Подсистемы выбора частоты для различных приемных устройств.

Введение

Подсистема выбора частоты для различных приемных систем.

Тюнер – это подсистема, принимающая радиочастотные (РЧ) передачи, такие как FM-вещание, и преобразующая выбранную несущую частоту и соответствующую ей полосу пропускания в фиксированную частоту, пригодную для дальнейшей обработки, как правило, потому что на выходе используется более низкая частота. FM/AM-вещание обычно подает эту промежуточную частоту (ПЧ) непосредственно в демодулятор, который преобразует радиосигнал в звуковые сигналы, которые затем поступают в усилитель для управления громкоговорителем. Более сложные передачи, такие как PAL/NTSC (телевидение), DAB (цифровое радио), DVB-T/DVB-S/DVB-C (цифровое телевидение) и другие, используют более широкую полосу частот, часто с несколькими поднесущими. Они передаются внутри приемника в виде промежуточной частоты (ПЧ). Поднесущие затем обрабатываются как обычные радиопередачи, но вся полоса пропускания дискретизируется аналого-цифровым преобразователем (АЦП) с частотой, превышающей частоту Найквиста (то есть, как минимум в два раза большую, чем частота ПЧ). Тюнер также может обозначать радиоприемник или отдельный аудиокомпонент, являющийся частью аудиосистемы, например, Hi-Fi или стереосистемы, подключаемый к отдельному усилителю. Глагол "настройка" в радиоконтексте означает регулировку приемника для приема желаемой несущей частоты радиосигнала, используемой конкретной радиостанцией.

Дизайн

Самый простой тюнер состоит из индуктора и конденсатора, соединенных параллельно, при этом конденсатор или индуктор являются переменными. Это создает резонансный контур, реагирующий на переменный ток на определенной частоте. В сочетании с детектором, также известным как демодулятор (диод D1 на схеме), он образует простейший радиоприемник, часто называемый кристаллическим детектором. В более ранних моделях ручная настройка осуществлялась с помощью механически управляемых групповых переменных конденсаторов. Часто настраивающий конденсатор имел несколько секций для одновременной настройки нескольких каскадов приемника или для переключения между различными частотными диапазонами. В более поздней конструкции использовался потенциометр, подающий переменное напряжение на варикапы в контурах местного осциллятора и входного тюнера для электронной настройки. Современные радиоприемники используют супергетеродинный принцип с настройкой, осуществляемой путем регулировки частоты местного осциллятора. Эта система сдвигает интересующую радиочастоту на фиксированную частоту, что позволяет настраивать ее с помощью фильтра с фиксированной полосой пропускания. Впоследствии стали применяться методы фазовой автоподстройки (ФАП) с микропроцессорным управлением. В автономном радиоприемнике для воспроизведения звука сигнал от детектора после тюнера проходит через регулятор громкости и поступает на усилитель. Усилитель подключается либо к встроенному динамику, либо к наушникам. В тюнерном блоке аудиосистемы (например, домашней Hi-Fi системы или системы оповещения в здании) выход детектора подключается к отдельной внешней системе усилителей и динамиков. Диапазон FM-вещания (88–108 МГц в большинстве стран) примерно в 100 раз выше по частоте, чем диапазон AM-вещания, и обеспечивает достаточную полосу пропускания в 50 кГц. Этой полосы достаточно для передачи обоих стереоканалов в почти полном диапазоне слышимых частот. Иногда для передачи несвязанного аудио- или данных используются дополнительные несущие частоты. Левый и правый аудиосигналы должны быть объединены в один сигнал, который подается на вход модуляции передатчика; это достигается путем добавления неслышимой несущей частоты к FM-сигналу. FM-стерео позволяет передавать левый и правый каналы. Благодаря наличию FM-стерео, более чистому диапазону ВЧ и более высокой точности воспроизведения, FM-вещание стало специализироваться на музыке, в то время как AM-вещание в основном используется для передачи речи.

The simplest tuner consists of an inductor and capacitor connected in parallel, where the capacitor or inductor is made to be variable. This creates a resonant circuit which responds to an alternating current at one frequency. Combined with a detector, also known as a demodulator (diode D1 in the circuit), it becomes the simplest radio receiver, often called a crystal set. Older models would realize manual tuning by means of mechanically operated ganged variable capacitors. Often several sections would be provided on a tuning capacitor, to tune several stages of the receiver in tandem, or to allow switching between different frequency bands. A later method used a potentiometer supplying a variable voltage to varactor diodes in the local oscillator and tank circuits of front end tuner, for electronic tuning. Modern radio tuners use a superheterodyne receiver with tuning selected by adjustment of the frequency of a local oscillator. This system shifts the radio frequency of interest to a fixed frequency so that it can be tuned with fixed frequency band pass filter. Still later, phase locked loop methods were used, with microprocessor control. In a self contained radio receiver for audio, the signal from the detector after the tuner is run through a volume control and to an amplifier stage. The amplifier feeds either an internal speaker or headphones. In a tuner component of an audio system (for example, a home high fidelity system or a public address system in a building), the output of the detector is connected to a separate external system of amplifiers and speakers. The broadcast audio FM band (88 108 MHz in most countries) is around 100 times higher in frequency than the AM band and provides enough space for a bandwidth of 50 kHz. This bandwidth is sufficient to transmit both stereo channels with almost the full hearing range. Sometimes, additional subcarriers are used for unrelated audio or data transmissions. The left and right audio signals must be combined into a single signal which is applied to the modulation input of the transmitter; this is done by the addition of an inaudible subcarrier signal to the FM broadcast signal. FM stereo allows left and right channels to be transmitted. The availability of FM stereo, a quieter VHF broadcast band, and better fidelity led to the specialization of FM broadcasting in music, tending to leave AM broadcasting with spoken word material.

