Radyo Alıcıları 2. Bölüm

Radyo alıcılarını anlattığım yazının 2. bölümündeyiz. Fakat  1. bölüm yazısını okumadıysanız okumanızı tavsiye ederim. Konuları anlayabilmek için temelden başlamak daha iyi olacaktır.
1. bölüm yazısı bu linktedir.

Verici tarafından gönderilen elektromanyetik dalgaların kurmuş olduğumuz antenimize çarpmasıyla antende az veya çok bir gerilim oluşur. Bu, o anten boyundaki tüm istasyonlar için geçerlidir. Videoda görüldüğü ve açıklandığı gibi bu anten dama, çatıya kurulmuş bir anten sistemi olabildiği gibi şemada açıklanan ve 1. Yazıda açıklandığı gibi, basit bir ferrit çubuk üzerinde hareket edebilen üzerinde belli sayıda sargısı olan bir bobin de olabilir.
Bu sargı sayısı orta dalga için takriben 0.20 mm izole telden 60,70 tur dur. Bu bobin değişebilen, teknik terimle variable( Ayarlı ) kondansatör ismi verilen bir kondansatörle paralel bağlanır. Çünkü orta dalgada daha birçok istasyon yayını olabilir. C variable kondansatörün değişmesiyle diğer istasyonlar da alınır. Bu sebep ile C değişebilir olmak zorunda.
Bobinin indüktivitesini değiştirmekle de bu amaç elde edilebilir ama bu kısıtlı bir değişebilirliktir. C  teknik olarak daha kolaydır.

kondansatör sabit bobin ayarlı mantığı budur.

Antenden aldığımız bu gerilim alternatif bir gerilimdir. Frekansı elektromanyetik dalganınkiyle aynıdır. Antende bundan başka diğer istasyonlarda olabilir. Bu istasyonlar arasında milletler arası belli bir mesafe vardır, Birbirine karışmaması için. Buna rağmen antendeki sinyallerin farklı güçlerde olmasından dolayı, antenden alınan sinyalin arkasında veya hemen yanında olabilir ve dinlenmek istenen frekansa karışabilir.  Kondansatör ve bobin birbirlerine paralel bağlandıkları zaman bir rezonans devresi oluştururlar. Bu rezonans devresi antendeki sinyalle aynı olunca diğer istasyonlardan çok daha fazla kuvvetli alınır. Yani rezonansa girmeyen istasyonlar daha zayıf olur.

Bu rezonans, verici antenin gönderdiği frekans ile aynıdır. Bu rezonansla güçlenen gerilim bir alternatif akım üretir. Bu enerji henüz bir hoparlörü çalıştıracak güçte değildir. Bunun birçok aşamadan daha geçmesi gerekir.

Süperheterodin radyo blok şeması

Radyonu ilk yıllarında direkt tabir edilen bir sistemle, yani ilk önce çok düşük olan bu taşıyıcı dalgayı güçlendirip daha sonra demodüle ederek ses sinyali de bir amplifikatörle güçlendirip hoparlöre verilirdi.

Süperheterodin bulunduktan sonra bu direkt sistem terk edildi. ( yukarıdaki resim) Yeni sistemde (Süperheterodyne) antenden alınan yüksek frekansı hemen yerel osilatör devresi (osilatör= titreyen veya titreşim üreten manasında) denen bir transistor bobin devresine aktarır. Bu sinyal transistorun emiterinde, osilatörün sinyaliyle karıştırılır. Bu karışım, transistörün emiter beyz arası diyotta oluşur. Osilatör antenden gelen frekansa göre 455 Khz daha fazladır. Örnek anten sinyali 1000 kHz ise osilatör sinyali 1455 Khz dir. Karıştıktan sonra bu sinyal bir band pass denen(band geçiren filtre) devreye gönderilir. aradaki 455Khz (IF) ara frekanstır.

