Дипломные работы, курсовые работы скачать бесплатно!

Кодер-декодер речевого сигнала. Амплитудно-фазовое преобразование

Кодер-декодер речевого сигнала. Амплитудно-фазовое преобразование

Однако реальным является устройство, фазо - инвариантное к изменениям амплитуды сигнала в ограниченном интервале этих изменений и в конкретных условиях эксплуатации. В ряде случаев явление АФК является полезным и позволяет обеспечить требуемые показатели радиоэлектронной аппаратуры. В таких устройствах эффекты АФК принудительно необходимы, например, в модуляторах фазы, в системах с предыскажением фазы и др. В данной работе применяется метод АФК для сокрытия речевой информации телефонного канала. Метод анализа устройств с АФК В теоретической радиотехнике известны различные методы исследования.

Наиболее строгим методом, позволяющим описать устройство любого типа и оценить закономерности прохождения сигналов через него, является метод, основанный на решении нелинейных интегрально - дифференциальных уравнений, описывающих физику работы устройства.

Получение решения поведения рассматриваемого устройства в широком интервале переменных, представляется затруднительным.

Решения делаются для частных случаев и этот метод не универсален т.е. результаты решения не распространяются на другие устройства. Менее строгим, но более общим является метод замены устройства эквивалентным четырехполюсником с некоторыми характеристиками, свойственными рассматриваемому устройству.

Данному четырехполюснику соответствует определенная передаточная функция.

Характеристики, определяющие передаточную функцию можно найти теоретически или экспериментально. При аналитическом исследовании цепей с АФК следует использовать четырехполюсник, который отражает лишь основные черты поведения устройства и не учитывает ряд побочных явлений, не играющих принципиальной роли. (Л4) При воздействии квазигармонического колебания (1) на вход реального, т.е. нелинейного, четырехполюсника на его выходе появляется ряд спектральных составляющих.

Отличительной способностью цепей с АФК является изменение фазы составляющих в зависимости от амплитуды входного воздействия. (1) X(t), j (t) - изменяются по закону передаваемой информации Выходной сигнал представляется: (2) где Yn(t)- медленно изменяющиеся амплитуда n -й гармоники y n(t) - фаза гармоники Явление АФК сводится к тому, что y n(t) отличается от входной функции j (t) не только на детерминированный угол j 0 , характеризующий фазовую постоянную устройства, но и на угол j [X(t)] , зависящий от уровня входного сигнала: (3) Амплитуды выходного и входного сигналов связаны нелинейной зависимостью: Yn(t)=Yn[X(t)] (4) отражающей амплитудную нелинейнейность Выражение (2) можно записать: y(t)=Y[X(t)]expinw 0 t (5) где Yn[X(t)]=Yn[X(t)]expi j [X(t)] - комплексная амплитуда выходного сигнала, характеризующая комплексную нелинейность тех устройств, в которых амплитудная нелинейность и АФК проявляются в главной мере при одних и тех же уровнях входного колебания X(t) . Устройства, в которых АФК пренебрежимо мала, полностью характеризуется функцией Yn[X(t)] , а устройства с АФК - функцией j [X(t)] (Л4). Выбор четырехполюсника с АФК Выберем в качестве четырехполюсников: -для кодера компрессор речевых сигналов; -для декодера экспандер речевого сообщения; Компрессор речевых сигналов действует по принципу усилителя с нелинейной отрицательной обратной связью (ООС). Это означает, что нелинейные элементы, сопротивление которых изменяется в соответствии с уровнем усиливаемого сигнала, входят в цепь ООС, охватывающей как отдельные каскады, так и усилитель в целом. Для обеспечения требуемого закона изменения коэффициента усиления, необходимо определенным образом выбрать способ включения нелинейных элементов и режимы их работы.

Рассмотрим причины АФК в усилителях с нелинейной обратной связью. На основании известных соотношений:

