8.4. Экспертиза качества унчз и электроакустической аппаратуры
Работу усилителя звуковой частоты проверяют, подключая его входы к различным источникам сигналов: магнитофону, электропроигрывателю с магнитным звукоснимателем, микрофону и др. Конструктивное исполнение усилителя должно отвечать первой категории безопасности (сетевой кабель должен быть оборудован вилкой с тремя штырями) или второй категории (двухжильный кабель с вилкой без предохранительного гнезда).
Вращение регуляторов не должно сопровождаться щелчками или хрипом в акустических системах. Регулировка баланса должна соответствовать изменению громкости в одном канале при одновременном уменьшении в другом. Выполнение функций в различных режимах коммутации проверяют в соответствии с руководством по эксплуатации (подключение эквалайзера и спектроанализатора, ступенчатое уменьшение громкости, отключение тонкомпенсации и т. д.).
Абонентские громкоговорители и трехпрограммные приемники проверяют включением в трансляционную сеть. Трехпрограммные приемники должны обеспечивать прием трех программ с регулировкой чувствительности и громкости. Регуляторы чувствительности предназначены для выравнивания уровней громкости принимаемых программ по всем трем каналам.
Корпуса излучателей звука не должны иметь деформаций, сколов и расслоений. Металлические детали должны иметь антикоррозийное покрытие.
Акустические системы тщательно осматривают, проверяют целостность диффузоров динамических головок и покрывающей их декоративной ткани. Колонки и стереонаушники для проверки подключают к усилителю звуковой частоты, на вход которого подается сигнал с магнитофона. Следует следить за тем, чтобы выходная мощность усилителя не превышала мощности акустических систем.
Методом парного сравнения с эталонными колонками определяют качество звучания АС, в том числе и на полной мощности. При этом не должно быть слышно дребезжания и хрипов. На задней стенке АС должны быть четко нанесена маркировка и пиктограммы с обозначением разъемов для соединительных шнуров.
На корпусах микрофона и излучателей звука должен быть нанесен товарный знак завода–изготовителя, условное обозначение аппарата. В паспортах должны быть указаны тип, основные параметры, дата изготовления и гарантийные обязательства. Микрофоны, громкоговорители, АС и наушники упаковывают в отдельные коробки с предупреждающими надписями.
Тема 3. Радиоприемная аппаратура
5.1. Основы радиопередачи и радиоприема.
Общая схема радиопередачи.
Передача
аудио- и телеинформации на большие
расстояния осуществляется с помощью
высокочастотных электромагнитных
колебаний – радиоволн. По своей природе
радиоволны относятся к колебаниям,
расположенным в частотном диапазоне
от 30 кГц до 6·1012
Гц с длиной волны от 500 мкм до 10000 м.
Частота колебаний радиоволн связана с
длиной волны формулой:
,
где: с – скорость света; f – частота колебаний; λ – длина волны.
Радиоволны могут иметь естественное и искусственное происхождение.
К радиоволнам естественного, внеземного происхождения относятся мощные излучения Солнца, планет, отдельных звезд и галактик. В атмосфере Земли источниками радиоволн могут быть извержения вулканов, разряды молний и возбужденная ионосферная плазма (полярные сияния, магнитные бури).
К радиоволнам искусственного происхождения относятся электромагнитные колебания, возникающие в линиях электропередач, излучения от мощных промышленных переключателей и трансформаторов, от электросварочных аппаратов, от транспортных средств и от короткого замыкания в бытовых электрических приборах. Все эти излучения природного и искусственного происхождения носят случайный характер, практически не предсказуемы, поэтому являются серьезными источниками помех в радиовещании.
Для передачи звуковой информации используются "чистые", искусственные радиоволны, источником которых являются мощные генераторы высокочастотных колебаний, установленные на радиостанциях.
Характер распространения радиоволн зависит от частоты колебаний и, соответственно, от длины волны. С учетом особенностей распространения, генерации и излучения весь диапазон радиоволн принято делить на длинные, средние, короткие и ультракороткие радиоволны:
ДВ (LW – Long Wave) – от 735 до 2000 м (408-150 кГц);
СВ (MW – Middle Wave) – от 187 до 571 м (1600-525 кГц);
КВ (SW – Short Wave) – от 25 до 75 м (12-4 мГц);
УКВ (FM – Frequency Modulation) – от 2,78 до 4,11 м (65,8-108 мГц).
