ZVUKOVÁ TECHNIKA

12.ZVUKOVÁ TECHNIKA

1. Rozdelenie podľa zosilňovacieho prvku:

- elektrónkové

- tranzistorové

- integrované

2. Podľa druhu budiaceho signálu:

- nízkofrekvenčné - nf (20Hz - 20kHz)

- vysokofrekvenčné - vf (nad 20kHz)

- jednosmerné

3. Podľa sírky prenásaného pásma:

- úzkopásmové - medzifrekvenčný zosilňovač

- sirokopásmové - video zosilňovač

4. Podľa zapojenia zosilňovacích prvkov:

- SE - veľké prúdové, napäťové a výkonové zosilnenie

- SC - veľké prúdové a výkonové zosilnenie, napäťové <1

- SB - veľké napäťové, výkonové zosilnenie , prúdové <1

5. Podľa pracovného rezimu zosilňovacieho prvku:

a) pracovná trieda A:

Ak je pracovný bod zosilňovacieho prvku v strede lineárnej časti prevodovej charakteristiky ide o zosilňovač pracujúci v triede A. V tejto triede pracujú predzosilňovače.

Výhoda - malé skreslenie

Nevýhoda - malá účinnosť

b) pracovná trieda B:

V tejto triede je skreslenie veľké, asi 50%. Účinnosť je asi 70%. Pracujú tu koncové zosilňovače.

c) pracovná trieda C:

Táto trieda má veľké skreslenie preto sa nepouzíva pre nf zosilňovače. Pouzíva sa vo vf zosilňovačoch, najmä rádiových a televíznych. Má účinnosť 80 - 90%.

1. Zosilnenie:

A - je to pomer výstupnej veličiny ku vstupnej.

2. Vstupná a výstupná impedancia:

3. Výstupný výkon menovitý:

kde k je koeficient harmonického skreslenia. Menovitý výstupný výkon je taký, ktorý j 13413g61n e zosilňovač schopný dodať do príslusnej zaťazovacej impedancie pri definovanom skreslení.

4. Účinnosť zosilňovača:

P₀ je jednosmerný príkon napájacieho zdroja.

5. Sírka prenásaného pásma:

7. Skreslenie zosilňovačov:

a) harmonické (nelineárne) - toto skreslenie sa prejavuje tým, ze dochádza k zmene tvaru výstupného priebehu. Veľkosť harmonického skreslenia sa udáva koeficientom k [%]. Toto číslo by malo byť čo najmensie.

b) fázové - je fázový posun medzi vstupným a výstupným napätím, ktorý je frekvenčne závislý.

Spätná väzba zosilňovačov (SV).

Zavedenie Sv znamená, ze časť výstupného signálu sa pomocou spätnoväzobného obvodu privádza späť na vstup. Podľa fázového posunu medzi vstupným a spätnoväzobným signálom rozlisujeme kladnú a zápornú SV. Ak sú dva signály obrátené vo fáze, vtedy sa zosilnenie zväčsuje a hovoríme o kladnej SV. Ak sú v protifáze, zosilnenie sa zmensuje - záporná SV. SV ovplyvňuje vsetky vlastnosti zosilňovača, najmä vsak stabilitu. SV závisí od frekvencie. Podľa toho ako je spätnoväzobný obvod zapojený ku vstupu rozlisujeme sériovú alebo paralelnú SV. Podľa toho či spätnoväzobný signál závisí od výstupného U alebo I rozlisujeme napäťovú alebo prúdovú SV.

Nf jednostupňový tranzistorový zosilňovač:

Náhradná chéma zosilňovača pri pôsobení striedavých zloziek:

Úlohou výkonových zosilňovačov je zosilniť signál privedený zo zdroja cez predzosilňovač a korekčné obvody tak, aby mohol dodať do záťaze pozadovaný výkon.

