Obvody na úpravu amplitúdy signálu


    Hlavnými predstaviteľmi obvodov na úpravu amplitúdy signálu sú  obmedzovače amplitúdy signálu.

    Obmedzovače amplitúdyobvody, ktoré na výstupe dávajú signál ohraničený vopred stanovenou hodnotou. Úroveň výstupného signálu nevzrastie nad alebo neklesne pod úroveň prahového napätia obmedzovača ( závisí to len od spôsobu obmedzenia ), bez ohľadu na veľkosť a tvar vstupného napätia.

Pomocou obmedzovačov môžeme :

Podľa spôsobu obmedzovania sa rozdeľujú obmedzovače na :

Podľa použitého prvku rozdeľujeme obmedzovač na :

Podľa spôsobu zapojenia použitého prvku poznáme obmedzovače :

Na nasledujúcich obráz
koch je niekoľko možných zapojení pasívnych diódových obmedzovačov.

Sériový obmedzovač zhoraSériový obmedzovač zdola
Paralelný obmedzovač zhoraParalelný obmedzovač zdola
Obojstranný obmedzovač so ZD

    Vo všetkých diódových obmedzovačoch zobrazených na obrázkoch vyššie sú použité pasívne amplitúdové diódové diskriminátory, ktorých činnosť sme si vysvetlili na začiatku tejto podtémy o amplitúdových selektoroch. Činnosť jednotlivých obmedzovačov amplitúdy je zjavná z grafov priebehov ich vstupných a výstupných signálov.

    V obvodoch obmedzovačov môžeme použiť aj aktívne amplitúdové selektory realizované tranzistormi alebo operačnými zosilňovačmi v úlohe komparátorov. Tie však vzhľadom na veľké zosilnenie slúžia na premenu vstupného signálu na signál pravouhlého ( alebo aspoň lichobežníkového ) priebehu s presne stanovenou veľkosťou amplitúdy výstupného signálu. Použitie majú napríklad už v spomínaných  medzifrekvenčných zosilňovačoch prijímačov pre frekvenčnú moduláciu. Pre ukážku sú uvedené dve veľmi jednoduché zapojenia na obrázkoch nižšie.

Obmedzovač amplitúdy s tranzistoromObmedzovač amplitúdy s OZ

    Jednou zo základných charakteristických vlastností doposiaľ spomínaných obmedzovačov amplitúdy je, že vnášajú do výstupného signálu veľké tvarové skreslenie. Existujú aj obmedzovače amplitúdy, u ktorých jednou zo základných požiadaviek je, aby prenášaný signál čo najmenej tvarovo ovplyvňovali, teda nespôsobovali tvarové ( harmonické ) skreslenie signálu. Medzi takéto obvody patria upínacíe obvody korektory dynamiky.

    Upínacíe obvody slúžiace na zabezpečenie konštantnej jednosmernej zložky v televíznom signále kvôli dodržaniu správnych pracovných podmienok pre lineárne zosilnenie v tranzistoroch alebo elektrónkach. Niektorí autori ich zaraďujú medzi spínacie obvody. Najjednoduchší upínací obvod je nakreslený na nasledujúcom obrázku.

Upínací obvod

Pomocou tohto obvodu je zabezpečené , že synchronizačné impulzy sú na výstupe obvodu “upnuté” svojimi špičkami na rovnakú napäťovú úroveň Uref + 0,6 V ( úbytok na dióde D.) Tým je úroveň čiernej a úroveň bielej v obrazovom signále pevne určená nezávisle na strednej hodnote jasu obrazu a  na jednosmernej zložke signálu u1.

    Ďalšími obvodmi využívajúcimi vlastnosti amplitúdových selektorov sú korektory dynamiky. Korektory dynamiky sú zosilňovače s premenlivým zosilnením, riadeným v závislosti na úrovni zosilňovaného signálu. Poznáme nasledovné typy korektorov dynamiky : kompresory, expandery, kompandery a tzv. limitery.

Činnosť kompresora, expandera a kompandera si vysvetlíme pomocou nasledujúceho obrázka.

