При розробці систем стереофонічного мовлення насамперед вирішували завдання сумісності, тобто можливості прийому стереофонічного сигналу на приймач без стереодекодера і звук моно сигналу на приймач зі стереодекодера.
В обох випадках передачі, природно, будуть звучати як монофонічні. За названою вище причини в системах стереофонічного мовлення передаються не сигнали лівого (А) і правого (В) каналів, а їх сума (А + В) і різницю (А-В).
Сигнал несучої УКХ передавача модулюється, сумарним сигналом, як зазвичай, по частоті, і саме він приймається на монофонічні приймачі.
Різницевий сигнал передається за допомогою піднесе, часто та якої вище спектра звукових частот. Вона також модулює сигнал несучої передавача за частотою.
Тепер розглянемо коротко принцип реалізація стереопередач у вітчизняній полярної системі.
Сигнал частоти, що піднесе (31,25 кГц) модулюється по амплітуді різницевим сигналом (А-В) і додається до сумарного низькочастотному сиг налу (А + В).
В результаті утворюється полярно-модульований сигнал (ПМС). Його форма показана на рис.1, а, спектр - на рис.1, б.
Полярним цей сигнал називається тому, що його верхня огинає відповідає звуковому сигналу лівого каналу (А), а нижня - правого (В).
Зручність роботи з ПМС в тому, що для його демодуляції придатний найпростіший Двуполярность детектор.
Рис.1 - полярно-модульований сигнал
Подавати ПМС безпосередньо на частотний модулятор передавача невигідно, оскільки велика частина дозволеної девіації частоти (± 50 кГц) пішла б на марну модуляцію піднесе.
Тому поднесущую при передачі штучно зменшують в 5 разів (на 14 дБ) за амплітудою за допомогою режекторного контуру зі стандартизованої добротністю 100 ± 5.
Одночасно контур послаблює і нижні частоти бічних смуг разностного сигналу (А-В), як показано на рис.1, б штриховий лінією. Сформований таким чином сигнал називається комплексним стереофонічним сигналом (КСС).
При подачі його на частотний модулятор передавача девіація частоти сигналом піднесе становить всього ± 10 кГц, а на корисні компоненти сигналу залишається ще ± 40 кГц.
Спрощена схема стереодекодера з полярним детектором для вітчизняної системи показана ні рис.2.
Рис.2. - Спрощена схема стереодекодера з полярним детектором
КСС з виходу частотного детектора приймача подається на ланцюжок відновлення піднесе, що складається з двох резисторів Rl, R2 і контуру L1C1 з добротністю 100, налаштованого на частоту 31,25 кГц.
Контур піднімає рівень сигналу піднесе на 14 дБ і компенсує ослаблення нижніх частот разностного сигналу (А-В).
Отриманий ПМС посилюється підсилювачем А1 і подається на полярний детектор на діодах VD1, VD2, який виділяє сигнали лівого і правого каналів (А і В).
Як відомо, в передавачі при частотної модуляції до формування ПМС в звукові сигнали лівого (А) і правого (В) каналів вводяться предискаженія з метою підняти верхні частоти звукового спектра.
Це вирівнює спектр реального звукового сигналу, основна потужність якого зосереджена на низьких частотах, і підвищує відношення сигнал-шум за все тракту передачі.
Предискаженія компенсуються в навантажувальної ланцюга полярного детектора елементами R3C2 і R4C3. Постійна часу цих ланцюгів у вітчизняній системі повинна бути дорівнює 50 мкс.
Як бачимо вітчизняна система стерео будувалася в розрахунку на застосування амплітудних детекторів, і основним аргументом на її користь була простота стереодекодеров.
Однак з появою інтегральних мікросхем складність схеми перестала бути обмежуючим фактором, і тоді висвітилися недоліки системи: необхідність точного підйому піднесе саме на 14 дБ і тільки контуром з добротністю 100 (відхилення параметрів ведуть до погіршення поділу каналів), і підвищені спотворення обвідної при амплитудном детектировании сигналу .