Podľa zapojenia ich delíme:

1. Jednočinné výkonové zosilňovače:

 - pracujú v triede A

- výstupný výkon max do 3W

2. Dvojčinné výkonové zosilňovače:

- pracujú v triede B, AB

- pre veľké výkony

Jednočinné výkonové zosilňovače:

Impedančné prispôsobenie sa vykonáva pomocou Tr zapojeným na výstupe. Týmto dosiahneme lepsiu účinnosť celého zapojenia.

Dvojčinné výkonové zosilňovače:

Pri dvojčinných vyýkonových zosilňovačoch je účinnosť asi 70% a skreslenie asi 50%. V tomto zapojení zosilňuje kazdú polperiódu iný tranzistor. Pri zápornej polperióde je T2 uzavretý a prúd preteká cez Rz a nabíja kondenzátor (1 - 2 mF). Pri kladnej polperióde je T1 uzatvorený a prúd dodáva kondenzátor.

Operačný zosilňovač (OZ) je v podstate diferenciálny jednosmerný aj striedavý zosilňovač s veľkým zosilnením. Má dva vstupy a jeden výstup. Invertujúci vstup otáča fázu o 180 . Neinvertujúci vstup má vstupné napätie vo fáze s výstupom.

Ideálny operačný zosilňovač spĺňa tieto podmienky:

- napäťové a prúdové zosilnenie je nekonečné

- vstupná impedancia je nekonečná

- nekonečný frekvenčný rozsah

- výtupný odpor je nulový

Skutočné operačné zosilňovače sa k tomuto ideálu viac, alebo menej priblizujú. Chyby, ktoré pri idealizácii vznikajú sú pre väčsie aplikácie zanedbateľné.

Skutočný operačný zosilňovač musí spĺňať tieto podmienky:

- musí byť schopný prepúsťať celé frekvenčné pásmo

- musí mať malé dlhodobé zmeny kolísania nuly a malé rusivé vplyvy, tieto neziadúce zmeny označujeme ako drift

- zosilnenie je veľmi veľké, chyba vzniknutá konečným zosilnením musí byť malá 

- zosilnenie musí obracať fázu vsetkých vstupných signálov, aby bolo mozné zaviesť zápornú spätnú väzbu

- aby bolo mozné realizovať vzájomné prepojenie jednotlivých operačných zosilňovačov, pri realizácii počítacej siete, musí vstupné R byť veľmi veľké a výstupné R veľmi malé

- operačné zosilňovače nesmú počas prevádzky meniť svoje parametre

Charakteristickou vlastnosťou OZ je jeho veľká citlivosť na rozdiel vstupných napätí a necitlivosť k absolútnej hodnote týchto napätí.

Ofset a drift:

Napäťovú nesymetriu vstupov, vstupné kľudové prúdy a prúdovú nesymetriu nazývame offset operačného zosilňovača. Teplotnú nestálosť offsetu označujeme ako drift operačného zosilňovača.

Označenie v katalógu:

dU10 - tepelný drift napäťovej nesymetrie vstupov U10 (V/K).

DU10 - tepelný drift prúdovej nesymetrie vstupov I10 (pA/K).

Napäťové zosilnenie naprázdno:.

Je napäťové zosilnenie pri otvorenej slučke spätnej väzby - odpojený R0.

Maximálne napájacie napätie:

Napájanie operačného zosilňovača je symetrické.

Frekvenčné vlastnosti:

Frekvenčnými kompenzáciami je treba dosiahnuť taký tvar frekvenčnej charakteristiky, aby pre dané výsledné zosilnenie bolo stabilné. Väčsina OZ ako napríklad MAA 741, alebo MAA 1458 sú vnútorne kmitočtovo kompenzované, t.j. sú stabilné pre akúkoľvek spätnú väzbu. Niektoré iné operačné zosilňovače, napríklad MAA 748, je nutné kompenzovať vonkajsími prvkami R,C. Aby bola zaistená stabilita výstupného zapojenia musíme postupovať podľa doporučenia výrobcu. U zosilňovačov s vonkajsou frekvenčnou kompenzáciou môzeme dosiahnuť pre konkrétne zapojenie lepsie frekvenčné vlastnosti.