Благодаря свойству переносить энергию со скоростью света, радиоволны нашли применение для передачи звуковой и видеоинформации на большие расстояния. Для этого их определенным образом видоизменяют, "накладывая" на них электрические колебания, полученные, например, с микрофона или магнитофона. Этот процесс в радиотехнике называется модуляцией.
Модулированные радиоволны, оставаясь высокочастотными, свободно излучаются антенной в эфир, унося с собой необходимую информацию. С помощью радиоприемных устройств эта информация улавливается, усиливается и воспроизводится.
В практике радиовещания нашли применение амплитудная (АМ), частотная (ЧМ) и полярная (ПМ).
При амплитудной модуляции происходит векторное сложение мгновенных значений амплитуд ВЧ колебаний и НЧ сигналов. На рис 5.1.1. показано, что огибающая модулированных ВЧ колебаний получается аналогичной НЧ сигналу. Радиоволны как бы несут "на своих плечах" низкочастотный сигнал, поэтому основная частота радиостанции называется несущей. АМ используется при передаче на длинных, средних и коротких волнах. Недостатком радиопередач с амплитудной модуляцией является подверженность их влиянию атмосферных помех, которые также имеют амплитудный характер. Качество вещания на этих диапазонах невысокое, так как максимальная частота модуляции не превышает 6500 Гц, а реальная полоса воспроизводимых частот ещё ниже
Рис. 3.1. Графическое изображение модуляции:
I – амплитудная, II – частотная; III - полярная
Частотная модуляция отличается тем, что амплитуда ВЧ колебаний остается неизменной, но изменяется их частота в соответствии с изменением амплитуды низкочастотных сигналов (рис. 5.1.2). Частотно–модулированные колебания в меньшей степени подвержены влиянию внешних помех, так как они в основном носят не частотный, а амплитудный характер. Частотная модуляция используется при передаче на УКВ (FM). На этом диапазоне удается передавать частотный звуковой диапазон от 30 Гц до 15 кГц как в монофоническом, так и стереофоническом звучании.
Полярная модуляция используется для стереофонического вещания на УКВ и отличается от частотной тем, что положительные полупериоды ВЧ колебаний модулируются одним каналом, а отрицательные – другим (рис 5.1.3).
В комплекс оборудования радиостанции входят радиопередатчик, передающая антенна, связывающий их между собой фидер (высокочастотный кабель) и источники электропитания. Радиопередатчик выполняет всю работу по генерированию, модулированию и усилению высокочастотных колебаний. Обычно, на радиостанции имеются несколько радиопередатчиков, работающих в разных диапазонах радиоволн.
Для того чтобы радиостанции не мешали друг другу, для каждой из них отводится по международным правилам строго определенная несущая частота радиоволн. Например, радиостанция Санкт–Петербурга работает на частоте 801 кГц, Киева – 783 кГц, Риги – 1350 кГц. Интервал между несущими частотами соседних каналов на ДВ и СВ выбран равным 9 кГц (все частоты кратны 9). В США и Японии кратность частот равна 10. Каждая радиостанция имеет своё название и позывные.
Следует учитывать, что передаваемый радиостанцией высокочастотный модулированный сигнал передается не на одной частоте, а на полосе частот, которая образуется за счет того, что аналоговый аудиосигнал, который передает несущая частота, представляет собой спектр звуковых частот. Поэтому модулированный сигнал состоит из несущей частоты и верхней и нижней боковых частот. Например, если радиостанция Санкт–Петербурга передает на частоте 801 кГц аудиоинформацию, полоса звуковых частот которой 9 кГц, то полоса радиочастот, занимаемая этой радиостанцией, составит 797,5 – 806,5 кГц.
Тесное соседство каналов разных радиостанций приводит к тому, что спектры их боковых полос иногда перекрываются. Чтобы уменьшить взаимные помехи, близкие частоты присваивают географически удаленным друг от друга радиостанциям.
Спутниковое радиовещание.
Спутниковое радиовещание обеспечивает качество воспроизведения звука, сопоставимое с качеством звучания компакт-дисков. Одной из наиболее известных является система спутникового радиовещания (Digital Satellite Radio – DSR). Она ведет передачи 16 радиостанций (BBC, Granada, ITV и др.) через "висящий" над Европой спутник «Коперник». Спутник усиливает сигналы, передаваемые радиостанциями, и излучает их направленной антенной на европейскую часть материка на частоте 12 ГГц.