К
К
определяющих комплексный коэффициент усиления усилителя с обратной связью. На рис.1 построена векторная диаграмма для случая гармонического сигнала, позволяющая судить о закономерностях изменениях показаний усилителя в зависимости от глубины ООС.
К ос
j к
b 1
j ос
j к
j ос
К ос
b 1
j ос
j ос
1/К
1/К ос
1/К ос
1/К
Рис.1 На рис.1 векторная диаграмма, определяющая коэффициент усиления усилителя с ООС, здесь: ; Кос - модуль коэффициента усиления; j ос -фазовый сдвиг, создаваемый усилителем с ООС. b - коэффициент передачи канала обратной связи, предполагаемой действительной величиной, т.е. рассматривается усилитель с частотно-независимой ООС. Из диаграммы следует, что с увеличением глубины ООС, вносимый усилителем фазовый сдвигуменьшается. (7) Но поскольку в усилителе глубина ООС растет с увеличением уровня сигнала (компрессор): b = F 2 (U вхм ) (8) то связь фазового сдвига с изменением уровня входного сигнала при W=const : (9) В экспандере процесс изменения ООС обратный: (10) т.е. для малых амплитуд усиления мало, а для больших амплитуд усиление велико. Кодер на операционном усилителе с амплитудно - фазовой конверсией Эквивалентная схема кодера (декодера) приведена на рис. 2
+
Z 1
Z 3
Z 2
-
-
Рис.2 Коэффициенты усиления идеального усилителя: (11) Для кодера выберем: Z 2 =R 1 Коэффициент передачи кодера: (12) Цепь с сопротивлением Z 2 представлена на рис. 3. Сопротивление R вводится для работы усилителя с малым уровнем сигнала.
VD 1
R 2
R 2
Для декодера берем:
C
VD 2
R
Рис. 3 Коэффициенты передачи декодера: Принципиальные схемы кодера и декодера
VD1
VD2
R4
C1
R1
R3
DA1
R2
VD3
a)
R5
R7
R8
DA2
C2
R6
VD4
Рис.4 б) а) кодер б) декодер Коэффициенты передачи для схемы рис.4 Кодер: Коэффициент передачи для декодера где: R3=R5; R4=R6; C1=c2 (19) Сопротивление R1 выбирается из max тока через диод Ig=I R1 I R1 =U вх/ R1=R1=U вх/ I R1 при Ig=0.1 mA; Rg=26/0.1=260 Om; при U вх =0.1B; R1=0.1/0.1=1 Kom; Выберем коэффициент в (15) К 0 =10, тогда R3=R1*K 0 =1.0*10=10Kom Выберем сопротивление R4= 100 ом, от случайных больших воздействий напряжения защищающей диоды VD1 и VD2. Возьмем конденсатор С1 исходя из его реактивного сопротивления на частоте 300 Гц. Xc1=2(R4+Rg min )=2(100+260)=720 Om Выберем ближайший номинал конденсатора С1: КМ6 - М750-25-0.68 10% Расчетные значения модуля и аргумента коэффициента передачи кодера, рассчитанные по программе Koder AFK , см.

Приложение 1, приведены в таблице 1. Таблица значений коэффициента передачи кодера от амплитуды входного сигнала, вычисленных по программе Koder AFK Таблица 1.

U вх К FK, рад U вых
0,001 7,23 -0,0072 -0,008
0,011 2,193 -0,222 -0,022
0,021 1,398 -0,442 -0,028
0,031 1,128 -0,609 -0,034
0,041 1,003 -0,733 -0,04
0,051 0,935 -0,826 -0,046
0,061 0,894 -0,897 -0,054
0,071 0,867 -0,953 -0,061
0,081 0,849 -0,997 -0,068
0,091 0,836 -1,033 -0,075
0,101 0,826 -1,063 -0,082
Таким образом: R2=R3=R5=10 Kom; R4=R6=100 Om; C1=C2=0.65 мкф; R1=R7=R8=1 Kom; DA1,DA2 - КР140УД14 Данная схема закрытия речевой информации в законченном виде приведена на рис.5
BM1
Umax=0.2mB
U вх =0-0.1B
A1
Кодер
УМ1
U вых=0-0.082В
А) Кодирующий блок
Б) Декодирующий блок
ВМ2
Декодер
УМ2
А2
U вых=0-1В
U вх=0-0.082В
ВА1
ВА2
Rg
Рис.5 Структурная схема устройства закрытия речевой информации.
R1
R
a
C
Рис.6 Принципиальная схема кодера В точке а усилителя напряжение приблизительно равно 0, т.к. коэффициент усиления О.У. велико - 105. Для того, чтобы Ua =0 токи через R1 и цепь Rg, C, R приблизительно одинаковы.

