Здравствуйте мои уважаемые читатели!
Продолжаем работу по созданию библиотеки элементов.
В предыдущем материале мы рассмотрели УГО группы «T».
Следующая группа «U» - устройства связи и преобразователи электрических величин в электрические.
Группа значительная, но все элементы, а точнее УГО в этой группе представляют собой прямоугольники
Обозначения очень простые: квадрат 12 х 12 мм и прямоугольник 12 х 30 мм.
Начало применения таких элементов показано в материале
Теперь о самой группе «U» - устройства связи и преобразователи электрических величин в электрические, содержащей в своём составе очень интересные элементы:
«UB» - модулятор;
«UR» - демодулятор;
«UI» - дискриминатор;
«UF» - преобразователь частоты;
«UZ» - преобразователь частотный, инвертор, генератор частоты,
выпрямитель.
Коротко о модуляторе, а точнее о модуляторах, так как модуляторов существует несколько, в зависимости от видов модуляции.
Для каких целей применяется модуляция? Ответ самый простой: для пользы или полезности передающего устройства. Передающее устройство или передатчик предназначен для передачи информации – это лошадь или грузовик ( как угодно, что моим читателям больше нравится! ), везущий груз. Если грузовик не нагружен и едет пустой – это холостой ( бесполезный ) пробег. У холостого пробега есть исключение – специальные передатчики, передающие просто частоту ( хорошей или даже большой мощности ), но с очень высокой точностью и стабильностью в основном для метрологического применения.
Во всех остальных случаях грузовик грузят, но сам «груз» имеет свою специфику. Основных видов модуляции несколько: амплитудная – АМ; частотная – ЧМ ( или как сейчас любят – FM ); фазовая модуляция – ФМ; однополосная – ОБП ( Одна Боковая Полоса ); импульсная модуляция, а так же разновидность импульсной модуляции, называемая манипуляцией – телеграфия азбукой Морзе – ТЛГ.
Все виды АМ-модуляции осуществляются в модуляторе
Такой вид АМ-модуляции имеет и преимущества, и недостатки…
Преимущество – для модуляции требуется усилитель звуковой частоты маленькой мощности, что особенно выгодно в радиостанциях с питанием от батарей. Недостаток – после модулятора для качественного усиления модулированного сигнала все каскады должны и даже обязаны работать в линейном режиме!
В таком варианте АМ-модуляции требования к усилителю звуковой частоты совершенно другие. И главный недостаток – усилитель должен обладать выходной мощностью, равной выходной мощности передатчика при анодной модуляции или чуть меньше, при анодно-экранной, или ещё меньше при сеточной. Это же относится и к выходным каскадам на транзисторах. В качестве преимущества можно отметить более лёгкий режим работы за счёт перевода выходного каскада из линейного режима ( класс А ), в режим с отсечкой ( режим В и даже С ).
Модуляция, а точнее глубина модуляции измеряется в процентах: на вещательных радиостанциях глубина модуляции не выше 30%, военные и гражданские радиостанции работают при модуляции более 30%, практически до 100%, а радиолюбители впереди планеты всей применяли и сейчас применяют все 100%!!!
Про АМ-модуляцию и её плюсы-минусы будет отдельный материал.
Следующий вид модуляции ЧМ – частотная модуляция, но «продвинутые» предпочитают FM… ЧМ – это для лохов, а вот FM– как звучит!!! На самом деле всё очень просто: ЧМ – это своё родное РУССКОЕ, а FM– это просто перевод на английский язык, но как звучит!!!
Что же такое ЧМ? Если при АМ информацию несёт изменение амплитуды сигнал, то при ЧМ информацию несет отклонение несущей частоты от номинальной частоты сигнала. В отличие от АМ отклонение частоты от номинальной, зависит от амплитуды сигнала звуковой частоты. Такое отклонение называется: ДЕВИЦИЯ. От девиации зависит полоса сигнала, занимаемой радиостанцией. Исходя из этого существуют узкополосная ЧМ и нормальная. В телевидении звуковое сопровождение передавалось на специальной поднесущей, совместно с видеосигналом. Видеосигнал передавался при помощи АМ-модуляции с частично-подавленной несущей и одной боковой полосой, а звуковое сопровождение передавалось на поднесущей с ЧМ-модуляцией, а она в свою очередь примешивалась к видеосигналу. И девиация в телевидении была нормирована и составляла 75 кГц не более. Сейчас телевидение цифровое и там уже звук и видео передаются цифровыми методами. Но весь УКВ диапазон занимает огромное множество различных радиостанций, и все они работают на ЧМ. Какая там девиация в настоящее время могу только предположить, что она так же составляет 75 кГц иначе сузится динамический диапазон звукового сигнала, а там стремятся получить хорошее качество. Сетка настройки в современных приёмниках обычно через 50 кГц, но радиостанции в зоне доступности ближе, чем на 200 кГц не «располагаются»… Почему? Если расположить через 100 кГц «хвосты» при максимальной девиации будут попадать в тракт приёма частоты на 100 кГц выше или ниже.