Ara frekans oluşturma işlemi için aşağıdaki resimler yol gösterici olacaktır.
Öncelikle şu soruyla başlayalım. Gelen frekans birden fazla ise, sonrasında nasıl devamlı fark 455Khz oluyor. Bu sorunun cevabı için aşağıdaki şemada kullanılan rezonansa getirilmesine yardımcı olan değişken (varyable) kondansatörün çalışmasına bakalım.
Örneğin orta dalga için 529-1602Khz frekanslar arası yayın var. Yani 529khz de versek yerel (LOCAL) osilatörünün bunu algılayıp üstüne 455Khz daha koyup osilatör frekansını belirlemesi gerek. Bunu da değişken kondansatörün çift ganglı olması sağlıyor. Aynı kondansatörde RF için ve IF (ara frekans) osilatörü için çıkış uçları vardır. Bununla ayar yapılırken rezonansa gelmesi sağlandığında, yerel osilatöründe o rezonans frekansının 455 Khz üzerinde bir frekans çıkış yapması sağlanmış demektir. Alttaki giriş devresini gösteren resimde görüldüğü gibi RF ve yerel osilatörün bağlandığı kesik çizgilerle anlaşılmaktadır.   

Bu devrede RF 1490Khz geliyor. osilatörde ise bu frekansın 455khz fazlası üretilir. Sonrasında X ve yuvarlak ile gösterilen mikser devresinden çıkarken 1945-1490 ve 1945+1490 değerleri elde edilir. bunlar ise 455Khz ve 3435 Khz dir. mikser çıkışında bunları görsek bile Ara frekans filtreleri 455Khz e ayarlandığından sadece Ara frekans çıkışında 455Khz lik sinyal alınır ve 3435Khz sinyal zayıflatılır. artık 455 Khz sinyal demodülatör devresine ulaşacaktır. 

 

Bu resim radyonun giriş kısmındaki rezonans devresini ve osilatör devresini bunların tek transistörlü devre ile birleştirilmesini göstermektedir.

 Aşağıdaki devre, videoda görüldüğü üzere genelde 3 tane muayyen frekans bobini denen bobinlerden oluşur.

Bu resimde ara frekans devresi ve diyotla başlayan demodülatör devresi görünmektedir.

Bu bobinlerde her biri kendi içinde rezonans oluşturacak şekilde yapılır. Ayrıca ferrit nüve içerir, bu nüve kırmızı, beyaz, yeşil, siyah ve sari gibi renklerle boyanır buda bu bobinin nerde nasıl kullanılacağını gösterir.

Bu bobinlerin rezonansı 455 Khz olur. Ayrıca ayarlanabilir olur. Çünkü band pass oluşmasi için öyle olması gerekli.

Band Pass filtre: 2 ayrı frekansın arasında kalan frekansları geçirip bu frekansların dışındaki frekanslara zorluk gösteren filtre devreleridir

Peki, bu band pass nasıl oluyor? Bu band pass’ı kurmak için bu 3 bobin birbirleriyle kuplaj edilir. Üzerlerindeki ayarlanabilen ferrit nüveler döndürülerek her bir bobin belli rezonansa getirilir ve buna gevşek kuplaj sıkı kuplaj gibi isimler verilir (bu bobinler bir birlerini etkilerler.)

Bu üçünün değişik rezonanslarda oluşu ve birbirlerine kuplaj oluşu (almanca durchlasskurve denen iletim eğrisini oluşturur) bu birleşik devre gelen sinyallerin hepsini engeller tek bir frekansı geçirir, bu frekans 455 Khz dir.

Bu 455 Khz sinyal de taşıyıcı dalganın ihtiva ettiği bilgileri ihtiva eder. Bütün bunlar, yani ara frekans üretiminin amacı, yüksek frekanslı taşıyıcı dalgaların istenilen güce erişmesi içindir. Ayrıca seçiciliği artırması, istasyonların bir birine karışmaması ve nihayet almanca (spiegelung) denen Türkçe yansıma (Harmonik) diyebileceğimiz bir yayının birkaç yerde çıkma olayını da önlemesidir. Bu sebeple masraflı olmasına rağmen uzun zaman kullanıldı.

