MARIAN POKORSKI SAT ACADEMY ABC TECHNIKI SATELITARNEJ ROZDZIAŁ 5 WZMACNIACZE www.abc-multimedia.eu
MULTIMEDIA ACADEMY *** POLSKI WKŁAD W PRZYSZŁOŚĆ EUROPY
OD AUTORA Wprowadzenie Wzmacniacz jest elementem aktywnym i służy do wzmocnienia sygnału wysokiej częstotliwości niosącym informacje o obrazie, dźwięku i polecenia sterujące. W technice multimedialnej stosuje się różne wersje wzmacniaczy uzależnione od medium i częstotliwości w jakiej pracuje: Wzmacniacze telewizji satelitarnej pracują w zakresach 10,7...12,75 GHz i 950...2150 MHz. Wzmacniacze telewizji naziemnej pracują w zakresie 174...790 MHz. Wzmacniacze telewizji kablowej pracują w zakresach 5...65 MHz i 174...790 MHz. Wzmacniacze dla radia UKF pracują w zakresie 88...118 MHz. Wzmacniacze telewizji multimedialnej pracują w zakresie 5...2150 MHz. Wzmacniacze w odbiornikach radiowych i i urządzeniach niskiej częstotliwości pracują w zakresie 16...30.000 Hz. Wzmacniacze dla techniki światłowodowej. W każdej z tych wersji spotykamy kilka odmian bardziej lub mniej skomplikowanych. O wszystkich rodzajach i odmianach wzmacniaczy zapoznamy się w tym rozdziale. Marian Pokorski 3
5. Wzmacniacze 5.1. Zasada działania wzmacniacza wysokiej częstotliwości W technice multimedialnej stosuje się bardzo szeroką gamę wzmacniaczy wysokiej częstotliwości, jednak zasada ich działania jest identyczna. Zadaniem wzmacniacza jest wzmocnienie sygnału do poziomu użytecznego możliwie z jak najniższym poziomem szumów i najmniejszymi zniekształceniami. Grafika nr 5.1 Schemat blokowy wzmacniacza w.cz Na grafice nr 5.1 przedstawiłem schemat blokowy wzmacniacza WHO-929 firmy Telkom-Telmor. Tego typu wzmacniacze wykorzystuje się jako dystrybucyjne w profesjonalnych, multimedialnych sieciach telewizji kablowej. Jego zasada działania jest identyczna jak zasada wszystkich innych wzmacniaczy stosowanych w technice multimedialnej. Wzmacniacz posiada dwa tory. Tor wysokiej częstotliwości dla pasma VHF i UHF, przy czym w zależności od zastosowania kanału zwrotnego, ma różne zakresy: 47 862, 55 862, 75 790 lub 87 862 MHz. Kanał zwrotny można użyć jako pasywny lub aktywny dla retransmisji Internetu, telefonii. I tutaj stosuje się różne pasma: 5 30, 5 42, 5 55, 5 65 MHz. 4
W przyszłości kanał zwrotny zostanie wykorzystany do wielu usług interaktywnych i to nie tylko w technikach osiedlowych (ciepłownictwo, woda, gaz), ale także bezpośredni naszym życiu codziennym (obsługa elektronicznych urządzeń w gospodarstwie domowym, kontakt z lekarzami w wypadkach ciężkich chorób lub automatyczne alarmowanie straży pożarnej w wypadku pożarów, a przede wszystkim w usługach internetowych z telefonią włącznie). W tym wzmacniaczu zastosowano przelotowe wejście pozwalające podłączyć dodatkowo inne wzmacniacze. Wejście dla toru w.cz. jest zarazem wyjściem dla kanału zwrotnego. Tłumiki i korektory częstotliwości znajdują się na wejściu wzmacniacza jak i między stopniami. Producent zastosował tutaj elementy nieuregulowane, które dobiera się w trakcie pomiarów przy uruchamianiu wzmacniacza. Dzięki takiemu rozwiązaniu wzmacniacze są bardziej stabilne i mniej awaryjne. Elementy wzmacniające zbudowane są na półprzewodnikach hybrydach własnej konstrukcji. 