Как же осуществляется ЧМ в передатчике? Очень просто! И самой маленькой мощностью!
Действительно, проще не бывает! Достаточно в контур задающего генератора добавить варикап и подать на него сигнал звуковой частоты, вот и весь ЧМ-модулятор. Для него даже прямоугольник рисовать не требуется – варикап он и в Африке варикап!!!
Аналогично строится и фазовый модулятор, только сигнал звуковой частоты подается на каскад, где амплитуда сигнала модуляции изменяет фазу, очень капризная модуляция и применяется очень редко.
ОБП – однополосная модуляция – очень «продвинутый» вид модуляции. В двух словах рассказать о ней не получится – нужен отдельный материал, а возможно даже несколько.
ОБП – одна боковая полоса… Амплитудно-модулированный сигнал в своём составе содержит несущую частоту и две боковые полосы. Несущая частота информации не несёт, за исключением настройки для АПЧ ( Автоматическая Подстройка Частоты ). Две боковые полосы несут информацию, но они зеркальные братья-близнецы. Следовательно, если убрать несущую частоту и одного из братьев близнецов информация не ухудшится, а вот выигрыш по мощности будет существенный – аж в восемь раз!!!
Однако, такой метод модуляции предъявляет очень высокие требования к определённым каскадам! В состав однополосного модулятора входит балансный модулятор и высококачественный полосовой фильтр. Балансный модулятор подавляет несущую частоту и чем сильнее она подавлена, тем лучше, а далее полосовой фильтр выделяет одну боковую полосу, нижнюю или верхнюю.
На блок-схеме передатчика балансный модулятор UB1 выполняет функцию подавления частоты кварцевого генератора G1, а далее после «очень хорошего» фильтра G2 остаётся одна боковая полоса. В смесителе UB2 выделенный сигнал одной боковой полосы смешивается с частотой перестраиваемого генератора и переносится на заданную частоту настройки радиостанции.
Необходимо отметить, что все виды смесителей и балансных модуляторов работают на нелинейных участках активных элементов ( диоды в данном случае надо считать так же активными элементами ). Именно на этом принципе работают все элементы преобразования частот ( балансная модуляция так же является преобразованием частоты ). Если работать на линейном участке характеристик будет просто амплитудная модуляция. Такие участки в радиолампах и транзисторах можно найти, а в диодах проблематично найти, да и нет в этом смысла. В электронике очень много интересных радиоэлементов, дающих большое поле для открытий и к счастью они не все реализованы!
И в завершении обзора модуляции рассмотрим импульсную модуляцию и манипуляцию.
Надо отметить, что импульсная модуляция и её разновидность манипуляция – это самый первый вид модуляции, появившийся в радиосвязи! Я не буду характеризовать преимущества и недостатки азбуки Морзе, но именно благодаря этой азбуке стала развиваться радиосвязь. Эволюция продвинула проводной телеграф в радиосвязь. И если в проводном телеграфе сигнал вырисовывал на ленте сигнал азбуки Морзе, то с развитием радиосвязи ленту заменили уши радиотелеграфистов. Спрос на музыкальный слух возрос и обеспечил новую область радиосвязи. Сколько интересных открытий и событий в самом начале развития электроники…
Так как же работает импульсная модуляция и самый простой её вид манипуляция. Вот с неё и надо начать.
Любой радиопередатчик начинается с задающего генератора, количество генераторов поражает своим разнообразием. После задающего генератора следует усилитель мощности. И теперь, если любым способом в любом каскаде «выключать» усиление или выключать задающий генератор, то можно выполнить манипуляцию. Проще всего это сделать в задающем генераторе, но когда появилась телеграфная радиосвязь, сразу возник вопрос оценки – как на приёмной стороне оператор принимает сигнал корреспондента. Такая оценка получила символы РСТ – Разбираемость Слыщимость Тон. Очень существенная оценка, и если первые два показателя понятны, то ТОН – очень интересная и даже субъективная оценка, от 0 до 9. И вот именно эта оценка зависит от задающего генератора. Если прерывать питание генератора или его цепи смещения, генератор не сразу выходит на рабочий режим и его частота не всегда сразу становится «чистой». И бывает, что точки и тире имеют не чистый тон ( 800 … 1000 Гц получаемый на приёмной стороне опять же в смесителе ), а мягко говоря напоминает чириканье или кваканье. Схему манипуляции не буду приводить – их очень много. А при импульсной модуляции ( это начало эры передачи цифровых сигналов ), модулятор подключается как и при АМ-модуляции.
Демодулятор «UR» - блок, применяемый в приёмном устройстве и производящий операцию обратную модуляции.
При демодуляции АМ-сигнала применяется ( обычно это диод, полупроводниковый или радиолампа ). Очень простая схема и именно простота такого демодулятора стала основой развития радиолюбительства. Самый простой АМ-демодулятор – это детекторный приёмник.
