Electronica
Stereo multiplexer voor FM zender
TechTalk
Root server » TechTalk » Electronica » Stereo modulator
Op een vorige pagina werden eenvoudige FM zendertjes besproken. Maar hoe kan je stereo toevoegen?
-

-

Het is aangeraden eerst de pagina over de stereo-decoders in ontvangers te lezen. De klassieke schakeling van een stereo-coder is rechts gegeven. Wat niet aanwezig is in het blokschema is een low pass filter om alles boven de 15kHz weg te filteren en een pre-emphasis (verhoging van de hoge tonen). De hoge tonen worden verminderd in de ontvanger zodat de signaal-ruisafstand beter wordt.

Het linkse en het rechtse signaal worden samengevoegd en we bekomen het mono-component. Dit signaal met een bandbreedte tot 15kHz wordt weergegeven door alle mono radiotoestellen.

Het signaal L - R is het verschilsignaal. Om dit signaal tot te voegen aan het totaalsignaal wordt het verschilsignaal synchroon gemoduleerd met een draaggolf van 38kHz. De frekwentie van dit signaal moet een frekwentie hebben die minstens dubbel zo hoog ligt als de hoogste frekwentie die overgebracht moet worden. Met 38kHz zitten we dus goed. Een goed ingestelde synchrone modulator straalt de draaggolf niet door. Dit vormt geen bezwaar, want men probeert het aandeel hogere frekwenties te verminderen.

Indien er weinig verschil is tussen het linkse enrechtse component (wat doorgaans het geval is), dan is er weinig signaal rond 38kHz, omdat dit signaal enkel het verschil bevat. Het is een amplitude-gemoduleerd signaal met onderdrukte draaggolf.

Maar in de ontvanger is er ook een synchrone demodulator nodig (in theorie kan een gelijkaardige schakeling gebruikt worden voor het moduleren en demoduleren). Om de demodulator te synchroniseren hebben we de draaggolf nodig, maar die is in de zender onderdrukt. Dit vormt echter geen probleem, want een piloottoon wordt uitgezonden op 19kHz. De piloottoon schakelt de demodulator in. De frekwentie van de piloottoon komt mooi te liggen tussen het mono signaal (20Hz tot 15kHz) en het gemoduleerd verschilsignaal (23 - 53kHz). Dezelfde frekwentie wordt trouwens ook gebruikt om de RDS decoder te synchroniseren.

Een stereo modulator kan met eenvoudige middelen gerealiseerd worden (bijvoorbeeld een vermenigvuldigingschakeling), men heeft dan ook direct het voordeel dat de draaggolf onderdrukt wordt. De afregeling moet nauwkeurig gebeuren om een maximale scheiding tussen de kanalen te bekomen. Men gebruikt bijna uitsluitend een vermenigvuldiger voor omroepzenders, waarvan het signaal aan zeer stricte normen moet beantwoorden.

Een eenvoudigere schakeling is een gewone omschakelaar: we sturen afwisselend het linkse en rechtse kanaal door. Een mono-ontvanger maakt de gemiddelde van beide signalen (de omschakelfrekwentie ligt boven de bovengrens in de ontvanger).

Dit systeem werkt goed, maar de omschakelingen veroorzaken harmonischen die aanwezig zijn tot boven het kanaal dat aan de zender toegewezen is (zie lager). De mengprodukten kunnen in de audioband terechtkomen, zelfs al gebeurt de omschakeling op een ultrasone frekwentie.

Een analyse van de harmonischen is lager te vinden (frekwentiespectrum van het multiplexsignaal). Er bestaan echter verschillende systemen om deze harmonischen te onderdrukken.

Hieronder hebben we een grafiek, met twee audiosignalen op 2 en 8kHz, een omschakelsignaal op 38kHz en het resultaat onderaan. Het tijd-multiplexsignaal bevat afwisselend een stukje van het linkse en rechtse kanaal.

Het type omschakelaar dat het beste werkt zijn twee mosfet transistoren die afwisselend het linkse en rechtse signaal aan de massa leggen. Een dergelijke schakeling werkt veel meer lineair dan een transistor die het signaal al of niet doorlaat (dit is belangrijk voor een volgende stap).

