---

---

6.4 Rozhlasový a televizní přenos

V předchozích odstavcích jsme si vyložili princip analogové modulace a konstatovali jsme mnohdy, jaký vztah má ten který pojem pro praktický přenos rozhlasového nebo televizního signálu. Nyní si popíšeme, jak vypadá rozhlasový a televizní přijímač. Řada obvodů rozhlasového a televizního přijímače se příliš neliší a můžeme je proto popsat dohromady a pak teprve upozornit na rozdíly mezi nimi.

VstupnĂ­m signĂĄlem přijĂ­mače aĹĽ rozhlasovĂŠho či televiznĂ­ho je modulovanĂ˝ signĂĄl nosnĂŠ vlny z vysĂ­lače. V současnĂŠ době se jednĂĄ převĂĄĹžně o analogově modulovanĂ˝ signĂĄl, u rozhlasovĂŠho vysĂ­lĂĄnĂ­ je to amplitudovĂĄ modulace v pĂĄsmu DV, SV a KV (angl. LW, MW, SW) a frekvenčnĂ­ modulace v pĂĄsmu VKV (v angličtině se pro označenĂ­ tohoto pĂĄsma spĂ­ĹĄe pouŞívĂĄ označenĂ­ FM, kterĂŠ se vztahuje k druhu modulace a nikoliv k dĂŠlce vlny). U televiznĂ­ho přenosu je to amplitudovĂĄ modulace pro obrazovĂ˝ signĂĄl a frekvenčnĂ­ modulace pro zvukovĂ˝ signĂĄl, u přenosu televiznĂ­ho signĂĄlu z druĹžic se pouŞívĂĄ FM i pro obrazovĂ˝ signĂĄl. PřijĂ­mač musĂ­ se signĂĄlem z antĂŠny provĂŠst nĂĄsledujĂ­cĂ­ operace:

(1) vybrat nosný kmitočet požadované stanice,

(2) zesĂ­lit signĂĄl vybranĂŠ nosnĂŠ vlny,

(3) demodulovat zesílený signál, tj. získat z něj původní informaci,

(4) zesĂ­lit signĂĄl z demodulĂĄtoru.

V rozhlasovĂŠm přijĂ­mači zesĂ­lenĂ˝ signĂĄl uvĂĄdĂ­ do pohybu membrĂĄnu reproduktoru a reprodukuje tak vysĂ­lanĂ˝ zvuk, u televiznĂ­ho přijĂ­mače zesĂ­lenĂ˝ videosignĂĄl ovlĂĄdĂĄ okamĹžitou intenzitu jasu paprsku obrazovky.

SignĂĄl z antĂŠny mĂĄ typickou Ăşroveň od několika mikrovoltĹŻ (velmi slabĂ˝ signĂĄl) do jednotek milivoltĹŻ. Pro diodovĂ˝ detektor je třeba signĂĄlu o amplitudě okolo 2 voltĹŻ. Z toho plyne, Ĺže v přijĂ­mači musĂ­me před detekcĂ­ signĂĄl zesĂ­lit 10³-10⁵ krĂĄt.

Prakticky vĹĄechny přijĂ­mače v současnosti (včetně přijĂ­mačů druĹžicovĂŠho signĂĄlu) pracujĂ­ na principu superheterodynu. SuperheterodynnĂ­ princip vyĹžaduje, aby v přijĂ­mači byl lokĂĄlnĂ­ oscilĂĄtor, směšovač a tzv. mezifrekvenčnĂ­ zesilovač. MezifrekvenčnĂ­ zesilovač je selektivnĂ­ zesilovač laděnĂ˝ na pĂĄsmo kmitočtĹŻ v okolĂ­ tzv. mezifrekvence. PřijĂ­manĂ˝ signĂĄl nosnĂŠ frekvence (a postrannĂ­ pĂĄsma) se předzesĂ­lĂ­ a v tzv. směšovači se vytvoří rozdĂ­lovĂ˝ kmitočet mezi frekvencĂ­ lokĂĄlnĂ­ho oscilĂĄtoru a přijĂ­manĂ˝m kmitočtem. LokĂĄlnĂ­ oscilĂĄtor je laděn souběžně se vstupnĂ­m zesilovačem tak, aby kmital vĹždy o mezifrekvenčnĂ­ kmitočet výťe neĹž je signĂĄl nosnĂŠ vlny, na kterou je přijĂ­mač naladěn. RozdĂ­lovĂ˝ kmitočet zĹŻstĂĄvĂĄ tedy při laděnĂ­ konstantnĂ­ a v mezifrekvenčnĂ­m zesilovači se mohou nastavit obvody zajiĹĄĹĽujĂ­cĂ­ selektivitu tak, aby byla co nejlepĹĄĂ­. Bez superheterodynnĂ­ho principu bychom museli celĂ˝ několikastupňovĂ˝ zesilovač (zesĂ­lenĂ­ 10⁵ nelze dosĂĄhnout v jedinĂŠm stupni, obvyklĂŠ zesĂ­lenĂ­ jednoho stupně je okolo 10) při změně přijĂ­manĂŠ stanice přeladit, coĹž by bylo prakticky nemoĹžnĂŠ.

BlokovĂŠ schema rozhlasovĂŠho přijĂ­mače AM vidĂ­me na obrĂĄzku 6.8. SignĂĄl z antĂŠny je nejprve zesilovĂĄn vysokofrekvenčnĂ­m předzesilovačem, kterĂ˝ je jen velmi jednoduĹĄe laděnĂ˝, takĹže jeho selektivita je malĂĄ. Tento stupeň nenĂ­ pro prĂĄci přijĂ­mače nezbytnĂ˝ a v některĂ˝ch přijĂ­mačích nenĂ­ pouĹžit. Podstatnou částĂ­ přijĂ­mače je směšovač, do kterĂŠho se signĂĄl v naĹĄem blokovĂŠm schematu dostĂĄvĂĄ po předzesĂ­lenĂ­, ale mĹŻĹže bĂ˝t zařazen hned za antĂŠnou. Ve směšovači se signĂĄl z antĂŠny tzv. směšuje se signĂĄlem mĂ­stnĂ­ho, lokĂĄlnĂ­ho, oscilĂĄtoru. Vysvětleme si nejprve princip směšovĂĄnĂ­.