Демодулятор для приёма однополосного сигнала имеет те же сложности, что и при формировании сигнала, только каскады работают в противоположном направлении. После того, как в соответствующих каскадах принятый сигнал «приведут» к частоте «очень хорошего» фильтра, сигнал поступает на смеситель-демодулятор, где два сигнала: принятый сигнал и сигнал опорного генератора перемножаются на смесителе, аналогичном балансному модулятору.
А вот с демодуляторами ЧМ и ФМ сигнала пришлось выделять отдельную подгруппу – это «UI» - дискриминаторы.
Выделить полезный сигнал из ЧМ-сигнала не совсем простая задача и существует несколько вариантов демодуляции. Самый простой – это контур, настроенный не на саму частоту ЧМ-сигнала, а в стороне, так чтобы сигнал попадал на средину ската частотной характеристики контура и ЧМ-сигнал превращается в АМ-сигнал и далее простой АМ-детектор. Сложнее вариант с АПЧГ ( АПЧ гетеродина ) – здесь схема непрерывно подстраивается за частотой сигнала и вот именно сигнал автоподстройки и является полезным сигналом.
Дискриминатор ФМ-сигнала состоит из одного или двух контуров объединённых на выпрямительную схему, а сами контура имеют заданную расстройку относительно принимаемого сигнала. Схема производит сравнение фаз и выделяет полезный сигнал.
Но дискриминаторы применяются не только для демодуляции ЧМ и ФМ-сигналов. Есть дискриминаторы, отслеживающие за соблюдением величины сигнала в заданных пределах, если величина сигнала выше нижнего порога и ниже верхнего порога, дискриминатор вырабатывает сигнал, в противном случае на выходе сигнала нет.
Такие же варианты есть для дискриминаторов, следящих за частотой в заданном интервале ( сигнал есть в «воротах» или его нет ) и возможна обратная функция – отсутствие сигнала с заданной частотой в контролируемом интервале.
Не буду перечислять все возможные варианты, возможно и мои читатели разработают дискриминатор для контроля определённого параметра!!!
Интересная подгруппа - «UF» - преобразователь частоты. Не путайте с преобразователями частотными для электродвигателей.
Для чего они применяются? Для преобразования частоты!!!
И всё же, что такое преобразователь частоты? Преобразователь частоты – это устройство ( каскад или серия каскадов ) преобразующее сигнал одной частоты в сигнал другой частоты.
Самый простой вариант – умножитель частоты и делитель частоты
Вместо буквы «n» можно указать цифру, показывающую во сколько раз, изменяется частота сигнала.
Здесь необходимо помнить, что это относится только к чистому сигналу ( одна частота ), если несколько частот совместно подать на такие каскады, то на выходе хорошего ничего не получится!
Одну частоту можно увеличить ( умножить ) в заданное число раз, но умножить, например, в 18 раз в одном каскаде не получится, а если применить последовательно несколько умножителей, то задача решается просто: 3 каскада – 2 х 3 х 3 = 18.
С делителями частоты задача решается сложнее, даже в два раза уменьшить частоту потребуется не один каскад, а минимум три!
Необходимо добавить, что в эту подгруппу входят устройства работающие с синусоидальным сигналом, следовательно, триггеры, регистры при делении частоты не применимы, но в цепях вспомогательных каскадов для подстройки частоты применяются и её перестройки очень широко применяются в синтезаторах частоты.
И подгруппа«UZ» - преобразователь частотный, инвертор, генератор частоты, выпрямитель.
Квадратиков очень много!!!
Обозначений преобразователей очень много! Те обозначения, что приведены на рисунке лишь небольшая часть. В ГОСТ-е предусмотрены практически на все случаи и моим читателям, если в этом возникнет необходимость, достаточно в квадратик внести символ того сигнала что Вы преобразуете и символ получаемого сигнала и всё получится!!! Ошибка практически исключена!!!
Вот не очень коротко о группе «U», старался сжать, но вот так получилось! Блок-схемами начинающие обычно не «увлекаются», но с усложнением конструкций, без этого не обойтись.
В следующем материале рассмотрим группу «V» - электровакуумные и полупроводниковые приборы.
Чтобы не пропустить следующие публикации подписывайтесь на мой канал. Задавайте вопросы, я с удовольствием на них отвечу.
А здесь я хочу сделать очень неприятное дополнение – мои читатели обратили внимание, что время между публикациями значительно увеличилось. Разрешите коротко разъяснить причину.
Я живу в городе Белгороде и, к сожалению, у нас очень шумные соседи. Когда смотришь в небо и видишь трассу, возникает вопрос: успеет или не успеет? Пока ребята успевают и раздаётся хлопок ( иногда очень-очень громкий ) и я мысленно произношу: ну, вот, ещё одну голову байдену оторвали! А четыре дня назад оторвали голову надо мной, и в четырех метрах от меня упало то, что от неё осталось. Кусок небольшой, но настроение испортил существенно.
Вот так мы и живем! Каждый день, что-то новое, но мы не сдаёмся!!!
Комментируйте и пишите свои замечания! Особенно замечания помогают улучшить мою работу над материалом и текстами.
Желаю Всем крепкого здоровья и чистого неба!!! ОЧЕНЬ ЧИСТОГО!!!