Đồ án Thiết kế và thi công mạch thu FM STEREO

ẳn cùng chiều với nhau : j(2n+1)(m)= -1 –(2n+1)(m) j2n(m)=j -2n (m) Thông thường tín hiệu điều chế là tín hiệu bất kì gồm nhiều thành phần tần số ,lúc đó tín hiệu điều chế tần số và điều chế pha có thể biểu diển tổng quát theo biểu thức sau : trong đó: góc pha đầu Khai triển theo chuổi Betsel ta có tín hiệu điều tần với tất cả các thành phần tần số tổng hợp: với là số hửu tỉ : Khi tần số điều chế thay đổi thì bề rộng phổ của tín hiệu điều tần không thay đổi nhưng số vạch phổ thay đổi theo .Ngược lại ,khi tần số điều chế thay đổi thì bề rộng phổ tín hiệu điều pha thay đổi ,nhưng số vạch phổ không thay đổi . 3- Mạch điện điều tần và điều pha: Về nguyên tắt có thể phân biệt được điều tần trực tiếp và điều tần gián tiếp ,cũng như mạch điều pha gián tiếp và điều pha trực tiếp .Trong đó điều tần gián tiếp là điều tần thông qua điều pha và ngược lại điều pha gián tiếp là điều pha thông qua điều tần .Như vậy chỉ cần nghiên cứu điều pha trực tiếp và điều tần trực tiếp suy ra điều pha gián tiếp và điều tần gián tiếp . Xét phổ âm thanh của con người ,ta thấy ở tần số cao biên độ âm thanh bị suy giảm nhỏ .Do đó ở tần số cao độ di tần nhỏ nghĩa là tín hiệu điều tần bị méo. Để khắc phục, ở trước máy phát trước khi đưa tín hiệu điều chế vào bộ điều tần ta phải đưa qua bộ khuếch đại nâng tần số cao (emphasis) để trong dải tần số ta có . Ngược lại trong máy thu tần đầu của bộ khuếch đại âm tần phải cho tín hiệu qua bộ điều chế suy giảm tần số cao (deemphasis) để nhận được tín hiệu trung thực ở loa. Một số mạch điều tần trực tiếp như : Điều tần dùng transistor điện kháng . Điều tần dùng diode tunner. Điều tần dùng varicap. III BĂNG THÔNG VÀ CÔNG SUẤT FM Tổng công suất cao tần tín hiệu điều chế gốc không đổi ,bằng công suất sóng mang khi không có điều chế .Về lí thuyết độ rộng băng thông cao tần tín hiệu FM ,PM đến thành phần phổ jn(m)>0.01j0(m) gọi V là biên độ sống mang FM không điều chế trên tải R ta có công thức sóng mang : Pc(mf=0)=v2/2R Công suất FM khi có điều chế : Pfm(mf)=Pc(mf=0)(j20(mf)+2j21(mf)+2j22(mf)+.2j2n(mf) 99% năng lượng cao tần tập trung trong băng thông FM băng thông này tín theo công thức fm tần số tín hiệu điều chế băng góc . m1 hệ số điều chế FM . Băng thông 3db của mạch cao tần phải lớn hơn băng thông tín theo công thức trên để tín hiệu không bị méo . FM dải rộng (NBFM)dùng trong thông tin thoại FM với độ di tần (5-15)khz FM dải rộng có tín chống nhiểu cao dùng trong phát thanh FM stereo ,tiếng tv,viba,truyền hình vệ tinh .theo FCC , độ di tần cực đại FM phát thanh và tiếng tv là 75khz. Chương IV MÁY PHÁT I ĐỊNH NGHĨA VÀ PHÂN LOẠI MÁY PHÁT : MÁY PHÁT MÁY THU Môi trường truyền sóng hình 4-1 hệ thống thông tin đơn giản 1Định nghĩa: Một hệ thống thông tin bao gồm : máy phát ,máy thu và môi trường