6.4.1 Princip a druhy směšování

Účelem směšování je vytvořit ze dvou signálů nezávislých kmitočtů signál o kmitočtu rozdílovém ve snaze ”posunout” frekvenční pásmo zpracovávaného signálu směrem k nižším kmitočtům. Je to úkol velice podobný amplitudové modulaci s tím rozdílem, že při amplitudové modulaci potřebujeme kromě rozdílového kmitočtu (spodní postranní pásmo) ještě původní signál nosné a mnohdy i součtový kmitočet. Směšování i amplitudová modulace jsou založeny na naprosto stejném principu, o modulaci hovoříme tehdy, když chceme ”posunout” zpracovávané pásmo kmitočtů směrem k vyšším kmitočtům. Nebudeme tedy hovořit o směšování, když chceme zvukový signál přenášet ve vyšším pásmu kmitočtů (nemusí se vždy jednat o vysílání, princip modulace se využívá i pro vícenásobné využití telefonního vedení, tzv. systém nosné telefonie, SNT) a nebudeme hovořit o modulaci, když chceme signál o kmitočtu např. 12 GHz převést do pásma v okolí 1GHz se zachováním informace, kterou signál nese (poslední příklad se týká družicového příjmu).

Směšování dvou signálů docílíme jejich vynásobením v obvodu, kterému říkáme násobička, nebo když oba signály sečteme a jejich součet přivedeme jako napětí na prvek s nelineární voltampérovou charakteristikou; proud tímto prvkem pak bude obsahovat signál rozdílového kmitočtu. V prvním případě hovoříme o multiplikativním směšování, ve druhém o aditivním směšování. Při rozboru uvidíme, že se vlastně v obou případech jedná o násobení dvou signálů; název aditivní směšování vznikl historicky dříve, než byla objasněna podstata jevu.

Vysvětleme si nejprve princip aditivního směšování. Předpokládejme, že voltampérová charakteristika našeho nelineárního prvku je křivka, jejíž analytické vyjádření je

i=a₀+a₁v+a₂v²,

kde i je proud nelineĂĄrnĂ­m prvkem, např. diodou a v napětĂ­ na tomto nelineĂĄrnĂ­m prvku. PředpoklĂĄdejme dĂĄle, Ĺže na nelineĂĄrnĂ­ prvek připojĂ­me napětĂ­, kterĂŠ dostaneme prostĂ˝m součtem signĂĄlu o frekvenci w₁ a signĂĄlu o frekvenci w₂, v=A₁cos(w₁t)+A₂cos(w₂t). Po dosazenĂ­ a jednoduchĂŠ Ăşpravě dostaneme, Ĺže proud nelineĂĄrnĂ­m prvkem bude vypadat nĂĄsledujĂ­cĂ­m zpĹŻsobem:

i=a₀ + (a₂/2)(A₁²+A₂²) +
+ a₁[A₁cos(w₁t)+A₂cos(w₂t)] +
+ (a₂/2)[A₁²cos(2w₁t)+A₂²cos(2w₂t)] +
+ a₂A₁A₂[cos(w₁+w₂)t+cos(w₁-w₂)t].

Vidíme, že nám kromě stejnosměrné složky proudu (člen

a₀+(a₂/2)(A₁²+A₂²)

nezĂĄvisĂ­ na kmitočtu a je to tedy stejnosměrnĂĄ sloĹžka proudu) a sloĹžek proudu pĹŻvodnĂ­ch kmitočtĹŻ w₁ a w₂ vznikly sloĹžky proudu o kmitočtech 2w₁ a 2w₂

tj. člen (a₂/2)[A₁²cos(2w₁t)+A₂²cos(2w₂t)]

a složky proudu o součtovém a rozdílovém kmitočtu

tj. člen a₂A₁A₂[cos(w₁+w₂)t+cos(w₁-w₂)t].

V případě prvku s obecnou nelinearitou, jak je tomu ve skutečnosti, bychom rozvinuli skutečnou charakteristiku do Taylorovy řady, kde bychom mohli dostat s nezanedbatelnou amplitudou i členy s v³, v⁴ apod. NenĂ­ sloĹžitĂŠ se přesvědčit, Ĺže v případě přidĂĄnĂ­ těchto dalĹĄĂ­ch členĹŻ do popisu naĹĄĂ­ nelineĂĄrnĂ­ charakteristiky bychom dostali sloĹžky proudu o frekvenci 3w₁ a 3w₂, 2w₁+w₂, 2w₁-w₂, w₁+2w₂, w₁-2w₂ (současně by se ovĹĄem změnily amplitudy u některĂ˝ch z jiĹž uvedenĂ˝ch sloĹžek) atd. Pokud by kmitočet některĂŠ z uvedenĂ˝ch sloĹžek vyĹĄel zĂĄpornĂ˝, vznikne sloĹžka o kmitočtu rovnĂŠmu absolutnĂ­ hodnotě tohoto rozdĂ­lu (to platĂ­ i o jednoduchĂŠm rozdĂ­lu w₁-w₂, jinak řečeno, nezĂĄleŞí na tom, jakĂ˝mi indexy si směšovanĂŠ kmitočty označíme).

