Príklady

    Základným dorozumievacím prostriedkom ľudí je reč, ktorá sa prenáša zvukovým vlnením. Zo zdroja zvuku vychádza zvukové vlnenie, šíri sa vzduchom a dostáva sa k uchu príjemcu zvuku. Ak zvukové vlnenie prináša príjemcovi nejakú správu alebo informáciu, hovoríme o akustickom signále.
    V modernej spoločnosti, ktorá má vysoké nároky na organizáciu a riadenie, však nevystačíme iba s prenosom akustických signálov priamou cestou od zdroja k uchu adresáta. Na prenos správ používame veľa technických prostriedkov, napr. telefón, rozhlas, televíziu. Správa nemusí mať vždy formu akustického signálu, ale môže to byť hoci hodnota fyzikálnej veličiny zistená meracím prístrojom a prenášaná na diaľku do pamäti počítača.
    Prenos signálov v technickej praxi sa uskutočňuje rozlične, často pomocou zložitých technických zariadení. Preto sa ďalej oboznámime iba so základnými princípmi prenosu signálov v oznamovacej technike - technickým odborom, ktorý sa zaoberá vysielaním, prenosom a prijímaním správ zväčša vo forme akustických signálov.

Správa v oznamovacej technike sa nazýva každá skutočnosť, ktorú treba oznámiť z jedného miesta na iné bez ohľadu na vzdialenosť, formu správy alebo použitý oznamovací prostriedok. Na prenos správ sa používa oznamovacia sústava.

Všeobecná schéma oznamovacej sústavy

    Prvú časť oznamovacej sústavy tvorí zdroj správ Z, z ktorého príslušná informácia vychádza napr. vo forme akustického signálu. Keďže prenos signálov v oznamovacích sústavách sa najčastejšie uskutočňuje elektromagnetickým poľom, zvyčajne treba premeniť energiu akustického signálu na elektromagnetickú energiu.
    Na premenu energie sa používajú elektroakustické meniče, napr. mikrofón M, v ktorom sa mechanické kmitanie mení na elektrické.
    V ďalšej časti oznamovacej sústavy K (kóder) sa signál upraví do tvaru vhodného na prenos. Akustický signál niekedy postupuje do ďalšej časti oznamovacej sústavy v pôvodnom tvare (napr. pri telefónnom spojení), inokedy sa upraví do kódu, čiže dohovoreného pravidla, podľa ktorého sa pôvodný signál mení na iný, vhodnejší na prenos. Príkladom kódu je Morseova abeceda, ktorá premieňa hlásky na sústavu čiarok a bodiek. V súčasnosti sa signály na prenos upravujú pomocou modulácie. Princíp modulácie vysvetlíme ďalej.
    Vlastný prenos signálu môže prebiehať po oznamovacom vedení SV, ktoré má tvar kábla alebo vodičov telefónnej siete. Prenos signálov sa však často uskutočňuje pomocou elektromagnetického vlnenia, ktoré sa šíri volným priestorom. Na tento účel je potrebný vysielač V a prijímač P. Takúto oznamovaciu sústavu nazývame rádiokomunikačná sústava.
    V prijímacom zariadení (časť D - dekóder) sa signál dekóduje, t. j. premení sa na pôvodnú správu. V oznamovacej sústave na prenos akustických signálov je výstupným členom sústavy opäť elektroakustický menič - reproduktor R alebo slúchadlá. V ňom sa elektromagnetická energia signálu premieňa späť na energiu zvukového vlnenia.
    V oznamovacej sústave pôsobia na prenášaný signál rozličné vplyvy, ktoré ho porušujú. Prijímaný signál sa od vysielaného signálu odlišuje. Niektoré vplyvy možno určiť vopred. Napríklad pri prenose signálu elektromagnetickým vlnením je energia prijatého signálu vždy menšia ako energia vyslaného signálu. No takmer vždy sa vyskytnú súčasné náhodné zmeny (šum). Šum obmedzuje prenos správ na veľké vzdialenosti. Môžu ho spôsobiť atmosferické poruchy, kozmické vplyvy, nepravidelný pohyb elektrónov vo vodičoch, indukcia nepravidelne premenlivých napätí a pod.

Najdôležitejšie elektroakustické meniče používané v oznamovacích zariadeniach sú mikrofóny a reproduktory. Funkcia týchto meničov sa zakladá na rozličných fyzikálnych princípoch, podľa ktorých ich tiež nazývame. Poznáme mikrofóny elektrodynamické (cievkové alebo páskové), elektrostatické (kondenzátorové), odporové (uhlíkové), piezoelektrické a iné. V praxi sa najčastejšie používajú elektrodynamické a kondenzátorové mikrofóny. V telefónnych prístrojoch sa používajú odporové mikrofóny.