Для улавливания сигнала от спутника в центре Европы достаточна спутниковая антенна диаметром всего 60 см, однако, по мере удаления зоны приема от спутника диаметр антенны необходимо увеличивать до 140 см. Система DSR совместима с системой цифрового многоканального кабельного вещания. В этом случае необходимость в спутниковой антенне отпадает. Передачи DSR можно записывать на обычные цифровые магнитофоны и мини-диски, а также на обычные аналоговые кассетные магнитофоны.
Общая схема радиоприема.
Прием и воспроизведение радиопередач осуществляется радиоприемниками. Несмотря на внешние различия в схемах, для всех радиоприемников характерны следующие основные физические процессы, выполняемые в несколько этапов:
Преобразование энергии электромагнитных волн в энергию электрического тока во входных цепях радиоприемника.
Выделение полезного сигнала принимаемой радиостанции из множества других сигналов, улавливаемых антенной приемника.
Усиление ВЧ сигнала.
Выделение из принятого модулированного сигнала переменного тока звуковой частоты, несущего аудиоинформацию.
Усиление НЧ сигнала до необходимой мощности.
Преобразование электрических колебаний в звуковые.
На первом этапе происходит процесс возбуждения колебаний электрического тока в медном проводе антенны бегущими электромагнитными волнами. Явление возбуждения в проводнике электрического тока переменным магнитным полем было впервые открыто Майклом Фарадеем, развито Генрихом Герцем и практически использовано в радиотехнике Александром Поповым.
В антенне возбуждаются высокочастотные колебания, излучаемые всеми радиостанциями мира. Отличаются они лишь частотой колебаний и уровнем напряжения. Для воспроизведения доступны не все сигналы. Не могут быть приняты сигналы с уровнем ниже чувствительности радиоприемного устройства и сигналы, находящиеся за пределами диапазонов принимаемых частот.
Большинство радиоприемников имеют антенны двух типов – магнитные и телескопические. Магнитная антенна представляет собой катушку с намотанным медным проводом и с ферромагнитным сердечником, который обладает высокой магнитной проницаемостью. Магнитная антенна имеет диаграмму направленности, поэтому малогабаритные радиоприемники при настройке на радиостанцию рекомендуется разворачивать в направлении источника сигнала. Настольные аппараты имеют встроенную вращающуюся антенну с приводом от ручки, расположенной на лицевой панели. Магнитная антенна применяется в основном для приема в диапазонах ДВ и СВ.
Телескопическая выдвижная антенна служит для приема на КВ и УКВ. Общая ее длина в развернутом состоянии достигает до 1 м, в нерабочем состоянии она складывается и размещается в корпусе приемника.
На втором этапе происходит выделение сигнала нужной радиостанции. Антенна в радиоприемнике соединена с шасси радиоприемника или, что тоже самое, с землей, поэтому все токи, наведенные в антенне электромагнитными волнами "стекают" на землю. Для выделения сигналов нужной радиостанции в цепи "антенна – земля" поставлен колебательный контур.
Колебательный контур обладает большим индуктивным сопротивлением переменному току, если его собственная резонансная частота не совпадает с частотой колебаний проходящего через него тока, но в тоже время, это сопротивление ничтожно мало, если эти частоты совпадают.
Сущность выбора сигналов нужной радиостанции заключается в настройке частоты колебательного контура в электрический резонанс с её собственной частотой. В этом случае сигналы настраиваемой радиостанции без сопротивления проникают в колебательный контур, а вместе с этим, и на вход соединенного с ним усилителя сигналов высокой частоты. Для остальных радиостанций, частоты которых отличаются от резонансной, колебательный контур представляет большое сопротивление и препятствует их проникновению в усилитель.
Колебательные контуры могут быть пассивные (перестраиваемые) и активные с задающим генератором высоких частот.
Пассивный контур состоит из набора катушек индуктивности и конденсаторов переменной емкости, которые позволяют изменять его собственную частоту в больших пределах. Переключением катушек индуктивности изменяют диапазоны принимаемых радиоволн (ДВ, СВ, КВ и УКВ), а плавным изменением емкости конденсатора ручкой настройки радиоприемника добиваются приема нужной радиостанции в пределах каждого диапазона. Радиоприемники с таким способом настройки называют аналоговыми.