Тюнеры AM/FM

Автономные стерео FM-тюнеры востребованы у аудиофилов и для ТВ/FM DX-приложений, особенно модели, выпущенные в 1970-х и начале 1980-х годов, когда уровень исполнения и производственные стандарты были одними из самых высоких. Во многих случаях тюнер подвергается модификации для повышения производительности. Специалисты по электронике и любители покупают, коллекционируют и восстанавливают винтажные FM или AM/FM аудио тюнеры на вторичном рынке. Восстановление обычно начинается с замены электролитических конденсаторов, которые со временем могут стареть. Тюнер оснащается деталями с улучшенными характеристиками и более качественным звучанием. Цены выросли в связи с растущим спросом на старые аудио тюнеры. Наибольшую ценность представляют тюнеры с лучшим звучанием, самые редкие (коллекционные), обладающие наилучшими возможностями DX (приема на дальние расстояния) и известным качеством сборки, с которым они покинули завод. Большинство ранних моделей тюнеров были разработаны и изготовлены для приема только AM-диапазона. С ростом популярности FM стали очевидны ограничения AM, и FM стал основным направлением для прослушивания, особенно стерео и музыкальных передач. McIntosh MR78 известен как один из первых FM-тюнеров, достаточно точный для настройки на слабую станцию, транслирующуюся на той же частоте, что и более мощный сигнал. В Европе, где для длинноволнового вещания используется второй AM-диапазон, тюнеры могут быть оснащены как стандартным средним, так и дополнительным длинноволновым диапазоном. Однако радиоприемники, работающие только в среднем диапазоне, также распространены, особенно в странах, где нет длинноволнового вещания. Редко встречаются радиоприемники, оснащенные только FM и длинными волнами, но без среднего диапазона. Некоторые тюнеры также могут быть оснащены одним или несколькими короткими волновыми диапазонами.

Телевидение

Телевизионный тюнер преобразует радиочастотную передачу аналогового или цифрового телевидения в аудио- и видеосигналы, которые могут быть дополнительно обработаны для получения звука и изображения. Различные тюнеры используются для различных телевизионных стандартов, таких как PAL, NTSC, SECAM, ATSC, DVB-C, DVB-T, DVB-T2, ISDB, DTMB, T-DMB, открытый кабель. Примером диапазона частот является 48,25 МГц – 855,25 МГц (E2–E69).

До использования твердотельных генераторов частоты, охватывающих широкий диапазон частот телевизионных сигналов с помощью одной настроенной цепи и достаточной точностью, было неэкономично. Частоты телевизионных каналов были несмежными, например, многие нетелевизионные службы располагались между каналами 6 и 7 VHF в Северной Америке. Вместо этого телевизионные тюнеры того времени включали несколько наборов настроенных контуров для основного пути сигнала и контура местного генератора. Эти "башенные" тюнеры механически переключали приемные цепи, вращая ручку для выбора нужного канала. Каналы представлялись в фиксированной последовательности, без возможности пропускать неиспользуемые каналы в конкретной области. Когда стало доступно телевещание в диапазоне UHF, часто использовались две отдельные ступени тюнера с отдельными ручками настройки для выбора каналов в диапазонах VHF и UHF. Для компенсации небольшого сдвига или несовпадения тюнера с фактической несущей частотой, тюнеры того времени включали ручку "точной настройки", позволяющую незначительно корректировать сигнал для достижения наилучшего приема. Сочетание высоких частот, множества электрических контактов и частой смены каналов делало тюнер наиболее подверженной поломкам частью телевизионного приемника, поскольку даже небольшие электрические или механические неисправности могли сделать телевизор неработоспособным. Аналоговые тюнеры могут настраиваться только на аналоговые сигналы. Тюнер ATSC – это цифровой тюнер, который настраивается только на цифровые сигналы. Некоторые цифровые тюнеры обеспечивают аналоговый обход. Тюнеры VHF/UHF редко встречаются в виде отдельных компонентов, но встраиваются в телевизоры. Приставки кабельного телевидения, конвертеры и другие приставки содержат тюнеры для цифровых телевизионных услуг и передают свой выход через SCART или другой разъем, либо с помощью RF-модулятора (обычно на канале 36 в Европе и каналах 3/4 в Северной Америке) на телевизионные приемники, не поддерживающие эти услуги. Они обеспечивают выход через композитный, S-Video или компонентный видеосигнал. Многие из них могут использоваться с видеомониторами, не имеющими телевизионного тюнера или прямого видеовхода. Они часто являются частью видеомагнитофона или цифрового видеорегистратора (DVR, PVR). Многие домашние компьютеры в 1970-х и 1980-х годах использовали RF-модулятор для подключения к телевизору. Персональные компьютеры могут быть оснащены платами расширения (обычно с интерфейсом PCI или USB), обеспечивающими ТВ-тюнер и цифровой сигнальный процессор (DSP). Это могут быть специализированные платы ТВ-тюнеров или платы, встроенные в видеокарту. Эти платы позволяют компьютеру отображать и записывать телевизионные программы. Многие ранние модели были автономными тюнерами, предназначенными только для вывода телевизионного изображения через VGA-разъем; это позволяло просматривать телевидение на дисплее компьютера, но не поддерживало запись телевизионных программ. Смартфоны и планшеты могут использовать приемник Micro USB DVB-T для просмотра DVB-T телевидения.