Napäťová nesymetria vstupov:

Je napätie, ktoré sa musí priviesť medzi vstupy, aby bolo výstupné napätie nulové.

Zapojenie na kompenzáciu napäťovej nesymetrie vstupov:

Niektoré typy operačných zosilňovačov majú vyvedené vývody pomocou ktorých sa dá priamo robiť kompenzácia napäťovej nesymetrie vstupov, napríklad MAA 741 má na to určené vývody 1 a 6.

Prúdová nesymetria vstupov:

Je rozdiel vstupných prúdov, ak je U_vst = 0. Zapojenie pre kompenzáciu prúdovej nesymetrie vstupov je rovnaké, ako pre napäťovú nesymetriu vstupov.

Vstupný prúd - I_ib:

Je stredná hodnota jednosmerných prúdov prechádzajúcich, medzi vstupnými svorkami a zemou pri nulovom vstupnom signálu. Robí sa kompenzácia nasledujúcim spôsobom:

Obecne platí, ze ak chceme vplyv vstupného prúdu vykompenzovať musia byť k obidvom vstupom pripojené rovnako veľké odpory myslia sa tým príslusné kombinácie vsetkých odporov pripojených k jednotlivým vstupom.

Vstupný odpor invertujúceho napäťového zosilňovača je daný veľkosťou odporu R+. Obecný invertor : celé predchádzajúce zapojenie je mozné ďalej zovseobecniť. Odpory R0 a R1 sa dajú nahradiť ľubovoľnými impedanciami Z0 a Z1. Tie môzu byť tvorené kombináciou pasívnych, alebo aktívnych prvkov. Ideálna operačná rovnica obecného invertora je

Prúdovo napäťový prevodník:

Vstupné napätie je priamo úmerné vstupnému prúdu I1. Konstanta úmernosti je určená veľkosťou spätnoväzobného R0. Výstupný odpor tohto zapojenia je rovný nule.

Sumátor

Výstupné napätie U0 tvorí záporný súčet vstupných napätí vynásobených príslusnými váhami danými pomerom spätnoväzobného a vstupného odporu. Odpory R1 a r0 sú tzv. sčítacie odpory.

Integrátor:

Integrátor je čítací blok v čase t. násobí vstupné napätie konstantou a túto veličinu integruje, pričom obracia znamienko.

Derivátor

Derivátor realizuje hornopriepustný filter.

Neinvertujúci zosilňovač:

Napäťový sledovač:

Komparátor - zosilňovač odchýlky. Je to diferenciálny zosilňovač s otvorenou spätnoväzobnou slučkou, ktorý má veľmi veľké zosilnenie. Je veľmi citlivý a náchylný na oscilácie, preto sa niekedy pouzíva zapojenie so spätnoväzobným odporom. Pouzíva sa ako veľmi citlivý regulátor odchýlky v regulačných sústavách a napájacích zdrojoch. Porovnáva napätie signálového vstupu a referenčné napätie.

Operačné zosilňovače pouzívame:

- v procesoch operačných sieti na vykonávanie základných matematických operácii

- v meracej technike pre priame meranie základných elektrických veličín, úpravu meraných hodnôt a pre     generovanie rôznych tvarových signálov

- v regulačných obvodoch, vyskytuje sa tu v meracích a v korekčných výkonových členoch

Druhy prijímačov:

Hlavné technické vlastnosti prijímačov.

Citlivosť:

je to schopnosť prijímača zabezpečiť normálny príjem aj slabých signálov. Maximálna citlivosť je daná úrovňou vstupného napätia na anténnych svorkách potrebnou na normálny skúsobný výstupný výkon (0,5 W) pri maximálnom zosilnení.