truyền sóng .Trong đó máy phát là một thiết bị phát ra tín hiệu dưới dạng sóng điện từ được điều chế dưới một hình thức nào đó . Sóng điện từ còn gọi là sóng mang hay tải tin.Làm nhiệm vụ truyền tải tin tức cần phát đi tới điểm thu .Thông tin này được gắn với tải tin bằng hình thức điều chế thích hợp . Máy phát phải phát đi công suất đủ lớn để cung cấp tỉ số tín hiệu trên tạp âm (S/N) đủ lớn cho máy thu .Máy phát phải sử dụng sự điều chế chính xác để bảo vệ các thông tin được phát đi ,không bị biến dạng quá mức .Ngoài ra các tần số hoạt động của máy phát được chọn căn cứ vào các kênh và vùng phủ sóng theo qui định hiệp hội thông tin quốc tế . Các tần số trung tâm của máy phát (sóng mang) có độ ổn định tần số cao .Do đó một số chỉ tiêu của máy phát là : Công suất ra của máy phát . Độ ổn định tần số . Chỉ số điều chế AM điều tần FM. Dải tần số điều chế v..v . 2-Phân loại máy phát Có nhiều cách phân loại máy phát : A- Theo công dụng: MÁY PHÁT Phát thông tin Phát chương trình Phát ứng dụng cố định Di động Phát thanh Phát hình Đo khoảng cách rada Hình 4-2 phân loại máy phát theo công dụng B theo tầng số Phát thanh 3-30khz : đài phát sóng cực dài VLW 30-300khz : đài phát sóng dài LW 300-3000khz: đài phát sóng trung MW 3-30MHz : đài phát sóng ngắn SW Phát hình : 30-300MHZ : đài phát sóng m 300-3000MHZ : đài phát sóng dm thông tin viba và rada 3-30GHZ: đài phát sóng cm 30-3000GHZ : đài phát sóng mm C Theo phương pháp điều chế : Máy phát điều biên AM Máy phát đơn biên SSB Máy phát điều tần FM và máy phát điều tần âm thanh nổi (FM stereo) Máy phát PM Ngày nay máy phát số đang được nghiên cứu để ứng dụng vào tất cả các loại máy phát thông tin số ,phát thanh số ,phát thanh hình số . D Theo công suất: Máy phát công suất nhỏ Pra<100W. Máy phát công suất trung bình 100W<Pra<10Kw. Máy phát công suất lớn 10kw<Pra<1000kw. Máy phát công suất cực lớn Pra >1000kw. Ngày nay các máy phát có Pra nhỏ và trung bình .Người ta có thể sử dụng hoàn toàn bằng transistor,còn máy phát có Pra lớn và cực lớn vẩn phải sử dụng các đèn điện tử đặc biệt . Có rất nhiều cách phân loại máy phát nhưng trong chương này chúng ta đặc biệt quan tâm đến cách phân loại theo phương pháp điều chế.Vì nó liên quan đến thiết kế mạch và cả dạng phát đi II SƠ ĐỒ KHỐI TỔNG QUÁT MÁY PHÁT FM STEREO 1-Sơ đồ khối Hình 3.3 sơ đồ khối tổng quát máy phát L KĐ + KĐ KĐ - R Điều chế cân bằng Dao động 76khz MIX Dao động Điều chế FM KĐCS Cao tần Audio Audio L L+R R L-R 76KHZ 38KHZ F0 T FRF 19KHZ L+R L-R L-R 19KHZ 38KHZ 38KHZ L Vstereo f R hình 4-4 Phổ và dạng sóng tín hiệu điều chế 2-Nguyên lý hoạt động Tín hiệu từ ngỏ ra hai micro trái và phải sẻ được khuếch đại đồng thời giới hạng băng thông từ 30HZ đến 15KHZ .Hai tín hiệu này sẻ được đưa đến một ma trận chuyển mạch để thực hiện phép toán cộng để tạo tín hiệu (L+R) .Tín