Before the use of solid state frequency synthesizers, covering the broad range of TV signal frequencies with a single tuned circuit and sufficient precision was uneconomic. Television channel frequencies were non contiguous, with many non broadcast services interleaved between VHF channels 6 and 7 in North America, for example. Instead, TV tuners of the era incorporated multiple sets of tuned circuits for the main signal path and local oscillator circuit. These "turret" tuners mechanically switched the receiving circuits by rotating a knob to select the desired channel. Channels were presented in fixed sequence, with no means to skip channels unused in a particular area. When UHF TV broadcasting was made available, often two complete separate tuner stages were used, with separate tuning knobs for selection of VHF band and UHF band channels. To allow for a small amount of drift or misalignment of the tuner with the actual transmitted frequency, tuners of that era included a "fine tuning" knob to allow minor adjustment for best reception. The combination of high frequencies, multiple electrical contacts, and frequent changing of channels in the tuner made it a high maintenance part of the television receiver, as relatively small electrical or mechanical problems with the tuner would make the set unusable. Analog tuners can tune only analog signals. An ATSC tuner is a digital tuner that tunes digital signals only. Some digital tuners provide an analog bypass. VHF/UHF TV tuners are rarely found as a separate component, but are incorporated into television sets. Cable boxes, converter boxes and other set top boxes contain tuners for digital TV services, and send their output via SCART or other connector, or using an RF modulator (typically on channel 36 in Europe and channel 3/4 in North America) to TV receivers that do not natively support the services. They provide outputs via composite, S video, or component video. Many can be used with video monitors that do not have a TV tuner or direct video input. They are often part of a VCR or digital video recorder (DVR, PVR). Many home computers in the 1970s and 1980s used an RF modulator to connect to a TV set. Personal computers may be fitted with expansion cards (typically with PCI or USB interface) providing a TV tuner and digital signal processor (DSP). They may be dedicated TV tuner cards, or incorporated into a video card. These cards allow a computer to display and capture television programs. Many earlier models were stand alone tuners, designed only to deliver TV pictures through a VGA connector; this allowed viewing television on a computer display, but did not support recording television programs. Smartphone and tablets can use a Micro USB DVB T receiver to watch DVB T TV.

Электронный тюнер

Электронный тюнер – это устройство, которое осуществляет настройку на часть радиочастотного спектра посредством приложения напряжения или соответствующих цифровых кодов. Этот тип тюнера пришел на смену механическим тюнерам, которые настраивались вручную путем регулировки ёмкости или индуктивности в настроечных контурах. В более практичном и повседневном понимании, радио- или телевизионный приемник, настраиваемый ручным вращением ручки или диска, содержит механический тюнер, в который входит ось этой ручки или диска. Ранние модели телевизоров и радио настраивались с помощью ряда кнопок; некоторые из первых типов были полностью механическими и регулировали ёмкость или индуктивность настроечного контура на заранее заданное количество положений, соответствующих частотам популярных местных станций. Более поздние электронные типы использовали варакторный диод в качестве управляемой напряжением ёмкости в настроечном контуре, для приема ряда предварительно установленных напряжений с ряда кнопок, мгновенно настраивающих устройство на местные станции. Механический ряд кнопок был популярен в автомобильных радиоприемниках в 1960-х и 1970-х годах. Электронный ряд кнопок, управляющий новым электронным варакторным тюнером, был популярен в телевизорах в 1970-х и 1980-х годах. Современные электронные тюнеры также используют варакторные диоды в качестве непосредственно настраивающих элементов, но напряжения, изменяющие их ёмкость, получают от цифро-аналогового преобразователя (ЦАП), управляемого микропроцессором или схемой фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ). Эта современная конструкция обеспечивает очень точную настройку и фиксацию слабых сигналов, а также цифровое отображение настроенной частоты.