Základní pojmy
Anténa, elektromagnetická vlna, princip modulace
Anténa - může být přijímací nebo vysílací. Má za úkol přijímat nebo vysílat vysokofrekvenční signál, šířící se v podobě elektromagnetických vln. Tvoří ji vodič (drát,trubka), jehož délka je v přímém vztahu k délce vlny. Základní rozměr představuje dipól - polovina délky vlny. U antény je důležitá impedance, která je 75 ohmů (jednoduchý dipól), nebo 300 ohmů (složený dipól).
Elektromagnetická vlna - Prochází-li vodičem (vysílací anténou) proměnný proud, vzniká v prostoru kolem vodiče (antény) proměnné elektromagnetické pole. Vyplňují jej siločáry, orientované kolmo k vodiči. Směr pohybu siločar závisí na směru procházejícího proudu a zjišťujeme jej pravidlem "pravé ruky". Elektromagnetické pole má složku elektrickou E [V/m] a magnetickou H [H/m].
Elektromagnetické vlny se rozkládájí v širokém kmitočtovém spektru od 1kHz po 10 GHz.
Rychlost šíření elektromagnetické vlny je rovna rychlosti světla a to 3*108 m/s.
Princip modulace - Jestliže chceme přenést určitou informaci (zvuk, obraz) na větší vzdálenosti, musíme signál nesoucí informaci modulovat.
Nejpoužívanější modulace je modulace informačního signálu na nosnou frekvenci (f0).
V praxi se uvedená modulace provádí ve vysílačích.
U přenosu televizního signálu, využíváme nejčastěji dva druhy modulace:
Amplitudová modulace - AM - frekvence nesoucí informaci fi je v modulované vlně obsažena v tzv. obálce. Jednotlivé změny amplitudy nesou informaci. Důležitým parametrem při amplitudové modulaci, je hloubka modulace (značí se řeckým písmenem alfa). Je-li modulace větší jak 100%, dochází k přemodulování tj. ke zkreslení signálu. Při amplitudové modulaci se vytváří postranní pásma, která jsou dána součtovým a rozdílovým signálem modulační vlny k nosnému kmitočtu.
Frekvenční modulace - FM - působením modulující vlny fi na frekvenci nosné vlny f0, získáme frekvenční modulaci tak, že během kladné půlvlny informačního signálu se snižuje kmitočet. Při FM vzniká rozsáhlé frekvenční pásmo; nutnost kmitočtu nosné vlny mít řádově desítky MHz.
Oscilátory, Směšovače, Demodulátory
Oscilátor - předtím než se půstíme do vysvětlování oscilátoru, dovolím si pro úplnost vysvětlit pojem Frekvence
Frekvence neboli kmitočet udává počet kmitů střídavého proudu za jednu sekundu.
Mezi kmitočtem f a dobou jednoho kmitu T platí jednoduchý vztah:
f = 1/T [s,Hz]
S nejnižšími kmitočty se setkáváme v elektroakustice. Dolní hranici akustického pásma je zpravidla frekvence f = 40 Hz a nejvyžším kmitočtem je f = 15 kHz.Nejnižší využívanou frekvenci při přenosu elektromagnetickými vlnami je f = 150 kHz. Horní kmitočtová hranice není omezena a v současnosti se pohybuje řádově v desítkách [GHz].
Oscilátor je vlastně generátor frekvence. Rozlišujeme generátory nízkofrekvenční a vysokofrekvenční. Oscilátor tvoří zeslovač, jehož kladná zpětná vazba překročila určitou kritickou mez.
Nízkofrekvenční oscilátor tvoří sériový RC člen s pralelním RC členem - stejných hodnot.
Vysokofrekvenční tvoří LC člen, na stabilitu frekvence se u vf obvodů využívá krystalu.
Směšovače - jsou to speciální druhy modulátorů. Směšovače dodávájí na výstupu rozdílové a součtové produkty dvou různých signálů fmf = f0±fi. Ze směšovače vystupujuje vždy stejný kmitočet, který lze snadno zpracovat - především zesilovat. Princip spočívá v tom, že ve směšovači se smísí vstupní signál - vybraný (naladěný) z přijímaného pásma - s jiným signálem, vyrobeným místním oscilátorem.
Při směšování (konverzi) vzniká mnoho různých kmitočtů, avšak jeden
z nich - rozdílový - se hodí a dále využije.
Demodulátor - úkolem demodulátoru je s modulované vlny získat původí modulovanou vlnu fi.
Druhy modulátorů:
AM --> diodový detektor - původně symetrický amplitudově modulovaný signál, tedy signál, jehož stejnosměrná složka je nulová, se změní jednocestným usměrněním na signál, jehož stejnosměrná složka je nenulová a mění se v rytmu modulační obálky. Stejnosměrnou složku ze signálu získáme integrací na RC členu s vhodnou časovou konstantou, tj. tak velkou, aby utlumila dostatečně signál s frekvencí nosné vlny a prakticky neovlivnila signál s kmitočty odpovídajícími modulační obálce. Vzhledem k obvykle velmi velkému rozdílu mezi frekvencí nosné vlny a frekvencí modulační stačí na odfiltrování obvykle jen jeden jednoduchý integrační RC obvod.
FM --> fázový diskriminátor, poměrový detektor - základem frekvenční demodulace signálu je obvod citlivý na změnu kmitočtu. Tím je rezonanční obvod LC s dostatečnou kvalitou. Princip demodulace na těchto obvodech znázorňuje obrázek. Rozdíl mezi těmito dvěma obvody je, že fázový diskriminant je více citlivý na amplitudu kmitočtově modulované nosné vlny a proto se před ně zařazuje tzv. omezovač amplitudy, tj. zesilovač, který uřeže špičky průběhu modulované nosné na konstantní hodnotu.
Poměrový detektor je necitlivý vůči změnám amplitudy kmitočtově modulované nosné vlny a omezovač nevyžaduje.
Zesilovač, zpětná vazba
Zesilovač - úkolem zesilovače je zesilovat vstupní elektrický signál. Vstupní i zesílený výstupní signál mají určitou velikost napětí a mohou do obvodu dodávat určitý proud. Základní parametry zesilovače jsou: zesílení, nelineární zkreslení, stabilita, šířka pásma (kmitočtový rozsah, který je zesilovač schopen zesílit).
Zesilovače dělíme dle frekvence na nízkofrekvenční (zesilují "zvukové" kmitočty) a vysokofrekvenční (zesilují jen určité frekvenční pásmo).
U zesilovačů je důležitý tzv. činitel harmonického zkreslení - nelineární zkreslení, které vykazuje každý zesilovač. Zkreslení závisí na amplitudě zesilovaného signálu.
Zpětná vazba - zpětná vazba je u zesilovače přenesení části výstupního signálu znovu na vstup. Takový zpětný přenos má podstatný vliv na vlastnosti zesilovače.
Rozlišujeme kladnou a zápornou zpětnou vazbu.
Kladná zpětná vazba zvyšuje zesílení (tím se zvětšuje zkreslení), zmenšuje stabilitu, tj. může způsobit rozkmitání zesilovače, ale to je právě využíváno při konstrukcí oscilátorů.
Záporná zpětná vazba změnšuje zesílení (tím se zmenšuje i zkreslení), zlepšuje stabilitu, zvětšuje kmitočtový rozsah, který je zesilovač schopen zesílit.
