Стерео с полярной модуляцией
Полярная модуляция (ПМ) – это особый вид амплитудной модуляции, когда верхняя и нижняя огибающие модулированного колебания различны и изменяются в соответствии с передаваемыми сигналами. Эта модуляция используется в качестве первичной для двухпрограммного или стереофонического вещания.
В диапазоне частот УКВ OIRT для организации стереорадиовещания применялась полярная модуляция, разработанная в СССР (автор Л. М. Кононович, регулярное вещание с 1963 года). В этом виде модуляции используется сложный сигнал, называемый комплексным стереосигналом (КСС), низкочастотная часть которого (30—15000 Гц) содержит полусумму сигналов левого и правого каналов. Полуразность сигналов левого и правого каналов, необходимая для декодирования стереосигнала, передаётся на ультразвуковой (надтональной, не воспринимаемой ухом) частоте 31,25 кГц. Она численно равна частоте второй гармоники частоты строчной развертки телевизоров (15 625 Гц), так как предполагалось в дальнейшем использовать эту систему и для передачи стереозвука в телевидении. При этом огибающая положительных полупериодов поднесущей частоты модулирована сигналом левого канала, а огибающая отрицательных — сигналом правого канала. Полученный сигнал называется полярно-модулированным колебанием (ПМК).
Из-за того, что амплитуда исходного колебания поднесущей частоты превышает сумму амплитуд всех остальных составляющих спектра комплексного стереосигнала, на его передачу будет тратиться основная часть девиации частоты передатчика. Это потребует уменьшения девиации от низкочастотной части спектра, в результате чего упадёт громкость стереофонической передачи на обычном приёмнике. Для борьбы с этим поднесущая частота подавляется на 14 дБ. В стереодекодере происходит восстановление поднесущей, детектирование разностного сигнала и разделение сигналов левого и правого каналов.
Недостатком этого способа является неполное разделение стереоканалов, поэтому большинство промышленных стереодекодеров использовали схему с суммарно-разностным преобразованием сигналов в резистивной матрице.
В настоящее время, хотя вещание в диапазоне УКВ OIRT в России и странах СНГ продолжается, стереовещание по системе с полярной модуляцией практически прекращено, так как приёмники, способные принимать такие стереопрограммы, много лет не производятся.
Источник
Стереодекодер системы с полярной модуляцией
Стереодекодер (рис. 7.8) может работать в составе УКВ-‘ приемника в отечественном частотном диапазоне (УКВ-1). Он выполнен на микросхеме К174ХА35, имеющей 18-выводный корпус. На принципиальной схеме устройства изображена структурная схема этой БИС. Подробно работа этой микросхемы описана в [4], здесь же кратко охарактеризуем особенность внешних цепей, которых не так много.
Стереодекодер работает по принципу временного разделения каналов. Коммутация стереосигналов осуществляется в детекторе разностного стереосигнала (А-Б), включенном между входами эмиттерных повторителей 3 и 4. На входе устройства предусмотрена корректирующая цепь, подключаемая к
выводам 5, 8 и 9 микросхемы DA1. Чтобы ползгчить максимальное разделение стереосигналов (до 60 дБ), все элементы R2, R4, С7, R7, R8 корректирующей цепи должны иметь допуск не хуже 1%.
Резистором R3 устанавливается частота ГУН, при которой происходит гарантированный захват под несу щей. Частота ГУН выбрана равной 250 кГц. Конденсаторы С9, С12 вместе со встроенными внутри микросхемы DA1 резисторами сопротивлением 100 кОм образуют цепи коррекции предискажений с постоянной времени 50 мкс.
Назначение остальных внешних элементов следующее. Конденсатор С1 разделительный, установлен на входе стереодекодера. Не следует превышать максимальный уровень входного комплексного стереосигнала (300 мВ) на входе микросхемы, так как в этом слзгчае резко увеличиваются нелинейные искажения на выходе стереодекодера. Цепь C4R5C5 — фильтр нижних частот системы фазовой автоподстройки частоты. Элементы C2C3R1 образуют корректирующий фильтр верхних частот, необходимый для ползгчения удвоенной частоты системы ФАПЧ, на которой происходит работа микросхемы.