Elektrodynamický mikrofón

Elektrodynamický mikrofón je založený na jave elektromagnetickej indukcie. V magnetickom poli trvalého magnetu sa pohybuje vodič (cievka alebo priečne zvlnený hliníkový pásik) spojený s pružnou membránou, na ktorú dopadá zvukové vlnenie. Kmitanie membrány sa prenáša na vodič, v ktorom sa indukuje striedavé napätie s rovnakým časovým priebehom, ako má akustický signál. Mikrofón je spojený so zosilňovačom, v ktorom sa zväčší amplitúda signálu a signál sa s dostatočným výkonom prenáša do ďalších častí oznamovacej sústavy.

Kondenzátorový mikrofón

Kondenzátorový mikrofón je vlastne kondenzátor, ktorého kapacita sa mení v rytme akustického signálu. Zvukové vlnenie dopadá na tenkú membránu l, ktorá má vonkajšiu stenu pozlátenú. Membrána je napnutá na kovovom rámčeku a izolačnou podložkou je udržovaná v nepatrnej vzdialenosti od povrchu pevnej elektródy 2. Elektróda má jemné otvory, ktorými sa vyrovnáva tlak vzduchu pri pohybe membrány. Mikrofón je cez rezistor s veľkým odporom R pripojený k zdroju napätia (100 V až 200 V).
Keď membrána kmitá, mení sa kapacita mikrofónu. Keďže odpor R je veľký, nestačí sa meniť náboj mikrofónu a mení sa jeho napätie. Toto napätie zodpovedá akustickému signálu a prenáša sa väzbovým kondenzátorom CV do zosilňovača.

Elektrodynamický reproduktor

Elektrodynamický reproduktor tvorí zvyčajne výstupný prvok oznamovacej sústavy. Jeho princíp je podobný ako princíp cievkového mikrofónu, ale má opačnú funkciu. Zosilnenie napätia akustického signálu sa privádza k vinutiu kmitavej cievky tvorenej niekoľkými závitmi medeného drôtu. Cievka je pevne spojená s papierovou membránou a je vložená do magnetického poľa trvalého magnetu. Magnet má tvar dutého valčeka v strede s tŕňom. V úzkej štrbine (1-2 mm) medzi pólovými nástavcami a tŕňom vzniká silné radiálne magnetické pole a na cievku pôsobí premenlivá sila. Cievka sa rozkmitá v smere osi a jej kmitanie sa prenáša na membránu, ktorá budí v okolí zvukové vlnenie.

Bezdrôtový prenos signálov sa uskutočňuje pomocou rádiokomunikačnej oznamovacej sústavy, ktorá môže byť rôzne usporiadaná podľa toho kde sa používa. Základnou častou rádiokomunikačnej oznamovacej sústavy je vždy vysielač.

Všeobecná funkčná schéma

Oscilátor O je zdrojom elektromagnetických kmitov s vysokou frekvenciou f_V. (rádovo 10-1 MHz až 103 MHz), ktorá je nosnou frekvenciou vysielača. Napríklad nosná frekvencia vysielača rozhlasovej stanice v pásme dlhých vĺn je 272 kHz, v pásme stredných vĺn je 1233 kHz a v pásme veľmi krátkych vĺn je 66,83 MHz. Nosné frekvencie vysielačov sú medzinárodnou dohodou rozdelené do rádiokomunikačných pásiem

Prehľad rádiokomunikačných pásiem.

Rádiokomunikačné pásmo	Frekvenčný rozsah v MHz
dlhé vlny	0,155 až 0,281
stredné vlny	0,531 až 1,602
krátke vlny	3 až 25
I. televízne pásmo	48 až 66
VKV	87,5 až 108
III. televízne pásmo	174 až 230
IV. a V. televízne pásmo	470 až 790

    Ďalšou časťou vysielača je modulátor M. V modulátore sa uskutočňuje modulácia vysokofrekvenčného kmitania z oscilátora vysielača akustickým signálom s nízkou frekvenciou f_n. V rozhlasových vysielačoch sa používajú dva druhy modulácie:

        1. amplitúdová modulácia (na dlhých, stredných a krátkych vlnách),
        2. frekvenčná modulácia (na veľmi krátkych vlnách).

