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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA Decodificador estéreo com filtro de entrada KSS. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Comunicações de rádio civis Como usar meios simples para melhorar a qualidade dos programas de transmissão de áudio estereofônico recebidos é do interesse de muitos rádios amadores. O autor do artigo analisa o método de formação das características de frequência e fase do caminho de rádio e determina os links nos quais, com baixo custo, é possível introduzir elementos corretivos para melhorar a seleção do sinal na saída do decodificador estéreo. A qualidade da recepção de rádio estéreo depende não apenas da relação sinal-ruído real na entrada da antena do receptor, mas também da operação do dispositivo de decodificação. Como é sabido, em um decodificador estéreo (SD), um sinal estéreo complexo (CSS) é convertido em oscilações polares moduladas (PMO) e depois em sinais de saída de baixa frequência dos canais esquerdo e direito. As transformações que ocorrem neste caso determinam, em particular, um parâmetro tão importante como a atenuação da transição entre canais. A melhor separação de canais pode ser alcançada por um método de decodificação baseado em tempo que elimina a recuperação de subportadora e distorções não lineares e de fase associadas. A maioria dos LEDs integrados modernos operam com base neste princípio. A qualidade da decodificação também é significativamente influenciada pelo espectro do CSS de entrada. A frequência modulada superior necessária para transmitir uma frequência de áudio de 15 kHz em um sistema de transmissão estéreo com modulação polar (PM) e subportadora de 31,25 kHz é 46,25 kHz, e em um sistema com tom piloto (PT) e subportadora de 38 kHz - 53 kHz. Um pré-requisito para a ausência de distorção e boa separação de canais é uma resposta de frequência horizontal (sem bloqueio) e uma resposta de fase linear na faixa de frequência supratonal, até as indicadas. Ao mesmo tempo, o mais típico é o caminho de recepção de rádio, que apresenta uma diminuição na resposta de frequência nas frequências superiores do CSS. Essa redução ocorre devido à largura de banda limitada do caminho do detector IF e FM. Se a frequência de corte do SSC em um nível de -3 dB for designada Fcp, e a frequência da subportadora for Fsub, então a atenuação de transição entre canais pode ser calculada usando a fórmula aproximada p = 20 log (2 Fcp/Fsub). É fácil calcular que para obter uma separação de canais estéreo de 30 dB, é necessária uma largura de banda de sinais de PM de até 88 kHz e sinais de PT de até 107 kHz. Obviamente, esses dados são aproximados e não levam em consideração as características de um método de decodificação específico. Para corrigir a resposta de frequência do CSS, os modelos de decodificadores utilizam um ou outro circuito de correção, geralmente do tipo RC mais simples. Por outro lado, a expansão excessiva do espectro CSS leva a um aumento acentuado do ruído e da interferência proveniente da conversão de sinais fora de banda. Se a banda CSS não for limitada de forma alguma, a deterioração na relação sinal-ruído ao receber estações remotas pode ser de 20 dB ou mais em comparação com o modo monofônico. E pelo contrário: estreitar a banda CSS é uma técnica eficaz de redução de ruído. Requisitos conflitantes para CSS são melhor satisfeitos por uma resposta de amplitude-frequência que seja tão plana quanto possível até uma frequência de 70...80 kHz com um declínio ainda mais acentuado organizado por filtros de ordem superior. Esta característica permite aproximar-se dos parâmetros máximos alcançáveis de um determinado LED em termos de ruído e atenuação de diafonia entre canais. Essas disposições foram totalmente confirmadas durante o teste de um decodificador estéreo de padrão duplo no microcircuito KR174XA51. Em um circuito de comutação típico [1], um filtro passa-baixa simples de primeira ordem com frequência de corte de cerca de 10 kHz é usado em sua entrada. Um roll-off de 6 dB/oitava acima de 10 kHz fornece desempenho de ruído aceitável, mas reduz a atenuação entre canais de 43 dB (típico sem filtro de entrada) para 24 dB para sinais PM e 20 dB para sinais DC. Além disso, o filtro corta a parte superior do sinal tonal na região de 10...15 kHz, o que torna o som “abafado”. Em geral, apesar das soluções de design progressivas - um método temporário de separação de canais com amostragem dupla, supressão adicional do tom piloto, etc. - o SD mencionado funcionou pior do que o decodificador no chip BA1320 desatualizado. Outra desvantagem do KR174XA51 são os cliques desagradáveis no caminho do som quando o indicador do modo estéreo está ligado. A substituição do microcircuito por outra cópia não trouxe mudanças fundamentais. Para melhorar a qualidade do trabalho, o decodificador proposto é complementado com um filtro de entrada KSS, que forma o tipo de resposta de frequência necessário com possibilidade de ajuste manual e automático. As vantagens do novo LED também incluem a indicação separada do sistema de transmissão estéreo, que opera silenciosamente. Principais características técnicas
Funcionalmente, o dispositivo consiste em três blocos (Fig. 1): um filtro de entrada KCC, uma chave no chip DD1 e o próprio decodificador no chip DA1.