Proud obsahujĂ­cĂ­ uvedenĂŠ frekvenčnĂ­ komponenty převedeme na napětĂ­ pomocĂ­ odporu nebo operačnĂ­ho zesilovače a poĹžadovanou komponentu o rozdĂ­lovĂŠm kmitočtu vybereme vhodnĂ˝m filtrem. U rozhlasovĂŠho přijĂ­mače pouŞívĂĄme mĂ­sto pasivnĂ­ho filtru selektivnĂ­ zesilovač (selekce, vĂ˝běr, selektivnĂ­ zesilovač, zesilovač, kterĂ˝ zesĂ­lĂ­, vybere jen pĂĄsmo kmitočtĹŻ, ostatnĂ­ kmitočty potlačí). Je dĹŻleĹžitĂŠ si uvědomit, Ĺže vzhledem k tomu, Ĺže se kmitočty (lineĂĄrně) odčítajĂ­, zĹŻstĂĄvĂĄ případnĂĄ modulačnĂ­ informace obsaĹženĂĄ v signĂĄlu o kmitočtu w₁ nebo w₂ zachovĂĄna a nezĂĄleŞí přitom na tom, zda je informace zakĂłdovĂĄna do signĂĄlu amplitudově nebo frekvenčně. AnalogovĂĄ modulace zpĹŻsobĂ­, Ĺže pĹŻvodnĂ­ signĂĄl o kmitočtu w₂ (nosnĂ˝ kmitočet) se měnĂ­ podle v souladu s modulacĂ­ o Dw, tj. signĂĄl mĂĄ kmitočet v rozsahu w₂¹ Dw. SměšovĂĄnĂ­m se signĂĄlem o kmitočtu w₁ vznikne signĂĄl o rozdĂ­lovĂŠm kmitočtu w₁ - (w_2 ¹ Dw)=(w₁-w₂) ¹ Dw, tedy tentýŞ signĂĄl, jakĂ˝ bychom dostali, kdybychom modulovali na nosnĂ˝ kmitočet o kmitočtu (w₁-w₂) přímo. SměšovĂĄnĂ­ tedy nezavĂĄdĂ­ do signĂĄlu ŞådnĂŠ dodatečnĂŠ zkreslenĂ­ (za předpokladu, Ĺže ostatnĂ­ frekvenčnĂ­ sloĹžky na 100% odfiltrujeme).

MultiplikativnĂ­ směšovĂĄnĂ­ vyuŞívĂĄ zařízenĂ­ zvanĂŠ nĂĄsobička, tedy zařízenĂ­, kterĂŠ je schopnĂŠ nĂĄsobit dva rĹŻznĂŠ proměnnĂŠ elektrickĂŠ signĂĄly. NĂĄsobička mĂĄ tedy dva vstupy pro napětĂ­ představujĂ­cĂ­ činitele a vĂ˝stup představujĂ­cĂ­ součin. PrincipĹŻ nĂĄsobiček je celĂĄ řada, pro nĂĄĹĄ vĂ˝klad si stačí představit nĂĄsobičku jako zesilovač, jehoĹž zesĂ­lenĂ­ mĹŻĹžeme lineĂĄrně měnit pomocĂ­ ovlĂĄdacĂ­ho napětĂ­, označme jej v₁(t), tedy zesĂ­lenĂ­ zesilovače je rovno A=konst.v₁(t). Přiveďme nynĂ­ na vstup takovĂŠho zesilovače napětĂ­ v₂(t). Na vĂ˝stupu zesilovače pak bude zesĂ­lenĂŠ napětĂ­, A.v₂(t), tedy v_out(t)=A.v₂(t). DosadĂ­me-li nynĂ­ za A, dostaneme v_out=konst.v₁(t).v₂(t), tedy napětĂ­ ĂşměrnĂŠ součinu v₁(t).v₂(t). Přivedeme-li na vstup takovĂŠto nĂĄsobičky harmonicky proměnnĂĄ napětĂ­ s kmitočty (po řadě) w₁ a w₂, tedy

v₁(t)=A₁.cosw₁t, v₂(t)=A₂.cosw₂t,

dostaneme na výstupu napětí

v_out=A₁.cosw₁t.A₂.cosw₂t =
= A₁A₂/2[cos(w₁+w₂)t+cos(w₁-w₂)t],

tedy pouze napětí součtového a rozdílového kmitočtu, z nichž opět filtrem vybereme rozdílový kmitočet.

Směšování může vznikat i jako nežádoucí jev, když jeden ze směšovaných signálů je rušivým signálem a ”směšujeme” nechtěně například na nelineární charakteristice vstupního tranzistoru (obecného) zesilovače. V tom případě nazýváme efekt intermodulačním zkreslením.

6.4.2 Rozhlasový příjem

Pokračujme nyní v našem popisu blokového schematu rozhlasového přijímače na obrázku 6.8.

obr 6.8.

Zastavili jsme se, abychom vysvětlili princip směšování. Co tedy vlastně v přijímači směšujeme s čím. Předzesílený signál (napětí) z antény se signálem (napětím) z lokálního, místního, oscilátoru. Místní oscilátor je generátor signálu harmonického průběhu o kmitočtu, který ladíme souběžně s laděním vysokofrekvenčního předzesilovače a to tak, aby kmitočet lokálního oscilátoru byl v celém pásmu ladění o konstantní hodnotu vyšší, než je kmitočet, na který je naladěn vstupní vysokofrekvenční předzesilovač. Přijímáme-li tedy vysílač, jehož nosný kmitočet má hodnotu f_N, bude lokální oscilátor kmitat na kmitočtu

f₀=f_N+f_mf,

kde jsme označili symbolem f_mf rozdíl obou kmitočtů. Rozdíl obou kmitočtů není tedy závislý na f_N a je pro celé laděné pásmo konstantní. Kmitočtu f_mf se říká mezifrekvenční kmitočet (mezifrekvence, anglicky intermediate frequency, IF). Obvykle bývají přijímače konstruovány tak, že pro dlouhé, střední a krátké vlny mají stejný kmitočet f_mf (většinou 455kHz), pro VKV se používá vyšší mezifrekvenční kmitočet (většinou 10,7 MHz). Jako nelineární prvek na kterém probíhá směšování se obvykle používá tranzistor, neboť vstupní charakteristika tranzistoru je velmi podobná nelineární charakteristice diody v propustném směru. Často se používá tzv. kmitajícího směšovače, kdy tentýž tranzistor, na kterém probíhá směšování, funguje rovněž jako oscilátor.