hiệu này gọi là FM mono bởi vì khi đài phát FM stereo phát đi chương trình này máy thu mono sẻ thu tín hiệu (L+R) .Vậy (L+R) cũng có phổ từ 30HZ -15KHZ. Trong khi đó hai tín hiệu L và R sẻ đuợc đưa đến khối trừ để tạo tín hiệu (L-R).Vậy (L-R) củng phải có phổ từ 30hz đến 15khz sau đó tín hiệu L-R sẻ được đưa đến điều chế cân bằng để điều chế sóng mang phụ 38khz từ mạch dao động 76khz qua bộ chia đôi tần số. Ở ngỏ ra bộ điều chế cân bằng, sẻ xuất hiện tín hiệu (L-R) DSB và tín hiệu này có phổ tần từ 23khz đến 53khz ngoài ra tín hiệu 38khz sẻ được đưa ra bộ chia đôi tần số nhằm tạo nên sóng báo 19khz tín hiệu này có nhiệm vụ như sau : Thông báo cho máy thu biết được tín hiệu thu là FM stereo . Đồng bộ sóng mang phụ giửa máy phát và máy thu để sóng mang phụ 38KHZ luôn được ổn định lúc đó âm thanh thu sẻ trung thực hơn . Ba tín hiệu (L+R) ,(L-R) và tín hiệu sóng báo 19khz sẻ được trộn lại để tạo nên tín hiệu tổng hợp T còn gọi là tín hiệu FMMPX.Tín hiệu này sau đó sẻ được điều chế FM để tạo nên dao động sóng mang chính ,chọn trong dải tần FM 88MHZ đến 108MHZ .Nhằm tạo nên tín hiệu cao tần ở ngỏ ra và tín hiệu này sau đó sẻ được khuếch đại công suất cao tần bởi khối KĐCSCT rồi được ghép qua anten để bức xạ ra không gian tự do đến máy thu. 3 Yêu cầu chỉ tiêu mạch ghép : Mạch ghép để ghép giửa các tầng và ghép giữa tầng ra của máy phát với anten .yêu cầu chung giửa các mạch ghép : Phối hợp trở kháng : Làm sao cho trở kháng vào của tầng kế tiếp ,phản ảnh về cùng trở kháng ra của bộ cộng hưởng tầng trước tạo thành trở kháng phát sóng tối ưu , đảm bảo công suất ra và hiệu suất của tầng trước là lớn nhất .Phối hợp trở kháng giửa anten và tầng ra của bộ khuếch đại công suất cao tần cuối để đạc công suất ra là lớn nhất Đảm bảo dải thông (D): Mạch lọc đầu ra phải đảm bảo sau cho ngoài biên độ không giảm quá 3db mặt khác dải thông lại tỉ lệ nghịch với hệ số phẩm chất của khung cộng hưởng.(D+F0/Q) vì vậy để đảm bảo cả dãi thông và hệ số phẩm chất ta phải dùng nhiều bộ lọc ghép với nhau . Đảm bảo hệ số lọc hài cao: Đối với những máy phát công suất lớn, yêu cầu các thành phần hài nhỏ .Mạch ghép phải đảm bảo độ suy giảm yêu cầu ở tần số mong muốn . Điều chỉnh mạch ghép : Trong một dải tần số rộng và thay đổi độ ghép với tải để có tải tối ưu Nói chung không thể đồng thời thoả mảng các yêu cầu trên mà tuỳ trường hợp cụ thể để xét yêu cầu nào là quan trọng ,yêu cầu nào là tất yếu . Ví dụ : Đối với mạch tầng tiền khuếch đại ,yêu cầu phối hợp trở kháng là chính ,không yêu cầu độ chọn lọc cao ,không cần hiệu suất cao nên chỉ dùng mạch cộng hưởng đơn Đối với tầng ra yêu cầu hiệu suất cao , độ lọc hài cao nên dùng mạch cộng hưởng khuất tạp 4 Một số mạch ghép chính trong máy phát Ghép biến áp (ghép hổ cảm ) Ghép biến áp từ ngẩu Mạch ghép có hai mạch cộng hưởng 5-các bước