Žilinská univerzita v Žiline Preladiteľný prenosový kanál

Žilinská univerzita v Žiline
Elektrotechnická fakulta
Katedra telekomunikácií
Preladiteľný prenosový kanál
Ján Sliacky
2006

Preladiteľný prenosový kanál
DIPLOMOVÁ PRÁCA
Ján Sliacky
ŽILINSKÁ UNIVERZITA V ŽILINE
Elektrotechnická fakulta
Katedra telekomunikácií
Študijný odbor: TELEKOMUNIKÁCIE
Vedúci diplomovej práce: Ing. Ján Hlubík
Stupeň kvalifikácie: inžinier (Ing.)
Dátum odovzdania diplomovej práce: 19.5.2006
ŽILINA 2006

Abstrakt:
Táto práca sa zaoberá výberom komunikačného kanála z poskytovaného
frekvenčného pásma. Vybraný kanál má slúžiť na komunikáciu v televíznych káblových
rozvodoch medzi Riadiacim Centrom Domovej Stanice (RCDS) a koncovým
účastníckym zariadením (EUB). Budú sa v ňom prenášať signály potrebné na
poskytovanie služieb a na riadenie.
Mojou úlohou je vytvoriť (naladiť, vybrať) jeden kanál pre jedného konkrétneho
užívateľa.

Žilinská univerzita v Žiline, Elektrotechnická fakulta,
Katedra telekomunikácií
________________________________________________________________________
ANOTAČNÝ ZÁZNAM - DIPLOMOVÁ PRÁCA
Priezvisko a meno: Sliacky Ján Rok: 2006
Názov diplomovej práce:
Preladiteľný prenosový kanál
Elektrotechnická fakulta
Počet strán: 52 Počet obrázkov: 43 Počet tabuliek: 2
Počet grafov: 0 Počet príloh: 2 Počet použ.lit.: 11
Anotácia v slovenskom jazyku:
Diplomová práca sa zaoberá návrhom a vytvorením komunikačných kanálov v
televíznych káblových rozvodoch.
Anotácia v anglickom jazyku:
This this work deal with design and with cretionof comunicate cables in TV
cable´s distributions.
Kľúčové slová: SUPERHET, filter, zmiešavač, oscilátor, televízne káblové rozvody,
ladenie,
Vedúci diplomovej práce: Ing. Ján Hlubík
Recenzent: Prof. Ing. Dušan Trstenský, DrSc
Dátum: 19.05.2006

OBSAH
1. Úvod ....................................................................................................................... 1
1.1 Úvod do problematiky...................................................................................... 1
2. Možnosti realizácie ................................................................................................ 3
2.1 Elektrické filtre ................................................................................................ 4
2.1.1 Analógové filtre ....................................................................................... 5
2.1.2 Číslicové filtre.......................................................................................... 9
2.2 SUPERHET – princíp výberu kanálov............................................................ 15
2.2.1 Superheterodyn ...................................................................................... 16
2.2.2 Convertor – up ....................................................................................... 17
2.2.3 Superheterodyn s dvojitým zmiešavaním................................................ 18
2.2.4 Homodyn ............................................................................................... 18
3. Realizácia ............................................................................................................. 19
3.1 Zmiešavač...................................................................................................... 21
3.1.1 Základné parmetre zmiešavačov............................................................. 21
3.1.2 Princíp zmiešavača................................................................................. 23
3.1.3 Použitý zmiešavač .................................................................................. 25
3.2 Oscilátor........................................................................................................ 26
3.2.1 Oscilátory............................................................................................... 26
3.2.2 Rozdelenie a základné vlastnosti oscilátorov. ......................................... 27
3.2.3 Harmonické oscilátory............................................................................ 30
3.2.4 Colpittsov oscilátor ................................................................................ 40
3.3 Filtre.............................................................................................................. 41
3.3.1 Medzifrekvenčný filter 20MHz .............................................................. 41
3.3.2 Filter – pásmová priepusť 5-10MHz ....................................................... 47
3.4 Celková schéma zapojenia ............................................................................. 50
4. Záver .................................................................................................................... 51

Zoznam obrázkov a tabuliek
Obr.1.1 Sie ITKR....................................................................................................... 3
Obr.2.1 Idealizovaný priebeh charakteristiky filtra....................................................... 5
Obr.2.3 Základné zapojenia filtrov............................................................................... 7
Obr.2.4 Príklad integračného článku ............................................................................ 9
Obr.2.5 Princíp ČSS .................................................................................................... 9
Obr.2.6 Priebeh signálu v čase a jeho spektrum.......................................................... 10
Obr.2.7 Frekvenčná a impulzná charakteristika filtra ................................................. 12
Obr.2.8 Odozvy filtra................................................................................................. 13
Obr.2.9 Superheterodyn............................................................................................. 16
Obr.2.10 Convertor - up............................................................................................... 17
Obr.2.11 Superheterodyn s dvojitým zmiešavaním ...................................................... 18
Obr.2.12 Principiálna schéma prenosového kanála....................................................... 19
Obr.3.1 Graf k ur eniu dynamických rozsahov............................................................ 22
Obr.3.2 Vzájomné ovplyv ovanie medzi RF, IF, LO................................................... 22
Obr.3.3 Spektrum intermodula ných produktov.......................................................... 23
Obr.3.4 Princíp zmiešavača ........................................................................................ 24
Obr.3.5 Principiálne vnútorné zapojenie obvodu SE602.............................................. 25
Obr.3.6 Vnútorné zapojenie obvodu SE602 ................................................................. 26
Obr.3.7 VA charakteristiky.......................................................................................... 29
Obr.3.8 Zapojenie spätnej väzby.................................................................................. 29
Obr.3.9 Principiálne zapojenia oscilátorov................................................................... 32
Obr.3.10 Colpittsov oscilátor...........................................................................................32
Obr.3.11 Hartleyov oscilátor............................................................................................32
Obr.3.12 Meissnerov oscilátor...................................................................................... 32
Obr.3.13 Schnellov oscilátor............................................................................................32
Obr.3.14 Clappov oscilátor...............................................................................................34
Obr.3.15 Vackařov oscilátor.............................................................................................34
Obr.3.16 Kryštálový výbrus......................................................................................... 35

Obr.3.17 Náhrada.............................................................................................................36
Obr.3.18 Závislosť impedancie.................................................................................... 36
Obr.3.19 Piercov oscilátor ........................................................................................... 37
Obr.3.20 Kaskádne RC články..................................................................................... 39
Obr.3.21 Colpittsov oscilátor....................................................................................... 40
Obr.3.22 Colpittsov oscilátor....................................................................................... 40
Obr.3.23 Tolerančná schéma........................................................................................ 41
Obr.3.24 NDP.............................................................................................................. 42
Obr.3.25 Schéma NDP ................................................................................................ 45
Obr.3.26 Schéma LC filtra........................................................................................... 47
Obr.3.27 Simulácia LC filtra........................................................................................ 47
Obr.3.28 Tolerančná schéma........................................................................................ 47
Obr.3.29 Schéma NDP ................................................................................................ 48
Obr.3.30 Zapojenie LC filtra........................................................................................ 49
Obr.3.31 Simulácia LC filtra........................................................................................ 49
Obr.3.32 Celková schéma ............................................................................................ 50
Tab.1 Porovnanie vlastností.............................................................................................15
Tab.2 Prenosové kanály s príslušnými frekvenciami......................................................20

Zoznam skratiek:
Skratky Anglický význam Slovenský význam
A/D Analog/Digital Analógovo - číslicový prevodník
ARC Active RC Aktívny RC filter
CATV Cable TV Káblová televízia
ČSS
Číslicové spracovanie signálov
D/A Digital/Analog Číslicovo – analógový prevodník
DP
Dolná priepusť
DSP Digital signal procesor Digitálny signálový procesor
EUB End user box koncové užívateľské rozhranie
FDM
Frekvenčný multiplex
FIR Finite impulse response Filter s konečnou impulzovou odozvou
IF Intermediate frequency Medzifrekvencia
IIR Infinite impulse response Filter s nekonečnou impulzovou odozvou
IN Input Vstup
IO
Integrovaný obvod
ITKR
Interaktívne TKR
LO Local oscilator Lokálny oscilátor
MF
Medzifrekvenčný filter
NDP
Normovaná dolná priepusť
NPP
Normovaná pásmová priepusť
OF
Obmedzujúci filter
OSC Oscilator Oscilátor
OUT Output Výstup
PP
Pásmová priepusť
PZ
Pásmová zádrž
RF
Rekonštrukčný filter
TKR
Televízne káblové rozvody
VA Volt-Amper Volt-Ampérove charakteristiky
VF
Vstupný filter
VOD Video on demand Video na požiadanie

ZM
Zmiešavač

Žilinská univerzita v Žiline
Katedra telekomunikácií
Diplomová práca
1. ÚVOD
Televízne káblové rozvody TKR sa používajú ako prenosové systémy, ktoré
realizujú prenos distributívnych signálov medzi koncovým účastníkom a poskytovateľmi
služieb. So zabezpečením kvalitného prenosu všetkých služieb pri požadovanom objeme
prenesených signálov sa kladú vyššie požiadavky na spôsob realizácie prenosovej cesty
medzi koncovými bodmi (užívateľmi a poskytovateľmi). Vhodným riešením prevedenia
TKR siete sa javí použitie prístupovej siete. Ladenie televízie je v tomto prípade odlišné,
pretože týmito rozvodmi je možné naraz prijímať viac staníc, ako pri šírení vzduchom
(terestriálne).
Dôležitou súčasťou TKR sú interaktívne kanály, cez ktoré prebieha komunikácia
medzi užívateľským a poskytovateľským zariadením. Týmito kanálmi sú prenášané
signály, ktoré slúžia na výber požadovanej služby alebo slúžia ako kontaktný (kontrolný)
signál.
Cieľom mojej práce je teoretické rozpracovanie možností ladenia prenosového
(interaktívneho) kanála a následný výber niektorej z vypracovaných možností s pokusom
o realizáciu, pričom zariadenie má spĺňať podmienky v zadaní.
Princíp spočíva v tom, že mám dané určité frekvenčné pásmo. V tomto pásme sa
nachádzajú prenosové kanály (každý má definovanú rovnakú šírku pásma a taktiež sú
zadefinované rozostupy medzi týmito kanálmi). Mojou úlohou je vyberať jednotlivé
kanály pri dodržaní podmienok priepustnosti, útlmu a preladiteľnosti.
1.1 Úvod do problematiky
Televízne káblové rozvody (TKR) sú prenosové systémy určené na príjem a
rozvod televíznych (TV) a rádiových (R) signálov. Možno ich charakterizovať ako
prostriedky, ktoré umožňujú technicky a ekonomicky výhodne prenášať TV a R signály
pre veľký počet účastníkov sústredených vo vymedzených lokalitách. Prvé TKR boli
realizované káblovým multiplexom s prenosom signálov v nižších prenosových pásmach.
Postupne sa prešlo na TKR, v ktorých prijímané TV a R signály boli usporiadané do
frekvenčne deleného multiplexu (FDM) v širokopásmovom prenosovom kanáli. Tento
kanál je k účastníkovi prenášaný rozvodnou sieťou po koaxiálnych kábloch so
- 1 -

Žilinská univerzita v Žiline
Katedra telekomunikácií
Diplomová práca
širokopásmovými lineárnymi zosilňovačmi a pasívnymi širokopásmovými prvkami pre
zlučovanie a odbočovanie signálov. TKR takto koncipované sa javia z pohľadu prenosu
informácie ako distribučné systémy šíriace TV a R programy. Takáto štruktúra distribuuje
TV a R signály od hlavnej stanice k účastníkovi, teda účastník má možnosť výberu TV
a R programov na pevne pridelených TV a R kanáloch.
Interaktívne televízne káblové rozvody (ITKR) sú systémy, ktoré poskytujú
účastníkom interaktívny prístup k informáciám a interaktívnym službám. Interaktívne TV
služby sú jedným z rozhodujúcich faktorov pre vznik širokopásmových TV služieb vo
všeobecnosti označovaných VOD (Video On Demand). Interaktívny prístup k službám
VOD je podmienený výpočtovými systémami, ktoré sú na strane účastníka označované
ako koncové účastnícke rozhranie a v mieste koncentrácie služieb ako riadiace (obslužné)
centrá. Interaktívny prístup k službám sa realizuje na základe požiadaviek smerujúcich od
účastníkov do riadiaceho centra siete.
Pre poskytovanie interaktívnych služieb sú potrebné dva druhy prenosových kanálov:
o priamy prenosový kanál – zostupný (downstream), smeruje od
riadiaceho centra k účastníkom
o spätný prenosový kanál – vzostupný (upstream), smeruje od účastníkov
do riadiaceho centra
- 2 -

Žilinská univerzita v Žiline
Katedra telekomunikácií
Diplomová práca
Obr.1.1 Sie ITKR
Sieť ITKR využíva prenosový systém siete TKR, je definovaná ako dvojstupňový
systém. Prvý stupeň je charakterizovaný ako centrum televíznych káblových rozvodov
(CTKR), ktoré je vo funkcii koncentrátora služieb. Umožňuje pripojenie na sieť TKR,
riadi prenosy medzi CTKR a riadiacim centrom domovej siete (RCDS). Druhý stupeň je
definovaný ako množina koncových účastníckych rozhraní EUB pripojených na RCDS.
Riadiace centrum domovej siete riadi komunikáciu v rámci druhého stupňa, kde koncové
účastnícke rozhranie EUB (End User Box) umožňuje selektívny prístup účastníkov
k službám a dátam v RCDS. [7]
- 3 -

