají tak puvodne snímaný obraz do jednoho celku.
Rozklad jednotlivých obrazu se stále opakuje.
801
ho níz
v zaké
notný
71
Princip televizního prenosu
Pri urcité rozdílnosti jednotlivých snímku má divák vlivem setrvacnosti zraku dojem pohybujícího se obrazu. Pohyblivý obraz se tedy
rozloží na radu snílll}(u tak, že každýsnímek-uzob~razuje·urcitou fáZipohybu. Snímku je 25 za sekundujale protože by byl tento obraz náchylný na bllkání, vysílají se tyto snímky jako pulsnímky, které do
••••••0•,_••,__,•,-••-~.--,.---,._-,,-•••
166
5.1
176
-.---,.c.,.,.~-~'--.- .. ----.
-,.'
sebe presne zapadají. Tím je POCl?tlrulsnímku zvýšen,na50.
Každý
~lliillE)~se,§l\.láMz jednotlivých svetelných bodu a jejich prenos se
uskutecnuje postupne cili sériove. Televizní prenos se nedá uskutecnit prímým prenosem celého snímaného obrazu naráz, nebot by prenosová cesta musela mít velmi velkou šírku prenášeného pásma
a prakticky neomezenou kapacitu.
Základem prenosu je tedy rozklad obrazu na prvky - obrazové
body. 'lYjsou usporádány do vodorovných rádku a snímány zleva doprava a shora dolu. Rychlost rozkladu je urcena podmínkou, aby sledovaný obraz nebyl rušen blikáním. Každému tomuto svetelnému bodu
se u cernobílé televize priradí napetipodle okamžitého jasu (u barevn~televizeje to jas, barevný tón a sytost barvy).
c==>
rádkový cinný beh
~
rádkový zpetný beh
snímkový
zpetný beh
snímkový
cinný beh
R
V
tr
Obr. 5.2 Rozložení a vytvorení obrazu rádkováním
.snímací i zobrazovací elektronový paprsek postupuje na stínítku
~brazovky zleva aOI>rav~rpríinocárým Rohsbem avytvárí ta.k jednotliv.~.r~dky(rádkování) •••Tento dej se nazývá l1orizontální cinný beh.
Dojde-li paprsek na pravý okraj obrazu, vrací se velmi rychle zpet,
tomuto deji se ríká ~=~-'~"""'-""~-''''''''''-''-'"''
horizontální
zpetný})el1.
Protože je elektronový
..--, ...
paprsek podroben soucasnemu pohybu svislým smerem, ale mnohem
pomalejšímu, jsou rádkové cinné behy vždy mírne skloneny doprava,
a tedy následující rádek zacne o neco níže pod rádkem predchozím.
Pxo j~§enJ;.eleyi~.~ts_llíJ:l!ekJ)ylo zyolenc) toli"k rád}(u,. aby kvalita obrq:;,;U byla prijatelná . .v televizním
prenosu podle evropských soustav
,BG a DK pripadá na jeden televizní snímek 625 rádku. Tento stan>."
177
•••••~•••
p
d
-•.~~.•••
'.~ •••..",,"
~
.,>-.,
••• _~
"' ••
-'!.
___ •• _·
dardje používán
na vetšine územiEvropy. Napíše-li paprsek poslední
zpetném behu zezdola nahoru.
K prenosu plynule pohyblivých obrazu je nezbytné prenášet rádkovou sít opakovane tak rychle, aby frekvence jednotlivých obrazu vytvárela v lidském oku vjem dostatecne plynulého pohybu. Toho lze
dosáhnout proto, že sítnice lidského oka má urcitou setrvacnost.
Pocet televizních rádkuje 625,. R;ádky jsou pr~nášeny 25krát za sekundu. Kdyby body v jednom rádku mely být rozlišeny tak, jako ve
svislém smeru, bylo by jich v jednom televizním rádku 4/3 x 625 = 832,
to je 416 period obdélníkového prubehu, nebot jeden rádek je 4/3krát
delší než výška obrazu (pomer stran standardní televizní obrazovky
je 4 : 3). Pritom je predpokládáno strídání svetlých a tmavých bodu.