    Pri amplitúdovej modulácii sa nízkofrekvenčným signálom u_n mení amplitúda vysokofrekvenčných kmitov u_v a vzniká výsledný modulovaný signál u_m. Pri frekvenčnej modulácii je amplitúda nosných kmitov konštantná a mení sa ich frekvencia (posledný priebeh). Frekvenčne modulovaný signál je zložitý a na jeho prenos treba oveľa širšie frekvenčné pásmo. Preto sa tento druh modulácie používa pri vysielačoch v pásme VKV.

Úlohou koncového stupňa vysielača K je zosilniť modulovaný vysokofrekvenčný signál, aby mal potrebný výkon, ktorý vysielacia anténa A vyžaruje do priestoru. Antény rozhlasových vysielačov bývajú zväčša polvlnové dipóly, ktoré sú pri vysokovýkonných vysielačoch konštruované ako oceľový stožiar. Vzhľadom na to, že napätie na koncoch dipólu má kmitňu (miesto, kde má stojaté vlnenie najväčšiu amplitúdu), musí byť päta stožiara oddelená od zeme mohutným porcelánovým izolátorom. Zvislý dipól vyžaruje energiu rovnomerne všetkými smermi pozdĺž povrchu Zeme.
Vysielacie antény rozhlasu na veľmi krátkych vlnách a televízie sa umiesťujú na vrcholy vysielacích veží. Anténové dipóly bývajú zvyčajne orientované tak, že ležia vo vodorovnej rovine. Pri vysielačoch s väčšími výkonmi signál vyžaruje anténová sústava, ktorá sa skladá z väčšieho počtu dipólov. Dipóly sú rozmiestené a navzájom spojené tak. aby interferenciou polí jednotlivých dipólov vzniklo výsledné pole s väčšou intenzitou.

Prijímače, podobne ako vysielače, majú v rádiokomunikačných oznamovacích sústavách rozličnú funkciu, spôsob použitia i konštrukciu. Každý prijímač má však isté funkčné časti, ktorých princíp vysvetlíme na príklade rozhlasového prijímača.

Všeobecná schéma rozhlasového prijímača

    Vstupná časť prijímača je elektromagnetický dipól - anténa A. Elektromagnetické vlnenie vyslané z vysielača vynucuje v anténe kmitanie s veľmi malou amplitúdou napätia. Anténa je väzbou spojená s laditeľným oscilačným obvodom LO, ktorý sa naladí na nosnú frekvenciu vysielača.
    Nastáva rezonančné zosilnenie prijatého signálu, ktorý je ešte zosilnený vysokofrekvenčným zosilňovačom VF.
    Zosilnený vysokofrekvenčný modulovaný signál (vf) postupuje do demodulátora (detektora) D. Tu sa akustický signál (nf), ktorý nesie príslušnú informáciu, oddelí od nosnej vysokofrekvenčnej zložky. Na demoduláciu sa v prijímačoch používa v najjednoduchšom prípade polovodičová dióda, ktorá vysokofrekvenčný signál jednocestne usmerní.

    Demodulácia vysokofrekvenčného signálu

    Na pracovnom rezistore R demodulátora dostaneme jednocestne usmernený vysokofrekvenčný signál, ktorý je vyhladeným filtračným kondenzátorom Cf. Kapacita kondenzátora je zvolená tak, aby vysokofrekvenčnú zložku signálu skratoval, ale netlmil nízkofrekvenčnú zložku. Pracovným rezistorom potom prechádza iba prúd s priebehom zodpovedajúcim akustickému signálu.
    V koncovom nízkofrekvenčnom zosilňovači nf sa akustický signál zosilní a privedie do reproduktora R.
    Charakteristickou vlastnosťou moderných rozhlasových prijímačov je ich citlivosť' a selektivita. To znamená, že umožňujú príjem vzdialených vysielačov, ktoré majú v mieste príjmu slabý signál a môžu výberovo (selektívne) zachytiť isté frekvencie, kým signály aj málo odlišných frekvencií sú potlačené.
    Takéto prijímače pracujú zvyčajne na princípe superheterodynu, ktorý sa zakladá na tom, že signál akejkoľvek frekvencie sa vždy premení na určitú frekvenciu (napr. 455 kHz). Dosiahne sa to tak, že prijatý signál sa zmieša s kmitmi osobitného oscilátora s meniteľnou frekvenciou. Platí, že rozdiel frekvencie fo oscilátora a frekvencie fs signálu je konštantný a rovná sa tzv. medzifrekvencii fm (fm = fo - fs = konšt.). V ďalších častiach prijímača sa potom spracúva iba tento medzifrekvenčný signál, čo umožňuje zvýšiť selektivitu prijímača.