Žilinská univerzita v Žiline
Katedra telekomunikácií
Diplomová práca
2. MOŽNOSTI REALIZÁCIE
Existujú dva hlavné smery, ktoré nás dokážu priviesť až k vyriešeniu nastoleného
problému. V prvom prípade sa na ladenie a výber signálu používajú elektrické filtre (DP,
HP, PP, PZ), ktoré môžeme ďalej rozdeliť na číslicové a analógové. Druhým riešením je
výber signálov založený na princípe superhetu, kedy sa požadovaná frekvencia
transformuje na inú, pevne stanovenú, ktorá sa ďalej spracováva. V tomto riešení je nutné
použiť medzifrekvenčný pevne naladený filter, ktorý prepustí len jeden požadovaný
signál.
2.1 Elektrické filtre
Elektrické signály, ktoré nesú určitú informáciu, musíme pri ich prenose nielen
zosilňovať, ale často aj rôznym spôsobom triediť, aby sme z veľkého počtu signálov
vybrali signály žiadané, alebo tiež tvarovo upravovať, aby svojím tvarom lepšie plnili
svoju funkciu. Na tieto účely slúžia rôzne elektronické obvody, ktoré delíme podľa
spôsobu a druhu ich funkcie takto :
a) Na obvody určené na triedenie a výber signálov, tzv. selektory ( z lat. selectio
vybrať, vytriediť ), ktoré vyberajú signály podľa niektorej ich vlastnosti. Podľa
toho, ktorá vlastnosť je rozhodujúca pre rozlíšenie signálov delíme selektory na :
- selektory frekvenčné, tieto triedia signály podľa frekvencie
- selektory amplitúdové, tieto triedia signály podľa amplitúdy
- selektory časové, tieto triedia signály podľa ich dĺžky trvania
b) Na obvody určené na úpravu tvaru signálu a to :
- obvody na úpravu tvaru kmitočtového spektra signálu (korektory)
- obvody na úpravu amplitúdy signálu (obmedzovače, expandéry, kompresory)
- obvody na úpravu časového priebehu signálu (onesk. linky, fázové korektory)
Všetky tieto obvody majú široké uplatnenie v nízkofrekvenčnej technike, automatizačnej,
regulačnej a meracej technike, ako aj vo výpočtovej technike.
- 4 -

Žilinská univerzita v Žiline
Diplomová práca
Katedra telekomunikácií
Obvody na výber signálov – selektory
Selektormi nazývame elektronické obvody, ktoré podľa stanovených požiadaviek
vyberajú z viacerých signálov tie, o ktoré máme záujem na ďalšie spracovanie. Podľa
toho, na základe ktorej vlastnosti signál vyberáme, delíme selektory na frekvenčné,
amplitúdové a časové. Z týchto sa v mojej práci využijú len selektory frekvenčné.
Elektrické filtre - frekvenčné selektory sú obvody, ktorých úlohou je vybrať
žiadaný signál (súbor signálov) zo zmesi signálov na základe jeho frekvenčných
vlastností a tento signál (súbor signálov) prepustiť na výstup selektora s minimálnym
útlmom a ostatné signály, ktoré nespĺňajú požadované frekvenčné vlastnosti zadržať
s maximálnym požadovaným útlmom. V technickej praxi sa namiesto označenia
“frekvenčný selektor” používa častejšie označenie “frekvenčný filter”. Keďže u týchto
obvodov hovoríme o prenose zo vstupu na výstup, radíme ich medzi štvorpóly, teda
dvojbrány.
Idealizovaný priebeh amplitúdovo - frekvenčnej charakteristiky filtra je na
obrázku č.2.1. Je prirodzené, že takýto tvar prenosovej charakteristiky filtra nie je možné
dosiahnuť bežnými zapojeniami filtrov. Problém je v tom, že pri hraničných frekvenciách
f min a f max dochádza k zmene prenosových vlastností filtra skokom, čo v analógovej
technike nie je možné realizovať. V analógovej technike sa všetky zmeny v čase dejú
plynulo a k idealizovanému priebehu sa vieme iba priblížiť. Takýto priebeh je možné
dosiahnuť len v digitálnej technike pomocou tzv. číslicových filtrov.
Obr.2.1 Idealizovaný priebeh charakteristiky filtra
2.1.1 Analógové filtre
Filtrácia je proces, ktorým sú dosahované určité selektívne účinky. Filter je teda
dvojbrána, ktorá zo signálu na vstupe prepustí signál len v určitom frekvenčnom pásme.
- 5 -

Žilinská univerzita v Žiline
Katedra telekomunikácií
Diplomová práca
Filtre môžeme rozdeliť podľa viacerých kritérií:
a) Rozdelenie filtrov podľa funkcie:
- podľa toho, aké frekvenčné spektrum signálov a s akým útlmom sa toto spektrum
prenáša na výstup filtra rozlišujeme štyri základné typy frekvenčných filtrov. Sú to:
1) filter typu dolný priepust [ DP ], ktorý prepúšťa signály od najnižších frekvencií až
po určitú maximálnu frekvenciu f max s minimálnym útlmom a všetky ostatné signály
s frekvenciami vyššími ako f max prenáša s požadovaným útlmom. V technickej praxi sa
často skrátene označuje ako dolnopriepustný filter.
2) filter typu horný priepust [ HP ], ktorý prepúšťa signály od určitej minimálnej
frekvencie f min až po teoreticky nekonečnú frekvenciu s minimálnym útlmom a všetky
ostatné signály s frekvenciami nižšími ako f min prenáša s požadovaným útlmom.
V technickej praxi sa často skrátene označuje ako hornopriepustný filter
3) filter typu pásmový priepust [ PP ], ktorý prepúšťa signály od určitej minimálnej
frekvencie f min až po určitú maximálnu frekvenciu f max s minimálnym útlmom a všetky
ostatné signály s frekvenciami nižšími ako f min a vyššími ako f max prenáša s požadovaným
útlmom. V technickej praxi sa často skrátene označuje ako pásmový filter
4) filter typu pásmová zádrž [ PZ ], ktorý prepúšťa signály od určitej minimálnej
frekvencie f min až po určitú maximálnu frekvenciu f max s požadovaným útlmom a všetky
ostatné signály s frekvenciami nižšími ako f min a vyššími ako f max prenáša s minimálnym
útlmom. V technickej praxi sa často skrátene označuje ako pásmová zádrž.
Na obr. 2.2 sú zobrazené prenosové amplitúdovo-frekvenčné charakteristiky
jednotlivých typov filtrov.
- 6 -

Žilinská univerzita v Žiline
Katedra telekomunikácií
Diplomová práca
Obr.2.2 Prenosové charakteristiky
Všetky typy týchto filtrov sú realizované zo známych základných súčiastok a to –
rezistorov, kondenzátorov a cievok. Na obr.2.3. sú znázornené základné zapojenia:
- Integračného článku, čo je filter typu dolný priepust (DP)
- Derivačného článku, čo je filter typu horný priepust (HP)
- Wienovho článku, čo je filter typu pásmový priepust (PP)
- Premosteného T–článku, čo je filter typu pásmová zádrž (PZ)
Obr.2.3 Základné zapojenia filtrov
b) Rozdelenie filtrov podľa použitých súčiastok
- podľa toho, aké súčiastky sa používajú pri realizácii filtrov, tieto delíme na:
1) Pasívne filtre môžeme realizovať pomocou dvojpólov RC, LC, RL, alebo RLC, ktoré
sú vytvárané základnými pasívnymi stavebnými prvkami – rezistormi, kondenzátormi
a cievkami (R,L,C). Keďže predchádzajúce zapojenia sú realizované zo základných
pasívnych obvodových súčiastok (R,L,C), zaraďujeme ich medzi pasívne filtre. Ich
prenos je maximálne rovný 1. Pomocou pasívnych filtrov môžeme realizovať všetky
- 7 -

Žilinská univerzita v Žiline
Katedra telekomunikácií
Diplomová práca
druhy filtrov DP, HP, PP, PZ. Okrem takto realizovaných pasívnych filtrov existuje
nespočetné množstvo aktívnych filtrov.
2) Aktívne filtre (ARC) obsahujú okrem pasívnych, frekvenčne nezávislých prvkov aj
aktívne súčiastky (tranzistory, elektrónky, operačné zosilňovače), ktoré zabezpečujú
zosilnenie prenášaného signálu, teda ich prenos môže byť aj väčší ako 1. Pomocou ARC
filtrov môžeme tiež realizovať všetky druhy filtrov.
Veľkou výhodou aktívnych filtrov oproti pasívnym je to, že v týchto filtroch nie je
potrebné používať cievky, ktorých nevýhodou je to, že najmä na nízkych frekvenciách
majú veľké rozmery a nízku kvalitu. V aktívnych filtroch stačí výlučne používať pasívne
články typu RC, zapojené do vetvy zápornej alebo kladnej spätnej väzby aktívneho
obvodu. Práve použitie operačných zosilňovačov ako aktívneho obvodu uľahčilo použitie
rôznych spätných väzieb. Aktívne filtre v porovnaní s pasívnymi filtrami majú viacero
predností, napr. dobrú frekvenčnú a amplitúdovú stabilitu, jednoduchú nastaviteľnosť
amplitúdovo - frekvenčných prenosových vlastností, ľahkú preladiteľnosť, možnosť
zosilniť užitočný signál. Dobrá medzistupňová izolácia aktívneho filtra (vyplývajúca
z veľkého vstupného a malého výstupného odporu operačného zosilňovača) umožňuje
postupné, vzájomne sa veľmi málo ovplyvňujúce nastavenie jednotlivých stupňov filtra.
Aktívne filtre môžu pracovať vo veľmi širokom rozsahu frekvencií a to od
niekoľko desatín až stotín hertza až po niekoľko desiatok až stoviek hertzov. Oproti
pasívnym filtrom je rozšírené frekvenčné pásmo smerom nadol (pri pasívnych filtroch sa
dolná hranica frekvenčného pásma pohybuje rádovo v stovkách kHz). Horná pracovná
frekvencia filtra je daná vlastnosťami samotného operačného zosilňovača v danom
frekvenčnom pásme (pohybuje sa rádovo v stovkách kilohertzov). V rozsahu frekvencií
vyšších ako niekoľko sto kilohertzov nie je účelné používať aktívne filtre, pretože
podobné vlastnosti sa dajú dosiahnuť aj jednoduchšími a lacnejšími pasívnymi filtrami.
Tak u pasívnych, ako aj u aktívnych filtrov rozlišujeme tzv. rád filtra. Rád filtra
závisí od počtu reaktančných prvkov ( kondenzátorov a cievok ) použitých vo filtri, ktoré
ovplyvňujú prenosové amplitúdovo-frekvenčné vlastnosti filtra v danom smere zmeny
frekvencie (buď smerom k nižším, alebo vyšším frekvenciám). [2]
Ako príklad sú na obr.2.4 uvedené dve jednoduché zapojenia integračného článku,
ktorými realizujeme pasívny dolnopriepustný filter (DP) 1.rádu a 2.rádu.
- 8 -

Žilinská univerzita v Žiline
Katedra telekomunikácií
Diplomová práca
Obr.2.4 Príklad integračného článku
Ako z obrázka vidno, dolnopriepustný filter 1.rádu obsahuje len jeden reaktančný
prvok (kondenzátor), preto má jeho prenosová amplitúdovo-frekvenčná charakteristika
sklon –20dB/dek. Dolnopriepustný filter 2.rádu obsahuje dva reaktančné prvky
(kondenzátor a cievku), preto má jeho prenosová amplitúdovo-frekvenčná charakteristika
sklon –40dB/dek.
2.1.2 Číslicové filtre
Cieľom číslicového spracovania signálov (ČSS) je zjednodušenie analógových
obvodov (následné zníženie ceny), zvýšenie presnosti a spoľahlivosti, potlačenie vplyvu
rušivých a iných nežiadúcich vplyvov, získanie „skrytých“ informácií, prezentácia a
archivácia dát.
Princíp ČSS:
Obr.2.5 Princíp ČSS
x (t)
x (n)
y (n)
y (t)
vstupný analógový signál
ovzorkovaný (diskrétny) vstupný signál
diskrétny výstupný signál
analógový výstupný signál
OF - obmedzujúci filter (analógový) - obmedzuje frekvenčný rozsah spracovávaného
signálu tak, aby po jeho vzorkovaní nedošlo k prekrývaniu v spektre (aliasingu)
- 9 -

Žilinská univerzita v Žiline
Katedra telekomunikácií
Diplomová práca
A/D - analógovo – číslicový prevodník - slúži na vzorkovanie vstupného signálu
Realizácia ČSS - v tomto bloku prebieha realizácia ČSS zvoleným algoritmom
D/A - číslicovo – analógový prevodník - prevádza diskrétny výstupný signál na
analógový signál schodovitého priebehu
RF - rekonštrukčný filter (analógový) - odstraňuje zo schodovitého výstupného signálu
vyššie harmonické (vyhladí ho)
Na obr.2.6 je znázornený vstupný analógový signál x(t), prezentovaný pomocou
priebehu v časovej oblasti a frekvenčného spektra signálu
Obr.2.6 Priebeh signálu v čase a jeho spektrum
Analógové signály x(t) vstupujú do obmedzovacích filtrov, ktoré predstavujú
analógové dolné priepusty s medznou frekvenciou f m , ktorých úlohou je obmedziť
frekvenčný rozsah spracovávaných analógových signálov tak, aby po ich vzorkovaní
nedošlo k prekrytiu spektra (tzv. aliasing). Filtrované signály sú v blokoch analógovo –
číslicových prevodníkov A/D konvertované na číslicové vzorky. Rýchlosť vzorkovania je
riadená frekvenciou vzorkovania f vz , ktorá musí podľa Shanon – Koteľnikovho teorému
spĺňať podmienku: f vz > 2f m . Číslicové vzorky vstupujú do procesora ČSS, ktorý realizuje
algoritmus číslicového spracovania signálov, ktorý môže byť lineárny alebo nelineárny,
časovo invariantný alebo závislý od času a generuje výstupné číslicové vzorky. Procesor
ČSS je možné definovať ako číslicový procesor, ktorý dokáže vykonávať všetky
matematické operácie využívané realizovaným algoritmom (sčítanie, odčítanie,
- 10 -

