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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK Stereo-Decoder mit KSS-Eingangsfilter. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Zivile Funkkommunikation Für viele Funkamateure ist es von Interesse, mit einfachen Mitteln die Qualität empfangener stereophoner Hörfunkprogramme zu verbessern. Der Autor des Artikels analysiert die Methode zur Bildung der Frequenz- und Phaseneigenschaften des Funkpfads und ermittelt die Verbindungen, in denen mit geringem Aufwand Korrekturelemente zur Verbesserung der Signalauswahl am Ausgang des Stereodecoders eingeführt werden können. Die Qualität des Stereoradioempfangs hängt nicht nur vom tatsächlichen Signal-Rausch-Verhältnis am Antenneneingang des Receivers ab, sondern auch von der Funktionsweise des Dekodiergeräts. Bekanntlich wird in einem Stereodecoder (SD) ein komplexes Stereosignal (CSS) in polar modulierte Schwingungen (PMO) und dann in niederfrequente Ausgangssignale des linken und rechten Kanals umgewandelt. Die dabei auftretenden Transformationen bestimmen insbesondere einen so wichtigen Parameter wie die Übergangsdämpfung zwischen Kanälen. Die beste Kanaltrennung kann durch ein zeitbasiertes Decodierungsverfahren erreicht werden, das die Wiederherstellung von Unterträgern und die damit verbundenen nichtlinearen und Phasenverzerrungen eliminiert. Die meisten modernen integrierten LEDs funktionieren nach diesem Prinzip. Die Qualität der Dekodierung wird auch maßgeblich vom Spektrum des Eingabe-CSS beeinflusst. Die obere modulierte Frequenz, die zur Übertragung einer Audiofrequenz von 15 kHz in einem Stereo-Rundfunksystem mit Polarmodulation (PM) und einem Unterträger von 31,25 kHz erforderlich ist, beträgt 46,25 kHz und in einem System mit einem Pilotton (PT) und einem Unterträger von 38 kHz beträgt 53 kHz. Voraussetzung für die Verzerrungsfreiheit und gute Kanaltrennung ist ein horizontaler (blockierungsfreier) Frequenzgang und ein linearer Phasengang im supratonalen Frequenzbereich bis zu den angegebenen. Am typischsten ist jedoch der Funkempfangspfad, bei dem der Frequenzgang bei den oberen Frequenzen des CSS abnimmt. Dieser Rolloff tritt aufgrund der begrenzten Bandbreite des ZF- und FM-Detektorpfads auf. Wenn die Grenzfrequenz des SSC bei einem Pegel von -3 dB mit Fcp und die Unterträgerfrequenz mit Fsub bezeichnet wird, kann die Übergangsdämpfung zwischen Kanälen mit der Näherungsformel p = 20 log (2 Fcp/Fsub) berechnet werden. Es lässt sich leicht berechnen, dass für eine Stereokanaltrennung von 30 dB eine Bandbreite von PM-Signalen bis zu 88 kHz und von PT-Signalen bis zu 107 kHz erforderlich ist. Natürlich handelt es sich bei diesen Daten um Näherungswerte und berücksichtigen nicht die Besonderheiten einer bestimmten Dekodierungsmethode. Um den Frequenzgang des CSS zu korrigieren, verwenden Decodermodelle die eine oder andere Korrekturschaltung, normalerweise vom einfachsten RC-Typ. Andererseits führt eine übermäßige Erweiterung des CSS-Spektrums zu einem starken Anstieg von Rauschen und Störungen durch die Umwandlung von Out-of-Band-Signalen. Wenn das CSS-Band in keiner Weise begrenzt ist, kann die Verschlechterung des Signal-Rausch-Verhältnisses beim Empfang von Gegenstationen im Vergleich zum monophonen Modus 20 dB oder mehr betragen. Und im Gegenteil: Die Verengung des CSS-Bandes ist eine wirksame Technik zur Rauschreduzierung. Widersprüchliche Anforderungen an CSS werden am besten durch einen möglichst flachen Amplituden-Frequenzgang bis zu einer Frequenz von 70...80 kHz mit einem durch Filter höherer Ordnung organisierten weiteren starken Abfall erfüllt. Mit dieser Eigenschaft können Sie den maximal erreichbaren Parametern einer bestimmten LED in Bezug auf Rauschen und Übergangsdämpfung zwischen den Kanälen näher kommen. Diese Bestimmungen wurden beim Testen eines Dual-Standard-Stereo-Decoders auf der Mikroschaltung KR174XA51 vollständig bestätigt. In einem typischen Schaltkreis [1] wird an seinem Eingang ein einfacher