5.2. Podstawowe parametry wzmacniacza Przy projektowaniu i budowie instalacji multimedialnych, w których przewidziany jest odbiór telewizyjnych i radiowych programów naziemnych należy dokonać pomiarów sygnału. Pomoże nam to w wyborze rodzaju wzmacniacza, jeżeli zajdzie taka potrzeba. Przy czym nieodzowna jest tutaj znajomość ich parametrów. W tym rozdziale przedstawię i omówię ich najważniejsze. ad. 1. Zakres częstotliwości. Zakres częstotliwości wzmacniacza uzależniony jest od typu lub części instalacji antenowej. Odbiór radiowych programów naziemnych obejmuje zakres UKF (88...108 MHz). Ten typ wzmacniacza stosuje się bardzo rzadko. Częściej zakres UKF jest zintegrowany z wzmacniaczem pasmowym (47...470 MHz) lub szerokopasmowym (47...790 MHz). Odbiór telewizyjnych programów naziemnych obejmuje zakres (174...790 MHz). Odbiór telewizyjnych i radiowych programów w sieciach telewizji kablowej obejmuje zakres (65...790 MHz wraz z kanałami specjalnymi i Hyperbandu). Odbiór telewizyjnych i radiowych programów satelitarnych obejmuje zakres 950...2150 MHz. 5
Jedn. Przykład 1 Zakres częstotliwości pracy MHz 47...862 2 Wzmocnienie db 40 3 4 5 Nierównomierność charakterystyki wzmocnienia Maksymalny poziom wyjściowy DIN 45004B Maksymalny poziom wyjściowy (CENELEC 42) - CTB 60 dbc - CSO 60 dbc db ± 0,75 dbuv 129 dbuv 114 114 6 Wejściowy tłumik db 0...20 7 Wejściowy korektor preemfazy db 0...20 8 Międzystopniowy tłumik - moduł db 0 10 9 Międzystopniowy korektor preemfazy db 0 10 10 Wyjścia pomiarowe - wejście/wyjście - 2 11 Współczynnik szumów db < 6 12 Dopasowanie dla wszystkich wej. / wyj: - w zakresie częstotliwości 5 40 MHz - w zakresie częstotliwości 40 862 MHz - w zakresie częstotliwości 950 2400 MHz db 20 20 @ 40 MHz 1,5/oct. 20 @ 40 MHz 1,5/oct. 13 Typ złącza wejściowego F lub 5/8 lub PG11 14 Liczba wyjść 1 15 Typ złącz wyjściowych F lub 5/8 lub PG11 16 Napięcie zasilania V 230 V lub 12V 17 Pobór mocy W 15 18 Zasilania Sieć 230 V lub 24 65 / 50 60 (sinus lub trapez) 19 Pobór prądu A 2 20 Prąd obciążenia wyjściowego (maksymalny) A 6 21 Klasa ochrony - IP64 22 Temperaturowy zakres pracy C -20 + 60 23 Waga kg 1,2 24 Gabaryty (S x W x G) mm 196 x 134 x 86 6
ad. 2. Wzmocnienie Ten parametr podaje ilokrotnie zostaje wzmocniony sygnał podany na wejście wzmacniacza. Standardowo podaje się wzmocnienie w jednostkach logarytmicznych; decybelach. Przykładowo; 40 decybelowy wzmacniacz zwiększa sygnał 100 razy. Wzmocnienie, w zależności od typu wzmacniacza, mieści się w zakresie 12...45 db. ad. 3. Nierównomierność charakterystyki wzmocnienia W zależności od wzmacniacza i jego zastosowania mamy różne pasma częstotliwości. Zadaniem wzmacniacza jest wzmocnienie sygnału równomiernie w całym paśmie. Producent, w karcie katalogowej parametrów podaje nierównomierność procentowo, która mieści się w zakresie ± 0,75...2%. ad. 4. Maksymalny poziom wyjściowy DIN 45004B Norma DIN45004B, określa, że minimalny odstęp poziomu sygnału użytecznego od poziomu zakłóceń musi być 60 db, we wszystkich metodach pomiarowych, dla wzmacniaczy szerokopasmowych stosowanych w sieciach TV kablowej. Tak sformułowane wymaganie, wymusza na