Žilinská univerzita v Žiline
Katedra telekomunikácií
Diplomová práca
násobenie...). V prípade potreby je možné konvertovať číslicové signály na
zodpovedajúce analógové signály pomocou číslicovo – analógových prevodníkov (D/A)
a rekonštrukčných filtrov, ktorých úlohou je potlačiť zrkadlové kmitočty nad medznými
frekvenciami jednotlivých kanálov.
A/D prevodník - zabezpečuje prevod upraveného analógového signálu na digitálny. Je
dôležité pre všetky typy A/D prevodníkov poznať tieto základné parametre:
• interval vzorkovania Tvz, - je daný použitým analógovým filtrom,
T
vz
=
1
f
vz
• dĺžka slova m - veľkosť bitového reťazca, do ktorého je zakódovaná hodnota
meranej vzorky analógového signálu. Ak je dĺžka slova m bitov, potom maximálny
rozsah určíme: N = 2 m −1
Digitálny filter:
Digitálny signál, ktorý sa bude spracovávať podľa aplikovaného algoritmu je ešte
upravovaný digitálnym filtrovaním. Filtre umožňujú požadované zložky signálu
v konkrétnom frekvenčnom pásme prepustiť a stlmia alebo zamedzia prepustenie
ostatných zložiek signálu.
Digitálne filtre môžeme rozdeliť na štyri skupiny – horná priepusť HP, dolná
priepusť DP, pásmová priepusť PP, pásmová zádrž PZ. Ich frekvenčné charakteristiky sú
podobné charakteristikám analógových filtrov na obrázku 2.2
Základné filtre sú DP a HP filter. Signál je možné prezentovať v časovej a
frekvenčnej oblasti. Vlastnosti filtra je možné popísať frekvenčnou a impulznou
charakteristikou – obr.2.7
- 11 -

Žilinská univerzita v Žiline
Katedra telekomunikácií
Diplomová práca
Obr.2.7 Frekvenčná a impulzná charakteristika filtra
Výstup z digitálneho filtra je súčtom jednotlivých odoziev filtra na každú zo
vzoriek vstupného signálu.
Na obr.2.8 sú znázornené odozvy na jednotlivé vstupné vzorky a ich celkový
súčet. Hodnoty h(k) z impulznej charakteristiky filtra sa tiež nazývajú koeficienty filtra.
Výstup digitálneho filtra sa dá zapísať ako:
N
∑
k = 1
( n + 1−
k) × h( k)
y( n)
= x
, N - počet impulzných koeficientov
n - počet daných semplov.
Digitálna konvolúcia je teda suma násobení a sčítaní a dá sa ľahko implementovať
do mikroprocesora. [1]
- 12 -

Žilinská univerzita v Žiline
Katedra telekomunikácií
Diplomová práca
Obr.2.8 Odozvy filtra
Typy digitálnych filtrov:
Digitálne filtre môžeme podľa impulznej charakteristiky rozdeliť do dvoch skupín
• filtre s konečnou (ohraničenou) impulznou charakteristikou FIR
• filter s neohraničenou impulznou charakteristikou IIR
1. FIR (finite imulse response)
Filter s konečnou (ohraničenou) impulznou odpoveďou. V predchádzajúcom
vzorci 1 sa popisuje filter s impulznou charakteristikou h(k). Ktorá obsahuje N
koeficientov. N sa tiež nazýva dĺžka filtra. Maximálna dĺžka filtra je obmedzená časom
celkového vzorkovania, pretože v tomto čase sa musí zvládnuť všetkých N sčítaní a
- 13 -

Žilinská univerzita v Žiline
Diplomová práca
Katedra telekomunikácií
násobení. Filter tohto typu sa nazýva FIR. Takýto filter nemá nikdy oneskorenie väčšie
ako N.T, kde T je interval medzi dvoma vzorkami.
Vlastnosti FIR: - fázová charakteristika je lineárna
- odozva má konečný počet koeficientov h(n) (podľa zvoleného N)
- u ČF KIO nemožno presne dopredu stanoviť f m
2. IIR (infinite impulse response)
Filter s neúplnou (neohraničenou) impulznou odpoveďou.
Ich výstup je:
y
M
( n) = x( n + 1 − k) × a( k) + y( n + 1−
k) × b( k )
∑
k = 1
M
∑
k=
1
a, b sú dané M koeficientami filtra
Takýto postup sa nazýva rekurzíva. Nevýhodou IIR filtrov je že ich oneskorenie
nemožno odhadnúť pri návrhu.
p
=∑ k
k = 0
Typický algoritmus pre FIR má formu: y(
n)
a x(
n − k)
Algoritmus pre IIR má formu: y(
n)
= ∑ak
x(
n − k)
−∑
p
k = 0 k = 1
r
b
k
y(
n − k)
kde: y(n) - n-tá vzorka výstupného signálu
x(n)
- n-tá vzorka vstupného signálu
a k , b k - konštanty
Pre stanovenie prevádzkových charakteristík digitálnych filtrov platia nasledovné tri
základné kritériá
• prenos požadovaných zložiek signálu s adekvátnou presnosťou a účinnou
elimináciou šumu
• rýchla stabilizácia výstupného signálu po dynamickej zmene vstupu
• minimum výpočtov
- 14 -

Žilinská univerzita v Žiline
Katedra telekomunikácií
Ďalšie typy filtrov: Nelineárne (mediánový filter)
Diplomová práca
Adaptívne
Porovnanie vlastností:
FIR IIR Nelineárne Adaptívne
Zložitosť (počet
veľká malá stredná až veľmi
matematických operácií)
veľká veľká
Stabilita vždy pri malých vždy obyčajne
rádoch
Analógový ekvivalent nie je zväčša je nie je nie je
Použitie šum, výber šum, výber šum, hrany,… šum,
frekv. frekv.
nelinear.
Tab.1 Porovnanie vlastností
2.2 SUPERHET – princíp výberu kanálov
Princíp a typy SUPERHETU
Superheterodyn - využíva premenu frekvencie pomocou zmiešavača a oscilátora, ďalej
pevne ladený kvalitný filter. Problémom je zrkadlový príjem.
Convertor-up – vysoká medzifrekvencia – zrkadlový príjem je potlačený
Superheterodyn s dvojitým zmiešavaním – obidva predchádzajúce prípady dohromady.
Je kvalitný, ale veľmi zložitý
Homodyn – medzifrekvencia je nula
Úlohou týchto systému je filtrovať signál – teda vybrať správny rozsah frekvencií
a poslať k ďalšiemu spracovaniu.
Nedá sa vyrobiť taký filter, ktorý by bol zároveň kvalitný (veľká strmosť hrán
priepustného pásma) a zároveň laditeľný. Riešením je pevný kvalitný filter, vyrobený
- 15 -

Žilinská univerzita v Žiline
Diplomová práca
Katedra telekomunikácií
napríklad keramickou technológiou, na frekvencii nižšej ako je pracovné pásmo – na tzv.
medzifrekvencii. Vstupné signály sa prevádzajú zo svojej pôvodnej frekvencie na
medzifrekvenciu a až tam sa kvalitne filtrujú. [4,5]
Superheterodyn – medzifrekvencia je POD prijímaným pásmom
Convertor-up - medzifrekvencia je NAD prijímaným pásmom
Obidva zapojenia majú svoje výhody a nevýhody. Preto existuje ešte tretie riešenie:
Superheterodyn s dvojitým zmiešavaním, ktorý združuje ich výhody a ruší ich
nevýhody
Homodyn - je úplne iné, nie moc často využívané alternatívne riešenie
2.2.1 Superheterodyn
Obr.2.9 Superheterodyn
- k výberu kanálu dôjde v pevne naladenom medzifrekvenčnom filtre MF
- žiadaný vstupný signál je najskôr prevedený pomocou zmiešavača ZM s oscilátorom
OSC na jednotnú frekvenciu f mf , tzv. medzifrekvenciu. Problém nastáva v princípe
zmiešavača. Ak zmiešame dva signály, získame zložku súčtovú a zložku rozdielovú. Ak
si položíme podmienku, že budeme rešpektovať len tie produkty, ktoré prejdú cez MF,
dôjdeme k tomu, že prijímač bude reagovať úplne rovnako na dva vstupné kmitočty
zároveň. Je to tzv. zrkadlový príjem. f mf = f vst ± f osc
Príklad na zrkadlový príjem : f mf = 10 MHz, f osc = 100 MHz
V tomto prípade prijímame úplne rovnako dva signály (90MHZ a 110MHz) a keď
zachytíme nejaký signál, v žiadnom prípade nerozlíšime z ktorej frekvencie z týchto voch
signál pochádzal.
- 16 -

Žilinská univerzita v Žiline
Diplomová práca
Katedra telekomunikácií
- tomuto javu čelí vstupný ladený obvod (filter) VF, ktorý jeden kmitočet prepustí
(napr.90MHz) a druhý zadrží (napr.110MHz). Tento filter musí byť tým kvalitnejší, čím
bližšie je zrkadlový kmitočet od žiadaného. Spravidla stačí len bežný LC ladený obvod,
ktorý sa ale musí prelaďovať súbežne s oscilátorom, aby bol vždy ten nesprávny signál
potlačený a správny prepustený. Súbeh ladenia OSC s VF býva niekedy pomerne veľky
problém.
- signál z MF odvádza na ďalšie spracovanie, napr. na zosilnenie, demoduláciu...
- zásadný problém je zrkadlový príjem
2.2.2 Convertor – up
Obr.2.10 Convertor - up
- princíp je zhodný ako pri superheterodyne
- rozdiel je v tom, že medzifrekvenčný kmitočet nie je pod, ale NAD prijímaným
pásmom. Tým je dosiahnutá veľká vzdialenosť medzi súčtovou a rozdielovou zložkou.
Tým klesnú nároky na vstupný filter, ktorý sa zjednoduší a nemusí byť preladiteľný
(často stačí dolná priepusť)
- nevýhodou je, že medzifrekvenčný filter pracuje na vysokej frekvencii a pritom musí
mať veľkú strmosť. Pri takýchto filtroch už môže dochádzať k problémom s realizáciou.
Používajú sa kremenné kryštálové filtre, buď špeciálne vyrobené na daný účel, alebo
zostavené z kryštálov (rebríkové a mostíkové filtre)
- obdobný problém je s oscilátorom, ktorý musí byť dostatočne stabilný a musí ladiť na
vysokých frekvenciách
- 17 -

Žilinská univerzita v Žiline
Katedra telekomunikácií
2.2.3 Superheterodyn s dvojitým zmiešavaním
Diplomová práca
Obr.2.11 Superheterodyn s dvojitým zmiešavaním
- odstraňuje problém zrkadlového príjmu i potreby veľmi strmého filtra kombináciou
oboch typov medzifrekvencie – vysokej i nízkej v jednom reťazci
- na začiatku je zaradená vysoká medzifrekvencia, ktorá lepšie odstráni zrkadlový príjem
- ďalej je zaradená nízka medzifrekvencia pre lepšiu filtráciu kanálov (náhrada
kryštálového filtra)
- problém je v značnej zložitosti zapojenia a riadení zisku jednotlivých stupňov
2.2.4 Homodyn
- alternatívny princíp prijímača, ktorý využíva zmiešavanie dvoch signálov rovnakých
frekvencií, takže výsledná medzifrekvencia je rovná alebo blízka nule
- zrkadlový príjem tu neexistuje, pretože dve postranné pásma sa zrkadlia samé na seba
- VCO kmitá na frekvencii rovnakej ako je frekvencia nosnej (čiže stredu kanála)
prijímaného kanála. Nosná signálu tak padne na frekvenciu = 0 a obidva postranné pásma
sa zrkadlia na kmitočet blízky nule. Tým je vylúčený zrkadlový príjem.
- ako medzifrekvenčný filter stačí jednoduchá dolná priepusť
- na tomto princípe pracuje obvod TDA7000 pre stavbu rádií. Tieto však majú malú
citlivosť.
- dnes má toto zapojenie perspektívu v softvérovo definovaných prijímačoch pre mobilné
systémy tretej a vyššej generácie. Signál za DP sa dá veľmi jednoducho digitalizovať
a zvyšok prijímača (kvalitná filtrácia a veľké zosilnenie) je tvorené softwérovo v DSP
(digital signal procesor)
- 18 -

