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脈衝雜訊的消除

No.26   1995 Mar.   p86~88,   by 陳錫棋 / BV6ER, P.O.Box 20-71 Tainan



    接收機從天線接收到訊號,除了會有來自自然界的雜訊 (如電離層擾動、閃電) 之外,人為雜訊的干擾,有時候也是避免不了的。


雜訊的種類

    在我們生活的週遭環境中,存在著許許多多的雜訊源,例如在都市區,車輛的引擎點火雜訊,或工業區馬達的電刷火花雜訊……等許多人為雜訊。

    人為雜訊的干擾分成以下兩種形式:第一種是「嘶嘶」聲,此雜訊包含許多重疊在一起的脈衝,跟接收機的內部雜訊很類似,通常是由交直流馬達的整流子,或電刷的火花所造成,這可以由接收機的高選擇性大幅降低。第二種是「機關槍」聲,此雜訊包含極高波幅的分離脈衝,通常是由大電流的開關或引擎的點火所造成。

    這第二種人為雜訊干擾的形式,和自然界產生的雜訊不大一樣,通常是波幅很高,時間很短的重複性脈衝 (Impulse)。像這類分離式的脈衝雜訊,對我們來說,反而是件好事,因為雜訊的波幅遠大於訊號的波幅,單一脈衝的時間又遠小於訊號的週期時間。所以可以很容易將雜訊從訊號中分離並消除掉。


脈衝雜訊的消除

    這種分離式脈衝形態的雜訊,有兩種不同的處理方式:一種較簡單的方法是限制 (降低) 雜訊脈衝的波幅,這種電路叫做「雜訊限制器」(Noise Limiter)。另一種較複雜的方法是,短時間內阻擋雜訊脈衝的通過,但是附帶地,訊號本身也無法通過。所幸單一脈衝時間極短,對週期較長的訊號本身影響不大,這種電路叫做「雜訊消除器」(Noise Blanker)。這兩種雜訊消除的原理如圖 1。

Fig 01
圖 1:雜訊消除的原理。



雜訊限制器

    在老式的真空管通訊型接收機裡,經常會看到用雙二極管 "6H6" 所做成的「自動雜訊限制電路」(ANL),這是在檢波 (解調) 之後音頻部份的雜訊限制。構造雖然簡單,缺點是一旦使用,會影響其聲音的品質。

    同樣的方式,如果將雜訊限制往前移到檢波級之前,在中頻的最後一級做雜訊限制,則聲音品質的影響可以降低,構造也不複雜。這兩種雜訊限制器電路如圖 2a,圖 2b。

    圖 2a:音頻雜訊限制器的一般電路。圖 2b:射頻雜訊限制器的一般電路。(請自行以300dpi列印)

    雜訊限制器其實就是一種「截幅器」(Clipper),最簡單的方式就是利用二極體單向導電的特性。順向偏壓時,兩端電壓小於切入電壓 (Cut-in Voltage),約 0.5V,二極體不導通,一旦大於切入電壓,即開始導通。而在逆向偏壓時,二極體呈截止狀態,不導通。

    真空管式的二極管也有類似的特性,所以真空管式接收機即已有 ANL 電路。圖 2a、圖 2b 中之 D1 和 D2 就是截幅二極體,通常使用 "1N914" 或 "1N34A" 之類的二極體即可。

    這兩個電路中,二極體截幅電路和訊號路徑並聯,當雜訊電壓大於截幅電壓時,二極體導通,大於截幅電壓的部份就被截掉。由於這兩個二極體的極性接成相反,因此,可以做正負雙向電壓的截幅。電路還有串聯電容器,可建立起自我偏壓 (Self-biased),所以,實際上的截幅電壓,大於二極體的切入電壓。

    再者,兩個電路的 RC 時間常數也有所不同,音頻雜訊限制電路,需要較大的時間常數 (音頻訊號的頻率較低,其週期較長),而射頻雜訊限制電路,則需要較小的時間常數 (中頻訊號的頻率較高,其週期較短)。


雜訊消除器

    雜訊消除器的電路就複雜多了,包含有雜訊放大器、最重要的雜訊檢波器、和開關等部份。由於脈衝訊號經過高選擇性的中頻放大級之後,會因為中頻濾波器的窄頻寬,而使脈衝時間變長。因此,必須在經過窄頻寬的中頻濾波之前,取得雜訊的訊號。

    將訊號連同雜訊一起加以放大,再由雜訊檢波器分離出脈衝雜訊,最後以此控制開關。當脈衝出現的極短時間內,切斷中頻放大級,使脈衝雜訊和訊號都無法通過,達到雜訊消除的目的。由於脈衝時間極短,對於音頻訊號和聲音品質,幾無影響。

    實際電路如圖 3。訊號從第一級中頻放大級的輸入端取得,Q1 是雜訊放大器,將中頻訊號和雜訊一起放大,L1、C1 調諧在中頻頻率。Q2 閘極電路的兩個二極體和電阻、電容組成脈衝檢波器,產生的負向脈衝用來推動下一級的開關。

    圖 3:雜訊消除器的實際電路。(請自行以300dpi列印)

    開關 Q3 和中頻放大級的輸出並聯,其源極的「界限」控制可變電阻,可由操作者自行設定雜訊脈衝電壓位準。

    當輸入端有正向雜訊脈衝超過「界限」電壓位準時,Q3 會短路,使中頻放大級的輸出短路,而切斷中頻放大級,雜訊和訊號都無法送到下一級。

    當雜訊脈衝很快過去時,Q3 恢復正常的開路狀態,使中頻放大級恢復正常工作。 END



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