thiết kế mạch ghép biến áp Khi thiết kế ta thường được biết trước PL ,và chọn Q1 tuỳ theo tần số ,tiến hành các bước như sau : 1 PL chọn nBA =0.8-đến 0.98 tuỳ theo công suất yêu cầu theo bản dưới đây Công suất ra hiệu suất PL<1W<1W 0.7 1W<PL<10W 0.75 10w<PL<100w 0.85 100w<PL<1kw 0.92 1kw<PL<10kw 0.95 PL>10kw 0.97 2-Xác định 3- Chọn Vcm = (0.8-0.9v)vcc 4- Điện trở cộng hưởng khi có tải :RTĐ=V2CM/2P1 5-Chọn hệ số phẩm chất của khung cộng hưởng sơ cấp khi đả có tải :Q1(10-20) 6- Tín trở kháng đặc tín của mạch sơ cấp :P1=Rtđ/Q1 7- Xác định L1 ,C :VÀ 8-Hệ số cộng hưởng riêng của khung cộng hưởng sơ cấp trong đó 9-Tín điện trở tổn hao của cuộn sơ cấp khi không và có tải VÀ 10- Tính hổ cảm M: 11-Tính giá trị cuộn cảm thứ cấp : 6 Một số mạch lọc cơ bản trong máy phát: Để tăng chọn lọc và phối hợp trở kháng người ta sử dụng các mạch lọc hai phần tử R,C như T,trong các máy phát và máy thu . V ĐO LƯỜNG MÁY PHÁT Trong thời kì thiết kế một máy phát mới hay bảo quản một máy phát đang vận hành ,việc đo lừơng các tham số của máy là rất quan trọng .Các tham số này đựơc so sánh với các chỉ tiêu kỉ thuật của nhà sản xuất và các chuẩn quốc gia ,quốc tế để xác định máy phát có hoạt động hợp pháp và hiệu quả không .Các chỉ tiêu kỉ thuật thường xuyên bao gồm : Tần số vận hành. Kiểm tra tín hiệu không mong muốn (hài). Hệ số điều chế ,dạng tín hiệu điều chế . Công suất cung cấp một chiều (pcc). Trong khi kiểm tra và điều chỉnh các máy phát phải có tải giả để không gây nhiễu cho người sử dụng máy thu . Đừng bao giờ vận hành một máy phát khi không có tải giả hoặc anten. Nếu không transistor công suất cao tần sẻ bị phá huỷ trong vài mmgiây Để đo tần số vận hành người ta thường sử dụng máy đếm tần số có độ chính xác cao nối ngay sau tải giả (Pra) bé hoặc không nói trực tiếp với tải giả mà qua bộ suy giảm 20db(Pra)lớn để đảm bảo an toàn cho máy đếm tần số . Để đo độ lớn các thành phần hài người ta thường sử dụng máy phân tích phổ nói trực tiếp với tải giả hay bộ suy giảm . Để kiểm tra dạng tín hiệu điều chế và hệ số điều chế có thể sử dụng máy hiện sóng tần số cao kết hợp với máy phân tích phổ . Để đo công suất một chiều người ta sử dụng volampe kế để đo điện áp coleter trung bình và dòng coleter trung bình tần khếch đại công suất ra . Để đo công suất cao tần có hai phương pháp : Đo công suất nung nóng thực tế bởi năng lượng cao tần bằng sự cảm ứng sự thay đổi trong điện trở của một thermiter hoặc sự tăng nhiệt độ của nước lạnh .Thermiter là một dụng cụ đo lường rất nhạy cảm có thể phát hiện mức công suất đo lường dưới 1mw .Nói chung nó cũng được sử dụng ở tần số siêu cao Kiểm tra điện áp cao tần trên tải giả và tính toán công suất cao tần ở đầu ra theo biểu thức : Chương V SƠ ĐỒ KHỐI MÁY THU I ĐỊNH NGHĨA VÀ PHÂN LOẠI MÁY THU 1-Định nghĩa: Máy thu là thiết bị đầu cuối trong hệ thống thông tin vô tuyến điện .Máy thu có nhiệm vụ tiếp nhận và lặp lại tin tức có chứa trong tín hiệu chuyển đi từ máy phát dưới dạng sóng điện từ . Máy thu phải loại bỏ các loại nhiểu không mong muốn ,khuếch đại tín hiệu mong muốn và sau đó giải điều chế nó để nhận được thông tin ban đầu. Máy thu có rất nhiều tham số ,nhưng chúng ta chủ yếu xét các chỉ tiêu kỷ thuật cơ bản của máy thu như sau: Độ nhạy : biểu thị khả năng thu tín hiệu yếu của máy thu . Độ nhạy được xác định bằng suất điện động cảm ứng tín hiệu tối thiểu cảm ứng trên anten để đảm bảo cho máy thu làm việc bình thường ,nó thường đo bằng microvolt . Điều kiện làm việc của máy thu là : Đảm bảo công suất ra . Đảm bảo tỷ số tín hiệu trên nhiểu (S/N). Muốn nâng cao độ nhạy máy thu thì hệ số khuếch đại (Ai,Av)phải lớn và mức tạp âm nội của nó phải thấp . Ở siêu cao tầng (f>30MHZ) độ nhạy của máy thu được xác định bằng công suất chứ không bằng cảm ứng suất điện động ra anten. Độ chọn lọc : là khả năng chèn ép các dạng nhiểu không phải là tín hiệu cần thu .Nói cách khác , độ chọn lọc là khả năng chọn tín hiệu ra khỏi các loại nhiểu tồn tại ở đầu vào máy thu. F0 AF A0 AF A0 f f D DY Hình 5-1 đặc tuyến chọn lọc của máy thu Về mặt số lượng độ chọn lọc được kí hiệu : A0 hệ số khuếch đại tần số f0 Af hệ số khuếch địa tần số f độ chọn lọc thường được tín bằng đơn vị dixeben SdB=20lgSe Đôi khi người ta dùng độ chọn lọc theo hệ số Đôi khi người ta dùng hệ số chử nhật Trong đó D là dải thông của máy thu ở mức y=0.7(y=-3db)hoặc ở mức y=0.5(y=-0.6db) D y0 là dải thông của máy thu ở mức y0=0.1;0.001 Đặc tuyến chọn lộc lý tưởng của máy thu có dạng chử nhật nghĩa là trong dải thông D thì A=const ;ngoài dải thông thì A=0 nghĩa là trong dải thông y=1 ,ngoài dải thông y=0 hay Acny=1 thực tế thì Acny>1 như vậy Acn càng nhỏ thì độ chọn lọc càng cao. Chất lượng lặp lại tin tức : Được đánh giá là độ méo của tín hiệu (méo phi tuyến ,méo tần số méo pha)chủ yếu là xét độ méo ở tần khuếch đại công suất âm tần để sao cho tín hiệu ra loa ít bị biến dạng so với tín hiệu đưa tới bộ điều chế của máy phát . Ngoài ra ta còn xét các chỉ tiêu kỉ thuật khác của máy thu như Pra dải tần số công tác ,tính ổn định biên độ và tần số . Các máy thu được phân loại tương tự như máy phát . II SƠ ĐỒ KHỐI TỔNG QUÁT CỦA MÁY THU I-Sơ đồ khối tổng quát máy thu khuếch đại trực tiếp Bộ lọc băng thông KĐ cao tần RF Giải điều chế KĐ âm tần AF Loa Hình 5-2 sơ đồ khối tổng quát máy thu KĐ trực tiếp Giải thích các khối : Anten thu : phần tử biến năng lượng sóng điện từ thành tín hiệu ngỏ vào máy thu Bộ khuếch đại cao tần tín hiệu nhỏ :(RFAmp) thường là bộ khuếch đại nhiểu thấp LNA (low noise Ampe) nó khuếch đại tiền chọn lọc tín hiệu thu từ anten đến mức cần biến đổi tần xuống trung tần IF. Giải điều chế : quá trình khôi phục lại tín hiệu ban đầu (tín