Tarihini tam hatırlamıyorum ama, 90 lı yıllarda quartz, seramik ve benzeri materyallerin belli frekanslara ayarlanabilecek şekilde kesilmesi. Videoda da gösterdiğim 455 Khz bir parça
( rezonatör), tüm bobin ve yanındaki transistor ve kondansatör ve de dirençler serisini bitirdi. Elde edilen maddi kazanç çok fazladır.

Bu iletim devresinden elde edilen 455 Khz bobinin son çıkışında bir diyot tarafından Gelen sinyal ikiye bölünür. Yan bantlardan biri seçilir diğeri kaybolur.  Bu işleme demodüle etmek denir. Bu devreye de demodülatör devresi denir.


Bu demodüle edilmiş sinyal, kondansatör ve direnç devresiyle 455 Khz de toprağa verilir, kalan sinyal bizim dinlemek istediğimiz müziktir veya konuşma. Ayni zamanda burada ki devreden bir gain tabir edilen (gain = kazanc) sinyali elden edilir. Bu sinyal genelde ilk bobinin transistörün beyz ucuna verilerek. Antenden gelen ses sinyalinin azalıp çoğalmasını ayarlar. Fading olayında oldugu gibi. Fading olayı sinyalin atmosferden gelirken farklı zamanlarda antende buluşması ile (veya iyonosfer tabakasının değişmesi sebebiyle ) birbirlerini azaltma veya söndürmeye başlaması. Bu olayı biz dinlediğimiz istasyonun yavaş yavaş azalıp kaybolmasıyla şahit oluruz. Kazanılan bu DC geriliminin transitörün kazancini azaltıp çoğaltması ile belli alanda bir devamlılık elde edilir. Dedekte edilen bu alçak frekansın yani ses sinyalini,  bundan sonra ses sinyali olarak kuvvetlendirmek lazım. Bunun içinde 4 veya 5 transistorlu bir kuvvetlendirici yapılır.


Ek bilgi:

Ara frekans avantajları:
Gerek vericide ve gerekse alıcıda modüleli taşıyıcı sinyalin çeşitli yükselteçlerden, sınırlayıcı devrelerden ve filtrelerden geçmesi gerekir. Ancak radyo frekansın çok yüksek olması halinde, bu gibi işlemleri yapmak çok güçtür. Bu sebepten söz konusu işlemler nispeten düşük frekanslı ara frekans sinyalinde yapılmaktadır.

  1. Elektronik devreler her frekansta aynı verim ile çalışamazlar. Bu sebepten devreler ara frekansta en iyi çalışacak şekilde üretilirler ve bu sayede, radyo frekans ne olursa olsun, sistemin performansının her zaman üst seviyede olması sağlanır.
  2. Farklı istasyonlara ait radyo frekans sinyalleri alıcının anteninden girerler. Alıcının seçici olması, yani bu sinyallerden sadece birini seçmesi gerekir. Seçme işlemi için ara frekansta, radyo frekansa göre çok daha etkili olarak yapılabilir.

Ara frekans sinyali İngilizce teknik literatürde IF kısaltmasıyla, Almanca teknik literatürde ise ZF kısaltmasıyla gösterilir. Dilimizde AF şeklinde kısaltmalara rastlanmaktadır. Ancak AF kısaltmasının pek çok devre şamasında aynı zamanda ses sinyalinin kısaltması olarak da kullanıldığı unutulmamalıdır

Modülasyon ve demodülasyon nedir:

Yukarıdaki gibi düşük frekanslı bir veri sinyalinin uzaklara bozulmadan iletilmesi mümkün olmadığı için bir taşıyıcı frekansa ihtiyacı vardır. Bu taşıyıcı frekans ile veri sinyali birleştirme işlemine modülasyon denir. Bu işlem sonucunda alt yan band ve üst yan band oluşmaktadır. Taşıyıcı sinyalin her iki yan bandında da aynı düşük frekanslı veri sinyalinin olduğunu görebilirsiniz. Çift yan band ve tek yan band olarak modülasyon yapılabilir. Bu işlemin tersine ise demodüle işlemi denir. Demodüle etmek taşıyıcı frekansı zayıflatıp veri sinyalini elde etme işlemidir.