    Funkčná schéma superheterodynu

(S - zmiešavací stupeň , O - oscilátor , MF - medzifrekvenčný zosilňovač, D - demodulátor, NFZ - nízkofrekvenčný zosilňovač ; R - reproduktor).

    Pod pojmom televízia rozumieme sústavu technických prostriedkov, ktoré umožňujú prenos obrazu vo forme elektrického signálu - videosignálu elektromagnetickým vlnením na potrebnú vzdialenosť a v mieste príjmu premenu videosignálu spať na pôvodný obraz.
    Zdrojom videosignálu je snímacia elektrónka televíznej kamery. Existujú snímacie elektrónky s rozličnou konštrukciou. Princíp týchto elektrónok vysvetlíme na príklade ikonoskopu, ktorý sa používal v začiatkoch televízie. Dnešné snímacie elektrónky majú obdobnú funkciu, ale sú zložitejšie.

    Schéma ikonoskopu

    Objektívom O kamery sa na citlivej vrstve snímacej elektrónky utvorí obraz snímaného objektu. Citlivú vrstvu tvorí mozaika M z polovodiča, ktorá sa v závislosti od osvetlenia elektricky nabíja. V miestach viac osvetlených je náboj buniek mozaiky väčší.
    Ďalšou častou snímacej elektrónky je zdroj elektrónov Z, ktoré dopadajú v tvare lúča na citlivú vrstvu. Elektrónový lúč sa vychyľuje magnetickým poľom cievok tak, že jeho stopa sa pohybuje po citlivej vrstve v riadkoch.

    Citlivá vrstva

    Elektróny lúča postupne dopadajú na všetky bunky mozaiky a zbavujú ich elektrického náboja. V dôsledku toho prechádza rezistorom R prúd, ktorého veľkosť je úmerná náboju buniek, čiže ich osvetleniu. Na rezistore takto vzniká napätie, ktoré je "elektrickým obrazom" snímaného objektu, čiže videosignál.
    Televízne vysielanie zabezpečuje sieť televíznych vysielačov, ktoré pracujú vo vymedzených pásmach veľmi krátkych vĺn. Antény vysielačov vyžarujú televízny signál, ktorý má dve zložky: obrazovú (videosignál) a zvukovú (akustický signál). Nosné frekvencie obidvoch zložiek sa odlišujú. Napríklad vysielač pracuje na l. kanáli I. televízneho pásma a videosignál vysiela s frekvenciou napr. 49,75 MHz, kým akustický signál má frekvenciu 56,25 MHz. Rozdiel je aj v tom, že na prenos videosignálu sa používa amplitúdová modulácia a na prenos akustického signálu frekvenčná modulácia.
    Na príjem televízneho signálu sa používa televízny prijímač, ktorý podobne ako rozhlasový prijímač pracuje na princípe superheterodynu. Televízny signál zachytený anténou sa v televíznom prijímači rozdelí na akustickú a obrazovú zložku. Akustická zložka sa premení na zvuk v podstate rovnakým spôsobom ako v rozhlasovom prijímači. Obrazová zložka televízneho signálu sa spracuje v obrazovej časti televízora.

CRT obrazovka (klasická obrazovka)

CRT obrazovka využíva digitálno-analógový prevod, pretože prostredníctvom digitálneho signálu sa ovláda elektrónový lúč tak, aby vytvoril požadovaný obraz.