Pocet rádku zobrazených za jednu sekundu je 50 x 625 = 31 250. Za
jednu sekundu by bylo treba prenést 416 x 31 250 = 13000000 bodu,
tedy horní hranice prenášeného kmitoctu, a tedy nutná šírka televizního kanálu by mela hodnotu 13 MHz (tj. opakovací kmitocet impulsu
by cinil 13 MHz). Šírku prenášeného pásm~je však možno zmenšit na
polovinu, tedy asrl1.a 6,5 :MHz tím, že 625 rádku je rozdeleno na (ly a
pulsnímky o 312,5 rádku. Pocet rádku napsaných za jednu sekundu
tedy je 50 x 312,5 = 15 625: z, tolloje zrejmé, žfl.rádková. frekve~ce
horizontálního rozkladu je 15.625 Hz a pulsnímková frekvence vertikálního rozkladu je 50 Hz.
ráaek, vrátí'"še ve snímkovém
E
s
1
2
3:
!{
~
Ol
111
lot
ne
13
301 II:i
2 4
zal
I
2 obrazové prvky
831
CEI832
VYf
v t:
lov.
618 617
620 619
622 621
1
616
624 ~~~ I
I
výn
cerná
kte
~
kc
hOl
v z~
nob
1 perioda
_
bílá
416 kmitu na rádek
Obr. 5.3 Maximální
ném smeru
166
178
rozlišení obrazových prvku ve svislém a vodorov-
n~.~
__
Protože na jeden pulsnímek pripadá 312,5 rádku, musí koncit jedna soustava pulsnímku v polovine dolního okraje obrazu. Následující
soustava pulsnímku zacíná ve stejné výšce jako první, ale v polovine
horního okraje obrazovky (obr. 5.4). Takto jsou obe soustavy (oba televizní pulsnímky) vzájemne proloženy a na stínítku obrazovky se zobrazí 625 rádku ve dvou ruzných pulsnímcích, které vytvárí jeden televizní snímek. Rádkové pulsnímkové
zpetné behy vykazují urcité
zpoždenÍ.
312,5
. :" .. ---._---1
..
""
""
"'~
-.--2
313
00
00
d
0-000o, 0'0
doo-
00
00
•••
000
000
ooo~o
~
E
oe
3O.
4
314
315
5
-""
<ll
o!'::
c(/)
(/)
;:;
n.
;:;
n.
0>.
..c
o>.
U
o
=
::J
(/)
310
311
312
312,5
625
zpetný beh
po sudém
pulsnímku
zpetný beh po lichém pulsnímku
Obr. 5.4 Prokládané rádkování
s rychlými zpetnými behy
Teleyizní obraz?.casove rozvinutý v body, je prerušován zatemDovacím:obd~bí;-, l{ter{)e dá'i1o zatemDovacími impulsy. V luatším zatemi,íovacím období probehn~orádkqyý.zpetný
beh, v <lelším zatemDovadm obdobípUlsnímkový
zpetný beh. Protože je pulsnímkový
zatemDovacÍ impuls vždy delší, než bývá zpetný beh príslušného rozkladového generátoru, musí být na obrazovce zatemneny i nekteré
rádky (nejen dole, ale i nahore) v cinném pulsnímkovém behu. Pro
zatemnení jednoho televizního pulsnímku je normou jednoznacne urceno dvacet pet celých rádku. Obraz, který vnímáme, má tedy maximálne 625 - (2 x 25) = 575 rádku. 575 rádku je maximální možné
rozlišení ve svislém (vertikálním) smeru - tzn. rádky jsou uloženy za
sebou. Pokud z této informace vyjdeme a uvažujeme stejné rozlišení
ve smeru vodorovném (horizontálním), pak toto rozlišení musí být 4/3
krát vetší, tzn. 4/3 x 575 = 768 rozlišitelných bodu na rádku - to je
strídání svetlých a tmavých bodu - tomu odpovídá 768 : 2 = 384 kmitu, potrebných pro vytvorení techto bodu. Šírka frekvencního pásma
nezbytná pro prenesení obrazu pro toto rozlišení je 321,5 x 50 x 384 =
6 000 000 = 6 MHz (rádky v pulsnímku x pul snímky za sekundu x
kmity na jednom rádku).