Останній недолік посилюється дуже низькою частотою, що піднесе, фактично всього вдвічі перевершує верхню звукову частоту 15 кГц. Через ці спотворень від полярного детектування скоро відмовилися, перейшовши до використання сумарно-різницевих стереодекодеров, званих також матричними.
У них КСС розділяється фільтрами на тональну і надтональной частини. Остання після підйому піднесе детектується двох полупериодного або мостовим детектором, частота пульсацій на виході якого вдвічі вище і легше згладжується.
Продетектірованний різницевий сигнал (А-В) потім складає ся і віднімається в резисторной матриці з тональним сумарним сигналом (А + В), утворюючи на виході стереодекодера сигнали лівого і правого каналів А і В.
Розроблено і ще більш складні високоякісні стереодекодера наприклад, з тимчасовим переключенням каналів. Деякі з них описані на сторінках журналу «Радіо».
Західна система стерео на УКХ виникла на базі розробок фірм Zenith Radio і «General Electric» (США), що послужили основою американського стандарту.
За падноевропейскій стандарт відрізняється дуже незначно. У цій системі також використовуються безпосередня модуляція передавача за частотою сумарним сигналом (А + В), що забезпечує сумісність, і амплітудна модуляція піднесе різницевим сигналом (А-В).
Однак сама поднесущая з частотою 38 кГц пригнічується повністю, і в КСС входять лише бічні смуги модульованого сигналу піднесу щей, причому без частотних спотворень.
Амплітудна модуляція піднесе і її придушення забезпечується зазвичай балансним модулятором.
У стереодекодера приймача передбачається синхронне детектування з використанням зразкових коливань частотою 38 кГц. Для отримання або синхронізації цих коливань в КСС вводиться так само пілот-тон на половинній частоті піднесе 19 кГц.
Амплітуда його невелика і підбирається так, щоб можна було модулювати ЧС сигнал пере датчика на 8. 10% від повної девіації ± 75 кГц.
Предискаженія з постійною часу 75 мкс (50 мкс в Європі) вводяться в звукові сигнали лівого і правого каналів ще до формування КСС на пере дає стороні і компенсуються згладжуючими RC-ланцюжками на виході стереодекодера.
Структурна схема формування КСС з пілоттоном на передавальній стороні показу на на рис.3.
Рис.3. - Структурна схема формування КСС
Звукові сигнали каналів А н В через мікрофонні підсилювачі A1, A2 і ланцюги предискаженій Z1, Z2, що піднімають верхні частоти, подаються на сумарно-різницеву матрицю М, на виході якої утворюються сумарний (А + В) і різницевий (А-В) сигнали.
Останній надходить на балансний модулятор D3, де модулює напруга піднесе 38 кГц, що надходить від кварцового генератора пілоттона G1 (19 кГц) через подвоювач частоти U4.
КСС утворюється на виході суматора U5, на який подаються три сигналу:
- сумарний А + В (через лінію затримки U2, що компенсує затримку сигналу в балансному модуляторе),
- сигнал бічних смуг А-В (з модулятора U3)
- пі лот-тон 19 кГц (з генератора G1).
Сформований КСС надходить на частотний модулятор радіомовного пере датчика.
Спектр КСС показаний на рис.4, причому шкала по вертикалі взя та у відсотках від максимальної девіації частоти передавача.
Повна ширина спектра КСС при діапазоні звукових частот 30 Гц ... 15 кГц - 53 кГц, т. Е. Ширше, ніж у вітчизняній системі (46,25 кГц), що, втім, компенсується і більшою девіацій частоти передавача, прийнятої в стандарті FCC рівній 75 кГц.
Ставлення сиг нал-шум на виході приймача при цьому має бути навіть краще, ніж у вітчизняній системі.
Рис.4. - Спектр КСС
Структурна схема стереодекодера для системи з пілоттоном показана на рис.5.