CRT obrazovka

    Z obrazového zosilňovača sa získava aj pomocný signál na synchronizáciu obrazu (horizontálna synchronizácia - ako rýchlo sa vykreslí jeden riadok a vertikálna synchronizácia - ako rýchlo sa vykreslí celý obraz), ktorý sa privádza do oddeľovača synchronizačných impulzov OSI. Odtiaľ vychádzajú impulzy, ktoré riadia činnosť generátorov pílového napätia pre riadkový (vodorovný) a snímkový (zvislý) rozklad.
    Obrazovka pracuje na princípe vychyľovania elektrónového zväzku premenným magnetickým poľom. Prúd elektrónov (elektrónový zväzok) emitovaných žeravou katódou a urýchlených elektrickým poľom prechádza megnetickými poliami dvoch cievok nasunutých na krčku obrazovky. Magnetické pole cievky C1 vychyľuje prúd elektrónov v zvislom smere, magnetické pole cievky C2 vo vodorovnom smere. Prúdy v cievkach majú taký pílovitý priebeh a rozličnú frekvenciu, aby žiariaca stopa zväzku utvorila na tienidle obrazovky obdĺžnikovú sústavu vodorovných riadkov.
    Základy televízie sme vysvetlili na príklade televízneho prenosu čierno-bieleho obrazu. Prenos farebného obrazu je oveľa zložitejší. Vyplýva to z toho, že nestačí prenášať len informácie o jase obrazu, ale treba ich doplniť informáciou o farbe, t. j. o jej farebnom tóne a sýtosti. Vychádza sa z poznatku, že miešaním troch farieb - červenej, zelenej a modrej v rozličnom pomere možno utvoriť celú stupnicu farebných odtieňov, vrátane sivej a bielej. Aby sme dostali farebný obraz, používajú sa tri elektrónové delá ( pre každú farbu jedno).
    V kamere pre farebnú televíziu sa získavajú tri základné farebné signály, z ktorých sa v prenosovej sústave utvárajú dva signály - jasový a farbonosný. Jasový signál zodpovedá v podstate signálu čierno-bielej televízie, čo umožňuje príjem vysielania farebnej televízie aj prijímačom na čierno-bielu televíziu.
    Skladba farbonosného signálu je zložitejšia a jeho prenos sa uskutočňuje rozličnými prenosovými systémami. Odlišnosť systémov je v spôsobe utvárania a prenosu farbonosného signálu.
    V televíznom prijímači sa farebný obraz utvára na tienidle obrazovky s veľmi jemnou štruktúrou. V nej sú pravidelne rozmiestené plôšky, ktoré pri dopade elektrónu žiaria červeno, zeleno alebo modro. Vznikajú tak tri základné farebné obrazy, ktoré sa navzájom prelínajú. Keďže jemná štruktúra tienidla nie je z bežnej vzdialenosti okom rozlíšiteľná, vnímame výsledný farebný obraz, ktorý môže mať všetky odtiene farieb.
    CRT obrazovka je vákuová obrazovka. To neznamená, že v nej nič nie je. Býva v nej vzduch s nižším tlakom ako je atmosferický tlak. Obrazovka tiež môže byť naplnená inými plynmi s nižším tlakom.
    Dôležitým parametrom obrazovky ja uhlopriečka. Tá sa udáva v palcoch. Udané hodnoty však bývajú zavádzajúce, pretože v záhyboch obrazovky sa "stráca" 1 až dva palce. Ak sa výrobca pokúsil vytvoriť plochú CRT obrazovku, obraz na nej zobrazený bude ešte menší. V skutočnosti sa ploché CRT obrazovky nevyrábajú, pretože vzhľadom na elektrónový lúč, ktorý sa musí dostať na každé miesto obrazovky by to bolo nemožné. Ak sa na trhu objaví plochá CRT obrazovka, jej zakrivenie je kompenzované pridaním plochej priehľadnej vrstvy zo strany diváka (vzbudzuje dojem plochej obrazovky).

Výhody:

    CRT obrazovky je jej cena, dobrý poskytovaný obraz, rýchlosť a veľký pozorovací uhol (takmer 180°). Jeho dôležitosť je zjavná pri počítačových LCD monitoroch, ktorých pozorovací uhol je o mnoho menší. Je to jeden z dôvodov, prečo sa LCD obrazovky nepoužívajú v televízoroch.

Nevýhody:

    CRT obrazoviek je ich rozmer. Zaberajú veľa miest.

Plazmová obrazovka

    Čoraz rozšírenejšie sú v dnešnej dobe televízory s plazmovou obrazovkou. Pri týchto obrazovkách sa neprevádza číslicový signál na analógový. Pracuje sa priamo s číslicovým signálom (platí to aj pre LCD).
    Plazmová obrazovka je tvorená z veľkého množstva miniatúrnych komôrok (trojice komôrok v troch farbách - modrá, zelená, červená). Tieto komôrky sú naplnené plynom (zmes xenónu) a zvnútra sú pokryté luminoforom. Zvrchu (zo strany diváka) sú presklenné. Do každej bunky sú zavedené elektród. Ak je cez ne do bunky privedené napätie, nastane výboj. Vznikne UV žiarenie, ktoré sa na luminofore vyžiari v príslušnej farbe.

Bunka plazmovej obrazovky

Výhody:

Ostro zobrazované body a čisté farby. V obrazovke nepotrebuje svetlo, preto ej rozmery sú značne menšie ako CRT Obrazovka je plochá. Pozorovací uhol je cca 180°.

Nevýhody:

Problematická výroba a vysoká cena.