Про телевізійні кабелі та роз’єми

Нас часто запитують: Яку довжину кабелю можна використовувати для конкретного завдання? Питання здається досить простим, проте відповідь досить складна. В основному кабелі, що з'єднують різні типи обладнання, повинні в ідеалі поводитися як «перемички», це означає, що вхід приймального пристрою повинен працювати так, ніби він приєднаний безпосередньо до пристрою, що передає. На жаль, це не так. У сполучних кабелів є свої характеристики, які впливають на сигнали, що передаються по кабелях. Ідеальний кабель повинен працювати як ідеальна лінія передачі, не впливаючи на сигнал. Проте кабелі поводяться по-іншому. У погіршенні сигналу через низьку якість кабелю відіграють важливу роль два основних фактори:

По-перше, кабелі не працюють як ідеальні лінії передачі з відомим хвильовим опором через дефекти конструкції кабелю і при його виробництві. Іноді хвильовий опір кабелю просто не збігається з маркуванням на ньому.

По-друге, через недоліки в конструкції вздовж кабелю виникають паразитні ємності та індуктивності, які несприятливо впливають на якість сигналу. Чим довше використовувані кабелі, тим більше несприятливий вплив на сигнал, що передається по них.

Емпіричні правила запобігання проблемам з кабелем:

використовуйте найкращі кабелі, які можете собі дозволити;
використовуйте якомога коротші кабелі;
перевірте, що хвильовий опір кабелю насправді відповідає вашим завданням;
перевірте роз'єм на кабелях. Рознімання поганої якості може призвести до більших проблем, ніж самі кабелі;
використовуйте відповідні підсилювачі за потребою;
прокладайте кабелі подалі від електромагнітних джерелполів: електродвигунів, силових кабелів, передавачів, обладнання, керованого тріодними тиристорами (регулятори освітленості) та ін.

Довжина та якість кабелю

Для s-Video (системи Y/C, Super-VHS та Hi-8) допускається застосування стандартних, недорогих кабелів на відстані 5-7 метрів. При цьому спостерігається зовсім невелике видиме погіршення сигналу: розмиття кольору і розпливчасте зображення. При використанні кабелів якості вище середнього не буде погіршення сигналу. Якість роз'єму s-Video, на що часто не звертають уваги, відіграє важливу роль у кінцевій якості сигналу.

Вирішення проблем, пов'язаних з кабелем

Коли потрібні великі відстані

Як ми бачили раніше, довжини кабелю вносять обмеження у всіх форматах. Далі йдуть можливі вирішення цієї проблеми, які мають на увазі використання кращих кабелів та роз'ємів:

використовуйте лінійні підсилювачі для розширення діапазону;
використовуйте передавачі та приймачі на кручений парі для збільшення відстані;
використовуйте оптоволоконні приймачі для ще більшого збільшення відстані;
використовуйте передачу на радіочастоті (НВЧ або ВЧ) або супутниковий канал для дуже великих відстаней.

Лінійні підсилювачі

Лінійні підсилювачі усувають такі недоліки використання довгих кабелів:

згасання загального рівня сигналу;
згасання високочастотних сигналів через паразитну ємність та індуктивність;
неузгодженість хвильового опору кабелю.

Лінійні підсилювачі різняться за своїми функціями в залежності від їх використання:

Коли використовується лінійне посилення на великих відстанях, часто виникають проблеми із заземленням, наприклад,перешкоди від мережі змінного струму та паразитні заземлюючі контури. Це відбувається через різні потенціали заземлення між локальним та віддаленим місцезнаходженням. Щоб вирішити проблеми із заземленням, часто необхідні ізоляція заземлення та диференціальне посилення.

Метод крученої пари

Можна використовувати будь-який тип кручений пари або двопровідних кабелів, так як в більшості випадків передавач може збільшувати хвильовий опір кабелю на кручений парі для узгодження з власним хвильовим опором передавача. Однак метод передачі за допомогою кручений пари залежить від якості кабелю. Низькоякісні дроти кручений пари, які мають високу ємність або надмірно екрановані, обмежують ефективний діапазон системи. Віта пара також менш схильна до проблем із заземленням.

Системи на кручений парі, що працюють на відстанях близько 500 метрів між джерелом і приймачем, досить звичайні. Лінійні підсилювачі, спеціально розроблені для застосування з крученою парою, розширюють робочий діапазон застосування. Емпіричне правило свідчить, що й система добре працює з відривом 500 метрів, лінійний підсилювач, включений у цю точку, ефективно подвоює робочу відстань.