Žilinská univerzita v Žiline
Katedra telekomunikácií
Diplomová práca
3. REALIZÁCIA
Rozhodol som sa tento výrobok realizovať pomocou superhetu v analógovej sfére
a to konkrétne pre convertor-up, ktorý pracuje s medzifrekvenciou nad prijímaným
pásmom. Tento som doplnil o ďalší zmiešavač, ktorý medzifrekvenciu konvertuje späť na
pôvodnú frekvenciu.
Obr.2.12 Principiálna schéma prenosového kanála
- medzifrekvenčný kmitočet leží nad prijímaným pásmom. Tým je dosiahnutá veľká
vzdialenosť medzi súčtovou a rozdielovou zložkou.
- nevýhodou je, že medzifrekvenčný filter pracuje na vysokej frekvencii a pritom musí
mať veľkú strmosť. Pri takýchto filtroch už môže dochádzať k problémom z realizáciou.
Používajú sa kremenné kryštálové filtre, buď špeciálne vyrobené na daný účel, alebo
zostavené z kryštálov (rebríkové a mostíkové filtre). Ja som sa pokúsil vytvoriť vlastný
MF filter so strednou frekvenciou 20MHz.
- obdobný problém je s oscilátorom, ktorý musí byť dostatočne stabilný a musí ladiť na
vysokých frekvenciách
Princíp činnosti:
Na vstup IN sa privádzajú signály, z ktorých musíme vybrať jeden konkrétny.
Tieto signály vstupujú do vstupného zosilňovača ZOS, ktorý zároveň plní funkciu
vstupného filtra. Z neho ide ďalej signál do zmiešavača ZM1. Súčasne je do ZM1
- 19 -

Žilinská univerzita v Žiline
Katedra telekomunikácií
Diplomová práca
privádzaný aj signál z oscilátora OSC1. V zmiešavači sa tieto signály zmiešajú a vzniknú
súčtové a rozdielové zložky. Pôvodne som chcel z týchto zložiek vyberať súčtové s
frekvenciou 20 MHz, kvôli lepším odstupom signálu, ale tento filter sa mi nepodarilo
vyrobiť, pre nereálnosť vypočítaných hodnôt súčiastok. Pôvodný filter som teda musel
nahradiť keramickým filtrom.
Keramický medzifrekvenčný filter MF vyberá súčtové zložky s frekvenciou
10,7MHz.. Tento vybraný signál predstavuje konkrétny prenosový kanál, ktorý je
vyselektovaný z pásma frekvencií 5-10MHz a prekonvertovaný na kanál s frekvenciou
10,7MHz.. Preto musím použiť ďalší zmiešavač ZM2 a oscilátor OSC2, pomocou ktorých
medzifrekvenčná signál pretransformujem späť z 10,7MHz na pôvodnú frekvenciu
v pásme 5-10MHz. Oscilátory sa musia ladiť súčasne.
Pásmo obsahuje celkovo 27 kanálov. Jednotlivé kanály s príslušnými
frekvenciami sú znázornené v tabuľke 2, pričom kanálu č.1 zodpovedá frekvencia f kanála
[Hz]. Frekvencia fosc predstavuje frekvenciu, ktorú musíme naladiť na oscilátoroch, aby
sme vybrali požadovaný kanál. Cosc sú ladiace kondenzátory a ich hodnoty pre jednotlivé fosc
kanál f kanála fosc1 C osc1 f osc2 C osc2
27 9560000 1140000 2,8745E-10 20260000 6,1749E-11
26 9410000 1290000 2,2435E-10 20110000 6,2674E-11
25 9260000 1440000 1,7996E-10 19960000 6,362E-11
24 9110000 1590000 1,4756E-10 19810000 6,4588E-11
23 8960000 1740000 1,2319E-10 19660000 6,5578E-11
22 8810000 1890000 1,0439E-10 19510000 6,6591E-11
21 8660000 2040000 8,9590E-11 19360000 6,7627E-11
20 8510000 2190000 7,7729E-11 19210000 6,8688E-11
19 8360000 2340000 6,8076E-11 19060000 6,9775E-11
18 8210000 2490000 6,0116E-11 18910000 7,0887E-11
17 8060000 2640000 5,3476E-11 18760000 7,2026E-11
16 7910000 2790000 4,7877E-11 18610000 7,3192E-11
15 7760000 2940000 4,3115E-11 18460000 7,4387E-11
14 7610000 3090000 3,9029E-11 18310000 7,5612E-11
13 7460000 3240000 3,5497E-11 18160000 7,6867E-11
12 7310000 3390000 3,2424E-11 18010000 7,8154E-11
11 7160000 3540000 2,9734E-11 17860000 7,9474E-11
10 7010000 3690000 2,7365E-11 17710000 8,0827E-11
9 6860000 3840000 2,5268E-11 17560000 8,2214E-11
8 6710000 3990000 2,3404E-11 17410000 8,3638E-11
7 6560000 4140000 2,1738E-11 17260000 8,51E-11
6 6410000 4290000 2,0244E-11 17110000 8,66E-11
5 6260000 4440000 1,8899E-11 16960000 8,814E-11
4 6110000 4590000 1,7684E-11 16810000 8,9721E-11
3 5960000 4740000 1,6582E-11 16660000 9,1345E-11
2 5810000 4890000 1,5580E-11 16510000 9,3014E-11
1 5660000 5040000 1,4667E-11 16360000 9,4729E-11
Tab.2 Prenosové kanály s príslušnými frekvenciami
- 20 -

Žilinská univerzita v Žiline
Katedra telekomunikácií
3.1 Zmiešavač
Diplomová práca
K premene vstupného signálu s frekvenciou fs na medzifrekven ný signál s
frekvenciou fmf, slúži funk ný blok nazývaný meni frekvencie. Ten sa spravidla skladá z
miestneho oscilátora generujúceho pomocný oscila ný signál s frekvenciou fo a z
vlastného zmiešava a [10], v ktorom sa zo signálov fs a fo získava medzifrekven ný signál
fmf. Sú as ou zmiešava a je aj výstupný filter ktorý potla uje nežiadúce zmiešavacie
produkty. Bežne používané skratky sú, pre vstupný signál (RF - Radio frequency), pre
miestny oscilátor (LO - Local oscilator) a pre medzifrekven ný signál (IF - Intermediate
frequency). Medzifrekven ný signál má spravidla sú tovú alebo rozdielovú frekvenciu
východzích signálov z ktorých vzniká, teda fmf = fs + fo (fmf = fs - fo). V prvom prípade sa
príslušný zmiešava ozna uje ako frekven ný konvertor nahor (Up-convertor), v druhom
prípade ako konvertor nadol (Down-convertor).
3.1.1 Základné parmetre zmiešavačov
1) Dynamický rozsah
Dôležitou charakteristikou každého zmiešava a je jeho dynamický rozsah. Ten je
možné dobre vysvetliť pomocou grafu podľa [2] obr.3.1.1. Na vodorovnú os sa vynáša
úrove vstupného vysokofrekvenčného výkonu Ps a na zvislú os úroveň
medzifrekven ného výkonu Pmf. V grafe je zobrazená predovšetkým základná užito ná
(jednotónová) medzifrekven ná zložka fmf, vznikajúca z požadovaného vstupného signálu
fs a oscila ného signálu fo. Táto zložka je pri nižších vstupných úrovniach vyjadrená
lineárnou závislosťou, avšak pri vyšších úrovniach sa za ína od lineárneho priebehu
odchylova . Ako hranica medzi oboma oblas ami sa udáva výstupný výkon P-1, pri
ktorom dochádza ku zvä šeniu konverzných strát o 1dB oproti hodnote pri malých
signáloch. Výkon P-1 ohrani uje dynamický rozsah zmiešava a DR zhora. Do
uvažovaného diagramu je možné zakresliť aj šumové pozadie zmiešava a, tj. jeho výkon
v medzifrekven nom pásme, ktorý potom ohrani uje dynamický rozsah zmiešava a DR
zdola.
- 21 -

Žilinská univerzita v Žiline
Katedra telekomunikácií
Diplomová práca
Obr.3.1 Graf k ur eniu dynamických rozsahov
2) Vzájomná izolácia brán
Vzájomné ovplyv ovanie medzi bránami zmiešava a ukazuje obr. 3.2. Vzájomná
izolácia medzi dvoma bránami zmiešava a je v decibeloch vyjadrený pomer medzi
výkonom prítomným na jednej bráne, ku výkonu s rovnakou frekvenciou, ktorý sa
objavuje na inej bráne. V praxi je dôležité dosiahnuť o najlepšiu izoláciu medzi
oscilátorovou bránou a medzifrekven nou bránou, tak aby veľký signál oscilátora o
najmenej za ažoval nasledujúci stupe . Dôležitá je tiež dobrá izolácia medzi oscilátorovou
bránou a vstupnou bránou ktorá zabra uje signálu oscilátora prenikať do vstupného
zosil ova a zaradeného pred zmiešava om, alebo dokonca do antény (takto vznikajúce
vyžarovanie oscilátoru do antény je jedným z najdôležitejších parametrov, sledovaných
pri rádiových prijímačoch).
Obr.3.2 Vzájomné ovplyv ovanie medzi RF, IF, LO.
3) Intermodula né skreslenie
Intermodula né skreslenie je vznik kombinačných signálových zložiek na výstupe
dvojbranu vplyvom jeho nelinearity. Ak privádzame na vstup zmiešava a dva alebo
nieko ko sínusových signálov o ur ených amplitúdach a frekvenciách f1, f2 ….
- 22 -

Žilinská univerzita v Žiline
Diplomová práca
Katedra telekomunikácií
Frekvencie f týchto nových zložiek sú rovné lineárnym kombináciám a celistvým
násobkom frekven ných vstupných zložiek, pri om sú ur ené vz ahom:
f = f1+f2 + 2*f1-f2 + 2*f2-f1 +…+ p*f1+q*f2 rád zložky = |p| + |q| + …
kde p, q… sú kladné, záporné alebo nulové celé ísla;
V prípade prijíma a pre mobilné komunikácie frekvencie f1, f2 ... predstavujú
kanály s rastrom 200kHz.V mojom prípade je to 150kHz Ak je na vstupe zmiešava a
prítomný okrem užito ného signálu fs rušivý signál f1 a f2, vytvára sa v zmiešavači
nežiadúci zmiešavací produkt tretieho rádu. Uvažovaná dvojtónová zložka padne presne
do menovitej medzifrekvencie f mf
na užito nej frekvencii fs a spôsobí rušenie. Túto zložku
je možné zobraziť do grafu podľa obr.3.1 a to v závislosti na úrovni oboch východzích
signálov fs a fr, pri špecifikovanej úrovni oscilačného signálu. Priese ník idealizovaného
priamkového priebehu danej rušivej dvojtónovej zložky (zo strmosťou 3:1) so základnou
užito nou zložkou, ur uje bod zahrazdenia (interception piont IP3) zmiešava a.
Obr.3.3 Spektrum intermodula ných produktov
3.1.2 Princíp zmiešavača
Ak na vstup zmiešavača privedieme, pričom rozlišujeme dve skupiny.
Jedna vznikne súčtom oscilátorového a vstupného napätia, druhá rozdielom.
Obidve skupiny sú zrkadlovo symetrické.
- 23 -

Žilinská univerzita v Žiline
Katedra telekomunikácií
Diplomová práca
Obr.3.4 Princíp zmiešavača
Úlohou zmiešavača je v podstate konverzia vstupnej frekvencie na
medzifrekvenciu. K zmiešaniu dôjde na každej nelineárnej súčiastke, na ktorú privádzame
dve (a viac) napätia o rôznych kmitočtoch. Na nelineárnej časti charakteristiky dochádza
vlastne k vynásobeniu fázorov jednotlivých napätí. Výsledkom bude, že sa na výstupe
zmiešavača objaví signál s novými frekvenciami. Amplitúdy týchto zmiešavacích
produktov priamo určujú vstupné napätia (sú vždy menšie ako pôvodné) a kmitočty
týchto napätí určuje zmiešavacia rovnica f out = f vst ± f osc
Vo výslednom produkte sú obsiahnuté všetky charakteristiky pôvodných signálov
(zachováva sa modulácia). Bohužiaľ pri tomto jave sa nedajú rozlíšiť pôvodné signály
a ich zmiešavacie produkty. Ak budú mať signály dostatočnú intenzitu, dôjde k ďalšiemu
zmiešavaniu týchto produktov so vstupnými signálmi a k zmiešavaniu produktov
navzájom.
Napríklad:
Na zmiešavač privedieme napätie o kmitočtoch 1MHz a 1,2MHz
Prvé zmiešavacie produkty
• 1,2MHz – 1MHz = 0,2MHz
• 1,2MHz + 1MHz = 2,2MHz
Druhé zmiešavacie produkty
• 1MHz – 0,2MHz = 0,8MHz
• 1MHz + 0,2MHz = 1,2MHz; tento produkt je prekrytý vstupným napätím
• 1,2MHz – 0,2MHz = 1MHz; tento produkt je prekrytý vstupným napätím
- 24 -

Žilinská univerzita v Žiline
Katedra telekomunikácií
• 1,2MHz + 0,2MHz = 1,4MHz
Diplomová práca
• 2,2MHz – 1MHz = 1,2MHz; tento produkt je prekrytý vstupným napätím
• 2,2MHz + 1MHz = 3,2MHz
• 2,2MHz – 1,2MHz = 1MHz; tento produkt je prekrytý vstupným napätím
• 2,2MHz + 1,2MHz = 3,4MHz
• 2,2MHz – 0,2MHz = 2MHz
• 2,2MHz + 0,2MHz = 2,4MHz
Tretie zmiešavacie produkty sa vypočítajú obdobne, atd...
Pri dostatočne silných vstupných napätiach môžeme na výstupe zmiešavača
namerať celý rad nových napätí. Čo sa týka mojej práce, tak v nej sa druhé a vyššie
zmiešavacie produkty neprejavujú, lebo pracujeme s nízkymi napätiami.[3]
3.1.3 Použitý zmiešavač
Využil som integrovaný obvod SA602. Je to nízkonapäťový monolytický obvod,
ktorý obsahuje dvojito vyvážený zmiešavač so vstupným zosilňovačom, oscilátor a
napäťový regulátor. Pre nízke náklady je vhodný do nízkonapäťových komunikačných
systémov so vstupnými signálmi do 500MHz a frekvenciou oscilátora do 200MHz.
Obr.3.5 Principiálne vnútorné zapojenie obvodu SE602
- 25 -