В активных колебательных контурах в качестве задающего генератора используются цифровые синтезаторы частот. Синтезатор частот – это генератор электрических колебаний, основная частота которого задается кварцевым резонатором. С помощью специальных схем (умножителей и делителей частоты, выделения нужных гармоник) синтезатор может вырабатывать колебания любой частоты, значения которых в цифровом виде отражаются на дисплее и могут храниться в ячейках блока памяти. Радиоприемники с цифровым синтезатором частот называют цифровыми.
Чтобы обеспечить прием сигналов нужной радиостанции, достаточно нажатием кнопки или методом сканирования указать её частоту. Микропроцессор при этом подключит к кварцевому генератору колебательные цепи, частота которых будет резонировать с частотой выбираемой радиостанции.
На третьем этапе происходит усиление принятого ВЧ сигнала. Модулированный высокочастотный сигнал невелик по напряжению, поэтому он направляется на усилитель сигналов высокой частоты.
В колебательный контур вместе с сигналами радиостанций могут проникать атмосферные помехи. Чтобы освободиться от них, сигналы пропускают через электрические фильтры, настроенные на частоту 465 КГц, называемую промежуточной частотой. Так как радиостанции работают на разных частотах, отличающихся от 465 КГц, их сигналы предварительно с помощью гетеродина и смесителя преобразуют в промежуточную частоту.
Гетеродин – маломощный генератор высоких частот. Конструкция гетеродина такова, что при настройке приемника на любую радиостанцию он автоматически начинает вырабатывать колебания с частотой, превышающей частоту радиостанции на 465 кГц.
В транзисторе-преобразователе происходит сложение колебаний сигнала радиостанции и гетеродина, в результате на выходе транзистора возникают биения электрического тока с частотой равной разности частот радиостанции и гетеродина, то есть – 465 кГц. После такого преобразования сигналы любой радиостанции, могут свободно проходят через полосовой фильтр, а атмосферные помехи пройти не могут, так как их частоты отличаются от 465 кГц. Все радиоприемники, имеющие гетеродин, называются супергетеродинными.
Радиоприемники без гетеродина, называют радиоприемниками прямого усиления. Схемы таких радиоприемников используют в сигнальных устройствах и в игрушках. Качество их звучания очень низкое.
В связи с тем, что на УКВ используется частотная модуляция сигналов, а привнесенные сигналы атмосферных помех носят амплитудный характер, то от них легко освободится, попуская их через ограничитель амплитуды, отсекая тем самым её всплески, вызванные атмосферными помехами.
На четвертом этапе происходит детектирование – выделение из модулированного высокочастотного сигнала колебаний звуковой частоты. В качестве детекторов используют, обычно, полупроводниковые диоды, которые пропускают ток только в одном направлении.
На рис 5.2-а показан модулированный высокочастотный (более 100 КГц) сигнал. Если такой сигнал подать на катушку громкоговорителя, то его диффузор в силу своей инерции "замрет" в средней точке, так как положительные и отрицательные полупериоды ВЧ колебаний будут действовать на него практически одновременно. Выпрямленные колебания ничем не скомпенсированы (рис 5.2-б.), поэтому катушка вместе с диффузором будет перемещаться в соответствии с амплитудой импульсов и таким образом воспроизводить аналоговый сигнал (рис. 5.2-в.)
Рис.3.2. График процесса детектирования колебаний:
1 – высокочастотные модулированные колебания;
2 – ток в цепи детекторного диода;
3 – колебания низкой или звуковой частоты
По каналам радиосвязи с помощью полярной модуляции можно передавать не только монофонические, но и стереофонические сигналы. Стереофонические радиоприемники характеризуются наличием стереодекодера и двухканального усилителя сигналов звуковой частоты. Стереосигнал, благодаря полярной модуляции (рис. 5.1.3), несет информацию о двух звуковых каналах. Положительные полупериоды колебаний несущей частоты промодулированы правым аудиоканалом, отрицательные – левым. Для разделения каналов в состав стереодекодера включен полярный детектор, состоящий из двух диодов, включенных в обратных направлениях. Полярный детектор выделяет два сигнала, один из которых подается на УСЗЧ правого канала, другой – на УСЗЧ левого канала.
На пятом этапе НЧ сигнал доводится до необходимой мощности с помощью встроенного или автономного усилителя сигналов низкой частоты. Усилитель сигналов звуковой частоты в радиоприемниках общий для ЧМ и АМ каналов.
На шестом этапе происходит преобразование электрических колебаний в звуковые с помощью встроенного громкоговорителя или выносных акустических систем.