).Rádio a televize: Vysílání Amplitudová modulace Zmenšení šířky pásma AM Metody AM a demodulace Odstranění nevýhod AM Frekvenční modulace Odvození šířky pásma FM Poměr signál-šum Metody FM a demodulace Impulsní modulace VCO Rozhlasový příjem Schéma rozhl. přijímače Stereo Televizní příjem a televizor
Generátor nosného kmitočtu bývá LC generátor (tj. obsahuje rezonanční
obvod LC, který určuje frekvenci nosného kmitočtu podle Thomsonova vztahu
).
Použijeme-li v rezonančním obvodu místo kondenzátoru s pevnou hodnotou kapacity varikap (kapacitní diodu) ¤, můžeme pomocí vnějšího napětí měnit kapacitu varikapu a tím i frekvenci, kterou generátor generuje. Závislost frekvence generátoru na tomto vnějším (modulačním) napětí sice není lineární, ale pokud jsou změny frekvence takto vyvolané malé ve srovnání s rezonančním kmitočtem oscilačního obvodu (to je většinou splněno, neboť nosný kmitočet je v řádu desítek MHz a maximální frekvenční zdvih je 100 kHz), můžeme závislost kmitočtu rezonančního obvodu na modulačním napětí aproximovat s dostatečnou přesností lineární závislostí.
Další možností, jak provést frekvenční modulaci, je využít generátoru, který je přímo konstruován tak, aby se mu generovaná frekvence dala měnit pomocí napětí přivedeného zvnějšku. To je napětím řízený generátor(VCO, voltage controlled oscillator).
Poznámka - vysvětlení funkce VCO ¤
Existují dvě principiálně odlišné metody demodulace kmitočtově modulovaného signálu: tzv. sklonové detektory (diskriminátory), které využívají sklonu boku rezonanční křivky oscilačního obvodu k převodu frekvenční modulace na amplitudovou a tzv. fázový závěs.
obr. 1: Princip sklonového detektoru
K tomu, abychom ze změny kmitočtu modulovaného signálu usoudili na modulační signál potřebujeme obvod, který bude ”citlivý” na změny kmitočtu. Takovým obvodem je právě rezonanční obvod LC s dostatečnou kvalitou. Napětí na kondenzátoru oscilačního LC obvodu je maximální v případě rezonance. Když nyní naladíme oscilační obvod tak, aby frekvence nemodulované nosné fN nebyla jeho rezonanční frekvencí, ale ležela ”na boku” jeho rezonanční křivky, např. na vysokofrekvenční straně (obr. 1)., pak při snížení frekvence nosné z hodnoty fN na hodnotu fN-D f, vzroste amplituda napětí nakmitaného na rezonančním obvodu a při zvýšení kmitočtu z hodnoty fN na hodnotu fN+D f tato amplituda klesne. Převedli jsme tedy kmitočtovou modulaci na modulaci amplitudovou, kterou již můžeme detekovat způsobem běžným pro detekci amplitudově modulovaného signálu, např. diodovým detektorem ¤.
Jednoduchý rezonanční obvod s křivkou podle obr. 1. není v praxi užíván, protože závislost výstupní amplitudy na kmitočtu není lineární. Kombinace dvou rezonančních obvodů, jednoho naladěného ”pod” nosný kmitočet a jednoho naladěného ”nad” něj, které jsou napájeny napětím kmitočtově modulované nosné vlny v navzájem opačné fázi kompenzuje nelinearitu ”paty” rezonanční křivky, takže závislost výstupní amplitudy na frekvenci je v relativně širokém rozsahu lineární, viz obr. 2.
obr. 2
Tomuto zařízení se říká fázový diskriminátor.
Je zřejmé, že takto jednoduše konstruované diskriminátory budou citlivé i na amplitudu kmitočtově modulované nosné vlny a proto se před ně zařazuje tzv. omezovač amplitudy, tj. zesilovač, který ”uřeže” špičky průběhu modulované nosné vlny na konstantní hodnotu. Existuje i diskriminátor, který je relativně necitlivý vůči změnám amplitudy kmitočtově modulované nosné vlny, takže omezovač nevyžaduje; říká se mu poměrový diskriminátor neboli poměrový detektor.
Základní princip tkví v tom, že mají-li dva harmonické signály konstantní rozdíl fáze vzhledem k času, musí být jejich kmitočty naprosto přesně shodné (vysvětlení ¤).
Blokové schéma fázového závěsu je velmi jednoduché (obr. 3). Skládá se z generátoru, jehož kmitočet je řízen napětím (VCO ¤) a z fázového detektoru (FD), jehož výstupem je napětí přivedené na vstup VCO pro řízení frekvence. Fázový detektor určuje v nejjednodušším případě rozdíl fáze mezi vstupním kmitočtem, s jehož frekvencí chceme synchronizovat kmitočet VCO, a výstupním signálem z VCO.
obr. 3.
Vysvětlení analogií:
Představme si dvě
stejná auta jedoucí za sebou po rovné silnici na stejný převodový stupeň.
Frekvenci nám představují otáčky motoru za 1 sekundu. Funkci fázového detektoru zastává bystré oko řidiče vzadu jedoucího
vozidla, výstupem tohoto fázového detektoru je úhel sešlápnutí plynového pedálu (musíme předpokládat, že otáčky
motoru jsou úměrné tomuto úhlu) a vstupním kmitočtem otáčky motoru vozu
jedoucího vpředu. Nejjednodušší případ, kdy vozidlo vpředu jede
konstantní rychlostí, tedy vstupní kmitočet je konstantní,
jsme si již vysvětlili
¤, tedy bude-li vozidlo vzadu zachovávat konstantní
rozdíl fáze vůči vozidlu jedoucímu vpředu, budou otáčky jeho motoru mít
stejný kmitočet jako otáčky motoru vozu jedoucího vpředu.
Představme si nyní, že otáčky motoru vozu jedoucího vpředu jsou ”kmitočtově modulované”, tj. vůz vpředu pro jednoduchost periodicky mění svoji rychlost. Důvodem k tomu (tedy modulačním signálem) je periodická změna úhlu stlačení plynového pedálu vozu jedoucího vpředu v závislosti na čase. Bude-li řidič vozu jedoucího vzadu dostatečně rychlý (tj. bude-li náš fázový detektor schopen zareagovat na změnu fázového rozdílu), bude periodicky ubírat a přidávat plyn tak, aby fázový rozdíl (tedy vzdálenost) mezi vozy zůstával(a) konstantní. V důsledku toho budou otáčky motoru vozu jedoucího vzadu vždy v synchronismu s otáčkami motoru vozu vpředu. Jako ”vedlejší efekt” jsme ale získali signál úhlu stlačení pedálu druhého vozu v závislosti na čase, tedy signál, kterým byla původní nosná frekvence kmitočtově modulována; zkonstruovali jsme demodulátor kmitočtově modulovaného signálu. Obdobným postupem demoduluje kmitočtově modulovaný signál skutečný fázový závěs; výstupem demodulovaného signálu je řídicí napětí VCO (to je analogické úhlu stlačení pedálu).
Výhoda fázového závěsu tkví především v tom, že ke své funkci nepotřebuje indukčnosti a hodí se tedy velmi dobře pro obvody, které se dají vyrábět v integrované podobě. K jeho konstrukci je třeba prakticky jen několik rezistorů nebo kondenzátorů připojených externě k integrovanému obvodu. Další předností je velmi dobrá linearita.
Další kapitola: Princip rozhlasového přístroje a televizoru ¤