Конденсатор С8, подключаемый к выводу 4 микросхемы, образует ФНЧ, а цепь R9C13 — блокировочная. Конденсатор С14 установлен по цепи питания микросхемы. Желательно питать стереодекодер стабилизированным напряжением, так как разделение каналов максимально при питающем напряжении 6 В и довольно резко ухудшается при его изменении в ту или иную сторону. Справочные данные указывают допустимый диапазон питающих напряжений стереодекодера в режиме «Стерео» 5,4…6,6 В.
Светодиод HL1 индицирует режим стереоприема, переключателе SA1 позволяет принудительно переходить в режим «Моно». Вывод 18 микросхемы используется для контроля частоты 62,5 кГц.
Возможный вариант печатной платы приведен на рис. 7.9, а, а монтаж элементов выполнен по схеме рис. 7.9, б. Перед монтажом отберите элементы для стереодекодера. Это касается резисторов R2, R4, R7, R8 и конденсаторов Сб, С7. Оказалось, что эти элементы довольно легко выбрать из деталей с допуском 5 и даже 10%. Можно найти резисторы несколько боль
Рис. 7.9. Печатная плата стереодекодера на микросхеме К174ХА35 и размещение элементов на ней
шего номинала, а затем для получения точного значения сопротивления включить параллельно ему резистор в несколько сотен килоом. Такой резистор удается отыскать довольно быстро. Конденсатор Сб должен иметь небЪльшой ТКЕ. Печатная плата рассчитана на установку резисторов МЛТ-0,125, неполярных конденсаторов К10-17, оксидных — К50-35.
Основные характеристики стереодекодера следующие:
Номинальное напряжения питания, В…………….6
Потребляемый ток, мА, в режиме стерео/моно…….11/4,5
Минимальное сопротивление нагрузки, кОм………..47
Коэффициент разделения стереоканалов
в режиме «Стерео», дБ, не менее………………. 34
Разбаланс по выходному напряжению
между сигналами каналов, дБ, не более……………2
Коэффициент гармоник в режиме «Стерео», %, не более . . 0,5 Отношение сигнал/шум в режиме «Стерео», дБ, не менее . . 60
Выходное сопротивление, кОм………………..1,5
Уровень подавления сигнала поднесущей частоты
31,25 кГц в режиме «Стерео», дБ, не менее…………20
Уровень подавления второй и третьей гармоник
сигнала поднесущей частоты 62,5 и 93,75 кГц
в режиме «Стерео», дБ, не менее……………….40
Настройка устройства проста. Подключив стереодекодер к радиоприемнику и настроив его на станцию, работающую в стереорежиме, вращают подстроечный резистор R3 до зажигания индикатора HL1 «Стерео». Даже такая простая настройка оказывается достаточной. Можно воспользоваться инструментальным методом, контролируя с помощью частотомера частоту 62,5 кГц на выводе 18 микросхемы.
Источник
Система стереовещания. Пилот-тон
В системе с пилот-тоном на самом деле много общего с системой с полярной модуляцией. В частности, для обеспечения совместимости с моноприемниками в этой системе в полосе частот 30-15 000 Гц также передается суммарный сигнал (L+ R), а для обеспечения стереоприема в полосе частот 23-53 кГц — разностный звуковой сигнал (L-R), полученный методом амплитудной балансной модуляции дополнительной поднесущей с частотой 38 кГц. Как известно, при балансной модуляции с целью уменьшения излучаемой передатчиком мощности сигнал несущей частоты полностью подавляется, и на выходе балансного модулятора остаются лишь две боковые полосы модулированного радиосигнала. Это заметно повышает эффективность использования мощности передатчика, которая истратится бесполезно на передачу поднесущей стереозвука. Хотя бы и подавленную в 5 раз (как в нашей системе). Но зато балансная модуляция порождает другую сложную проблему: для того, чтобы получить в приемнике первоначальный спектр исходного АМ-сигнала, приходится передавать дополнительный пилот-сигнал с частотой вдвое меньшей, чем поднесущая (то есть 19 кГц). Поэтому в стереодекодере приемника приходится восстанавливать подавленную при передаче поднесущую 38 кГц путем удвоения частоты пилот-сигнала.
Как видим, основное принципиальное отличие между советской системой с полярной модуляцией и американской с пилот-тоном заключается в способе АМ-модуляции разностного стереосигнала (L-R). Остальные же качественные показатели обеих систем практически одинаковые:
полоса передаваемых звуковых частот 30-15 000 Гц;
разделение стереоканалов — не менее 25 дБ (у современных моделей — 40 дБ и более);
ухудшение отношения сигнал/шум при моноприеме: 2 дБ (советская)/1 дБ (западная).
