Zvažme aktivní součásti (zesilovače) kabelových přenosových systémů, určeme jejich účel a hlavní funkce. Budou zváženy typy síťových zesilovačů CATV, požadavky na ně, konstrukční vlastnosti zesilovačů a základní technické vlastnosti, které musí výrobce uvést ve specifikacích zesilovače. Inženýrský přístup k výběru zesilovačů by měl vycházet z podmínky zajištění kvality služby stanovené normou v systému podle kritéria minimalizace nákladů. Toto kritérium, interpretované v souladu s požadavky normy, umožňuje projektantovi vyhnout se chybám při výběru zařízení a návrhu kabelové sítě.
Jakýkoli zesilovač, jak název napovídá, je navržen tak, aby přiváděl slabé signály (s nízkou amplitudou) na svůj vstup a přijímal stejné signály na svém výstupu, ale s vyšší amplitudou. V koaxiálních kabelových systémech zesilovač slouží ke kompenzaci přenosových ztrát v lineární cestě a na přenosových frekvencích typicky používaných v CATV systémech jsou přenosové ztráty takové, že je často na trase systému vyžadováno zesílení signálu. Skutečné CATV systémy jakékoli významné velikosti obslužné oblasti nutně zahrnují posloupnost propojených bloků nebo spojů, nazývaných kaskády. Spojení je sériové, tj. výstup libovolného spoje je připojen ke vstupu dalšího spoje přes část koaxiálního kabelu určité délky.
Stručně zformulujme vlastnosti použití zesilovačů, které již byly diskutovány v předchozích kapitolách. Aktivní je jakýkoli zesilovač, tzn. zařízení, která spotřebovávají elektřinu, protože pro obnovení úrovně signálu je nutné přivést na zesilovač nějaké napájecí napětí. Klíčovou vlastností každého zesilovače je, že kromě své užitečné funkce (zesílení signálu) zhoršuje kvalitu signálu, který jím prochází. Zhoršení spočívá v nelineárním zkreslení signálu a zvýšení šumu v jeho přenosovém pásmu. V kaskádě zesilovačů se hromadí degradace přenosu, která se sčítá na logaritmické stupnici. Kaskáda je zpravidla vytvořena ze zesilovačů stejného typu. Na základě stupně zhoršení kvality povoleného normou a kvalitativních ukazatelů zkreslení a šumu uvedených ve specifikaci tohoto zesilovače vypočítá vývojář úrovně přenosu signálu ve všech bodech kabelové sítě a určí jeho možnou délku. Jinými slovy, použití zesilovačů pro rozšíření kabelové sítě je omezeno standardními hodnotami ukazatelů kvality přenosu. Ukazatele kvality udávané výrobcem ve specifikaci jsou určeny typem a modelem (provedením) zvoleného zesilovače.
Existuje několik typů zesilovačů navržených pro zapnutí na různých místech kabelového systému CATV a majících různé funkce a technické vlastnosti. Základní technické požadavky na zesilovací zařízení pro kabelové sítě jsou uvedeny v normě EN 50083-3. Systémové zesilovače CATV lze klasifikovat různými způsoby. Jedna z klasifikací rozděluje všechna zesilovací zařízení do dvou velkých tříd. Zesilovače první třídy jsou určeny k vytváření dlouhých kaskád (síťových), zesilovače druhé třídy jsou určeny k zapínání v hlavních větvích omezené délky (domácí sítě). Tato klasifikace není požadavkem, ale spíše standardním doporučením pro výrobce zesilovacích zařízení a projektanty kabelových sítí. Na jeho základě má developer možnost vybrat vhodné zařízení, které zajistí signál požadované kvality do celého obsluhovaného prostoru při minimálních nákladech na zařízení, optimalizuje poměr ceny a kvality. Podle jiné klasifikace se zesilovače dělí na úzkopásmové (kanálové) a širokopásmové (pásmové). Kanálové zesilovače jsou součástí komplexu zařízení koncové stanice a zesilovače kanálových a pásmových antén (stožárů) jsou instalovány na přijímacích koncích rádiových reléových spojů systému. Zesilovače hlavních kaskád a hlavních větví musí být pouze širokopásmové.