Selektivita

je schopnosť prijímača vyberať z väčsieho mnozstva signálov jeden, ktorý je nositeľom správy. Selektivitu mozno posúdiť podľa rezonančnej krivky prijímača.

Rádiový vysielač je technické zariadenie určené na vytváranie vf signálov - prúdov a ich ovládanie s cieľom prenosu správ pomocou elektromagnetických vĺn.

Rozdelenie frekvencií:

Rozhlasové vysielanie AM:
- DV 150 - 285 kHz
- SV 300 - 1600 kHz
- KV 2,3 - 30 MHz
Rozhlasové vysielanie FM:

- OIRT 66 - 73 MHz
- CCIR 86,5 - 108 MHz

Televízne vysielanie:
1.TV pásmo 48 - 66 MHz
2.TV pásmo 76 - 100 MHz
3.TV pásmo 174 - 230 MHz
4.TV pásmo 470 - 582 Mhz
5.TV pásmo 582 - 958 Mhz

Bloková schéma:

Hlavné parametre vysielača:
Výkon: udáva sa ako výkon vf nosnej vlny, ktorý dodá vysielač do antény bez modulácie.
Príkon: je súčet vsetkých príkonov, ktoré vysielač odoberá z napájacieho zdroja el. energie.
Frekvenčný rozsah: je rozsah, v ktorom môze vysielač pracovať. Niektoré vysielače sú naladené na pevnú frekvenciu (rádio a TV) alebo frekvenciu vysielača mozno plynule meniť v určitom rozsahu (mobilné vysielače).

Presnosť a stabilita frekvencie:kazdý radio a TV vysielač má presne pridelenú frekvenciu, ktorá je stanovená medzinárodnými predpismi. Stabilita frekvencie má byť 10^-6 - 10^-7 aby nedochádzalo k ruseniu iných vysielačov.

Oscilátor.

Jeho kvalita ovplyvňuje vlastnosti celého vysielača. Musí mať veľkú frekvenčnú a amplitúdovú stabilitu vytváraných kmitov. Stabilita kmitov je tým väčsia, čím mensia je frekvencia kmitov oscilátora a jeho výkon. Pouzívajú sa oscilátory riadené krystálom. Celý blok oscilátora býva umiestnený v termostate so stabilizáciou teploty ±0,01°C. Napájanie je stabilizované. Aby na oscilátor nevplývali zmeny ďalsích stupňov, ktoré tvoria záťaz oscilátora, zaraďuje sa hneď za oscilátor oddeľovací stupeň.
Násobič frekvencie.

Je niekoľko stupňový vf zosilňovač pracujúci v triede C, kde nastáva veľké skreslenie výstupného signálu. Na výstup zosilňovača sa preto dáva filter (paralelný rezonančný obvod), ktorý vyberá príslusnú harmonickú výstupného signálu a tým dochádza k násobeniu frekvencie.
Napájač.

Býva istený iným napájacím zdrojom - dieslov agregát (motor + generátor).

Prijímače bez zosilnenia.

Je to vlastne AM alebo FM demodulátor. Obvod neobsahuje ziaden vf zosilňovač, preto má veľmi malú citlivosť a malú selektivita.

2. Prijímače s priamym zosilnením. Výhoda je vo väčsej citlivosti oproti prijímačom bez zosilnenia. Nevýhodou je malá selektivita, zlozité prelaďovanie - vf zosilňovač musí zosilniť veľké frekvenčné pásmo, čoho výsledkom je veľká zmena citlivosti pri preladovaní.