Tiefpassfilter erster Ordnung mit einer Grenzfrequenz von etwa 10 kHz verwendet. Ein Roll-off von 6 dB/Okt. über 10 kHz sorgt für eine akzeptable Rauschleistung, reduziert aber die Kanaldämpfung von 43 dB (typisch ohne Eingangsfilter) auf 24 dB für PM-Signale und 20 dB für DC-Signale. Darüber hinaus schneidet der Filter den oberen Teil des Tonsignals im Bereich von 10...15 kHz ab, wodurch der Klang „dumpf“ wird. Im Allgemeinen funktionierte der erwähnte SD trotz fortschrittlicher Designlösungen – einer vorübergehenden Methode der Kanaltrennung mit Doppelabtastung, zusätzlicher Unterdrückung des Pilottons usw. – schlechter als der Decoder auf dem veralteten BA1320-Chip. Ein weiterer Nachteil des KR174XA51 sind unangenehme Klickgeräusche im Tonweg, wenn die Stereomodusanzeige eingeschaltet ist. Der Austausch der Mikroschaltung durch eine andere Kopie brachte keine grundlegenden Änderungen. Um die Arbeitsqualität zu verbessern, wird der vorgeschlagene Decoder um einen Eingangsfilter KSS ergänzt, der den erforderlichen Frequenzgangtyp mit der Möglichkeit der manuellen und automatischen Anpassung bildet. Zu den Vorteilen der neuen LED gehört auch die separate Anzeige der geräuschlos arbeitenden Stereo-Rundfunkanlage. Wichtigste technische Merkmale
Funktional besteht das Gerät aus drei Blöcken (Abb. 1): einem Eingangsfilter KCC, einem Schalter auf dem DD1-Chip und dem Decoder selbst auf dem DA1-Chip.
Der KSS-Filter stellt eine weitere Modernisierung des Gerätes dar [2]. Seine Parameter wurden durch Computermodellierung verbessert – die Ungleichmäßigkeit des Frequenzgangs im tonalen Bereich wurde verringert und die Schnittsteilheit im supratonalen Bereich erhöht. Das Filter besteht aus einer einstellbaren Verbindung R1, R2, C1, C2 und einem Tiefpassfilter 3. Ordnung C3, L1, C4 mit je nach Stereo-Rundfunksystem umschaltbarer Grenzfrequenz. Der Frequenzgang des Filters ist im Empfangsmodus mit Gleichstrom (dargestellt in Abb. 2).
Link R1,R2, C1,C2 - Brücken-Hochfrequenzregler KSS. Darin können Sie mit einem variablen Widerstand R2 den Pegel supratonaler (und teilweise tonaler) Komponenten erhöhen oder verringern, was aufgrund von Änderungen in der Übergangsdämpfung zwischen den Kanälen zu einer proportionalen Erweiterung oder Verengung der Stereobasis führt [2 ]. In der Mittelstellung des R2-Reglers verläuft der Frequenzgang des Filters horizontal bis zur Grenzfrequenz (siehe Abb. 2, Kurve 1), in den beiden Extremstellungen beträgt seine Unebenheit im Audiobereich maximal 2 dB. Die Anpassung deckt nur den oberen Teil des Klangspektrums ab – über 10 kHz, was es ermöglicht, bei sicherem Empfang die höheren Frequenzen hervorzuheben und dadurch die Klangqualität zu verbessern. Gleichzeitig ändert sich auch der Geräuschpegel; er ist in der unteren Position des Widerstandsreglers R2 minimal, wenn der supratonale Teil des KSS tatsächlich abgeschnitten ist und der Klang nahezu monophon ist. So ermöglicht Ihnen die einstellbare Filtersektion eine adaptive Qualität des Ausgangssignals je nach Eingangssignal – von erweitertem „Stereo“ für leistungsstarke HF-Signale bis hin zu „Mono“ – für verrauschte und verzerrte Signale, insbesondere durch Mehrwegeempfang. Auf den Elementen C3, L3, C1 ist ein U-förmiger Tiefpassfilter 4. Ordnung aufgebaut. Dieser Filter ist darauf ausgelegt, Rauschen und Störungen bei der Umwandlung von Signalen, die hinter dem Hauptinformationsband des CSS liegen, wirksam zu unterdrücken. Der Tiefpassfilter wurde durch die Design-Anwendung des MicroCap6.0-Programms synthetisiert. Seine Parameter: Grenzfrequenz in einem System mit DC – 75 kHz, in einem System mit PM – 60 kHz, Steigung hinter dem Transparenzband – 15...17 dB/Okt., charakteristische Impedanz – 4,7 kOhm. Die Grenzfrequenz wird strukturell geändert, indem die Windungszahl der L1-Spule mithilfe eines elektronischen Schalters DD1 umgeschaltet wird. Dank Computermodellierung verfügt das Filter über einen gleichmäßigen Frequenzgang (siehe Abb. 2) und einen ziemlich linearen Phasengang (Abb. 3).