Na základě nejběžnějších rozdílů ve funkčnosti lze všechny zesilovače rozdělit do tří skupin:
- kufrové zesilovače (kufr);
- distribuční zesilovače (napáječe);
- anténní zesilovače (stožár).
Anténní zesilovače jsou instalovány na výstupu přijímacího anténního komplexu před vstupem koncové stanice pro zesílení slabého pozemního signálu (NTV nebo STV) přiváděného na vstup koncové stanice, za předpokladu dosažení nejvyššího možného poměru C/N. Aby toho bylo dosaženo, musí mít anténní zesilovač velmi nízké šumové číslo a rozšířený snížený dynamický rozsah.
Při vytváření distribuční kabelové sítě se používají první dva typy zesilovačů. Kufrové zesilovače se také nazývají trunkové zesilovače, z anglického „trunk“ (kmen). Kmenové zesilovače se zase dělí na lineární a můstkové. Lineární kmenové zesilovače jsou určeny výhradně pro kaskádování. S jejich pomocí je udržována požadovaná úroveň signálu v hlavních směrech a distribuuje signál z rozbočovačů na poměrně dlouhé vzdálenosti. Přemostěné hlavní zesilovače mohou být zařazeny do hlavní kaskády, ale navíc mají další výstup pro připojení hlavní větve, to znamená, že plní funkci prvního zesilovače v podavači. Distribuční zesilovače se také nazývají napájecí zesilovače nebo zesilovače pro rozšíření linky. Jsou navrženy tak, aby dodávaly signál požadované úrovně do všech účastnických bodů v domácí distribuční síti a mohou obsluhovat bytový dům nebo několik blízkých malých objektů. Zpravidla je jeden napájecí zesilovač instalován na celý bytový dům, proto se napájecím zesilovačům také říká domácí zesilovače. Napájecí zesilovače mohou plnit kromě zesílení i funkci distribuce signálu do více směrů (například podél stoupaček bytového domu), proto je jednou z charakteristik napájecího zesilovače počet aktivních výstupů.
Domácí a hlavní zesilovače se liší výkonnostními charakteristikami a cenou. Kvalita signálu v kufru musí být velmi vysoká a jeho délka může být poměrně velká, takže zesilovače kufru se vyznačují velmi vysokými indikátory kvality. Domácí zesilovače mají jednodušší konstrukci, nižší kvalitu přenosu a tím i nižší cenu. V některých univerzálních zařízeních jsou funkce hlavního a domácího zesilovače kombinovány a jejich aktivace je možná jak na hlavním úseku, tak na úseku domovní rozvodné sítě. Náklady na takové zesilovače jsou obvykle vyšší. Oba typy zesilovačů obsahují v podstatě stejné stavební bloky, ale existují rozdíly v jejich struktuře. Dále zvážíme zobecněná bloková schémata zesilovacích zařízení, zvýrazníme bloky potřebné pro jakýkoli zesilovač a určíme charakteristické rysy každého typu zesilovače.
V závislosti na použitých zesilovacích prvcích se zesilovače zvuku dělí na:
- Trubka.
- Tranzistor.
- Integrální.
- Hybridní.
Trubka.
Na elektronky, elektronky. Tvořily základ celé flotily ULF až do 70. let. V 60. letech se vyráběly elektronkové zesilovače velmi vysokého výkonu (až desítky kilowattů). Od konce XNUMX. století vzrůstá zájem o elektronkovou audio techniku mezi audiofily, z nichž mnozí věří, že pouze elektronkový zesilovač je schopen přenášet nejčistší a nejvěrnější zvuk. V současné době se v zahraničí vyrábějí elektronkové UMZCH pro audiofily v malém množství, takový zesilovač může být extrémně drahý. UMZCH na bázi lampy mají značné rozměry a hmotnost a nízkou účinnost. a vysoký odvod tepla.
Tranzistor.
Na bipolárních nebo polních tranzistorech. Tato konstrukce koncového zesilovacího stupně je poměrně oblíbená pro svou jednoduchost a schopnost dosahovat vysokého výstupního výkonu, i když v poslední době je aktivně nahrazována integrovanými i ve výkonných zesilovačích.