Bloková schéma:

3. Prijímače s nepriamim zosilnením (SUPERHET).

Odstraňujú nevýhody priamo zosilňujúcich príjmačov. Vyznačujú sa tým, ze sa výber a zosilnenie signálu nerobí v pôvodnom obore frekvencií, ale vo vhodnom pásme obvykle nizsích frekvencií, do ktorého sa príjmaný signál prelozí pomocou meniča frekvencie. Tieto príjmače tiez nazývame superheteroidy alebo superhety.
Vf signály zachytené anténou prichádzajú na vstup ladeného vf zosilňovača, ktorý zosilňuje určitú sírku pásma okolo príjmanej frekvencie F_a a privádza ho na vstup zmiesavača. Do zmiesavača sa z vlastného oscilátora príjmača zavádza vf signál s frekvenciou F_osc. Zo vsetkých produktov zmiesavania majú najväčsiu amplitúdu zlozky s frekvenciami F_a, F_osc, F_osc + F_a, F_osc - F_a. Pritom ako zlozka súčtová tak i zlozka rozdielová nie sú vsetky amlitúdové, frekvenčné i fázové zmeny obidvoch signálov privádzaných do zmiesavača. K ďalsiemu spracovaniu sa spravidla vyberá zlozka s tzv. medzifrekvenčnou frekvenciou F_mf  = F_osc - F_a. Zmiesavač spolu s oscilátorom pracuje ako menič frekvencie. Frekvenciu F_a kazdého signálu, ktorý je príjmaný menič mení na konstantnú nizsiu medzifrkvenčnú frekvenciu. Tá sa potom zosilňuje v medzifrekvenčnom zosilňovači, demoduluje v demodulátore a zosilňuje v nf zosilňovači. Aby bola medzifrekvenčná frekvencia konstantná musí byť frekvencia oscilátora (F_osc) pre kazdú príjmanú frekvenciu F_a o medzifrekvenčnú frekvenciu vyssia. To sa zaisťuje súbezným nasadením vstupného a oscilačného rezonančného obvodu. Medzifrekvenčný zosilňovač obsahuje viazané rezonančné obvody presne naladené na medzifrekvenčnú frekvenciu. Tu sa uskutočňuje najväčsia časť vf zosilnenia v príjmači. Práve moznosť pevného naladenia viazaných rezonančných obvodov dovoľuje navrhnúť nf zosilňovač s veľkým zosilnením, potrebnou selektivitou a sírkou prenásaného pásma pre akúkoľvek príjmanú frekvenciu. Pre príjmanú frekvenciu vysielania s amplitúdovou moduláciou je F_mf: 460 kHz a s frekvenčnou moduláciou FF_mf: 10,7 MHz.

Bloková schéma:

Stereofónia zlepsuje kvalitu reprodukovaného zvuku, umozňuje lokalizáciu zdroja zvuku a vytvára pri počúvaní dojem priestoru. Hlavná poziadavka na stereofónne vysielanie a príjem je, aby bolo toto vysielanie schopné prijímať mono prijímačmi a naopak pomocou stereoprijímača prijímať monofónne vysielanie. U nás bol prijatý systém s pilotným signálom.

Celkový modulačný stereo signál pozostáva zo:

- súčtového signálu: M = L + P

- postranných pásiem AM nosnej vlny s rozdielovým signálom S = L - P

- pilotného signálu (19 kHz), ktorý treba na správne obnovenie pomocného signálu v príjmači.

Bloková schéma stereo vysielača:

na vstup stereomodulátora sa privádzajú signály oboch kanálov (L, P) a pomocou matice sa vytvára súčtový a rozdielový signál. Pilotný signál sa vytvára v oscilátore. V zdvojovači sa vyrobí pomocná nosná vlna. Na vstup amplitúdového modulátora sa privedie pomocný nosný signál a rozdielový nf signál S. Na výstupe AM dostaneme postranné pásma Sd, Sh bez pomocného nosného signálu S. Je potlačený az na 1% (38 kHz) kvôli ruseniu. Dolnopriepustným filtrom sa odstránia vyssie harmonické, ktoré vznikajú pri modulácií.

Bloková schéma stereo prijímača:

V demodulátore sa získava celkový stereofónny signál. Pri mono príjímačoch sa v ďaľsích obvodoch spracúva len súčtová zlozka M. Pri stereopríjmači sa v stereodekodery celkový stereosignál rozdelí na ľavý a pravý kanál.