Žilinská univerzita v Žiline
Katedra telekomunikácií
Diplomová práca
Obr.3.6 Vnútorné zapojenie obvodu SE602
3.2 Oscilátor
3.2.1 Oscilátory
- sú všetky zariadenia, ktoré vytvárajú za určitých podmienok periodicky
premenlivé priebehy fyzikálnych veličín (z latinského slova ostilatio = kmitanie). V tomto
najvšeobecnejšom zmysle môžeme hovoriť o oscilátoroch mechanických, t.j.
o kyvadlových alebo vibračných, o oscilátoroch akustických, napríklad o píšťalách,
strunových sústavách a podobne. V rádioelektronike označujeme týmto názvom všetky
zariadenia, ktoré vytvárajú periodicky sa meniace priebehy napätí a prúdov. Vo
všeobecnosti sú priebehy napätí a prúdov funkciami času: u = f 1 ( t ), i = f 2 ( t )
v ktorých je čas t ako nezávislá reálna premenná.
Každý elektronický oscilátor je charakterizovaný amplitúdou a tvarom výstupného
napätia U, frekvenciou f a vnútorným odporom R i , ktorý je lineárny pre určitý rozsah
zaťažovacích odporov R z . Keď sa na elektronický oscilátor pozrieme z hľadiska spotreby
energie, môžeme ho považovať za štvorpól, teda dvojbránu. Jeho vstupom sú napájacie
svorky, cez ktoré oscilátor odoberá zo zdroja jednosmerný napájací výkon a jeho
výstupom sú výstupné svorky, cez ktoré dodáva do záťaže príslušný striedavý výkon.
Z povedaného vyplýva, že môžeme definovať účinnosť elektronického oscilátora a to ako
pomer medzi výstupným striedavým a vstupným jednosmerným výkonom.
- 26 -

Žilinská univerzita v Žiline
Diplomová práca
Katedra telekomunikácií
Elektronické oscilátory sa používajú v rôznych zariadeniach oznamovacej,
meracej, výpočtovej a automatizačnej techniky. Svojimi vlastnosťami výrazne
ovplyvňujú vlastnosti celého zariadenia, preto je potrebné poznať ich druhy, princípy ich
činnosti a ich vlastnosti.
3.2.2 Rozdelenie a základné vlastnosti oscilátorov.
1. Delenie podľa tvaru výstupného signálu :
a) oscilátory, ktorých výstupné napätie má tvar sínusovky, t.j. tvar výstupného
napätia sa dá popísať jednoduchou funkciou sínus alebo kosínus, napr. u = U o . sin
( ω.t + ϕ ) alebo u = U o . cos ( ω.t + ϕ ). Takéto oscilátory nazývame harmonické
oscilátory, alebo v technickej praxi jednoducho oscilátory.
b) oscilátory, ktorých výstupné napätie má ľubovoľne iný tvar ako sínusový, napr.
obdĺžníkový, trojuholníkový, pílovitý, impulzný a pod, t.j. tvar výstupného napätia
sa nedá popísať jednoduchou funkciou sínus alebo kosínus, ale na jeho popis
musíme použiť sústavu súčtov sínusových a kosínusových funkcií, t.j. Fourierov
rozvoj. Takéto oscilátory nazývame neharmonické oscilátory, alebo relaxačné
generátory. V technickej praxi ich označujeme generátory tvarových signálov,
alebo jednoducho generátory.
2. Delenie podľa frekvencie vytváraných kmitov :
a. nízkofrekvenčné oscilátory. Frekvenčný rozsah vytváraných kmitov je od 10 -2 Hz
po 10 6 Hz.
b. vysokofrekvenčné oscilátory. Frekvenčný rozsah vytváraných kmitov je od 10 6
Hz. Z hora hranica nie je daná.
3. Podľa druhu prvku určujúceho frekvenciu vytváraných kmitov :
a. oscilátory LC, v ktorých frekvenciu kmitov určuje rezonančný obvod LC, či už
sériový alebo paralelný. Tento druh oscilátorov sa v elektronických prístrojoch
vyskytuje najčastejšie. Oscilátory LC sa používajú ako laditeľné oscilátory
- 27 -

Žilinská univerzita v Žiline
Diplomová práca
Katedra telekomunikácií
v prijímačoch, vysielačoch, meracích prístrojoch a pod. Stabilita frekvencie
vytváraných kmitov sa pohybuje od 10 -3 po 10 -5 .
b. oscilátory riadené piezoelektrickým rezonančným prvkom, tzv. kryštálovým
výbrusom ( kryštálom ). Tieto oscilátory majú vynikajúcu frekvenčnú stabilitu
vytváraných kmitov a to 10 -6 až 10 -8 . Používajú sa preto tam, kde sú prísne
požiadavky na stabilitu frekvencie kmitov, napr. vo frekvenčných normáloch.
Oscilátory riadené kryštálom je možné prelaďovať len v úzkom rozsahu frekvencií
( niekoľko sto Hz až niekoľko jednotiek kHz )
c. oscilátory s elektromechanickým rezonančným prvkom (rezonátory
magnetostrikčné, prstencové, ladičkové a pod.). Podobne ako oscilátory riadené
kryštálovým výbrusom aj tieto oscilátory sa vyznačujú za optimálnych podmienok
dobrou frekvenčnou stabilitou vytváraných kmitov a to 10 -5 až 10 -6 . Mechanické
chvenie rezonančného prvku spôsobené vonkajšími vplyvmi však zhoršuje
frekvenčnú ale aj amplitúdovú stabilitu výstupného signálu. Tomuto javu
hovoríme mikrofonickosť obvodu. Na rozdiel od kryštálového výbrusu sú
elektromechanické rezonančné prvky rozmernejšie a potrebujú viacej
doplňujúcich elektronických obvodov. Preto sa už v súčasnosti skoro nepoužívajú.
d. oscilátory s rezonančným vedením, v ktorých rezonančný obvod tvorí úsek
súosého alebo súmerného vedenia dĺžky λ/4 alebo λ/2, ktorý sa vyznačuje
vysokým činiteľom kvality Q. Preto tieto oscilátory majú za optimálnych
podmienok dobrú frekvenčnú stabilitu, asi 10 -6 až 10 -7 . Podobne ako
elektromechanické rezonančné prvky sú citlivé na mechanické vplyvy. Oscilátory
s rezonančným vedením je však možné prelaďovať v rozsahu niekoľko jednotiek
až desiatok kHz.
e. oscilátory RC, v ktorých je v obvode spätnej väzby zapojený frekvenčne
selektívny obvod RC ( T–článok, Wienov článok a pod.) Tieto oscilátory sú
vhodné len pre oblasť nízkych frekvencií. Stabilita vytváraných kmitov je rôzna,
záleží od použitého RC článku a je max. 10 -4 . Oproti doposiaľ spomínaným
oscilátorom majú výhodu v tom, že sú preladiteľné vo veľkom rozsahu, cez
niekoľko dekád, bez výraznejšej zmeny svojich vlastností.
- 28 -

Žilinská univerzita v Žiline
Diplomová práca
Katedra telekomunikácií
4. Podľa spôsobu pripojenia aktívneho obvodu k obvodu určujúcemu frekvenciu :
a. dvojpólové oscilátory. Tieto oscilátory využívajú vhodnú VA – charakteristiku
niektorých polovodičových prvkov ako napr. tunelovej diódy ( charakteristika
typu “N”), viacvrstvovej alebo lavínovej diódy ( charakteristika typu “S”) –
Obr.3.8. U týchto prvkov majú ich VA – charakteristiky oblasť tzv. záporného
dynamického odporu, teda podiel zmeny napätia ku zodpovedajúcej zmene prúdu
∆u/∆i dáva zápornú hodnotu. V týchto oscilátoroch ide o spojenie aktívneho prvku
s obvodom určujúcim frekvenciu kmitov, najčastejšie s rezonančným obvodom.
V súčasnosti sa s týmito oscilátormi stretávame už len zriedka.
Obr.3.7 VA charakteristiky
b. štvorpólové oscilátory ( spätnoväzobné ). Sú zložené vždy z dvoch základných
častí a to z bloku spätnej väzby, ktorý určuje frekvenciu vytváraných kmitov (časť
pasívna, označovaná ß) a z bloku zosilňovača, ktorý nahrádza straty energie
v pasívnej časti (časť aktívna, označovaná A).
Tento typ oscilátorov sa v súčasnosti používa tak pre harmonické oscilátory ako aj
pre generátory tvarových signálov. Tieto oscilátory sú dnes najpoužívanejšie
Obr.3.8 Zapojenie spätnej väzby
5. Podľa účelu a použitia :
a. oscilátory pre frekvenčné normály, t.j. zdroje kmitov s vysokou stálosťou
frekvencie a to od 10 -7 až po 10 -9 . Najčastejšie sú riešené ako oscilátory riadené
kryštálovým výbrusom.
- 29 -

Žilinská univerzita v Žiline
Diplomová práca
Katedra telekomunikácií
b. nf oscilátory pre meracie účely. Vyžaduje sa od nich stálosť nastavenej amplitúdy
a malý obsah vyšších harmonických kmitočtov, skreslenie pod 1 %.
c. vf oscilátory pre meracie účely. Vyžaduje sa od nich stálosť nastavenej amplitúdy,
malý obsah vyšších harmonických kmitočtov. a možnosť amplitúdovej alebo
frekvenčnej modulácie.
d. oscilátory výkonové, pre účely vysokofrekvenčného ohrevu indukčného alebo
dielektrického, napr. pre mikrovlné rúry a pod.
e. oscilátory pre zmiešavače, ktoré musia byť preladiteľné v širokom rozsahu
frekvencií so stabilnou amplitúdou.
f. oscilátory pre budiče vysielačov, s vysokou stabilitou frekvencie 10 -5 až 10 -7 .
Existuje ešte veľa ďalších hľadísk, podľa ktorých by sme mohli oscilátory rozdeliť.
No u všetkých oscilátorov pre akékoľvek použitie sú v poradí na prvých miestach dva
parametre a to frekvencia a frekvenčná stabilita vytváraných kmitov. Frekvencia je
jedna z najdôležitejších parametrov oscilátorov a generátorov. Jednotka frekvencie je
Hz s rozmerom s -1 . Presnosť frekvencie sa udáva frekvenčnou odchýlkou ∆f od
nominálnej frekvencie f n , teda : ∆f = f – f n
Maximálna frekvenčná odchýlka počas doby sledovania sa nazýva frekvenčná stabilita.
Krátkodobá sa udáva pre čas jedna minúta až jeden deň, dlhodobá pre čas jeden týždeň až
jeden mesiac. Frekvenčná stabilita sa udáva činiteľom stability :
Čím je s číslo menšie, tým je oscilátor kvalitnejší.
3.2.3 Harmonické oscilátory.
Harmonické oscilátory sú elektronické zariadenia, ktoré sú zdrojom striedavého
napätia alebo prúdu sínusového tvaru. Dôležitou vlastnosťou týchto oscilátorov je, že ich
výstupný signál vo svojom spektre obsahuje veľmi malé množstvo vyšších harmonických
zložiek. Preto sú predurčené pre použitie v meracej technike, vo vysokofrekvenčnej
technike v oscilátoroch prijímačov a vysielačov a v nízkofrekvenčnej technike, najmä
- 30 -

Žilinská univerzita v Žiline
Diplomová práca
Katedra telekomunikácií
v akustike. Na harmonické oscilátory sa v praxi kladú rôzne požiadavky, preto je aj veľa
rôznych zapojení oscilátorov harmonických kmitov s rôznymi špecifickými vlastnosťami.
Ako sme si už v úvode témy o oscilátoroch a generátoroch povedali, v súčasnosti sú
harmonické oscilátory v prevažnej miere realizované ako spätnoväzobné oscilátory
s kladnou spätnou väzbou. Obsahujú pasívnu časť určujúcu frekvenciu kmitov a aktívnu
časť, ktorá nahrádza straty energie v pasívnej časti ( zosilňovač ).
Ako pasívny člen sa najčastejšie používa :
• rezonančný LC obvod. Takéto oscilátory zaraďujeme do skupiny “LC
oscilátorov”.
• piezoelektrický výbrus ( kryštál ). Takéto oscilátory zaraďujeme do skupiny
“Oscilátorov riadených kryštálom”.
• RC selektívny článok. Takéto oscilátory zaraďujeme do skupiny “RC
oscilátorov”.
Pre oscilátory s vyššími nárokmi na frekvenčnú stabilitu a malé skreslenie signálu sa
používa kombinácia kladnej spätnej väzby so zápornou spätnou väzbou. Prvá zabezpečuje
vznik kmitov, druhá ( frekvenčne nezávislá ) zabezpečuje, že aktívny štvorpól oscilátora
môže pracovať v lineárnom režime.
Oscilátory LC
Oscilátory s rezonančným obvodom LC sa používajú oko zdroje striedavého napätia
alebo prúdu s priebehom blízkym sínusovému. Rezonančný obvod ( pre svoje selektívne
vlastnosti ) potláča vyššie harmonické kmitočty a preto určuje s veľmi dobrou presnosťou
kmitočet oscilátora aj vtedy, keď aktívny prvok oscilátora vykazuje výraznú nelinearitu.
Prakticky všetky zapojenia LC oscilátorov sú odvodené z troch základných zapojení
vytvorených na začiatku 20-tych rokov 20-tého storočia a pomenovaných podľa autorov
zapojení Colpittsa, Hartleya a Meissnera. Na nasledujúcich obrázkoch sú uvedené pre
porovnanie ich principiálne, ale aj konkrétne zapojenia.
- 31 -