Modülasyon işlemi faydaları :
1. Gürültü ve bozulmanın olumsuz etkilerini azaltır.
2. Aynı iletim hattında birden çok bilgi yollama olanağı sağlar
3. Çevresel etkilerin ortaya çıkardığı pek çok sınırlayıcı etkiyi ortadan kaldırır. (Anten tasarımı)

Standart radyolarda orta uzun ve kısa dalgada AM( amplitude modulation) genlik modülasyonu kullanılır. Modülasyon çift yan bant ve tek yan bant olarak yapılabilir demiştik. Genelde çift yan bant kullanılır ve Demodülasyon yapılırken bunlardan 1 tanesi kullanılır. Bundan dolayı gereksiz yere bant genişliği kaplamaktadır. Tek yan bant modülasyonlarda bundan dolayı denenmiştir.

Burada bazı sakıncalar ya da kısıtlamalar gündeme gelmektedir. Orta dalga da yayın yapan istasyonların birbirine karışmaması için 9-10 Khz lik bir bant genişliği kullanılır.

ITU bölgesi 1’deki (Avrupa, Afrika ve kuzey ve orta Asya) Uzun dalga bandı yayınında, kanal aralığı 9 kHz, orta dalga yayın bandı için ITU bölgeleri 1 ve 3’teki kanal aralığı 9 kHz aralık ve ITU bölge 2 (Amerika) 10 kHz’dir.
ITU: International Telecommunication Union: Uluslararası telekominikasyon birliği.

Bu sebeple kullanılacak ses frekansında da kısıtlama olacaktır. Aşağıdaki tablo kullanılabilecek ses aralığını göstermektedir.

tablonun en sağındaki sütun kullanılabilecek maksimum ses frekansını göstermektedir. Ayrıca çift yan bant kullanılan kısa dalga yayınlarda 10Khz  kanal boşluğu kullanılmaktadır. Fakat son yıllarda 5Khz lik yayın yapan kanallarda bulunmaktadır.

Kaynak: https://www.electronics-notes.com/articles/radio/modulation/amplitude-modulation-am-bandwidth-spectrum-sidebands.php

Bu tabloda kısa dalga da ses frekansı görünmüyor. Genlik modülasyonunda (DSB Dual side band) yani çift yan bant kullanılıyorsa ki normal yayınlar bu şekildedir. O zaman 9 Khz lik bir band genişliği olacağı için yine orta dalga ile aynı büyüklükte bir ses frekansı kullanılabilecektir.
Fakat Kısa dalgada daha çok yayın olabilmesi için ve bunların birbirine karışmaması için SSB Tekyan band sinyal de kullanılıyor. Tabii ki normal radyolarımızla bunu almamız mümkün olmamakla birlikte dünya radyosu denilen SSB alıcı sistemi de barındıran radyo alıcıları da piyasaya çıkmıştır. Burada band genişliği 5Khz kullanıldığından kullanılan ses frekansı da yaklaşık 300Hz-3Khz arasıdır. Frekans bant genişliği 5Khz olduğundan bu kadar düşüktür. Tabii ki faydası da vardır. kanalın bant genişliği 10Khz yerine 5Khz olacağı için daha fazla istasyon bu frekanslara yerleştirilebilecektir.

Çoğu kısa dalga yayın hizmeti (AM) genlik modülasyon (DSB) Çift yan band aktarımlarını kullanır, ancak bazıları Tek yan bant modülasyonu (SSB) gibi değiştirilmiş bir (AM) genlik modülasyonu veya “taşıyıcı yeniden yerleştirilmiş SSB” gibi bir AM uyumlu SSB sürümü kullanır. SSB radyo alıcıları kullanılmasını gerektirir. 