Метод оптоволокна

Метод передачі радіочастоті

Передавачі та приймачі сигналу НВЧ або супутникові системи приймання-передачі даних можуть розширити діапазон передачі на багато кілометрів, але це зовсім інша технологія, і тому методи тут не розглядаються.

Проблеми, пов'язані з передачею аудіосигналів

високоємнісні аудіокабелі можуть перевантажити збудливий підсилювач, і таким чином викликати нестабільність та коливання;
на аудіокабелі можуть впливати шум і перешкоди, що призведе до поганої якості сигналу танизькому співвідношенню сигнал/шум;
проблеми з узгодженням хвильового опору кабелю викликають втрату та погіршення сигналу.

Якість виходу підсилювача може деградувати через опір кабелю та зниження високого коефіцієнта демпфування підсилювача. Всі ці проблеми більш менш вирішувані.

Високоємні аудіокабелі

Високоємні аудіокабелі можуть викликати погіршення сигналу і нестабільність каскадів вихідного підсилювача. Щоб уникнути цих проблем, у каскадах вихідного підсилювача необхідно використовувати стабільні мікросхеми посилення, з відповідними вихідними резисторами, що ізолюють підсилювач від несприятливого впливу кабелю.

Навантаження на кабель має бути високим (низький хвильовий опір) і збудливий підсилювач повинен бути здатний «накачувати» струм у кабель. Конструкція друкованої плати навколо підсилювача має усунути нестабільність, індуковану друкованою платою.

Вплив шуму

Електричний шум може накопичуватись у довгих проводах, викликаючи тим самим погіршення якості аудіосигналу. Проблема стає серйознішою під час передачі сигналів малої потужності, наприклад, з мікрофона.

Існують два рішення цієї проблеми:

Перше рішення полягає у використанні кабелів гарної якості з відповідним екрануванням. Екранування значно знижує накопичення шуму. Такий метод застосовується для сигналів лінійного рівня на відстані до 10 метрів з використанням кабелів, що не прилягають до джерел електричного шуму (див. вище).
Інше рішення, що зазвичай використовується в широкомовних системах, полягає у використанні системи збалансованих проводів. У типовій системі використовується трипровідна конструкція - два дроти для сигналівпротилежної полярності та третій, заземлюючий та/або екрануючий провід. Таким методом на виході досягається дуже чистий сигнал, хоча така система і коштує дорожче через складнішу електронну схему. При використанні балансової схеми відстань впевненої передачі сигналу лінійного рівня може бути ефективно збільшена до 100 метрів, знову ж таки з використанням кабелів, що не прилягають до джерел електричного шуму (див. вище).

Сигнали з мікрофона напругою кілька мілівольт більш чутливі до зовнішнього впливу. Ефективна відстань передачі мікрофонних сигналів низького рівня при використанні системи збалансованих дротів становить 10-15 метрів (вдесятеро більше, ніж при використанні простих незбалансованих дротів).

Згасання та погіршення сигналу через хвильовий опір кабелю

Кабелі вносять певний опір ланцюг проходження сигналу. Іноді резистивна частина цього складового хвильового опору дуже велика, що створює дільник напруги з опором навантаження. В результаті маємо погіршення рівня сигналу. Схема активного посилення компенсує зміни рівня сигналу, в ній сигнал посилюється, або на приймачі, або, що краще, на передавачі, він може бути точно відрегульований користувачем за допомогою внутрішнього або зовнішнього управління. У деяких випадках певні смуги пропускання в межах спектру аудіосигналу послаблюються через кабельну ємність. Це зазвичай впливає на високочастотний діапазон. Щоб подолати цю проблему, у ланцюг сигналу повинен бути включений смужковий підсилювач або еквалайзер.

Деградація якості виходу підсилювача через опір кабелю

В акустичній системі з підсилювачем кабелі, що ведуть до підсилювача, якщо вонимають недостатнє переріз, створюють з опором динаміка дільник напруги, зменшуючи рівень сигналу. З цією проблемою можна розібратися за допомогою регулятора гучності підсилювача. Набагато серйозніша проблема полягає у зниженні коефіцієнта демпфування підсилювача через опір кабелю. В результаті маємо погіршення якості та звук «як із бочки». Використання проводів з великою провідністю та низькою ємністю допомагає подолати цю проблему.

Висновок

Кабелі та передача сигналів на великі відстані можуть бути серйозною проблемою, але розуміння фізичної природи таких проблем, точне визначення своїх завдань та використання прийомів, описаних вище, допоможуть добре зробити будь-яку роботу навіть на великих відстанях.