O filtro KSS representa mais uma modernização do dispositivo [2]. Seus parâmetros foram melhorados por modelagem computacional - a irregularidade da resposta de frequência na região tonal foi reduzida e a inclinação do corte na região supratonal foi aumentada. O filtro consiste em um link ajustável R1, R2, C1, C2 e um filtro passa-baixa de 3ª ordem C3, L1, C4 com uma frequência de corte que pode ser comutada dependendo do sistema de transmissão estéreo. A resposta de frequência do filtro está no modo de recepção com DC (mostrado na Fig. 2).
Link R1,R2, C1,C2 - regulador de alta frequência em ponte KSS. Nele, usando um resistor variável R2, é possível aumentar ou diminuir o nível dos componentes supratonais (e parcialmente tonais), o que leva a uma expansão ou estreitamento proporcional da base estéreo devido a mudanças na atenuação de transição entre canais [2 ]. Na posição intermediária do regulador R2, a resposta de frequência do filtro é horizontal até a frequência de corte (ver Fig. 2, curva 1), nas duas posições extremas sua irregularidade na faixa de áudio não ultrapassa 2 dB. O ajuste cobre apenas a parte superior do espectro sonoro - acima de 10 kHz, o que permite, com recepção confiável, enfatizar as frequências mais altas e, assim, melhorar a qualidade do som. Ao mesmo tempo, o nível de ruído também muda, é mínimo na posição inferior do controle deslizante do resistor R2, quando a parte supratonal do KSS está realmente cortada e o som fica próximo do monofônico. Assim, a seção de filtro ajustável permite obter uma qualidade adaptativa do sinal de saída dependendo do sinal de entrada - desde “Estéreo” estendido para sinais de RF potentes até “Mono” - para sinais ruidosos e distorcidos, em particular, por recepção multipercurso. Um filtro passa-baixa em forma de U de 3ª ordem é montado nos elementos C3, L1, C4. Este filtro foi projetado para suprimir efetivamente o ruído e a interferência da conversão de sinais situados atrás da banda de informação principal do CSS. O filtro passa-baixa foi sintetizado pela aplicação Design do programa MicroCap6.0. Seus parâmetros: frequência de corte em sistema com DC - 75 kHz, em sistema com PM - 60 kHz, inclinação atrás da banda de transparência - 15...17 dB/oct, impedância característica - 4,7 kOhm. A frequência de corte é alterada estruturalmente pela comutação do número de voltas da bobina L1 usando uma chave eletrônica DD1. Graças à modelagem computacional, o filtro tem uma resposta de frequência suave (ver Fig. 2) e uma resposta de fase bastante linear (Fig. 3).
O filtro KSS é conectado ao decodificador estéreo (chip DA1) em vez do circuito de entrada remota R1C1 [1]. A atenuação por ele introduzida (12 dB) é compensada pela grande margem de ganho do chip DA1 (até 14 dB). Ao receber sinais do PM, o pino 8 do chip DA1 é colocado em um nível lógico baixo, próximo de zero. Nas entradas de controle 5 e 6 da chave DD1 há um nível lógico alto fornecido a partir do ponto médio do divisor R4, R5. Neste caso, a chave K2 é fechada nos pinos 4 e 3, o pino 3 da bobina L1 é conectado ao capacitor C4. O filtro está configurado para uma frequência de corte de 60 kHz. Ao mesmo tempo, a chave de curto-circuito é aberta e, através de seus pinos 8 e 9, a tensão de indicação do pino 7 do microcircuito DA1 é fornecida ao LED HL1, indicando o modo “PM”. Ao reconhecer sinais do TP, o nível de tensão no pino 8 do chip DA1 muda para alto, na verdade igual à tensão de alimentação. Este sinal é fornecido para controlar as entradas 12 e 13 das teclas K1 e K4 da chave DD1. A chave K4, ao abrir, reduz a tensão no ponto médio do divisor R4R5 para um nível baixo. Ao mesmo tempo, os interruptores K2 e KZ passam para um estado não condutor, fazendo com que o terminal 3 da bobina seja desconectado do capacitor C4 e o LED HL1 se apague. Ao mesmo tempo, abre-se a chave K1, que conecta o terminal 2 da bobina L1 ao capacitor C4. A indutância da bobina diminui, o que leva a uma mudança na frequência de corte do filtro passa-baixa para 75 kHz. Além