Smícháním signálu z předzesilovače se signálem lokálního oscilátoru vznikne směs kmitočtů (viz výše rozbor směšování), které se dále zesilují tzv. mezifrekvenčním zesilovačem. Mezifrekvenční zesilovač je zesilovač konstruovaný tak, aby zesílil jen signály s kmitočty ležícími v úzkém pásmu kmitočtů v okolí mezifrekvenčního kmitočtu; ostatní signály potlačí, viz obrázek 6.9 (zisk je udán v dB).

obr. 6.9.

Šířka pásma přenosu mezifrekvenčního zesilovače je rovna šířce spektra amplitudově modulovaného signálu. Je-li tedy D f maximální modulační kmitočet (pro AM rozhlasový přenos asi 6 kHz), je šířka pásma přenosu mezifrekvenčního zesilovače rovna 2D f, tedy jsou zesilovány jen signály s kmitočty ležícími v pásmu od f_mf - D f do f_mf + D f. Na toto pásmo kmitočtů je mezifrekvenční zesilovač naladěn pevně u výrobce. Na místě obvodů určujících selektivitu zesilovače se užívají jednak rezonanční obvody LC, jednak tzv. piezokeramické filtry (to jsou součástky pracující na principu mechanické rezonance výbrusu z piezoelektrického materiálu, neobsahují ani indukčnosti ani kapacity a nemusí se při výrobě dolaďovat). Mezifrekvenční zesilovač u přijímačů pro AM i FM je konstruován tak, že má dvě pásma propustnosti, jedno v okolí 455 kHz, jedno v okolí 10,7 MHz. Mezifrekvenčním zesilovačem zesílíme signál na hodnotu cca 1-2 volty, což je úroveň vhodná pro následující demodulaci.

Na místě demodulátoru se pro AM téměř výhradně používá jednoduchý diodový detektor popsaný v odstavci o metodách demodulace. Pro frekvenčně modulovaný signál se obvykle používá poměrového detektoru. Za demodulátorem v rozhlasovém přijímači následuje již jen regulátor hlasitosti, tvořený většinou jednoduchým potenciometrem s logaritmickým průběhem odporu na úhlu otočení a nízkofrekvenční zesilovač, který má na výstupu zapojený reproduktor. Regulaci hlasitosti bychom teoreticky mohli provádět na jakémkoli stupni, kde dochází k zesílení signálu. Proč se tedy reguluje ručně hlasitost právě za demodulátorem? Je to proto, že amplituda demodulovaného napětí je měřítkem jakosti (velikosti) signálu z antény. Podle výkonu a vzdálenosti vysílače může signál z antény amplitudu v rozsahu několika řádů a to by obsluhu přijímače značně komplikovalo, neboť bychom při přelaďování museli současně obsluhovat i knoflík hlasitosti. Proto jsou všechny přijímače vybaveny obvody automatického vyrovnávání citlivosti, AVC (z anglického automatic volume control). Doslovný překlad anglického výrazu je automatické řízení hlasitosti. AVC pracuje tak, že pomocí RC integračního filtru zintegruje napětí na výstupu demodulátoru tak, že výstupní napětí z tohoto filtru je úměrné amplitudě signálu po demodulaci. Typické schema tohoto obvodu je na obrázku 6.10.

obr. 6.10.

Časová konstanta RC filtru je volena tak, aby byla podstatně delší, než perioda nejnižší modulační frekvence (to je cca 100 Hz, tedy perioda 10 ms; časová kostanta na obrázku 6.10. je 10krát větší, tedy 100 ms). Napětí na výstupu filtru tedy není schopno sledovat změny modulačního napětí, ale pomalé změny amplitudy, vzniklé např. přelaďováním nebo změnou příjmových podmínek, sleduje. Toto napětí se pak vede do vysokofrekvenčního předzesilovače a prvního stupně mezifrekvenčního zesilovače. Oba zesilovače jsou konstruovány tak, aby se jejich zesílení mohlo, v určitých mezích, měnit pomocí přivedeného napětí. Regulace je nastavena tak, že i při měnící se amplitudě signálu z antény zůstává amplituda napětí na výstupu demodulátoru prakticky konstantní. Obecnější název pro stejný princip je automatické řízení zesílení, AGC (automatic gain control).

Stereofonní vysílání a příjem

Příjem stereofonního signálu v pásmu FM je dnes naprosto běžnou součástí přijímače. Popis principu stereofonního vysílání by podle mého názoru měl patřit mezi vybavení fyzikáře na gymnaziu. Takže do toho. Stereofonní vysílání znamená vysílání dvou prakticky nezávislých informací v témže přenosovém kanálu (kanálem nazýváme pásmo frekvencí přidělené vysílači pro jeho provoz). Těmito dvěma informacemi jsou signály získané při snímání zvukových efektů dvěma směrově citlivými mikrofony a mají u posluchače simulovat dojem přítomnosti u zvukového efektu, např. v koncertní síni. Stereo efekt je založen na tom, že při přítomnosti posluchače u plošného zdroje zvuku, jakým je např. filharmonické těleso, slyší levé ucho poněkud jiný signál než pravé a sloučením těchto vjemů v mozku vzniká prostorový dojem. Vysílat a přijímat stereofonně přináší jednu velkou komplikaci a tou je slučitelnost (kompatibilita) s monofonním vysíláním. Nelze totiž souhlasit s tím, aby majitel monofonního přijímače slyšel ze stereofonního vysílání jenom jeden kanál, tj. např. zvuk jen z jedné strany koncertního tělesa. Je proto potřeba zařídit stereo vysílání tak, aby ve vysílaném signálu byl přítomen obvyklý monofonní signál a navíc další informace, která umožní rekonstrukci obou stereofonních signálů. Tomuto postupu, tj. systému, při kterém se jedním přenosovým kanálem přenáší více informací, říkáme multiplexování. Při probírání impulsní modulace jsme hovořili o časovém multiplexu, TDM (time division multiplexing). Při přenosu stereofonního signálu se používá druhá metoda, frekvenční multiplex, FDM (frequency division multiplexing). FDM spočívá v tom, že si danou šířku přenosového média rozdělím na intervaly a v každém z těchto intervalů přenáším jinou informaci. Vhodnou metodou pro tyto účely je amplitudová modulace, která ”zabírá” relativně malou šířku pásma. Při rozhlasovém přenosu FM (na AM se stereo nevysílá) je šířka pásma našeho média dána předepsanou šířkou pásma kanálu pro jeden vysílač FM, což je asi 250 kHz.