Der KSS-Filter wird an den Stereo-Decoder (Chip DA1) anstelle der Remote-Eingangsschaltung R1C1 [1] angeschlossen. Die dadurch verursachte Dämpfung (12 dB) wird durch den großen Verstärkungsspielraum des DA1-Chips (bis zu 14 dB) kompensiert. Beim Empfang von Signalen vom PM wird Pin 8 des DA1-Chips auf einen niedrigen logischen Pegel nahe Null gesetzt. An den Steuereingängen 5 und 6 des Schalters DD1 liegt ein hoher logischer Pegel an, der vom Mittelpunkt des Teilers R4, R5 geliefert wird. In diesem Fall ist der Schalter K2 an den Pins 4 und 3 geschlossen, Pin 3 der Spule L1 ist mit dem Kondensator C4 verbunden. Der Filter ist auf eine Grenzfrequenz von 60 kHz eingestellt. Gleichzeitig ist der Kurzschlussschlüssel geöffnet und über seine Pins 8 und 9 wird die Anzeigespannung von Pin 7 der DA1-Mikroschaltung an die HL1-LED geliefert, was den „PM“-Modus anzeigt. Beim Erkennen von Signalen vom PT wechselt der Spannungspegel an Pin 8 des DA1-Chips auf High und entspricht tatsächlich der Versorgungsspannung. Dieses Signal wird den Steuereingängen 12 und 13 der Tasten K1 und K4 des Schalters DD1 zugeführt. Beim Öffnen der Taste K4 wird die Spannung in der Mitte des Teilers R4R5 auf einen niedrigen Wert reduziert. Gleichzeitig schalten die Schalter K2 und KZ in den nichtleitenden Zustand, wodurch der Anschluss 3 der Spule vom Kondensator C4 getrennt wird und die LED HL1 erlischt. Gleichzeitig öffnet sich die Taste K1, die den Anschluss 2 der Spule L1 mit dem Kondensator C4 verbindet. Die Induktivität der Spule nimmt ab, was zu einer Änderung der Grenzfrequenz des Tiefpassfilters auf 75 kHz führt. Darüber hinaus ist die Kathode der HL2-LED über den an den Pins 11 und 10 geöffneten K4-Schalter mit dem gemeinsamen Kabel verbunden, und an ihrer Anode liegt Spannung von Pin 7 des DA1-Chips an. In diesem Fall zeigt die HL2-LED den „PT“-Modus an. Der Schalter SA1 kann den „Mono“-Modus zwangsweise aktivieren. In diesem Fall sind beide LEDs aus, da an Pin 7 des DA1-Chips keine Spannung anliegt. Die zulässige Versorgungsspannung der Mikroschaltung KR174XA51 beträgt 2,7...7 V. Es wurde experimentell festgestellt, dass charakteristische Klickgeräusche beim Einschalten der Stereomodusanzeige nur auftreten, wenn die Versorgungsspannung über 4 V liegt. In diesem Fall beträgt die Spannung bei Pin 15 der Mikroschaltung DA1 wird durch die Zenerdiode VD1 auf Pegel 3,9, 1 V begrenzt. In diesem Fall schalten sich die Anzeigen HL2, HLXNUMX fast geräuschlos ein, die Parameter der Mikroschaltung bleiben hoch. Der Stereo-Decoder verwendet Festwiderstände MLT-0,125, Keramikkondensatoren – Typ KM, Elektrolytkondensatoren – importiert. Schalter SA1 - Taste P2K. Variabler Widerstand R2 – beliebig klein, zum Beispiel SPZ-4b, mit Typ-A-Charakteristik. Aufgrund der reduzierten Versorgungsspannung der DA1-Mikroschaltung müssen die Emitter HL1, HL2 eine hohe Lichtleistung bei niedrigem Strom haben. LEDs KIPD05A erfüllen diese Bedingung, Sie können jedoch