Integrální.
Na integrovaných obvodech (IC). Existují mikroobvody obsahující na jednom čipu jak předzesilovače, tak koncové výkonové zesilovače, postavené podle různých obvodů a pracující v různých třídách. Výhodou je minimální počet prvků a tím i malé rozměry.
Hybridní.
Některé z kaskád jsou sestaveny na polovodičových prvcích a některé na elektronkách. Někdy se hybridní zesilovače nazývají také zesilovače, které jsou částečně sestaveny na integrovaných obvodech a částečně na tranzistorech nebo elektronkách.
Na základě počtu nezávislých kanálů zesílení zvuku můžeme rozlišit:
- Mono zesilovače (jednokanálové).
- Stereo zesilovače (dvoukanálové).
- Zesilovače pro systémy prostorového zvuku (multikanálové).
Naprostá většina zesilovačů má 2 kanály, to znamená, že jsou určeny pro použití v systémech reprodukce stereo zvuku. Mnohé z nich však mají režim mostu pro připojení k zátěži a lze je použít jako jednokanálové. V tomto případě se výstupní výkon zvýší přibližně 2krát.
Mono zesilovače se používají ve špičkových stereofonních systémech nebo například ve vícekanálových systémech pro reprodukci jednotlivých signálů.
Technologie vícekanálového zvuku umožňuje realizovat vlastní domácí kino a umožňuje postavit vysoce kvalitní systém prostorového zvuku dle vlastního uvážení. To vám umožní zažít nejjemnější detaily zvukového obrazu různých koncertních sálů při poslechu audio nahrávek pořízených ve vícekanálovém formátu. Hlavním problémem při navrhování takových systémů je obtížnost zajistit stejně přesnou lokalizaci zdrojů zvuku vnímaných posluchačem během přehrávání ve vztahu ke skutečnému umístění těchto zdrojů zvuku během záznamu. Tento efekt je tím výraznější, čím více se posluchač vzdaluje od středu poslechové oblasti.
Vícekanálové systémy slouží nejen k implementaci zvukových efektů a rozšíření stereo základny. Mnoho divadel a koncertních komplexů bylo postaveno bez zohlednění moderních požadavků na architektonickou akustiku a má složitou vícevrstvou strukturu o objemu více než 10 metrů krychlových na osobu. Realizace stereo systému v takových místnostech nevyhnutelně povede k tomu, že vlny odražené od stupňovitých stropů, stropů a stěn budou působit lokálně a objeví se oblasti s nerovnoměrným rozložením zvukového pole. Další nepříjemnost spočívá v tom, že na různých frekvencích se tato nerovnost projevuje odlišně.
Takový problém může vyřešit pouze vícekanálový systém. Pomocí výhybek obsažených v profesionální systémové výbavě je signál rozdělen do několika frekvenčních rozsahů, které jsou samostatně zesilovány a reprodukovány. Rovnoměrného zvukového pole v celém rozsahu reprodukovaných frekvencí je možné dosáhnout pouze použitím různých správně zvolených a umístěných úzkopásmových reproduktorových soustav. Směrové působení akustických systémů vede k výraznému snížení dozvuku, zvýšení akustického tlaku a minimalizaci fázových zkreslení v ozvučené oblasti místnosti. Je třeba poznamenat, že chyba o 1 stupeň v orientaci reproduktorů line array (kvůli špatnému návrhu a/nebo instalaci) může negovat výhody vícekanálového systému. Každý prvek instalovaných clusterů je zpravidla napájen vlastním digitálním zesilovačem třídy D nebo T, který je nakonfigurován tak, aby získal optimální charakteristiky zvukového pole s ohledem na typ použitých reproduktorů a výškových reproduktorů, hlasitost a materiál pouzdra. Digitální zesilovač může obsahovat zvukový procesor schopný zavést do signálu frekvenční a časový předdůraz.
Vícekanálové systémy lze také použít, když je potřeba rozdělit místnosti do několika nezávislých zón, ve kterých se přehrávají různé hudební programy. Tato technika se používá například v zábavních komplexech skládajících se z mnoha sálů. Výhodou takového systému je možnost centralizovaného ovládání.