hiệu điều chế tần thấp ) từ tín hiệu cao tần bị điều chế . Khuếch đại công suất âm tần : tín hiệu sau khi thu được qua bộ giải điều chế có biên độ nhỏ vì vậy cần phải được khuếch đại nâng mức tín hiệu nhằm cung cấp đủ công suất cho tải . Loa : bộ phận phát âm thanh ,tín hiệu âm tần sau khi được khuếch đại đủ mức công suất được đưa vào kích thít loa nhằm phát tín hiệu âm thanh tới tai người nghe . hình 5-2 : là sơ đồ khối của máy thu khuếch đại trực tiếp việc nâng cao độ nhạy và độ chọn lọc của máy thu này bị hạn chế bởi những lí do sau : Số tầng khuếch đại không thể tăng lên một cách tuỳ ý vì : Số tầng càng tăng thì độ ổn định của bộ khuếch đại cao tần RF càng giảm (tụ kí sinh Cbe có thể gây tự kích ). Số tầng càng tăng thì mạch cộng hưởng củng tăng ,hệ thống điều chỉnh cộng hưởng phức tạp ,cồng kềnh , đắc tiền . Tần số cao khó đạt được hệ số khuếch đại lớn . Tần số càng cao thì dải thông càng rộng càng làm giảm độ chọn lọc của máy thu (D=f0/Q) .Muốn dải thông hẹp cần có mạch cộng hưởng có hệ số phẩm chất cao ,có khi vượt quá khả năng chế tạo .Mặt khác nếu Q cao ,D hẹp có khả năng gây méo tín hiệu . Do không dùng được các hệ thống cộng hưởng phức tạp ,nên không có khả năng đạt đặc tuyến tần số có dạng chử nhật lí tưởng . Để khắc phục các nhược điểm trên ngày nay người ta chủ yếu chế tạo máy thu đổi tần 2 Sơ đồ tổng quát máy thu đổi tần Mạch vào KĐ cao tần RF Trộn tần KĐTrung tần IF Tách sóng KĐCS Âm tần Loa Dao động nội Hình 5 -3 sơ đồ tổng quát máy thu đổi tần Tương tự như máy thu khuếch đại trực tiếp chỉ khác là ở tầng đổi tần .Tín hiệu cao tần đã điều chế (AM,FM,PM) nhận được từ anten ,qua mạch vào (bộ lọc băng thông ,qua bộ khuếch đại cao tần RF được đưa vào bộ đổi tần , để biến thành một tần số tín hiệu khác gọi là tần số trung tần ,nhưng qui luật điều chế vẩn không thay đổi .Tần số trung gian được giử cố định khi tần số tín hiệu thay đổi (thu các đài khác nhau ) và thường được chọn thấp hơn tần số tín hiệu để tăng sự ổn định tần số Thực chất của bộ đổi tần là phép nhân tần số .Nó bao gồm một bộ dao động nội tạo ra tần số :f0 và bộ trộn tần .bộ trộn tần là một phần tử phi tuyến hay phần tử tuyến tín có tham số biến thiên tuần hoàn .Nên nếu ta đưa tín hiệu từ bộ khuếch đại cao tần RF :fRF và tín hiệu từ bộ dao động nội f0 vào bộ trộn ,thì ở đầu ra của nó tồn tại các dao động có tần số khác nhau ,có giá trị bằng mfRFnf0 (m,n là những số nguyên dương ).Khi m ,n tăng càng lớn thì biên độ tín hiệu càng nhỏ nên ta chỉ sử dụng m,n nhỏ và có thể chọn một trong các tần số đó làm tần số trung gian .Ngừơi ta thường chọn hiệu tần số ứng với m,n=1 làm tần số trung gian :fIF =và tách ra bằng mạch lọc cộng hưởng . Điều quan trọng là ta phải giử cho fIF=conts .Muốn vậy khi fRF thay đổi thì f0 củng phải thay đổi theo . Đối với máy thu AM thì tần số trung tần