Входное сопротивление источника сигнала велико и ток в R1 не протекает. I R1 =I rg ,C,R ( 20 ) Напряжение на выходе кодера: (21) Ток I в формуле (21) при условии (20): I=U вх / R1 (22) Перепишем выражение (21) с учетом (22) (23)

Rg
C
R
R1
a
рис. 7 Принципиальная схема декодера Для схемы на рис.7 Напряжение на входе, при Ua=0 (24) Решив уравнение (16) относительно I получим зависимость: I=F(U вх.дек ) ( 25 ) Выходное напряжение на выходе декодера рис. 7 : U вых.дек =R1F(U вх.дек )=R1I ( 26 ) Выходным напряжением декодера является напряжение кодера: U вх.дек= U вых.дек. Таким образом схема рис. 7 Решает обратную задачу нахождения тока от значения формул (25) и (26). На основании формул (22) и (26) выходное напряжение декодера: Расчет параметров микрофонного усилителя Выберем микрофон типа МД-62. Микрофон имеет параметры: Диапазон рабочих частот: 120-10000 Гц Номинальное сопротивление нагрузки: 250 Ом Чувствительность: 88 Дб Определим напряжение на нагрузке: 88Дб=80Дб+8Дб=6,31*10-3 Мощность в нагрузке: Определим коэффициент усиления микрофонного усилителя для нормальной работы кодера.

Напряжение на входе кодера U вх =0-1.1 В. Используем схему с двумя каскадами усиления, построенных на ОУ: К=К 1 К 2 =100 50=5000 Схема усилителя приведена на рис. 8

R3
R1
R2
DA
R5
R4
R6
DA
Рис. 8 Принципиальная схема микрофонного усилителя В данном усилителе применим ОУ типа КР140УД14 (л3) Сопротивление R1 определяется из условия согласования микрофона (номинальное сопротивление нагрузки) R1=250 Ом Сопротивление R2 определяется из коэффициента усиления каскада: R2=K R1=100 250=25 кОм.

Сопротивление R3 : Номинальный ток нагрузки КР140УД14 I н =20 мА; Максимальное входное напряжение микросхемы U мах =13 В; Сопротивление в цепи нагрузки - R4 Сопротивление R5 при К=50 R5=K R4=50 620=31 кОм Ближайшее сопротивление 30 кОм Сопротивление R6 = 620 Ом. Для декодерного блока рис.

Микрофонный усилитель будет иметь такую же принципиальную схему, но в цепи обратной связи включают переменное сопротивление.

Переменное сопротивление служит для изменения коэффициента усиления микрофонного усилителя декодера, чтобы получить уровень входных сигналов 0.082 В на входе декодера.

Расчет усилителя низкой частоты Выберем громкоговоритель типа 0.5 ГД-11 с параметрами: (Л2) Полоса рабочих частот: 150 7000 Гц; Сопротивление звуковой катушки : 5 Ом; Размеры: 102-50 мм; Масса: 150 гр. В качестве усилителя НЧ применим микросхему К174УН7 (Л3). Ее параметры: Р вых ³ 4.5 Вт на нагрузке 4 Ом при напряжении питания 15 В. Схема включения микросхемы приведена на рис. 9 . Выходная мощность усилителя регулируется потенциометром R1 . Конденсаторы: С1 = 100 пФ; С2 = 500 пФ; С3 = 100 пФ = С5; С4 = 2700 пФ; С6 = 510 пФ; С7 = 0.1 мкф; С8 = 100 пФ. Сопротивления: R1 = R3 = 100 Ом; R2 = 56 Ом; R4 = 1 Ом; R5 = 4 Ом.

К174УН7
U пит
Вх
R1
C1
8
9
6
C2
7
10
R2
C3
5
C4
C6
R4
C7
C5
R3
U ВЫХ
1
4
12
С8
R5
Рис. 9 Усилитель мощности К174УН7 схема электрическая, принципиальная.

Аннотация В данной работе требовалось сконструировать устройство для кодирования и декодирования сигнала по принципу амплитудно - фазового преобразования.

Данное (разработанная нами устройство) полностью отвечает данным требованиям. В частности прибор может быть подключен к телефонной линии и исключить возможность подслушивания телефонного разговора третьими лицами. У этого прибора - большое будущее т.к. многие деловые люди могут заинтересоваться данной разработкой.

Литература 1. Амплитудно - фазовая конверсия /Крылов Г.М., Пруслин В.З., Богатырев Е.А. и др. Под ред. Г.М. Крылова. - М.: Связь, 1979.-256 с., ил. 2. Бодиловский В.Г., Смирнова М.А. Справочник молодого радиста. Изд. 3-е переработ. И доп. М.,»Высшая школа», 1975 г. 3. Цифровые и интегральные микросхемы: Справочник/ С.В. Якубовский, Л.Н.Ниссельсон, В.И.Кулешова и др.; под ред. С.В. Якубовского. - М.: Радио и связь, 1990.-496 с. Ил. 4. Фолкенбери Л.М. Применение операционных усилителей/ под ред.