Ухудшение отношения сигнал/шум при моноприеме вызвано тем, что часть мощности радиопередатчика в обеих системах расходуется на передачу дополнительного сигнала (L-R). Благодаря более низкой частоте поднесущей разностного сигнала (31,25 кГц) советская система имеет более узкий спектр комплексного стереосигнала (165 кГц против 190 кГц у американской), что позволяет в принципе разместить в УКВ-диапазоне большее число станций и улучшить использование мощности передатчика. Однако есть одно важное «но»! В советской системе «зазор» между верхней граничной частотой тональной части спектра 15 кГц и границей нижней боковой полосы модулированной поднесущей 16,25 кГц (31,25 кГц-15 кГц) составляет всего лишь чуть больше 1 кГц, что предъявляет весьма жесткие требования к цепям фильтрации надтонального сигнала. В американской же системе с пилот-сигналом это различие составляет целых 8 кГц, что позволяет без особого труда отфильтровать тональный и надтональный сигналы. Поэтому вероятность возникновения перекрестных искажений в стереодекодерах системы с полярной модуляцией значительно выше. Что мы и наблюдаем на практике. В начале 60-х годов обе системы стереозвука постановлениями МККР и ОИРТ были рекомендованы как базовые для внедрения в других странах мира. Как уже отмечалось, в СССР регулярное стереовещание было начато с 1963 года, а в США — с 1961 года. В Европе стереопередачи начались значительно позднее — в 1966-1967 годах, так как европейцы тщательно изучали достоинства и недостатки обеих систем. В конце концов они после долгих раздумий с незначительными изменениями приняли американскую систему с пилот-тоном, которая в европейской версии стала называться системой CCIR. Различия между европейской и американской версиями системы стерео радиовещания с пилот-тоном невелики. Основное из них — разные постоянные времени цепей ВЧ-предискажений: в Европе она равна 50 мкс, а в США и Канаде — 75 мкс. Кроме того, в США предусматривается возможность передачи на поднесущей 67 кГц еще одного дополнительного узкополосного звукового сигнала SCA, который предполагалось использовать в качестве музыкального фона к основной стерео передаче. В Европе же от него сразу отказались. Зато в европейской системе CCIR можно передавать на поднесущей частоте 57 кГц (третья гармоника пилот-тона 19 кГц) вместо SCA цифровые данные по системе RDS (Radio Data System).
Отметим также, что обязательным элементом стереодекодера в системе с пилот-тоном является режекторный фильтр для пилот-тона на частоту 19 кГц (МРХ-фильтр). Его необходимость вызвана тем, что при записи стереопрограмм с приемника на кассетные деки оснащенные шумоподавителем системы Dolby, неподавленный пилот-тон будет восприниматься схемой шумоподавления магнитофона как полезный звуковой сигнал. Это с неизбежностью приведет к нарушению нормальной работы схемы шумоподавите-ля. Проблема настолько серьезна, что, несмотря на наличие такого же фильтра на выходе приемника, практически все кассетные деки с «шумодавами» Dolby до сих пор в обязательном порядке имеют еще и собственный МРХ-фильтр.
Система стереовещания с полярной модуляцией.