disso, o cátodo do LED HL2 está conectado ao fio comum através da chave K11 aberta nos pinos 10 e 4, e em seu ânodo há tensão proveniente do pino 7 do chip DA1. Neste caso o LED HL2 indica o modo “PT”. O switch SA1 pode ativar o modo "Mono" à força. Neste caso, ambos os LEDs estão apagados, pois não haverá tensão no pino 7 do chip DA1. A tensão de alimentação permitida do microcircuito KR174XA51 é de 2,7...7 V. Foi estabelecido experimentalmente que os cliques característicos quando o indicador do modo estéreo é ligado ocorrem apenas quando a tensão de alimentação está acima de 4 V. Neste caso, a tensão em o pino 15 do microcircuito DA1 é limitado pelo diodo zener VD1 no nível 3,9, 1 V. Neste caso, os indicadores HL2, HLXNUMX acendem quase silenciosamente, os parâmetros do microcircuito permanecem altos. O decodificador estéreo utiliza resistores fixos MLT-0,125, capacitores cerâmicos - tipo KM, capacitores eletrolíticos - importados. Interruptor SA1 - botão P2K. Resistor variável R2 - qualquer um de pequeno porte, por exemplo, SPZ-4b, com característica tipo A. Devido à tensão de alimentação reduzida do microcircuito DA1, os emissores HL1, HL2 devem ter alta saída de luz em baixa corrente. Os LEDs KIPD05A atendem a essa condição, mas você pode selecionar outros com brilho máximo, inclusive os importados. A bobina L1 é feita em um anel de ferrite K20x10x5 mm de grau de ferrite 2000NM. O enrolamento 1 - 2 contém 110 voltas, o enrolamento 2-3 - 30 voltas de fio PEV 2-0,2. O fator de qualidade da bobina é alto, portanto os parâmetros do filtro passa-baixa praticamente não deterioram a resistência do canal aberto do microcircuito DD1 (cerca de 270 Ohms), conectado em série com a bobina L1. Os componentes do dispositivo, como o filtro KSS e o switch DD1, não requerem configuração. No decodificador estéreo DA1, você deve usar apenas o resistor de corte R8 para obter um reconhecimento estável do modo estéreo “PM” ou “PT” ligando o LED HL1 ou HL2 correspondente. Depois disso, verifique o funcionamento do link do filtro ajustável girando a alça do resistor R2: o som deve mudar de “Estéreo” estendido para “Mono”. O efeito subjetivo deste ajuste está bem descrito em [2]. Recomenda-se marcar a posição intermediária do regulador R2, que corresponde à resposta de frequência horizontal do KSS (ver Fig. 2] e ao modo “Estéreo” normal. A eficácia do filtro passa-baixa de 3ª ordem pode ser facilmente verificada ligando temporariamente a chave P2K (botão fixo) para alterná-lo. Ao pressionar o botão, um grupo de contatos P2K deve causar curto-circuito nos terminais 1 - 3 da bobina L1, e o outro deve desconectar os terminais dos capacitores C3, C4 do fio comum. A desativação do filtro pressionando um botão é acompanhada por um aumento acentuado de ruído e interferência, mesmo ao receber sinais não muito fracos. Receber sinais distantes e fracos no modo estéreo torna-se totalmente impossível. Ligar o filtro passa-baixa, ao contrário, limpa o sinal de ruídos, assobios de interferência, etc., enquanto a separação de canais permanece alta. Em geral, a qualidade do trabalho do SD proposto revelou-se significativamente superior ao original [1]. O filtro KCC, claro, pode ser usado em outros decodificadores. Devido à impedância característica relativamente baixa do filtro passa-baixa, sua saída combina bem com a entrada de quase qualquer LED. Para LEDs de padrão único, a chave DD1 não é necessária e o circuito é significativamente simplificado (Fig. 4).
O número de voltas da bobina L1 é escolhido como 110 para um sistema de transmissão estéreo com PT ou 140 para PM. No entanto, para um SD específico é melhor esclarecê-lo experimentalmente. Neste caso, a bobina L1 é feita com vários toques (a cada 10-15 voltas) e na hora da sintonia eles são comutados, conseguindo um mínimo de ruído e boa separação dos canais estéreo. Este trabalho é melhor realizado ao ouvir som em telefones estéreo. Literatura
Autor: A.Pakhomov, Zernograd, região de Rostov
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