auch andere mit maximaler Helligkeit auswählen, einschließlich importierter. Die Spule L1 besteht aus einem Ferritring K20x10x5 mm aus Ferrit der Güteklasse 2000NM. Wicklung 1 - 2 enthält 110 Windungen, Wicklung 2-3 - 30 Windungen PEV 2-0,2-Draht. Der Qualitätsfaktor der Spule ist hoch, sodass die Tiefpassfilterparameter den Widerstand des offenen Kanals der DD1-Mikroschaltung (ca. 270 Ohm), der in Reihe mit der L1-Spule geschaltet ist, praktisch nicht verschlechtern. Gerätekomponenten wie der KSS-Filter und der DD1-Switch erfordern keine Konfiguration. Im Stereo-Decoder DA1 sollten Sie nur den Trimmwiderstand R8 verwenden, um eine stabile Erkennung des Stereo-Modus „PM“ oder „PT“ durch Einschalten der entsprechenden LED HL1 oder HL2 zu erreichen. Überprüfen Sie anschließend die Funktion der einstellbaren Filterverbindung, indem Sie den Widerstandsgriff R2 drehen: Der Ton sollte von erweitertem „Stereo“ zu „Mono“ wechseln. Der subjektive Effekt dieser Anpassung ist in [2] ausführlich beschrieben. Es wird empfohlen, die mittlere Position des R2-Reglers zu markieren, die dem horizontalen Frequenzgang des KSS (siehe Abb. 2) und dem normalen „Stereo“-Modus entspricht. Die Wirksamkeit des Tiefpassfilters 3. Ordnung lässt sich leicht überprüfen, indem man zum Umschalten vorübergehend den P2K-Schalter (feste Taste) einschaltet. Wenn die Taste gedrückt wird, sollte eine Gruppe von P2K-Kontakten die Klemmen 1 - 3 der L1-Spule kurzschließen und die andere Gruppe sollte die Klemmen der Kondensatoren C3, C4 vom gemeinsamen Draht trennen. Das Deaktivieren des Filters per Knopfdruck geht mit einem starken Anstieg von Rauschen und Interferenzen einher, selbst wenn nicht sehr schwache Signale empfangen werden. Der Empfang entfernter und schwacher Signale im Stereomodus wird damit überhaupt nicht mehr möglich. Durch Einschalten des Tiefpassfilters hingegen wird das Signal von Rauschen, Störpfeifen usw. befreit, während die Kanaltrennung hoch bleibt. Im Allgemeinen erwies sich die Arbeitsqualität des vorgeschlagenen SD als deutlich höher als die des Originals [1]. Der KCC-Filter kann natürlich auch in anderen Decodern verwendet werden. Aufgrund der relativ niedrigen Wellenimpedanz des Tiefpassfilters passt sein Ausgang gut zum Eingang fast jeder LED. Bei Single-Standard-LEDs wird der Schalter DD1 nicht benötigt und die Schaltung wird deutlich vereinfacht (Abb. 4).
Die Windungszahl der Spule L1 beträgt 110 für ein Stereo-Rundfunksystem mit PT bzw. 140 für PM. Für eine bestimmte SD ist es jedoch besser, diese experimentell zu klären. In diesem Fall wird die L1-Spule mit mehreren Anzapfungen (alle 10-15 Windungen) hergestellt und beim Abstimmen vertauscht, wodurch ein Minimum an Rauschen und eine gute Trennung der Stereokanäle erreicht wird. Diese Arbeit lässt sich am besten erledigen, wenn Sie den Ton über Stereotelefone hören. Literatur
Autor: A. Pachomov, Zernograd, Rostower Gebiet.
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