Dynamické vlastnosti prenosového kanála

    Na obrázku je blokovo znázornená vysielacia a prijímacia časť prenosového kanála s pomocnými obvodmi, kompresorom a expanderom, ktoré slúžia na úpravu dynamiky signálu v  jednotlivých častiach prenosového kanála. Potreba úpravy dynamiky vychádza zo skutočnosti, že prenosový kanál má určitú úroveň vlastného šumu ( v našom prípade sme si zvolili úroveň –50 dB.) Ak by sme takýmto kanálom prenášali signál, ktorý má na vstupe dynamiku –100 dB až +20 dB, na výstupe by boli všetky signály s úrovňou menšou ako –50 dB prekryté úrovňou šumu prenosového kanála. Z tohto dôvodu, ak chceme zachovať na výstupe pôvodnú dynamiku vstupného signálu, musíme dynamiku vstupných signálov “stlačiť” tak, aby minimálna úroveň na vstupe, t.j.–100 dB mala v prenosovom kanály úroveň –50 dB ( teda sa dostala nad úroveň šumu prenosového kanála ) a potom ju na výstupe prenosového kanála musíme “roztiahnúť” na pôvodnú úroveň s minimálnou hodnotou –100 dB. Tým sa zároveň dostane na úroveň –100 dB aj vlastný šum prenosového kanála. Tento proces vieme zabezpečiť pomocou kompandera, ktorý sa skladá z  kompresora zapojeného na vstup pred vysielač prenosového kanála a  expandera, umiestneného na výstup za prijímač prenosového kanála ( slovo kompander vzniklo spojením častí slov kom-presor a ex-pander.) Zároveň kompander ovplyvňuje aj maximálnu úroveň signálu, t.j. u nás na vstupe a výstupe +20 dB. Je to potrebné preto, lebo vo väčšine prípadov sú elektronické obvody prenosového kanála veľkým vstupným signálom prebudené, čím vnášajú do prenášaného signálu veľké tvarové skreslenie. Ak si to teraz zhrnieme, môžeme povedať, že pomocou kompresora dynamiky na vstupe prenosového kanála slabé vstupné signály zosilníme nad úroveň šumu prenosového kanála a veľmi silné vstupné signály zoslabíme na prípustnú úroveň, pri ktorej ešte nedochádza k tvarovému skresleniu prenášaného signálu. Na výstupe prenosového kanála pomocou expandera vykonáme opačnú operáciu a to, slabé signály z prenosového kanála ešte viac zoslabíme, t.j. úroveň –50 dB v prenosovom kanály zoslabíme na úroveň –100 dB na výstupe prenosového kanála a silné signály z prenosového kanála ešte viac zosilníme až na úroveň +20 dB na výstupe prenosového kanála tak, ako to je znázornené na obrázku hore.

    Činnosť kompandera pri prenose signálu cez prenosový kanál, tak ako sme si to tu opísali, v praxi používa napríklad systém “Wegener Panda”, používaný na prenos analógového družicového rozhlasového vysielania. Kompander sa uplatňuje aj v iných oblastiach elektrotechniky, nie len v rozhlasovej technike. Konkrétne ide o magnetofónovú techniku, v ktorej sa v polovičke 70 – tych rokov minulého storočia začal používať systém na potlačenie šumu magnetofónovej pásky označovaný ako “Systém Dolby dBX”. Vysielačom tu bol záznamový zosilňovač, prijímačom zasa snímací zosilňovač. Pomocou tohto systému bolo možné v profesionálnych magnetofónoch dosiahnuť dynamiku okolo 100 dB.

Blokové schémy kompresora a expandera sú na nasledujúcom obrázku.

Bloková schéma kompresora a expandera

    Na základe obrázkov môžeme povedať, že kompresor je zosilňovač, ktorého zosilnenie je najčastejšie riadené v závislosti od úrovne signálu na jeho výstupe a expander je zosilňovač, ktorého zosilnenie je riadené v závislosti od úrovne signálu na jeho vstupe.

    V praxi sa kompresor veľmi často používa aj bez expandera. Kompresor sa používa na zmenšenie kolísania úrovne vstupného signálu. Používa sa preto v elektroakustických zariadeniach na vyrovnanie hlasitosti, ak napríklad hovorí osoba do mikrofónu z rôznej vzdialenosti ( dispečing, magnetofón a pod.)

    Špeciálnym prípadom kompresora dynamiky je tzv. limiter. Ide o zariadenie s veľmi strmou prevodovou charakteristikou, ktoré má zabezpečiť, aby výstupný signál mal konštantnú úroveň aj keď sa úroveň vstupného signálu bude meniť v rozsahu niekoľkých desiatok dB. Limitery môžeme prirovnať k obmedzovačom amplitúdy s veľkým zosilnením, ale na rozdiel od takýchto obmedzovačov limitery musia zachovať tvar signálu a nesmú vnášať prídavné harmonické skreslenie do zosilňovaného signálu. Limitery používajú napríklad gitaristi na získanie dlho znejúceho tónu približne rovnakej intenzity.

 


!!!   Použitie obsahu stránok alebo ich častí na "kvaziautorské" a komerčné účely je v rozpore s autorskými právami a je možné len so súhlasom autora   !!!

Spracoval :  Ing. Alexander Žatkovič
Prípadné pripomienky alebo otázky zasielajte na adresu