Žilinská univerzita v Žiline
Katedra telekomunikácií
Diplomová práca
Obr.3.9 Principiálne zapojenia oscilátorov
Obr.3.10 Colpittsov oscilátor
Obr.3.11 Hartleyov oscilátor
Obr.3.12 Meissnerov oscilátor
Obr.3.13 Schnellov oscilátor
- 32 -

Žilinská univerzita v Žiline
Diplomová práca
Katedra telekomunikácií
Harmonické LC oscilátory sa delia do dvoch skupín. Prvú skupinu tvoria oscilátory s
indukčnou väzbou v bloku spätnej väzby. Druhú skupinu tvoria oscilátory v trojbodovom
zapojení. Pomenovanie vzniklo z toho, že indukčná alebo kapacitná vetva rezonančného
obvodu je realizovaná ako napäťový delič a v troch bodoch pripojená k zosilňovacej časti
oscilátora.
Pre zvýšenie výstupného výkonu sa používajú oscilátory v dvojčinnom zapojení. Veľmi
dôležitou vlastnosťou, ako u všetkých oscilátorov, je frekvenčná stabilita kmitov v LC
oscilátoroch. Kvôli tejto požiadavke sú realizované niektoré zložitejšie zapojenia
oscilátorov.
Frekvenčná stabilita LC oscilátorov
Doteraz uvádzané typy oscilátorov sú vhodné pre zariadenia, v ktorých sa nevyžaduje
veľká frekvenčná stabilita, napr. v rozhlasových prijímačoch, jednoduchých dielenských
signálových generátoroch a pod. Činiteľ stability je asi 10 -3 , čo znamená, že oscilátor
s nominálnou frekvenciou vytváraných kmitov 1 MHz by mohol mať odchýlku
frekvencie až 1000 Hz. Zmenu frekvencie vyvolávajú rôzne vplyvy a to najme tepelné,
mechanické a elektrické. Najviac sa uplatňujú tie vplyvy, ktoré majú za následok zmeny
vstupnej a výstupnej kapacity.
Na zlepšenie stability frekvencie kmitov a zmenšenie ich harmonického skreslenia sa
v praktickom zapojení oscilátorov niekedy zapája do obvodu emitora ( v schémach
v mieste označenom x ) navyše ešte jeden emitorový rezistor R E1 ( jeho hodnota býva
niekoľko jednotiek až desiatok Ohmov ) . Tento rezistor predstavuje zápornú spätnú
väzbu pre striedavý signál. Zmenšuje síce strmosť S ef tranzistorového stupňa, ale na
druhej strane výrazne zmenšuje a stabilizuje vstupnú a výstupnú admitanciu zosilňovača,
čím zlepšuje kmitočtovú stabilitu obvodu. Zároveň sa zmenšuje aj harmonické skreslenie
vytváraných kmitov. Na zmenšenie vplyvu zaťažovacej impedancie na vlastnosti
oscilátora sa často za oscilátor zaraďuje oddeľovací stupeň s vysokou vstupnou a malou
výstupnou impedanciou.
Vo všeobecnosti možno povedať, že nežiadúce pomerné odchýlky kmitočtu oscilátora LC
sú malé, ak :
a. riadiaci obvod LC má veľký činiteľ akosti Q
- 33 -

Žilinská univerzita v Žiline
Katedra telekomunikácií
Diplomová práca
b. tranzistor oscilátora pracuje s veľkou efektívnou strmosťou S ef
c. zosilňovací stupeň oscilátora vykazuje malé zmeny vstupnej a výstupnej kapacity
d. frekvencia kmitov oscilátora je čím nižšia
Úpravou rezonančného obvodu trojbodového Colpittsovho oscilátora vzniknú ďalšie
typy oscilátorov, ktoré majú vyššiu frekvenčnú stabilitu ( až 10 -5 ) ako pôvodný
trojbodový oscilátor. Sú to Clappov oscilátor a Vackařov oscilátor. Schémy zapojení
týchto oscilátorov sú na nasledujúcich obrázkoch.
Obr.3.14 Clappov oscilátor
Obr.3.15 Vackařov oscilátor
Clappov oscilátor má síce dobrú frekvenčnú stabilitu, ale jeho preladiteľnosť je len
v rozsahu 1:1,2. Je to spôsobené tým, že ladiaci kondenzátor C o je zapojený sériovo
s cievkou L o . Pri ladení sa so zmenou kapacity výrazne mení celková impedancia obvodu
L o C o , čo spôsobuje výraznú zmenu amplitúdy výstupných kmitov.
Vackařov oscilátor má zapojený ladiaci kondenzátor C o jedným koncom na nulový
potenciál pre striedavý signál ( emitor tranzistora ) a signál pre budenie bázy sa
z ladeného obvodu L o C o privádza cez kondenzátor C x , ktorého kapacita je omnoho
menšia ako kapacita kondenzátorov C o , C 1 alebo C 2 . Preto je pri prelaďovaní zmena
výslednej impedancie pripojenej medzi bázu a emitor tranzistora zanedbateľná. Tým sa
v minimálnej miere ovplyvňuje strmosť tranzistora a v konečnom dôsledku aj amplitúda
výstupných kmitov . Vackařov oscilátor je preladiteľný v rozsahu 1:2,5 až 3.
- 34 -

Žilinská univerzita v Žiline
Katedra telekomunikácií
Oscilátory riadené kryštálom.
Diplomová práca
S rozvojom rádiotechniky sa stupňovali požiadavky na stabilitu používaných
oscilátorov. Túto požiadavku je možné realizovať použitím napr. kryštálového výbrusu
z kremeňa. Kryštálový výbrus má funkciu riadiaceho prvku, určujúceho frekvenciu
kmitov oscilátora. Výbrus je mechanická sústava so svojou mechanickou rezonančnou
frekvenciou. Prevod mechanických kmitov na elektrické umožňuje piezoelektrický jav.
Piezoelektrický jav sa vyskytuje vo viacerých látkach, no najvýraznejší je v kremeni,
turmalíne, titaničitanoch a fosforečnanoch. Tieto látky kryštalizujú v tvare šesťbokých
hranolov zakončených ihlanmi ako je to znázornené na obr.3.17 (nie sú tu však
zobrazené všetky možné rezy). Z kryštálu sa režú tenké platničky, ktoré sa vybrúsia na
potrebné rozmery. Od spôsobu a smeru rezu závisia elektrické a mechanické vlastnosti
kryštálu. Označujú sa dvojpísmenným kódom, napr. AT, BT, MT atď. Na ich bočné steny
sa naparia kontaktové plôšky zo striebra (niekedy aj zlata), ktorými sa prichytávajú do
držiakov. Takto vyhotovený kryštálový rezonátor sa umiestňuje do skleneného alebo
kovového puzdra, v ktorom je vákuum.
Obr.3.16 Kryštálový výbrus
V takto zhotovených kryštálových rezonátoroch má piezoelektricky jav tri základné
charakteristické vlastnosti, ktoré predurčujú ich použitie v oscilátoroch a generátoroch. Sú
to tieto vlastnnosti :
1. Po privedení napätia na vývody kryštálu dochádza k mechanickým deformáciám,
ohybu platničky.
2. Pri mechanickom ohybe platničky vznikajú na prívodoch elektrické náboje, ktoré
majú opačnú polaritu. Vzniká malé elektromechanické napätie medzi prívodmi
kryštálu.
- 35 -

Žilinská univerzita v Žiline
Diplomová práca
Katedra telekomunikácií
3. Kryštál ako mechanická sústava má svoju vlastnú mechanickú rezonančnú
frekvenciu.
Z týchto vlastností vyplýva, že ak privedieme na prívody kryštálu striedavý elektrický
signál, ten spôsobí premenlivé deformácie platničky kryštálového rezonátora. Pri
deformáciách zasa naopak, kryštálový rezonátor vytvára na svojich prívodoch premenlivé
napätie, ktorým sa udržiavajú elektrické kmity v obvode oscilátora. Amplitúda kmitov
mechanických, ale aj elektrických bude maximálna a teda bude mať minimálne tlmenie,
ak frekvencia elektrických kmitov sa bude rovnať mechanickej rezonančnej frekvencii
kryštálu.
Pre potreby určenia frekvencie vytváraných elektrických kmitov je potrebné
nahradiť kryštálový rezonátor, ako mechanickú sústavu, elektrickým obvodom
vystihujúcim vlastnosti daného rezonátora v okolí rezonančného kmitočtu. Táto náhrada
je znázornená na nasledujúcom obrázku.
Obr.3.17 Náhrada
Obr.3.18 Závislosť impedancie
Ako z obrázku vidno, náhradný obvod sa skladá zo sériovej kombinácie kondenzátora
C , cievky L a rezistora R a z paralelne pripojeného kondenzátora C 0 . Kondenzátor C 0 je
statická kapacita prívodných elektród spolu s držiakom. Ostatné obvodové prvky
predstavujú dynamické veličiny. Ako je zjavné z náhradnej elektrickej schémy, kryštál
predstavuje akýsi sériovo-paralelný rezonančný obvod, ktorý má určitú svoju
amplitúdovo-frekvenčnú charakteristiku. Tá je znázornená na obrázku vyššie.
Ako z tejto charakteristiky vidno, impedancia kryštálu sa zmenou frekvencie
privádzaných kmitov mení a má dva inflexné body a to pri frekvencii f s ( určuje sériový
- 36 -

Žilinská univerzita v Žiline
Diplomová práca
Katedra telekomunikácií
rezonančný kmitočet kryštálu ) a frekvencii f p ( určuje paralelný rezonančný kmitočet
kryštálu ). Tieto frekvencie vieme určiť z nasledujúcich vzťahov :
Keďže kapacita kondenzátora C 0 je omnoho väčšia ako kapacita kondenzátora C,
paralelný rezonančný kmitočet je tesne nad sériovým rezonančným kmitočtom.
Vzhľadom na to, že kondenzátor C 0 predstavuje kapacitu prívodov, držiaka a kovového
krytu kryštálu, je dosť nestabilný a jeho kapacita sa mení vplyvom teploty, vlhkosti
a mechanických otrasov. Spolu so zmenami tejto kapacity sa mení aj paralelný
rezonančný kmitočet kryštálu. V praxi sa zvykne paralelne ku kryštálu pripájať vonkajší
kondenzátor s kapacitou podstatne väčšou ako je kapacita kondenzátora C 0 na zmenšenie
nežiadúcich zmien paralelného rezonančného kmitočtu kryštálu.
Kryštál môže byť v obvode oscilátora zapojený na mieste tradičného rezonančného
obvodu. Najčastejšie ide o trojbodový oscilátor (Clappov) nazývaný Piercov oscilátor.
R Z , slúži na zamedzenie rozkmitania oscilátora na parazitnom kmitočte, vyššom ako je
vlastná rezonančná frekvencia kryštálu. Môže byť realizovaná rezistorom, cievkou alebo
aj sériovým rezonančným obvodom. Pri použití rezonančného obvodu sa oscilátor nazýva
Tritet
Obr.3.19 Piercov oscilátor
Oscilátory riadené kryštálom predstavujú najstabilnejšie oscilátory. Zmena kmitočtu
oscilátora sa robí výmenou kryštálu s požadovanou frekvenciou. Meniť frekvenciu
- 37 -

Žilinská univerzita v Žiline
Diplomová práca
Katedra telekomunikácií
kryštálu plynulo je možné len v rozsahu niekoľkých desiatok až stoviek Hz.
Dosiahnuteľný činiteľ frekvenčnej stability je 10 -6 až 10 -9 .
Oscilátory RC.
Pre oblasť nízkych kmitočtov sú vhodné oscilátory RC. Spätnoväzobné oscilátory RC sú
charakteristické tým, že majú spätnoväzobný štvorpól zložený s rezistorov R
a kondenzátorov C. Spätnoväzobný štvorpól pracuje zasa ako štvorpól riadiaci, to
znamená, že určuje kmitočet oscilácií. Je však dôležité, aby daný štvorpól spĺňal
amplitúdovú a fázovú podmienku oscilácií len pre požadovaný pracovný kmitočet f o .
Ďalej je vzhľadom na dobrú kmitočtovú stabilitu potrebné, aby fázová charakteristika
spätnoväzobného obvodu oscilátora bola v okolí kmitočtu oscilácií podľa možnosti čo
najstrmšia.
Je možné zostaviť niekoľko rôznych štvorpólov RC , ktoré týmto všeobecným
požiadavkám viac či menej vyhovujú.
Hlavnými zástupcami RC oscilátorov sú oscilátory s kaskádnym radením štvorpólov
RC a oscilátory s pásmovými filtrami, v ktorých sa používajú selektívne RC články a to :
• pásmový priepust s Wienovým článkom (obr.2.3)
• pásmová zádrž s premosteným alebo dvojitým T článkom (obr.2.3)
Oscilátory s kaskádnym radením štvorpólov RC
Najjednoduchšie oscilátory RC majú spätnoväzobný štvorpól tvorený kaskódou členov
RC v tvare integračných alebo derivačných článkov.
- 38 -