179
c
L
(v souctovém obvodu S02) identifikacní impulsy z generátoru identifikacních impulsu (GIl).
Výstupním signálem ze souctového obvodu S02 se pri prenosu rádku, který obsahuje rozdílový barvonosný signál UR- Uy' frekvencne
moduluje barvonosná frekvence fR' Pri prenosu následujícího rádku,
který obsahuje barvonosný signál UB - Uy' se frekvencne moduluje
druhá barvonosná frekvence fB.Oscilátor barvonosných frekvencí OBF
je prepínán opet polovicní rádkovou frekvencí. Strídave prenášené barvonosné frekvence se slucují se zpoždeným jasovým signálem ve slucovacím obvodu S03 a vedou dále do vysílace obrazu.
Na prijímací strane je nutné (pro barevnou obrazovku) získat z prenášeného úplného barevného televizního signálu puvodní signály UR,
UG a UB(obr. 5.15).
3
5.7 Televizní prijímace
1
Jedná se o poslední clánek v televizním prenosovém retezci, který
nás jako diváky zajímá nejvíce. Puvodne jediná skrín televizoru je
v soucasné dobe obklopena novými prístroji, s kterými televizor spolupracuje (obr. 5.14). Opomineme-li dálkové ovládání, které je již samozrejmostí, jedná se o videomagnetofon, sluchátka, vnejší zesilovac
stereofonního zvuku s reproboxy (v lepším prípade zarízení domácího
kina), domácí mikropocítac, prehrávac DVD a terminál pro vide okameru. Také obvody s klasickými zapojeními jednotlivých pasivních
a aktivních prvku se zmenily v zapojení s integrovanými
obvody, které v sobe sdružují stále více a více funkcí.
1
o
Úkolem televizních prijímacu je vybrat ze všech vysokofrekvencních
signálu zachycených anténou zvolený televizní kanál a informace v nem
obsažené (obrazový signál, synchronizacní impulsy a zvukový doprovod) premenit na kvalitní obraz na stínítku obrazovky a príslušný zvukový doprovod. Používají se výhradne superhety (obr. 5.15).
5.7.1Základní cásti barevného televizního
prijímace
Barevný televizor, jehož skupinové schéma je na obr. 5.15, se skládá
ze dvou základních cástí - signálové a rozkladové. Zvláštní skupinou
jsou obvody rídící a pomocné, do kterých patrí i sítová cást s demagnetizacními obvody pro obrazovku. Toto základní schéma však neplatí pro
televizní prijímace s vnitrní premenou analogového signálu na císlicový a naopak, ani pro prímé zpracování družicového signálu.
~------------------------------------
l
I
I
,
I
I
I
I
I
I
,
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
anténa I
I
I
I
I
I
I
I
I
VHF I
UHF
I
I
1
I
I
I
I
I
I
II
I
:- - :Y:h~I::~
c~~ -li
,--
10
ni
I
I
I
I
I
I
I
za
V)
I
I
I
Sj
v',
10'
I
I
I
I
1
I
I
I
vý
derri'agnetizace
kt,
:pomocné
obvodY,
l
~
ho
v ~
no
Obr. 5.15 Skupinové schéma televizního prijímace
Obr. 5.14 Televizní prijímac a jeho samozrejmé "doplnky"
16l
rozkladová cást
I
I
I
~:
192
Signál prijatý anténou se nejprve zesílí ve vf zesilovaci, který je
soucástí kanálového volice. Tento zesílený signál jde dále do smešova193