Označme si signál levého mikrofonu písmenem L a pravého písmenem R. Při monofonním vysílání se vysílá součet obou signálů tedy L + R a tedy i stereofonní signál musí v první řadě obsahovat signál L + R. Monofonní přijímač dekóduje tento signál a reprodukuje jej v jediném reproduktoru. To je tedy kompatibilita s monofonním vysíláním. Stereofonní vysílaný signál však může obsahovat ještě ”něco navíc”, pokud toto ”něco navíc” nebude škodit monofonnímu příjmu. Stereofonní přijímač pak z této dodatečné informace spolu s informací L + R vytvoří dva oddělené signály a bude je reprodukovat ve dvou reproduktorech, jeden nalevo od posluchače a druhý napravo. Aby rekonstrukce signálu byla jednoduchá, bylo rozhodnuto, že dalším signálem bude signál reprezentující rozdíl napětí pro levý a pravý kanál, tedy L - R. Tento signál je třeba přenést současně se signálem L + R. Abychom mohli přenášet najednou dvě různé informace, použijeme frekvenční multiplex FDM, tedy ”posuneme” signál L - R na frekvenční ose tak, aby celá jeho šířka pásma byla disjunktní se šířkou pásma signálu L + R. Sledujme obrázek 6.11., který nám představuje rozložení signálů na ose frekvencí. Signál L + R, tj. zvukový signál dobré kvality má šířku pásma od cca 50 Hz do 15 kHz. Bylo rozhodnuto, že se signál L - R posune po frekvenční ose tím, že se amplitudově namoduluje na kmitočet 38 kHz; tomuto kmitočtu říkáme subnosný kmitočet. Modulace se provádí s potlačenou nosnou vlnou a zabírá pásmo od 38-15=23 kHz do 38+15=53 kHz. Nosný kmitočet se potlačuje proto, aby netvořil ve spektru složeného signálu významný kmitočet, který by pak ovlivňoval šířku postranních pásem při kmitočtové modulaci. Místo nosného kmitočtu se vysílá s relativně malou amplitudou a ve frekvenčním pásmu, které není obsazeno signálem, polovina subnosného kmitočtu, (přesněji harmonický signál, jehož frekvenci získáme vydělením subnosného kmitočtu dvěma) tedy 19 kHz, který nazýváme pilotním kmitočtem. Pilotní kmitočet nese informace o okamžité fázi subnosného kmitočtu, avšak má relativně malou amplitudu a proto neovlivňuje podstatně šířku postranních pásem při kmitočtové modulaci. Takto vzniklý signál se nazývá kompozitním signálem. Kompozitní signál se celý namoduluje frekvenčně na nosný kmitočet a vyšle se do prostoru. Celkové rozložení výkonu do spektra modulované nosné je takové, že nepřesáhne šířku kanálu předepsanou pro jeden vysílač FM s monofonním vysíláním (tedy zhruba uvedených 250 kHz).

obr. 6.11.

Příjem stereofonního signálu probíhá stejně jako u monofonního až po demodulaci. Demodulací získáme opět kompozitní signál s kmitočtovým spektrem uvedeným na obrázku 6.11. Monofonní přijímač zpracuje pouze část se spektrem do 15 kHz, ostatní signál nezpracuje.

obr. 6.12.

Stereofonní přijímač obsahuje dále filtry, které kompozitní signál rozdělí, podle frekvenčních pásem, která zabírají, na tři signály, viz obrázek 6.12. Těmito třemi signály jsou L + R nemodulovaný signál 50Hz-15kHz, pilotní signál 19 kHz a amplitudově modulovaný signál L - R se šířkou pásma od 23 do 53 kHz. Signál L - R je třeba nejprve demodulovat. K tomu potřebujeme původní nosný kmitočet 38kHz, který získáme zdvojením pilotního kmitočtu pomocí fázového závěsu. Amplitudově modulovaný signál pak demodulujeme na principu synchronní detekce a získáme tak demodulovaný signál L -vR. Nyní je třeba již jen ze signálů L - R a L + R vytvořit opět signály L a R. To se děje pomocí tzv. maticových obvodů, v nichž dojde k sečtení a odečtení signálů L + R a L - R. Sečtením získáme signál 2L, odečtením signál 2R. Každý signál je dále zesílen svým vlastním audiozesilovačem a putuje do svého reproduktoru.

6.4.3 Televizní vysílání a příjem

O televizní technice bylo napsáno mnoho knih. U nás snad nejznámější je ”Televizní technika” autora ing. Vladimíra Víta (SNTL-ALFA Praha 1979), která má téměř tisíc stran. V našem stručném přehledu mohu tedy uvést opět jen principy, které považuji za vědomosti potřebné pro fyzikáře na gymnáziu.