Žilinská univerzita v Žiline
Katedra telekomunikácií
Diplomová práca
Obr.3.20 Kaskádne RC články
Schéma oscilátora, ako vidíme z obrázka 3.22, sa skladá zo zosilňovacieho bloku
A tvoreného tranzistormi T 1 (v praxi sa často nepoužíva) a T 2 a zo spätnoväzobného
bloku ß tvoreného trojicou derivačných článkov C 1 R 1 , C 2 R 2 , C 3 R 3 . V praxi tieto články sú
realizované z rovnakých rezistorov R, teda R 1 = R 2 = R 3 =R a z rovnakých kondenzátorov
C, teda C 1 = C 2 = C 3 = C. Tranzistor T 1 v zosilňovacom bloku plní funkciu impedančného
transformátora (emitorový sledovač), ktorý prispôsobuje väčšiu výstupnú impedanciu
spätnoväzobného bloku ß podstatne menšej vstupnej impedancii tranzistora T 2 , v ktorom
je sústredené celé zosilnenie zosilňovacieho bloku A.
Tieto oscilátory sú jednoduché a dajú sa ľahko realizovať. Táto jednoduchosť však
nesie so sebou viacero nevýhod (tieto nevýhody úzko súvisia s prenosovými vlastnosťami
integračných a derivačných článkov, s ich fázovou a útlmovou charakteristikou). Prvou
z nich je, že fázová charakteristika článkov má v okolí požadovaného kmitočtu f o malú
strmosť, takže malé zmeny fázy majú za následok veľké zmeny frekvencie kmitov.
Druhou nevýhodou je, že útlmová charakteristika článkov nemá v okolí požadovaného
kmitočtu žiadne maximum, ako napríklad rezonančný obvod. Preto je amplitúdová
podmienka často splnená aj pre blízke frekvencie, z čoho vyplýva, že vytváraný signál
môže byť ( a väčšinou aj je ) mierne tvarovo skreslený. Treťou nevýhodou je, že ak
chceme prelaďovať tieto oscilátory, musíme meniť súčasne hodnoty buď všetkých
kondenzátorov alebo všetkých rezistorov. Ináč sa pri prelaďovaní štvorpólu jeho prenos
výrazne mení, takže vzniká buď tvarové skreslenie alebo dôjde k vysadeniu oscilácií.
Oscilátory RC s kaskádnym radením štvorpólov sú vhodné pre prácu na jednej
frekvencii s menšou požiadavkou na frekvenčnú stabilitu a tvarové skreslenie signálu.
- 39 -

Žilinská univerzita v Žiline
Diplomová práca
Katedra telekomunikácií
Najmenšie hodnoty prvkov spätnoväzobného štvorpólu použiteľné v praxi sú : R = 100
a C = 100pF. Tieto oscilátory sú použiteľné pre frekvencie do 1 MHz.
3.2.4 Colpittsov oscilátor
Tento oscilátor je využitý ako externý obvod k IO SE602 a dodáva signál
s potrebnou frekvenciou do zmiešavača.
Obr.3.21 Colpittsov oscilátor - princíp
Obr.3.22 Použitý oscilátor
Z fázovej podmienky kmitania oscilátora sa dá odvodiť vzťah pre frekvenciu
1
výstupného signálu oscilátora: f =
C1C2
2π
L
C1
+ C
2
Oscilátor pracuje na frekvenciách od 1,1 – 5,2MHz, aby po zmiešaní bola súčtová zložka
10,7MHz.
- 40 -

Žilinská univerzita v Žiline
Katedra telekomunikácií
3.3 Filtre
Diplomová práca
Rozbor a riešenie pasívneho LC filtra
Syntézu filtra pásmovej priepuste môžeme zhrnúť do nasledovných bodov:
1. Prevedenie frekvenčného normovania zadanej frekvenčnej charakteristiky hornej
priepuste na frekvenčnú charakteristiku normovanej dolnej priepuste
2. Výpočet ε zo zadanej hodnoty a max
3. Určenie aproximačnej funkcie
4. Výpočet stupňa prenosovej funkcie
5. Výpočet nulových bodov
6. Určenie prenosovej funkcie G(p) z nulových bodov
7. Výpočet charakteristickej funkcie ϕ(p)
8. Určenie Z(p) zo získaných funkcií G(p) a ϕ(p)
9. Frekvenčné a impedančné odnormovanie stavebných prvkov NDP na prvky
požadovaného typu filtra
3.3.1 Medzifrekvenčný filter 20MHz
Je tvorený filtrom typu pásmová priepusť so strednou frekvenciou 20MHz. Priepustné
pásmo je vyznačené ta tolerančnej schéme
f 1 = 19,925 MHz
f 2 = 19,96 MHz
f 3 = 20,04 MHz
f 4 = 20,075Hz
a max = 3dB
a min = 35dB
a [dB]
-a max
-a min
f 1 f 2 f 3 f 4 f
Obr.3.23 Tolerančná schéma
- 41 -

Žilinská univerzita v Žiline
Katedra telekomunikácií
Diplomová práca
1. Frekvenčné normovanie zadanej frekvenčnej charakteristiky pásmovej priepuste
na charakteristiku normovanej dolnej priepuste NDP:
2
2
f1
− f
s
Ω1 = = −1,877525094
f1.
∆f
2 2
f Ω 1 =1 Ω 2 =1,87249
2
− f
s
Ω
2
= = −1
f 2. ∆f
2 2
f
3
− f
s
Ω3 = = 1
f 3. ∆f
-a max
2 2
f
4
− f
s
Ω4 = = 1,872493773
f 4. ∆f
2
-a
14
min
f s
= f
2. f
3
= 3,9999.10
2.
∆
Výpočet
f = f −
ε
f
zo zadanej
80000
hodnoty a max : NDP
f
s
= f
s
3 2
=
2
= 19999960
Obr.3.24 NDP
Aby sme splnili požiadavky tolerančnej schémy, volíme prísnejšie kritérium ohraničenia
nepriepustného pásma NDP – čiže hodnotu Ω 2 = 1,872493773.
Výpočet ε:
ε parameter určujúci veľkosť zvlnenia
a
max
10
10
ε= 10 −1
= 10 −1
= 0, 997628345
3
⇒ 1
3. Určenie aproximačnej funkcie:
Rozhodol som sa pre aproximáciu s izoextremálnym priebehom v priepustnom
pásme, čo je Čebyševova aproximácia. Hlavné kritérium výberu spočíva v nižšom
stupni aproximácie ako pri Butterworthovej aproximácii (n = 7).
4. Výpočet stupňa prenosovej funkcie :
a min = 35 dB a max = 3 dB
Stupeň aproximácie určím zo vzťahu:
n ≥
argcosh
10
a
a
min
10
max
10
argcosh Ω
10
2
−1
−1
- 42 -

Žilinská univerzita v Žiline
Katedra telekomunikácií
Diplomová práca
Po dosadení:
3,5
10 −1
argcosh
0, 3
10 −1
n ≥
= 3,81 → Volím n=4
arg cosh1,872
5. Výpočet nulových bodov:
a max = 3 dB
n = 4
Φ
1 1 1 1 1
= argsinh = argsinh = argsinh1
n ε 5 1 5
2
=
0,220763397
P 2k
+ 1
2k
+ 1
= sinh K 2
2
2n
2 n
( − Φ )( sin π ) + j( cosh Φ )( cos π )
π
π
P
0
= −sinh0,2207.sin
+ j cosh0,2207.cos = −0,0851+
j0,9464
10
10
3π
3π
P
1
= −sinh 0,2207.sin + j cosh 0,2207.cos = −0,2056
+ j0,392
10
10
5π
5π
P2 = −sinh0,2207.sin
+ j cosh0,2207.cos = −0,2056
− j0,392
10
10
7π
7π
P3 = −sinh0,2207
+ sin + j cosh0,2207.cos = −0,0851−
j0,9464
10
10
Nulové body pre Čebyševovskú aproximáciu ležia na elipse. Zo všetkých nulových
bodov nachádzajúcich sa na elipse vyberieme len tie, ktoré sa nachádzajú v ľavej
polrovine komplexnej roviny „p“, lebo iba tie zaručujú stabilitu systému, to znamená naše
body P 0 -P 3
6. Učenie prenosovej funkcie G ( p ) z nulových bodov:
G ( p)
= K
n
∏ − 1
i=
0
( p −
p i
)
Po dosadení:
G(p)=K(p + 0,0851−
j0,
9464 )(p + 0,2056
− j0,
392 ).
( p + 0,2056
+ j0,
392 )( p + 0,0851+
j0,
9464 )
G(p) = K(p 4 + 0.5815p 3 + 1.1691p 2 + 0.4047p + 0.1769)
G(p)G(-p) = 1+ ϕ(p)ϕ(-p) ⇒ K = 7.98102 ⇒ 8
- 43 -

Žilinská univerzita v Žiline
Katedra telekomunikácií
G(p)= 12.236529704933
p 5 +8.644625688986p 4 +18.34920568262p 3 +
+8.48575135171698p 2 +5.6208391335810391p + 1
Po zaokrúhlení:
G(p)=8 p 4 +4,6526 p 3 + 9,3529 p 2 + 3,2381p + 1,4158
Diplomová práca
7.Výpočet charakteristickej funkcie ϕ ( p ) :
Charakteristickú funkciu vypočítam zo vzťahu ϕ ( p ) = ε. T n ( p ) , kde T n ( p ) je
Čebyševov polynóm prvého druhu komplexného argumentu p.
Tento mnohočlen má tvar: T 0 ( jΩ ) = 1 a T 1 ( jΩ ) = p.
Pre tento mnohočlen platí rekurentný vzťah: T n + 1 ( jΩ ) = 2p. T n ( jΩ ) + T n - 1 ( jΩ ) ,
keďže platí p = jΩ , potom pre piaty rád dostaneme:
T 2 (p) = 2p 2 + 1
T 3 (p) = 4p.(p 2 + 0,75)
T 4 (p) = 8p 4 + 8p 2 + 1
Pre štvrtý rád teda platí: T 4 (p) = 8p 4 + 8p 2 + 1
Ďalej platí: ϕ ( p ) = ε. T 4 ( p )=1.( 16p 5 + 20p 3 + 5p)
ϕ ( p ) = 8p 4 + 8p 2 + 1
8.Určenie Z vst ( p ) z vypočítaných funkcií G ( p ) a ϕ ( p ) :
Z vst
G(
p)
+ ϕ(
p)
( p)
=
G(
p)
− ϕ ( p)
Po dosadení a úprave:
Z vst
4
3
2
16p + 4,6526p + 17,3529p + 3,2381p + 2,4158
( p)
=
3
2
4,6526p + 1,3529 p + 3,2381p + 0,4158
Po delení dostaneme reťazový zlomok v tvare:
Z
VST
( p)
= z +
1
y
2
+
z
3
+
1
1
1
1
y4
+
1
z5
+
r
l
- 44 -

Žilinská univerzita v Žiline
Katedra telekomunikácií
Diplomová práca
Z
Y
Z
Y
Z
1
2
4
3
5
= 9,20249 p
= 0,292668p
= 10,9132p
= 0,211455p
= 1
→
l
1
c
l
3
c
1
2
4
= 9,20249
= 0,292668
= 10,9132
= 0,211455
r = r
2
= 1
9. Schéma zapojenia NDP:
Obr.3.25 Schéma NDP
10. Frekvenčné a impedančné odnormovanie stavebných prvkov NDP na prvky NPP
filtra :
ω 2 =2.π.f S = 125663454 rad . s -1
q=f s /∆f = 249,99
R 0 = 10Ω - zvolená hodnota
Pre odnormovanie stavebných prvkov NDP platí, že induktor sa odnormuje na sériový
rezonančný obvod a kapacitor sa odnormuje na paralelný rezonančný obvod, teda:
- 45 -

Žilinská univerzita v Žiline
Katedra telekomunikácií
Diplomová práca
l1
= q.
Z1
= 249,99.3,4389 = 859,7255
1 1
−3
l2
= =
= 5,345.10
q.
Y2
249,99.0,7483
1 1
−3
c1
= =
= 1,1631.10
q.
Z1
249,99.3,4389
c2
= q.
Y2
= 249,99.0,7483 = 187,085
l3
= q.
Z
3
= 249,99.4,347 = 1086,76
1 1
−3
l4
= =
= 6,75.10
q.
Y4
249,99.0,592
1 1
−4
c3
= =
= 9,201.10
q.
Z 249,99.4,347
c
4
= q.
Y
4
3
= 249,99.0,592 = 148,0014
Po dosadení a vypočítaní, dostaneme hodnoty skutočných súčiastok:
L
C
L
C
L
2
C
L
2
3
C
1
3
1
4
4
l1.
R
=
ω
n
S
n
= 54,732.10
c1
= = 1,157.10
R . ω
l2.
R
=
ω
n
S
n
S
S
= 0,3403.10
−6
−12
−9
c2
= = 186,097.10
R . ω
l3.
Rn
=
ω
n
S
= 69,1854.10
S
−6
c3
= = 0,9153.10
R . ω
l4.
R
=
ω
n
S
n
= 0,4301.10
S
H
F
H
−9
−12
−9
c4
= = 147,22.10
R . ω
−9
F
H
H
F
F
R 1 =8Ω R 2 =8Ω
- 46 -