We hebben een schakelsignaal Q en -Q die de ene of andere mosfet transistor in geleiding brengt. We voorzien ook een piloottoon met een lage amplitude om de ontvanger te synchroniseren. De principeschekaling wordt rechts getoond.

De verschillende frekwenties kunnen opgewekt worden door een oscillator op 38kHz, een omkeertrap om het -Q signaal te leveren en een deler om de piloottoon te genereren.

Het multiplexsignaal kan naar de FM modulator gestuurd worden. Enkel FM modulatoren van het type II komen in aanmerking als men in stereo wilt uitzenden. Dit zijn de FM zenders met aparte oscillator, zie FM zenders. Enkel een dergelijke schakeling werkt voldoende lineair als de signalen een relatief hoge amplitude hebben.

Het multiplexsignaal van zo'n stereo-coder bevat heel veel onpare harmonischen. Deze frekwenties moeten onderdrukt worden, want ze zitten in de band die voorzien is voor de RDS data en SCA.

We zien bij de analyse van het frekwentiespectrum de audiofrekwenties van 2 en 8kHz, de R - L componenten tussen 30 en 46kHz, namelijk 30kHz (38 - 8), 36kHz (38 - 2), 40kHz (38 + 2) en 46kHz (38 + 8). Het zijn deze frekwenties die het audiosignaal bevatten. Het zou mooi zijn als we de bandbreedte van het signaal tot deze componenten zou kunnen beperken door een lowpass filter.

De signaalamplitudes zijn in mV aangegeven naast de frekwentie.

Maar bij het verwijderen van de harmonischen ontstaat er een faseverschuiving van het MPX signaal ten opzichte van de piloottoon. De harmonischen moeten onderdrukt worden door een low pass filter.

Door de faseverschuiving ontstaat er eem minder goede scheiding van links en rechts. In de ontvanger, het linkse kanaal zal ook een deel van het rechtse kanaal ontvangen en omgekeerd (het schakelpunt is niet meer correct gedefinieerd). Het stereosignaal is in feite een tyijd-multiplex signaal en de faseverschuiving veroorzaakt een menging.

De faseverschuiving is goed zichtbaar in het volgend grafiek. Daartegenover worden de harmonischen voldoende onderdrukt.

In plaats van een omschakelsignaal het rechte flanken te gebruiken, kan men ook een sinussignaal gebruiken. Iedere mosfettransistor zal zo als een variabele weerstand werken. De harmonischen zijn zodanig beperkt dat een low pass filter geen invloed meer heeft. Een condensator met een lage waarde van 1nF voldoet.

Het spectrum van het MPX-signaal staat hierboven. De scherpe kantjes van het MPX signaal zijn weg, maar er is geen verschuiving meer. In het midden van de periode (op het ogenblik dat de decoder een sample neemt), dan komt het MPX signaal overeen met het signaal van het betreffende kanaal. De schaal van de frekwenties is uitgerekt en omvat enkel het bereik dat effektief gemoduleerd wordt.

De hoofdfrekwenties zijn nog goed zichtbaar, maar het gedeelte tussen de audioband en de stereoband is niet meer leeg. Dit wordt veroorzaakt door de niet-lineariteit van de transistoren als ze met een sinussignaal gestuurd worden, daardoor ontstaan er mengprodukten (op een zeer lage amplitude ten opzichte van het hoofdsignaal, en dus nauwelijks hoorbaar). Ook broadcast modulatoren van broadcast-kwaliteit veroorzaken dergelijke storingen.

In de ontvanger

De stereodecoder in de ontvanger veroorzaakt een verslechering van de signaal-ruisafstand als die in werking treed (door de aanwezigheid van de piloottoon). Als die in werking is, worden de storingen in de stereoband (23-53kHz) weerspiegeld in de audioband.

De betere decoders hebben een high blend funktie waarbij de hoge frekwenties wat worden gemengd (met een filter die in werking treed vanaf 10kHz). De hoge tonen worden niet onderdrukt, enkel het stereo-effekt van de zeer hoge tonen. In het beste geval heeft het filter een variabele steilheid die zich aanpast aan de radiofrekwente signaalsterkte.

Links to relevant pages - Liens vers d'autres pages au contenu similaire - Links naar gelijkaardige pagina's

-