Přenos ”pohyblivého” obrazu na dálku je založen na stejném principu jako kinematografie, tedy na rychlém promítání jednotlivých obrázků, které se jen málo liší, za sebou. Fyziologickou vlastností lidského oka, která umožňuje kinematografii, je setrvačnost zrakového vjemu, tj. schopnost lidského oka ”pamatovat” si po dobu 30-100 ms obraz na sítnici. Při kinoprojekci se promítá 24 obrázků za sekundu tak, že každý obrázek je prosvětlen dvakrát, lidské oko tedy vnímá 48 vjemů za sekundu, na jeden zrakový vjem tedy připadá cca 21 ms. Při tomto kmitočtu střídání zrakových vjemů oko prakticky nezpozoruje změny v intenzitě světla způsobené střídáním světla a tmy (kdybychom intenzitu světla měřili objektivně, např. fotonásobičem, dostali bychom prakticky obdélníkový průběh, po dobu řádově 10 milisekund by plátno nebylo vůbec osvětleno).

Na druhĂŠ straně mĂĄ promĂ­tĂĄnĂ­ filmovĂŠho pĂĄsu před přenosem obrazu na dĂĄlku jednu velkou vĂ˝hodu - celĂ˝ obrĂĄzek se na plĂĄtno promĂ­tĂĄ najednou. To nelze při přenosu na dĂĄlku zabezpečit - museli bychom informaci o jasu, případně barvě kaĹždĂŠho obrazovĂŠho bodu přenĂĄĹĄet zvlĂĄĹĄtnĂ­m informačnĂ­m kanĂĄlem. Při přenosu na dĂĄlku mĂĄme, podobně jako u rozhlasovĂŠho přenosu, k dispozici jeden přenosovĂ˝ kanĂĄl, kterĂ˝ je ekvivalentnĂ­ jednomu pĂĄru vodičů. MusĂ­me proto informaci o jasu kaĹždĂŠho obrazovĂŠho bodu vysĂ­lat sĂŠriově. V tĂŠmĹže okamĹžiku lze do přenosovĂŠho kanĂĄlu jeĹĄtě ”vtěsnat” jeĹĄtě i informaci o barvě obrazovĂŠho bodu (viz uvedenĂĄ literatura), informaci o jednotlivĂ˝ch obrazovĂ˝ch bodech vĹĄak musĂ­me vysĂ­lat za sebou. Je zřejmĂŠ, Ĺže čím vĂ­ce obrazovĂ˝ch bodĹŻ bude třeba na přenos jednoho obrĂĄzku, tĂ­m větĹĄĂ­ šířku pĂĄsma bude signĂĄl obrazovĂŠ informace (zkrĂĄceně obrazovĂ˝ signĂĄl) zabĂ­rat. ZĂĄkladnĂ­ informacĂ­ pro rozhodnutĂ­, na kolik ”obrazovĂ˝ch bodů” obrĂĄzek rozloĹžit, je rozliĹĄovacĂ­ schopnost lidskĂŠho oka a běžnĂĄ vzdĂĄlenost pozorovĂĄnĂ­ obrazu na obrazovce. Teoreticky by bylo moĹžnĂŠ rozloĹžit obraz na obrazovĂŠ body libovolnĂ˝m zpĹŻsobem, například azimutĂĄlnĂ­m jako u radaru, ale pro televizi byl zvolen rozklad maticovĂŠho typu, tedy na řádky, kterĂŠ obsahujĂ­ jednotlivĂŠ obrazovĂŠ body. ZĂĄkladnĂ­m číslem bylo tedy stanovenĂ­ počtu řádek, na kterĂŠ se budoucĂ­ obraz na obrazovce bude rozklĂĄdat - bylo to číslo 625. Je třeba hned říci, Ĺže k tomu, abychom se přiblĂ­Ĺžili rozliĹĄenĂ­ obrazu na kinematografickĂŠm plĂĄtně, potřebovali bychom minimĂĄlně dvojnĂĄsobnĂ˝ počet řádek. (V současnĂŠ době se konajĂ­ intenzĂ­vnĂ­ pokusy s tzv. HDTV, televiznĂ­m systĂŠmem s vysokĂ˝m rozliĹĄenĂ­m, kterĂ˝ mĂĄ mĂ­t, alespoň podle evropskĂŠho nĂĄvrhu, 1250 řádek). VzĂĄjemnĂ˝ poměr stran televiznĂ­ho stĂ­nĂ­tka byl stanoven na šířka:výťka=4:3 (v současnĂŠ době jsou modernĂ­ televizory ”wide” s poměrem stran 16:9). Aby bylo rozliĹĄenĂ­ ve vodorovnĂŠm směru stejnĂŠ jako ve svislĂŠm směru, bylo třeba stanovit počet obrazovĂ˝ch bodĹŻ na řádek 4/3.625=832. Frekvence vĂ˝měny obrĂĄzkĹŻ byla stanovena na 50 Hz pĹŻvodně z dĹŻvodu synchronizace se sĂ­ĹĽovĂ˝m kmitočtem; dnes jsou ale jiĹž obě frekvence od sebe odděleny. Z uvedenĂ˝ch čísel je jiĹž moĹžnĂŠ spočítat šířku pĂĄsma obrazovĂŠho signĂĄlu. Za předpokladu, Ĺže 1 perioda obrazovĂŠho signĂĄlu tvoří 2 obrazovĂŠ body (v minimu signĂĄlu je obrazovĂ˝ bod světlĂ˝, v maximu tmavĂ˝) bude za jednu sekundu potřeba 416 period na jeden řádek, 625 řádkĹŻ na jeden obrĂĄzek a obrĂĄzkĹŻ je 50 za sekundu. VynĂĄsobenĂ­m těchto tří čísel dostĂĄvĂĄme hodnotu cca 13.10⁶ s^-1, tedy maximĂĄlnĂ­ frekvence takto tvořenĂŠho obrazovĂŠho signĂĄlu (a tedy takĂŠ šířka pĂĄsma) by byla 13 MHz. TakovĂĄto šířka pĂĄsma by kladla příliĹĄ velkĂŠ nĂĄroky na šířku přenosovĂŠho kanĂĄlu a byla proto snĂ­Ĺžena na polovinu zavedenĂ­m tzv. proklĂĄdanĂŠho řádkovĂĄnĂ­. Při proklĂĄdanĂŠm řádkovĂĄnĂ­ se kreslĂ­ obrĂĄzek nejprve z lichĂ˝ch řádkĹŻ (říkĂĄ se mu pĹŻlsnĂ­mek, protoĹže obsahuje informaci jen o polovině obrĂĄzku s danou rozliĹĄovacĂ­ schopnostĂ­), pak se elektronovĂ˝ paprsek obrazovky vrĂĄtĂ­ na začátek obrazovky a kreslĂ­ druhou polovinu obrĂĄzku, tedy sudĂŠ řádky, a to přesně do mezery mezi lichĂ˝mi řádky. Při nĂĄvratu zespoda na vrĹĄek obrazovky je elektronovĂ˝ paprsek zatemněn, a podobně při kreslenĂ­ jednotlivĂ˝ch řádkĹŻ se elektronovĂ˝ paprsek zatemňuje, běží-li zprava nalevo (řádky se kreslĂ­ zleva doprava). SignĂĄl potřebnĂ˝ pro zatemňovĂĄnĂ­ zpětnĂ˝ch běhĹŻ při kreslenĂ­ řádkĹŻ a pĹŻlsnĂ­mkĹŻ musĂ­me ovĹĄem do obrazovĂŠho signĂĄlu dodat; nazĂ˝vĂĄ se zatemňovacĂ­ směs. ZavedenĂ­m proklĂĄdanĂŠho řádkovĂĄnĂ­ sníŞíme šířku pĂĄsma obrazovĂŠho signĂĄlu na polovinu, tj. na 6,5 MHz.