Žilinská univerzita v Žiline
Katedra telekomunikácií
Diplomová práca
11. Schéma zapojenia pasívnej LC štruktúrya výsledná simulácia:
Obr.3.26 Schéma LC filtra
Obr.3.27 Simulácia LC filtra
3.3.2 Filter – pásmová priepusť 5-10MHz
Je tvorený filtrom typu pásmová priepusť so strednou frekvenciou 7,5MHz.
Priepustné pásmo je vyznačené ta tolerančnej schéme
f 1 = 5 MHz
f 2 = 5,4 MHz
f 3 = 9,6 MHz
f 4 = 10 MHz
a max = 3dB
a min = 35dB
a [dB]
-a max
-a min
f 1 f 2 f 3 f 4 f
Obr.3.28 Tolerančná schéma
Stupeň....n=9
- 47 -

Žilinská univerzita v Žiline
Katedra telekomunikácií
Diplomová práca
Prenosová funkcia G ( p ):
G ( p)
= K
n
∏ − 1
i=
0
( p −
p i
)
G(p)= 255,98 p 9 +144,6p 8 +616,8p 7 +284,2p 6 +497,35p 5 +172,87p 4 +149,25p 3 +33,56p 2
+12,17p+1
Charakteristická funkcia ϕ ( p ) :
ϕ ( p ) = 255,98 p 9 +575,96p 7 +431,97p 5 +119,99p 3 +8,99p
Určenie Z vst ( p ) z funkcií G ( p ) a ϕ ( p ) :
Z vst
G(
p)
+ ϕ(
p)
( p)
=
G(
p)
− ϕ ( p)
Po delení dostaneme reťazový zlomok v tvare:
Z
VST
1
( p)
= z1
+
⇒
1
y2
+
1
z3
+
1
y4
+
1
z5
+
r
l
l
1
c
l
c
l
3
9
1
2
4
6
8
= 3,5405
= 0,7745
= 4,6767
= 0,8165
l5
= 4,7348
c = 0,8165
l7
= 4,6767
c = 0,7748
= 3,5409
r = r
2
= 1
Schéma zapojenia NDP:
Obr.3.29 Schéma NDP
Hodnoty skutočných súčiastok:
- 48 -

Žilinská univerzita v Žiline
Katedra telekomunikácií
Diplomová práca
L 1 =L 9 =13,4µH
L 2 =L 8 =1,66µH
L 3 =L 7 =17,7µH
L 4 =L 6 =1,59µH
L 5 =17,9µH
R 1 =100Ω R 2 =100Ω
C 1 =C 9 =36,4pF
C 2 =C 8 =293,6pF
C 3 =C 7 =27,5pF
C 4 =C 6 =307,1pF
C 5 =27,5pF
Schéma a výsledná simulácia:
Obr.3.30 Zapojenie LC filtra
Obr.3.31 Simulácia LC filtra
- 49 -

Žilinská univerzita v Žiline
Katedra telekomunikácií
3.4 Celková schéma zapojenia
Diplomová práca
Obr.3.32 Celková schéma
- 50 -

Žilinská univerzita v Žiline
Katedra telekomunikácií
Diplomová práca
4. ZÁVER
Náplňou mojej práce bolo zostrojenie preladiteľného prenosového kanála, to
znamená zariadenie na výber (voľbu) prenosových kanálov.
Najskôr som začal analýzou a rozpracovaním jednotlivých možností riešenia
daného zadania. Spracoval som možnosti ladenia pomocou filtrov (číslicových a
analógových) a pomocou superhetu (jednotlivé typy).
Ďalej som zvolil riešenie zadania z už vopred analyzovaných možností. Vybral
som si princíp superhetu a konkrétne Convertor-up. Urobil som tak preto, že
medzifrekvenčná frekvencia je nad prijímaným (spracovávaným) pásmom. Tým
dochádza k zväčšeniu odstupu medzi súčtovými a rozdielovými zložkami zmiešavača.
Zároveň klesajú nároky na vstupný filter, ktorý nemusí byť až taký kvalitný a nemusí byť
ani preladiteľný. V mojom prípade funkciu tohto filtra plní vstupný zosilňovač –
emitorový sledovač, ktorý zároveň impedančne prispôsobuje vstupnú časť. Ďalšou časťou
zapojenia je oscilátor. Použil som Colpittsovo trojbodové zapojenie, generujúce
harmonické kmity. Sú tam dva zmiešavače, takže budú potrebné aj dva oscilátory.
Oscilátory sú ladené s krokom 150kHz. Ladenie je realizované otočnými prepínačmi
nasledovne: Sú tu štyri páry prepínačov, každý pár má spoločnú osku. Jeden pár slúži na
nastavenie rozsahov, a ďalšie tri na samotné ladenie. Signál z oscilátora OSC1
s frekvenciou 1,1-5,2MHz sa zmiešava so vstupnými signálmi a vyberá sa súčtová zložka
s frekvenciou 10,7MHz pomocou keramického filtra.. Pôvodne som chcel zostrojiť
medzifrekvenčný filter na frekvenciu 20MHz, ale vo výpočtoch mi vyšli nereálne
súčiastky, takže som musel znížiť strednú frekvenciu filtra. Nakoniec som použil
medzifrekvenčný keramický filter 10,7MHz. Zapojenie zmiešavača ZM1, oscilátora
OSC1 a MF filtra predstavuje zapojenie klasického Convertor-up-u. Získaný kanál na
výstupe tejto časti má však frekvenciu 10,7MHz. Preto bolo treba zaistiť aj spätnú
transformáciu na pôvodné hodnoty frekvencií signálov. Dosiahol som to tým, že som
medzifrekvenciu priviedol na vstup ďalšieho zmiešavača, z ktorého odoberám rozdielové
zložky. K nemu bolo potrebné zapojiť ešte jeden oscilátor OSC2, preladiteľný v rozsahu
16,2-20,3MHz, ktorý sa ladí súčasne s OSC1. Na výstupe zmiešavača ZM2 by sme mali
dostať celé pôvodné spektrum signálov, to znamená signály o frekvenciách 5,66 –
9,56MHz
- 51 -

Žilinská univerzita v Žiline
Diplomová práca
Katedra telekomunikácií
Po analýze a následnej realizácii funkčnej vzorky (vzorku som zostrojil na
univerzálnom plošnom spoji) som sa stretol s niekoľkými problémami (rozladený filter,
zmiešavanie).
Na zrealizovanom zapojení som overoval predchádzajúce teoretické návrhy, aby
som overil funkčnosť zariadenia. Najskôr som musel nastaviť presné hodnoty kapacít,
slúžiacich na ladenie oscilátorových frekvencií, zmeral som výstupný filter (ktorý je
vzhľadom na množstvo vzájomne ovplyvňujúcich sa cievok dosť rozladený) a výstupný
signál zmiešavača po privedení len jedného vstupného signálu z oscilátora (druhý vstup
bol uzemnený) a neskôr aj zmiešavanie dvoch signálov.
V prílohách sú zobrazené dosky plošných spojov a to hlavná doska (Obr.5.2)
a doska filtra (Obr.5.5). Tieto sú navzájom prepojené nasledovne: výstup (OUT) hlavnej
dosky so vstupom (IN) dosky filtra. Tieto dosky sú zobrazené z pohľadu osádzania
súčiastok. Ďalšie dve dosky (Obr.5.8) slúžia na ladenie a sú osadené kondenzátormi,
pomocou ktorých sa dosahuje zmena frekvencie oscilátorov.
Na obr.3.32 je zobrazená celková schéma.
Svorky : X1-1,X1-2 - napájanie 12V
X2-1,X2-2 - vstup
X3-1,X3-2 - výstup
X5-1,X5-2 - pripojenie oscilátora OSC2
X6-1,X6-2 - pripojenie oscilátora OSC1
- 52 -

ČESTNÉ PREHLÁSENIE
Vyhlasujem, že som zadanú diplomovú prácu vypracoval samostatne, pod
odborným vedením vedúceho diplomovej práce Ing. Jánom Hlubíkom a používal som len
literatúru uvedenú v práci.
Súhlasím so zapožičiavaním diplomovej práce.
V Žiline dňa 19.06.2006 ..................................
podpis diplomanta

Poďakovanie
Záverom diplomovej práce by som rád poďakoval Ing. Jánovi Hlubíkovi za jeho
cenné rady a pripomienky, ktoré mi pomohli pri riešení danej problematiky.

DIPLOMOVÁ PRÁCA
Prílohová časť
2006 Ján Sliacky

5. PRÍLOHY
5.1 Plošné spoje............................................................................................................1
5.2 Použité súčiastky...................................................................................................4
Obr.5.1 Pohľad zo strany plošného spoja – hlavná doska ............................................... 4
Obr.5.2 Osadenie súčiastok - hlavná doska .................................................................... 5
Obr.5.3 Vŕtací predpis - hlavná doska............................................................................ 5
Obr.5.4 Pohľad zo strany plošného spoja – doska filtra.................................................. 5
Obr.5.5 Osadenie súčiastok – doska filtra 5-10MHz....................................................... 5
Obr.5.6 Vŕtací predpis – doska filtra 5-10MHz .............................................................. 6
Obr.5.7 Pohľad zo strany plošného spoja – doska ladenia .............................................. 6
Obr.5.8 Osadenie súčiastok – doska ladenia................................................................... 7
Obr.5.9 Vŕtací predpis – doska ladenia .......................................................................... 7
5.1 Plošné spoje
Obr.5.1 Pohľad zo strany plošného spoja – hlavná doska

Obr.5.2 Osadenie súčiastok - hlavná doska
Obr.5.3 Vŕtací predpis - hlavná doska
Obr.5.4 Pohľad zo strany plošného spoja – doska filtra
Obr.5.5 Osadenie súčiastok – doska filtra 5-10MHz

Obr.5.6 Vŕtací predpis – doska filtra 5-10MHz
Obr.5.7 Pohľad zo strany plošného spoja – doska ladenia – 2x

Obr.5.8 Osadenie súčiastok – doska ladenia – 2x
Obr.5.9 Vŕtací predpis – doska ladenia – 2x
Poznámka: Všetky dosky plošných spojov sú dvojnásobne zväčšené

5.2 POUŽITÉ SÚČIASTKY:
5.2.1 Hlavná doska + filter
R1 = 2k2
R2 = M27
C1 = 10µF C2 = 10µF C3 = 10µF C4 = 10nF
C5 = 10nF C6 = 47pF C7 = 220pF C8 = 100nF
C9 = 100nF C10 = 36,4pF C11 = 100nF C12 = 10pF
C13 = 10pF C14 = 293,6pF C15 = 307,1pF C16 = 293,6pF
C17 = 10pF C18 = 27,5pF C19 = 36,4pF C20 = 27,5pF
C21 = 7pF C22 = 47pF C23 = 307,1pF C24 = 27,5pF
C25 = 10pF C26 = 100nF C27 = 220pF C28 = 7pF
C29 = 100nF
L1 = 0.2-0.6µH L2 = 68µH L3 = 0.2-0.6µH L4 = 1µH
L7 = 13,4µH L8 = 17,7µH
L9 = 1,59µH L10 = 17,9µH L11 = 17,7µH L12 = 1,66µH
L13 = 13,4µH L14 = 1,66µH L15 = 1,59µH
IC1 = 7805 (stabilizátor 5V)
IC2, IC2 = SA602
5.2.2 Ladenie
C13 = 287,45pF C14 = 224,35pF C15 = 179,96pF C16 = 147,56pF
C17 = 123,19pF C18 = 104,39pF C19 = 89,59pF C20 = 77,73pF
C21 = 68,08pF C22 = 60,12pF C23 = 53,48pF C24 = 47,88pF
C25 = 43,11pF C26 = 39,03pF C27 = 35,5pF C28 = 32,42pF
C29 = 29,73pF C30 = 27,37pF C31 = 25,27pF C32 = 23,4pF
C33 = 21,74pF C34 = 20,24pF C35 = 18,9pF C36 = 17,68pF
C55 = 16,58pF C56 = 15,58pF C57 = 14,67pF
C1 = 61,75pF C2 = 62,67F C3 = 63,62pF C4 = 64,59pF
C5 = 65,59pF C6 = 66,59pF C7 = 67,63pF C8 = 68,69pF
C9 = 69,78pF C10 = 70,89pF C11 = 72,03pF C12 = 73,19pF
C37 = 74,39pF C38 = 75,61pF C39 = 76,87pF C40 = 78,15pF
C41 = 79,47pF C42 = 80,83pF C43 = 82,21pF C44 = 83,64pF
C45 = 85,1pF C46 = 86,6pF C47 = 88,14pF C48 = 89,72pF
C49 = 91,35pF C50 = 93,01pF C51 = 94,73pF

6. Zoznam použitej literatúry:
[1] Sobotka, Z. – Šorm, R.: Základy digitálního zpracování obrazu. Praha, ODIS
VTEI Tesla VÚST 1985
[2] Hajoš, Z.: Filtre v televíznej technike. ALFA 1988
[3] Hoffner, V.: Směšovače a oscilátory. SNTL 1984
[4] Eichler, J.: Rozhlasové přijímače III. SNTL/ČVUT, 1986
[5] Neuman, J. – Uhlíř,J.: Elektronické obvody. ČVUT 1996
[6] Kadlec, J. – Laipert,M.: Návrh obvodú telekomunikačních zařízení
[7] Hottmar, V.: Výkonnostný model výpočtových systémov siete ITKR,
Vydavateľstvo Edis, 2004
Internet
[8] http://www.datasheetcatalog.com
[9] http://vyuka.fel.zcu.cz/kae/+avt/Cvi%e8en%ed/4.t%fdden/Rozhlasove_vysilani.pdf
[10] http://www.edunet.souepl.cz/~weisz/dilna/en_rop/suph/rad04.php
[11] http://www.sos.sk