Суть советской системы стереозвукового вещания заключалась в том, что для обеспечения совместимости с монофоническими приемниками в ней применен суммарно-разностный метод формирования комплексного стереосигнала. Для этого на передающей стороне из исходного двухканального стереосигнала L и R при помощи матричной схемы формировались два вспомогательных сигнала: суммарный (L+R) и разностный (L-R). Суммарный сигнал передавался обычным способом с помощью частотной модуляции несущей частоты УКВ ЧМ-передатчика. Разностным же сигналом модулировалась амплитуда дополнительной поднесущей с частотой 31,25 кГц. Она численно равна частоте второй гармоники частоты строчной развертки телевизоров (15 625 Гц), так как предполагалось в дальнейшем использовать эту систему и для передачи стереозвука в телевидении. Так как на передачу дополнительного разностного стереосигнала требовалось потратить часть мощности УКВ-передатчика, для улучшения отношения сигнал/шум на передающей стороне уровень поднесущей стереозвука 31,25 кГц уменьшали в 5 раз (на 14 дБ). Полученный в результате этого сигнал со сложным спектром, содержащий в своем составе помимо низкочастотного (тонального) суммарного, еще и высокочастотный (надтональный) разностный сигнал на амплитудно-модулированной поднесущей с двумя боковыми полосами, принято называть комплексным стереосигналом. Параметры системы с полярной модуляцией были выбраны так, чтобы численные значения девиации частоты несущей передатчика были одинаковыми от воздействия на модулятор пиковых уровней суммарного и разностного стереосигналов. При этих условиях полученное на приемной стороне на выходе ЧМ-демодулятора полярно-модулированное колебание обладает замечательным свойством: верхняя огибающая колебаний поднесущей частоты оказывается промодулированной суммарным (L+R) стереосигналом, а нижняя огибающая — разностным (L-R). Этим обеспечивается полная совместимость с имеющимся у населения парком радиоприемников УКВ-диапазона, так как обычные приемники без труда воспроизводили суммарный сигнал (L+R), передаваемый в тональной полосе частот 30-15 000 Гц, что и обеспечивало их полноценное монозвучание. Новые же модели приемников, оснащенные специальными устройствами — стереодекодерами, могли с их помощью выделять из принятого комплексного стереосигнала дополнительную информацию о разностном сигнале (L-R), передаваемую на поднесущей 31,25 кГц. Ну, а затем этот разностный сигнал (L-R) вместе с суммарным стереосигналом (L+R) поступал на схему матричного сумматора, где путем простых суммарно-разностных преобразований из них можно легко получать сигналы двух исходных стереозвуковых каналов. В самом деле, путем суммирования (L+R) + (L-R) получается сигнал 2L левого канала, а путем вычитания (L+R) — (L-R) получается сигнал 2R правого канала. На практике преобразование (детектирование) полярно-модулированных колебаний в советской системе осуществляется следующими тремя принципиально различными способами.
1) Выделением поднесущей стереозвука с восстановлением ее первоначального уровня и AM-декодированием надтонального сигнала с последующими суммарно-разностными преобразованиями низкочастотного и надтонального сигналов.
2) Детектированием огибающей стереосигнала. Достоинство этого метода — простота схемной реализации, недостаток — большой коэффициент гармоник, вызванный нелинейностью диодов детектора, особенно на высших звуковых частотах.
3) Декодированием с временным разделением сигналов каналов А и В или временным стробированием полярно-модулированных колебаний. Этот алгоритм был реализован в отечественной микросхеме К174ХА14. Сегодня в России производится новая микросхема двухстандартного стереодекодера КР174ХА51, использование которой предполагается пока только в отечественных автомагнитолах.
В большинстве отечественных стереоприемников, в том числе первого поколения, использовался метод суммарно-разностных преобразований низкочастотного тонального и надтонального сигналов. Недостатком этого метода являлась необходимость восстановления первоначального уровня поднесущей в стереодекодере с высокой точностью для обеспечения нормальной работы амплитудного детектора, что заметно усложняло схему стереодекодера и требовало его точной настройки.
Теперь к практике.
Хорошие показатели мне выдала вот такая схема: 
Сигнал звуковой частоты поступает на стереокодер (если точнее, то на генератор комплексного стереосигнала), на балансный модулятор, собранный на микросхеме КР504НТ1А. С выхода генератора сформированный комплексный стереосигнал подается на ЧМ-генератор. Генератор КСС содержит тактовый генератор, собранный на микросхеме К561ЛА8. С тактового генератора сигнал прямоугольной формы и частотой 76 кГц поступает на делитель частоты на 2. Парафазные импульсы с выхода делителя частоты приходят на балансный модулятор (38 кГц) и одновременно положительный импульс с выхода делителя поступает на еще один делитель на 2. На выходе балансного модулятора сигнал, с частотой 19 кГц суммируется с сигналом, полученным балансным модулятором. Частота 19 кГц нужна для включения стереодекодера на радиоприемнике («синхронизация»). С помощью парафазных импульсов частотой 38 кГц происходит разделение левого и правого каналов. Конденсаторы в тактовом генераторе типа КМ или КСО(группы Б) для стабилизации частоты. Если схема собрана правильно и все детали исправны, то она начинает работать сразу после включения. Достаточно настроить генератор на частоту 76 кГц путем поворота движка подстроечного резистора. В случае неустойчивого сигнала синхроимпульса пилот-тона, следует уменьшить сопротивление резистора на сумматоре примерно до 1-1,5 мОм.
Источник