AM genlik modülasyonunda güzel bir MP3 müzik gibi dinlenebilir mi?

Öncelikle ses frekansımızı tanıyalım.

İnsan kulağının duyacağı ses frekans değerleri aşağıdaki gibidir.

a) İnsan kulağı, 16 Hz-20 Khz arasındaki saf sesleri duyar.
b) Erkek konuşmaları ses frekans değeri : 100-8500 Hz,
c) Kadın konuşmaları ses frekans değeri : 150-10000 Hz.

Biz radyo genlik modülasyonu ile bunun ancak 4.5Khz – 5Khz kadarını yayınlayabiliriz. Bunun sebebi, yan yana olan yayın frekansları karışmasın diye 9-10Khz lik verilen band genişliğinden dolayıdır. Radyo yayınları (DSB) Çift yan band taşındığı için ve her iki yan bantta birbirinin aynı olduğundan 4.5Khz*2=9Khz band genişliğine denk gelir.
Bundan dolayı 4.5Khz lik ses frekansı gönderilebilir.
Bu ses sinyali ise yukarıdaki duyma eşiklerimizin çok altındadır.Resimde Lower sideband( düşük yan band ) ve upper sideband(yüksek yan band ) görülmektedir. Audio bandwidth( ses band genişliği )  ise bu band genişliğinin yarısı kadardır.

Fakat bir güzellik vardır.
Bu da insan kulağının frekans bant genişliğidir.  300Hz – 3400 Hz. Arasındaki frekanslar, insan kulağının hassas işitme sınırları içinde olduğu için, karşıda konuşan kişinin yüzünü görmesek bile, her şahsın kendine özgü ses frekans değeri olması nedeniyle, duyduğumuz sesin kime ait olduğunu algılayabiliriz.

Kısa dalga genellikle konuşma sesleri için kullanılsa da müzik yayını yapılabilmektedir. Kısa dalga radyoda müzik yayınlansa bile kaliteli olmayacaktır. FM kalitesini beklememek lazım.

Gelelim sorumuza, biraz daha kaliteli müzik dinleyebilir miyiz? Tabii ki dinlenilebilir.
Yayın yapan istasyonlar ses sıkıştırma algoritması kullanarak düşük hızlarda kodlanmış ses dosyalarını uzak mesafelere gönderebiliyorlar. DRM denilen bu teknikle düşük bit rate oranıyla AAC kodlamasıyla sıkıştırıp gönderebiliyor. Ayrıca bu tip yayınları almak için DRM uyumlu alıcılar gerekmektedir.
DRM sistemi, 30 MHz altındaki karasal yayın bantlarında kullanım için esnek bir dijital ses yayınlama (DSB) sistemidir.

Bunun dışında ise çeşitli kodlamalarla da kısa dalga yayınları yapılabiliyor.

Meraklısına :
Kısa dalga radyoları internetten dinleyebilmeniz için bazı siteler var. Bunları kullanabilirsiniz.
Aşağıdaki site bunlardan bazılarını gösteriyor. Ben en üstteki seçeneği kullanarak bu sayfaya gelip resimdeki gibi bir ayar kullanarak arapça radyo ve müziğini dinleyebildim.

Meraklıları karıştırıp daha farklı yayınları dinleyebilirler.
Ana site adresi burası : http://www.websdr.org/
Dinlediğim site adresi : http://websdr.ewi.utwente.nl:8901/

Ayarlarım ise bu resimde görülmektedir.

 

Tüm dosyalara bu siteden ulaşabilirsiniz.

 

2. bölüm video :

Lütfen bilgilerde eksiklik ya da yanlışlık varsa yorum bırakırsanız sayfadaki hataları ya da eksiklikleri düzeltebiliriz. 

Kaynaklar:
https://en.wikipedia.org/wiki/AM_broadcasting

https://stereomecmuasi.com/2011/09/ses-hakkinda-bilgiler.html

http://www.kameraarkasi.org/ses/terminoloji/insansesi.html

 

2 Comments

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir