3.2. Устойчивость двухсторонних каналов При организации

3.2. Устойчивость двухсторонних каналов
При организации двухсторонних каналов неизбежно возникают замкнутые
электрические системы. Их появление обусловлено использованием развязывающих
устройств — дифференциальных систем и направляющих фильтров (см. § 5.1),
имеющих конечную величину затухания между встречными направлениями передачи.
Обобщенная схема этим замкнутых систем показана на рис. 3.9,а. Зд есь
и —
усил ени е ус ил ите л ьных эл ементов,
и
— переходное затухание
развязывающего устройства (РУ) между двумя направлениями передачи. Из-за
конечной величины переходного затухания развязывающих устройств в этой
системе будет иметь место влияние одного направления передачи на другое.
Вследствие этого возникает петля обратной связи
Наличие токов
обратной связи может привести к самовозбуждению системы, и передача
информации станет невозможной.
Определим условия устойчивости этой замкнутой системы, воспользовавшись
критерием Найквиста. Согласно этому критерию система самовозбудится, если
одновременно будут выполнены два условия: условие амплитуд
, т. е. сумма
усилений больше или равна сумме затуханий по петле обратной связи, и условие
фаз
, где =0, 1, 2,.... Поскольку в рассматриваемых замкнутых системах
практически нет возможности контролировать фазовые соотношения, то полагают, что
условие фаз выполняется хотя бы на одной какой-нибудь частоте эффективно
передаваемой полосы частот. Следовательно, для обеспечения требуемой безусловной устойчивости системы необходимо соблюдать неравенство
.
Отсюда замкнутая система (рис. 3.9,а) будет устойчива, если
Величина, показывающая, на сколько сумма затуханий больше суммы усилений,
называется запасом устойчивости замкнутой системы:
Рис. 3. 9
Иногда величину X называют затуханием по петле обратной связи.
Величина, показывающая, на сколько можно увеличить усиление усилителей,
прежде чем система самовозбудится (при выполнении условия фаз), называется
устойчивостью и определяется из выражения
Если в замкнутой системе в качестве развязывающих устройств используются
равноплечие дифференциальные системы (рис. 3.9,6), то запас устойчивости
Переходное затухание равноплечих дифференциальных систем а3-4=Ае1 + б дБ и а4-з =
Ае2 + 6 дБ, где Ае1 и Ае2 — 'балансные затухания дифференциальных систем. Из рис.
3.9,6 видно, что рабочие усиления
,
=
,
Отсюда
и
.
С учетом этих выражений запас устойчивости замкнутой системы, где в качестве
развязывающих устройств применяются равноплечие дифференциальные системы,
равен
1
Как видно из рисунка 3.10 канал двухстороннего действия эквивалентен
одиночной замкнутой системе, в которой в качестве развязывающего устройства
используется дифференциальная система, и, следовательно, его запас устойчивости
Из рис. 3.10 видно, что
=0. Таким образом, запас
устойчивости канала двухстороннего действия равен сумме балансных затуханий
X = Ae1+Ae2. Если положить, что
= . , то
Балансное затухание определяется затуханием отраженных токов. В
рассматриваемом случае они будут 'возникать в точке двухпроводного окончания
канала (точка А на рис. 3.10). Ток обратной связи сначала поступит в точку Б схемы,
пройдет через транзитный удлинитель, затухание которого равно
, отразится
в точке А с затуханием отражения
и через транзитный удлинитель возвратится в
точку Б, опять претерпев затухание аОст/2.
Следовательно,
. Сопротивление балансного контура
ычно
выбирается
равным
характеристическому
сопротивлению транзитного
об
удлинителя, т. е.,
,
где — входное сопротивление цепи, подключаемой точке А. Самые
неблагоприятные условия работы двухстороннего канала с точки зрения его
устойчивости будут иметь место в режиме холостого хода. В этом случае
и
запас устойчивости канала
. Так как
=7 дБ, то канал, безусловно,
устойчив. Устойчивость телефонного канала будет выше на величину затухания
отраж ения
д Б. Поэтом у мин имал ьный запас устой чивости телефонного
канала в рабочем режиме будет равен 24 дБ, а устойчивость
.=12 дБ.
Рис. 3.10
Из-за паразитной обратной связи характеристика будет иметь волнообразный
характер по сравнению с аналогичной характеристикой при разомкнутой петле
обратной связи (рис. 3.12). Такой характер зависимости объясняется тем, что при
различных частотах X и
могут быть различными и в зависимости от значения
обратная связь может быть либо отрицательной, либо положительной, т. е
уменьшать или увеличивать усиление. Таким образом, наличие токов паразитной
обратной связи в каналах двухстороннего действия приводит к специфическим
амплитудно-частотным искажениям, которые называются искажениями от обратной
связи Корректировать такие искажения практически невозможно.
Рис 3 11
Рис 3 12
Так как в канале двухстороннего действия фазовые соотношения носят
2
случайный характер, то для оценки искажений от обратной связи обычно определяют
лишь
наибольшие
значения
изменения
усиления
при
и
.
Если
, то
и уменьшение усиления в децибелах
(3.7)
Когда
и приращение усиления в децибелах
(3.8)
Как видно из (3 7) и (3.8), влияние токов положительной обрат ной связи
больше влияния токов отрицательной обратной связи. Однако при больших значениях
запаса устойчивости эти влияния одинаковы.
Имея в виду, что в канале двухстороннего действия
дБ,
искажения от обратной связи
, Искажения такой величины
практически не оказывают влияния на качество передачи телефонной информации.
Наличие несогласованности в точках подключения абонента к двухстороннему
каналу может привести к возникновению так называемого электрического эха, сущность
которого заключается в следующем (рис. 3 13). Положим, что передача разговорного
сигнала осуществляется в направлении А-Б. Вследствие неидеальной балансировки
дифференциальной системы станции Б часть этого сигнала через направление
передачи Б-А поступит обратно к говорящему абоненту со сдвигом во времени,
равным удвоенному времени прохождения сигнала между станциями А и Б. Говорящий
абонент услышит свою речь, но сдвинутой во времени, т е. в виде эха. Это эхо
называется «первое эхо говорящего». На станции А этот ток эха из-за неуравновешенности дифференциальной системы снова попадает в направление передачи
А-Б и достигает аппарата слушающего абонента. Это эхо называется «первое
эхо слушающего». Затем возникает «второе эхо говоря щего», «второе эхо
слушающего» и т. д. до полного затухания процесса.
Рис 3.13
Основное мешающее действие оказывает первое эхо говорящего, которое
наиболее сильное и приводит, к нарушению взаимопонимания между ведущими
переговоры. Эхо слушающего уменьшает внятность речи.
Мешающее действие токов электрического эха тем больше, чем меньше
затухание и больше абсолютное время прохождения этих токов. На рис. 3.14
приведена
экспериментально
установленная
зависимость
минимально
необходимой величины затухания на пути токов электрического эха от
абсолютного времени прохождения сигнала в канале. Токи эха не будут
оказывать мешающего действия, если при определенном времени прохождения
сигнала затухание на пути этих токов в канале будет больше или равно значению затухания, найденного из графика рис. 3.14,
При номинальной величине остаточного затухания
19 дБ, так как
5 дБ и
= 7 д Б.
Из графика рис. 3.14 определим, что с токами электрического эха в телефонном канале можно не считаться,
если абсолютное время прохождения сигнала в одном
направлении не превышает 30 мс. Если оно больше 30
мс, то необходимо увеличивать затухание на пути токов
электрического эха, что осуществляется с помощью - эхозаградителей.. Рис. 3.14
3