Rozklad obrazu na jednotlivĂŠ řádky v televiznĂ­ kameře a jeho opětovnĂŠ nakreslenĂ­ na televiznĂ­ obrazovce musĂ­ probĂ­hat naprosto synchronně, jinak by obraz na přijĂ­mači nebyl stabilnĂ­ (moĹžnĂĄ jste jiĹž zaĹžili televiznĂ­ obraz rozpadnutĂ˝ na pruhy, nebo beznadějně putujĂ­cĂ­ po obrazovce nahoru nebo dolĹŻ; to prvnĂ­ je ĹĄpatnĂĄ synchronizace řádkĹŻ, to druhĂŠ pĹŻlsnĂ­mkĹŻ). Proto je nutnĂŠ společně s obrazovou informacĂ­ vysĂ­lat jeĹĄtě časovou informaci o začátku kaĹždĂŠho řádku a o začátku kaĹždĂŠho pĹŻlsnĂ­mku. To se děje pomocĂ­ synchronizačnĂ­ch impulsĹŻ řádek a synchronizačnĂ­ch impulsĹŻ pĹŻlsnĂ­mkĹŻ, kterĂŠ se rovněž začlenĂ­ do obrazovĂŠho signĂĄlu (časově do dob, kdy se elektronovĂ˝ paprsek zatemňuje a amplitudově do rozsahu, kterĂ˝ je na obrazovce vnĂ­mĂĄn jako černĂĄ barva, takĹže obrĂĄzku na obrazovce nevadĂ­). Komplexu synchronizačnĂ­ch řádkovĂ˝ch a pĹŻlsnĂ­mkovĂ˝ch impulsĹŻ se říkĂĄ synchronizačnĂ­ směs. ObrazovĂ˝ signĂĄl opatřenĂ˝ zatemňovacĂ­ a synchronizačnĂ­ směsĂ­ nazĂ˝vĂĄme ĂşplnĂ˝m (černobĂ­lĂ˝m) televiznĂ­m signĂĄlem.

obr. 6.13.

ÚplnĂ˝ televiznĂ­ signĂĄl namodulujeme amplitudově na nosnou vlnu a přeneseme k antĂŠně přijĂ­mače. Spektrum přenĂĄĹĄenĂŠho signĂĄlu vidĂ­me na obrĂĄzku 6.13. AmplitudovĂĄ modulace vytvoří dvě postrannĂ­ pĂĄsma, spodnĂ­ a hornĂ­, celkově by tedy přenos jednoho televiznĂ­ho programu zabĂ­ral 13 MHz. Pro zúŞenĂ­ tohoto frekvenčnĂ­ho pĂĄsma se přenos provĂĄdĂ­ s částečně potlačenĂ˝m jednĂ­m postrannĂ­m pĂĄsmem tak, Ĺže celkovĂĄ šířka jednoho kanĂĄlu je 8 MHz. ZvukovĂ˝ doprovod zabĂ­rĂĄ v tomto pĂĄsmu jen zcela zanedbatelnou šířku, a to přesto, Ĺže je přenĂĄĹĄen frekvenčnĂ­ modulacĂ­. NosnĂ˝ kmitočet zvuku mĂĄ odstup 6,5 MHz od nosnĂŠho kmitočtu obrazu (je vyĹĄĹĄĂ­). Šířku kanĂĄlu a odstup nosnĂŠ zvuku od nosnĂŠ obrazu předepisuje televiznĂ­ norma. PopsanĂŠ uspořádĂĄnĂ­ je tzv. norma OIRT (zĂĄpadoevropskĂĄ, u nĂĄs na těch vysĂ­lačích, kterĂŠ vysĂ­lajĂ­ v barevnĂŠm systĂŠmu PAL). Kromě nĂ­ existuje jeĹĄtě norma CCIR (vĂ˝chodoevropskĂĄ, u nĂĄs jen na vysĂ­lačích, kterĂŠ jeĹĄtě vysĂ­lajĂ­ v barevnĂŠm systĂŠmu SECAM), u kterĂŠ je kanĂĄl uŞťí (7 MHz) a odstup nosnĂŠ zvuku od nosnĂŠ obrazu 5,5 MHz. Pro příjem v naĹĄich podmĂ­nkĂĄch je proto třeba tzv. vĂ­cenormovĂ˝ televizor, kterĂ˝ automaticky normu vysĂ­lĂĄnĂ­ rozliĹĄĂ­ a přizpĹŻsobĂ­ se jĂ­.

TeleviznĂ­ přijĂ­mač je velmi podobnĂ˝ rozhlasovĂŠmu aĹž po demodulĂĄtor. JedinĂ˝ rozdĂ­l je v tom, Ĺže zvukovĂ˝ a obrazovĂ˝ signĂĄl se demodulujĂ­ odděleně. MezifrekvenčnĂ­ kmitočet obrazu je v normě OIRT 38 MHz, z čehoĹž plyne, Ĺže mezifrekvenčnĂ­ kmitočet zvuku je 31,5 MHz (kmitočty se odečítajĂ­ od kmitočtu oscilĂĄtoru, takĹže vyĹĄĹĄĂ­ nosnĂ˝ kmitočet zvuku znamenĂĄ niŞťí mezifrekvenčnĂ­ kmitočet). ZesĂ­lenĂ­ v mezifrekvenčnĂ­m zesilovači je v řádu 5000. NejmenĹĄĂ­ signĂĄl z antĂŠny, kterĂ˝ je přijĂ­mač schopen zpracovat (zaĹĄuměnĂ˝, ale zasynchronizovanĂ˝ obraz) je cca 50m V, tj. cca o řád vyĹĄĹĄĂ­, neĹž u rozhlasovĂŠho příjmu. DemodulovanĂ˝ obrazovĂ˝ signĂĄl obsahuje synchronizačnĂ­ směs, kterou je třeba oddělit od obrazovĂŠho signĂĄlu a pouŞít k synchronizaci generĂĄtorĹŻ řádkovĂŠho a snĂ­mkovĂŠho rozkladu. ObrazovĂ˝ signĂĄl po svĂŠm dalĹĄĂ­m zesĂ­lenĂ­ v obrazovĂŠm zesilovači na amplitudu řádově 100 V slouŞí k jasovĂŠ modulaci elektronovĂŠho paprsku obrazovky (připojuje se mezi katodu obrazovky a tzv. WehneltĹŻv vĂĄlec, kterĂ˝ u obrazovky nahrazuje řídicĂ­ mřížku). SynchronizovanĂŠ vĂ˝stupy z generĂĄtorĹŻ řádkovĂŠho a snĂ­mkovĂŠho rozkladu se přivĂĄdějĂ­ na dva pĂĄry (horizontĂĄlnĂ­ a vertikĂĄlnĂ­) vychylovacĂ­ch cĂ­vek, kterĂŠ zpĹŻsobujĂ­ magneticky vychylovĂĄnĂ­ elektronovĂŠho paprsku. BěžnĂ˝ vychylovacĂ­ Ăşhel je v současnĂŠ době 120° u ÄernobĂ­lĂ˝ch obrazovek a 90° u barevnĂ˝ch obrazovek. Kromě signĂĄlovĂ˝ch obvodĹŻ potřebuje kaĹždĂ˝ přístroj a tedy i televiznĂ­ přijĂ­mač napĂĄjecĂ­ obvody. Ty zajiĹĄĹĽujĂ­ mimo jinĂŠ rovněž napĂĄjenĂ­ obrazovky včetně urychlujĂ­cĂ­ho napětĂ­ pro elektronovĂ˝ paprsek na energii potřebnou k tomu, aby se luminofor na vnitřnĂ­ straně stĂ­nĂ­tka při dopadu paprsku rozsvĂ­til (toto napětĂ­ se nemoduluje obrazovĂ˝m signĂĄlem, prostě jen urychluje ty elektrony, kterĂ˝m WehneltĹŻv vĂĄlec ”dovolí” proletět). Kromě ĹžhavenĂ­ a urychlujĂ­cĂ­ho napětĂ­, kterĂŠ je v řádu 10kV, potřebuje obrazovka několik napětĂ­ na tzv. fokusačnĂ­ elektrody. NapětĂ­ na těchto elektrodĂĄch vytváří elektrickĂŠ pole vhodnĂŠho tvaru, kterĂ˝ fokusuje elektronovĂ˝ svazek vychĂĄzejĂ­cĂ­ z katody (po jeho intenzitnĂ­ modulaci obrazovĂ˝m signĂĄlem). ZvukovĂ˝ signĂĄl se po demodulaci (zpravidla poměrovĂ˝m detektorem) zesiluje v audio zesilovači podobně jako v rozhlasovĂŠm přijĂ­mači. StejnĂ˝m zpĹŻsobem jako v rozhlasovĂŠm přijĂ­mači se zajiĹĄĹĽuje automatickĂŠ vyrovnĂĄvĂĄnĂ­ citlivosti, AVC, pouze řídicĂ­ signĂĄl se odvozuje od amplitudy obrazovĂŠho signĂĄlu po jeho demodulaci. Účinnost AVC je pozoruhodnĂĄ, při změně vstupnĂ­ho napětĂ­ do mezifrekvenčnĂ­ho zesilovače o 60 dB (o tři řády), měnĂ­ se vĂ˝stupnĂ­ napětĂ­ obrazovĂŠho zesilovače jen o 3 dB (faktor 1,4).

Barevný televizní příjem patří již mimo rámec těchto skript a proto případné zájemkyně (zájemce) odkazuji na speciální literaturu, např. uvedenou knihu ing. Víta.

---

---