producentach urządzeń dla telewizji kablowej, podawanie poziomu maksymalnego, dla którego spełniony jest odstęp od zakłóceń 60 db. W nowoczesnych wzmacniaczach ten parametr nie jest już używany i zastąpiony przez CSO i CTB. ad. 5. Maksymalny poziom wyjściowy (CENELEC 42) CSO 60 dbc - Composite Second Order (Złożone produkty intermodulacyjne drugiego rzędu.) jest informacją: Do jakiego maksymalnego sygnału można wysterować wzmacniacz by różnica między sygnałem użytecznym i zakłócającym była równa lub większa od 60 db. W tym wypadku producent stosuje metodę dwóch sygnałów CTB 60 dbc - Composite Triple Beat (Złożone produkty intermodulacyjne trzeciego rzędu) jest informacją: Do jakiego maksymalnego sygnału można wysterować wzmacniacz by różnica między sygnałem użytecznym i zakłócającym była równa lub większa od 60 db. W tym wypadku producent stosuje metodę trzech sygnałów ad. 6. Wejściowy tłumik Regulowany tłumik na wejściu pozwala zmniejszyć poziom sygnału na wyjściu wzmacniacza. W języku potocznym, nazywany jest błędnie regulatorem wzmocnienia. 7
ad. 7. Wejściowy korektor preemfazy Poziom sygnału dochodzącego z długiej linii kablowej jest zróżnicowany na skutek różnicy jego tłumienności uzależnionej od częstotliwości. Wysokie częstotliwości są więcej tłumione jak niskie. Powoduje to szereg zniekształceń przy ich wzmocnieniu. Przy pomocy korektora preemfazy można całe pasmo częstotliwości ustawić, teoretycznie na jednym poziomie. ad. 8. Międzystopniowy tłumik Tłumik na wejściu wzmacniacza wprowadza szumy. Innym rozwiązaniem jest wprowadzenie tłumika między stopniami wzmocnienia. Jest to optymalne rozwiązanie, jednak niezbyt często stosowane. ad. 9. Międzystopniowy korektor preemfazy Podobnie jak w wypadku tłumika międzystopniowego, preemfaza między stopniami jest lepszym rozwiązaniem. ad. 10. Wyjścia pomiarowe - wejście/wyjście Profesjonalne wzmacniacze wyposażone są w punkty pomiarowe, na ich wejściu i wyjściu. Ma to duże znaczenie w dużych sieciach multimedialnych z dwóch powodów; nie przerywa odbioru programów u abonentów oraz pozwala na ustawienie poziomu sygnału i deemfazy przy normalnej pracy i pełnym obciążeniu wzmacniacza. Pomiary na bezpośrednim, nieobciążonym wyjściu nie odpowiadają rzeczywistej pracy wzmacniacza. ad. 11. Współczynnik szumów Podzespoły elektroniczne (tranzystory, hybrydy) wytwarzają szumy, które pogarszają jakość obrazu i dźwięku. Zadaniem konstruktora jest dobranie elementów wzmacniających o możliwie jak najmniejszych szumach. Stosując nowoczesne elementy wzmacniające można uzyskać współczynnik szumów poniżej 7 db. ad. 13. Typ złącza wejściowego Typ złącza wejściowego uzależnione jest od zastosowania wzmacniacza. W małych wzmacniaczach budynkowych, stosuje stosuje się złącza typu F, w wzmacniaczach telewizji kablowej F, 5/8 lub PG1. ad. 14. Liczba wyjść Z reguły wzmacniacze antenowe posiadają jedno wyjście, do którego podłącza się bezpośrednio abonenta lub system rozgałęziający dla wielu abonentów. W sieciach telewizji kablowej i w dużych instalacjach multimedialnych stosuje się wzmacniacze z dwoma wyjściami, które są podłączone do dwóch wzmacniających stopni końcowych lub rozgałęźnika. 8