КСС з виходу частотного детектора приймача посилюється каскадом A1 і надходить на пристрій виділення сигналу піднесе U1.
Цей сигнал складається з КСС в суматорі U2, і отриманий ПМС детектується полярним детектором на анодах VD1, VD2, утворюючи на виведення сигнали лівого і правого каналів (А і В).
Пристрій виділення сигналу піднесе U1 містить контур, відфільтровує щий пілот-тон, подвоювач частоти і контур, який виділяє сигнал піднесе.
Принципова схема пристрою дана на рис.6. Як уже згадувалося, до недоліків полярного детектора відноситься підвищений рівень нелінійних спотворень, тому в системі з пілот-тоном частіше використовують синхронний детектор і сумарно-різницеву матрицю для раз поділу каналів.
Рис.6. - Принципова схема пристроїв
Структурна схема матричного стерсодекодера для системи з пілоттоном показана на рис. 7 КСС після попередньо ного посилення (А1) надходить на систему з трьох фільтрів, які виділяють його тональну (ФНЧ Z1 з частотою зрізу 15 кГц) і надтональной (смуговий фільтр Z2 з поло сой пропускання 23. 53 кГц) частини і пілот-сигнал ( контур Z3, налаштований на частоту 19 кГц).
Пілот-сигнал подається далі на пристрій виділення піднесе U1. Виділений сигнал піднесе посилюється до необхідного рівня (порядку одиниць вольт) підсилювачем A2 і перемножується в синхрон ном детекторі U2 з надтональной частиною КСС, утворюючи різницевий сигнал звукових частот (А-В).
Шляхом підсумовується вання і віднімання його з сумарним сигналом (А + В) в матриці U3 утворюються вихідні сигнали А і В.
У стереодекодера з пілот-тоном важлива правильна фазировка коливань піднесе при детектуванні сигналу - їх фаза повинна відповідати фазі пригніченою піднесе в передавальному тракті.
Спеціальних фазовращателей зазвичай не використовують, коректуючи фазу піднесе RC-ланцюгом на вході підсилювача піднесе (А2 на рис.7). Ланцюг містить розділовий конденсатор невеликої ємності і резистор, функції якого з успіхом може виконати вхід ве опір підсилювача.
Остаточно фаза піднесу щей регулюється підстроюванням контурів, налаштованих на 19 і 38 кГц в Подвоювач часто ти, адже, як відомо, крутизна фазочастотной характеристики коливального контуру максимальна поблизу його резонанс ної частоти.
Зі сказаного видно, що система з пілот-тоном відрізняється від вітчизняної більшою складністю виділення піднесе, зате в неї спочатку закладений більш досконалий метод синхронного детектування, що і визначає великі потенційні можливості підвищення якості.
В системі з пілот-тоном не потрібно коригувати спотворення, що вносяться контуром зі стандартизований ної добротністю.
Нелінійних спотворень сигналі при синхронному детектуванні сигналу значно менше, оскільки, в відмінна від амплітудного детектування, тут має місце лінійна операція перетворення частоти - перенесення спектра сигналу з надтональной області в тональну. Менше виникає і інтермодуляционних спотворень.
Полярні детектори в системі з пілот-тоном також працюють значно краще, оскільки рівень підмішують до КСС піднесе не обмежений величиною в 14 дБ і може бути як завгодно високим.
При цьому коефіцієнт модуляції утвореного ПМС виявляється малим, а сам полярний детектор працює в псевдосінхронном режимі з «пригніченою» несучої.
Коефіцієнт нелінійних спотворень, який в амплитудном детекторі, як показує теорія, пропорційний квадрату коефі цієнт модуляції, в цьому режимі значно знижується. Додатковим гідністю системи з пілот-тоном-є некритичність стереодекодера до параметрів КСС.
Так, наприклад, зміна рівня піднесе практично мало позначається на його роботі, а зміна фази зменшує амплітуду продетектированного сигналу про пропорційно косинусу різниці фаз, тобто залежність тут дуже полога.