fIF=455KHZ , đối với máy thu FM thì fIF=10.7MHZ So với máy thu khuếch đại trực tiếp máy thu đổi tần có những ưu điểm nổi bật : Tần số tín hiệu được hạ thấp thành tần số trung gian fIF nên có thể dùng nhiều tầng khếch đại trung gian để đạc được hệ số khuếch đại A toàn máy cao mà vẩn ổn định tín ổn định của máy thu .Số tầng khuếch đại trung gian không bị hạn chế do fIF =const nên mạch cộng hưởng có kết cấu đơn giản ,gọn nhẹ không bị hạn chế trong máy thu . Do fIF =const nên ta có thể sử dụng các hệ thống cộng hưởng phức tạp như (bộ lọc tập trung ) để đặc tuyến tần số lí tưởng . Tóm lại máy thu đổi tần có những ưu điểm nổi bật : Có thể đạc được hệ số khuếch đại lớn tuỳ ý . Bộ khuếch đại trước tách sóng được thực hiện bởi hai tần số khác nhau (fIF và fRF) .Như vậy nâng cao độ ổn định của bộ khuếch đại giảm bớt khả năng tự kích Có thể đạc được độ chọn lọc cao Acn-1 Giải quyết đồng thời về độ chọn lọc và giải thông do D=1.4f0/Q Mặt khác máy thu đổi tần cũng có một số nhược điểm : Kết cấu phức tạp . Mức tạp âm nội bộ tăng do có tần số đổi tần . Có thêm một số loại nhiễu . Hiện nay ở một số đài phát sử dụng kỷ thuật FM stereo (âm thanh nổi) .Vì vậy ở phía máy thu cần phải thu được tín hiệu này.Do đó hiện nay ở một số máy thu cần phải có hệ thống giải mả để thu được tín hiệu FM stereo ,do đó âm thanh nghe được sẻ trung thực hơn . 2 Nguyên lí hoạt động của máy thu FM stereo : Nếu ở máy phát phát FM stereo phát đi một tín hiệu chuẩn 19KHZ thì máy thu sẻ lọc lấy tín hiệu chuẩn 19KHZ ,rồi nhân đôi đưa vào bộ tách sóng đồng bộ cùng tín hiệu (L-R)DSB điều biên 38KHZ .Nếu máy phát FM không phát tín hiệu 19KHZ thì máy thu phải có bộ khôi phục tần số sóng mang 38KHZ để giải mã không bị méo . Tín hiệu cao tần từ đài phát FM stereo nào đó sẻ được anten thu nhận đưa đến để khuếch đại và lựa chọn tần số thu .Tín hiệu cao tần đưa đến khối trộn sóng để được trộn với tín hiệu f0 để tạo tín hiệu trung tần fIF 10.7mhz .Tín hiệu trung tần sẽ được khuếch đại bởi khối khuếch đại trung tần sau đó tín hiệu này sẻ được đưa đến khối tách sóng FM nhằm tách tín hiệu FMMPX ra khỏi tín hiệu trung tần 10.7MHZ . Ở đây tín hiệu sẻ được đưa qua ba mạch lọc như sau : Mạch lọc thông thấp :có tần số cắt 15KHZ để lấy tín hiệu (L+R) .Sau đó tín hiệu này sẻ được khuyếch đại và đưa đến mạch cộng và trừ . Bộ lọc thông dải : có băng thông 23KHZ- 53KHZ .Nhằm lọc lấy tín hiệu (L-R) DSB tín hiệu này sẻ được đưa đến khối giải mả kết hợp MPX kết hợp với sóng mang phụ 38KHZ nhằm tạo nên tín hiệu (L-R) xuất hiên ở ngỏ ra . Bộ lọc cộng hưởng : Có tần số 19KHZ nhằm lấy tín hiệu sóng báo 19KHZ .Sau đó tín hiệu này sẻ được đưa qua mạch nhân đôi tần số đồng thời tiếp tục đưa tới khối điều khiển .khối náy điều khiển một đèn báo FM stereo sáng lên đồng thời điều khiển khối FMMPX hoạt động lúc đó mới có tín hiệu (L-R) ở ngỏ ra . Hai tín hiệu (L-R) và (L+R ) sẻ được đưa đến khối cộng và trừ để tạo nên tín hiệu 2L và 2R sau đó sẻ được khuếch đại áp KĐCS âm tần rồi đưa ra loa . Trong trường hợp tín hiệu là FM mono sẻ khoá bộ giải mả FMMPX lúc đó ở ngỏ ra không có tín hiệu (L-R) và như vậy ở ngỏ ra hai khối cộng và trừ có hai tín hiệu giống hệt nhau và âm thanh nghe 2 loa hoàn toàn giống hệt nhau đó là âm thanh mono (âm thanh một chiều). Chương VI CÁC MẠCH GHÉP TRONG MÁY THU I MẠCH VÀO CỦA MÁY THU Mạch vào là một mạch nói liền anten với đầu vào của tầng đầu tiên của máy thu .Nó có nhiệm vụ chuyển tín hiệu cao tần nhận được từ anten thu đến tầng đầu tiên và đảm nhiệm một phần độ chọn lọc của máy thu . Mạch vào gồm 3 thành phần : Hệ số cộng hưởng đơn hoặc kép có thể điều chỉnh tần số thu. Mạch ghép với nguồn tín hiệu của mạch vào anten. Để điều chỉnh cộng hưởng ngỏ vào người ta thường sử dụng các tụ điện có điện dung C biến đổi vì chúng dể chế tạo có độ chính xác hơn các cuộn dây có điện cảm thay đổi được (đặc biệt trong trường hợp cần đồng chỉnh nhiều mạch cộng hưởng ).Mặt khác phạm vi biến đổi của tụ điện lớn (Cmax/Cmim), bền chặc ổn định .Một số mạch vào điều chỉnh liên tục bằng điện dung : Hình 6-1 :mạch vào của máy thu Mạch trên dùng tụ ghép Cch=5-10pF ghép giữa anten và mạch vào Mạch cộng hưởng gồm cuộn cảm L song song với tụ xoay VC1 ,VC2 tụ tinh chỉnh chúng cộng hưởng trong suốt dải băng tần đã chọn . Tần số cộng hưởng được tín như sau : Trong đó Ltd tổng giá trị thực về cuộn cảm của khung công hưởng . Ctd tổng giá trị thực về điện dung khung cộng hưởng . Khi VC1=Cmax tacó fch=fmin=fm Khi VC1=Cmin tacó fch=fmax=fM Băng tần cộng hưởng Như vậy ứng với một giá trị VC1 có một tần số của băng sóng cộng hưởng Tín hiệu băng sóng được ghép qua L2 tỉ lệ Loại mạch này có hệ số truyền đạc kin không điều trong băng sóng ở phía fcao có kin giá trị lớn hơn fthấp . Thông thường người ta thường chọn ghép hổn hợp vừa ghép điện cảm vừa ghép điện dung với anten loại mạch này dùng chung cho cả băng AM ,FM,SW C FM fm A B Đặc tuyến truyền đạc mạch vào Các chỉ tiêu kỉ thuật mạch vào : Hệ số truyền đạc : Là tỉ số điện áp ra của mạch vào điều chỉnh cộng hưởng ở một tần số nào đó và sức điện động cảm ứng trên anten (Ea) Kin=V0/Ea độ chọn lọc Se=A0/Af Tần đoạn làm việc : Phạm vi điều khiển mạch vào từ fmin tới fmax (Amax-Amin) ta định nghĩa tần đoạn như sau : Phạm vi tần số nói trên có thể chia làm nhiều băng .Cách chia băng phụ thụộc vào chỉ tiêu kỷ thuật của máy thu .Tỉ số giửa fbmaxvà fbmin ứng với mỏi băng gọi là hệ số trùm băng. II MẠCH KHUẾCH ĐẠI CAO TẦN Điện áp tín hiệu do mạch vào chọn lọc (mà ta muốn thu) có trị số rất bé ,tần số rất cao cần phải khuếch đại tín hiệu tới mức cần thiết để sử dụng ở tần sau . Tần khuếch đại cao tần không những nâng độ nhạy của máy thu ,mà còn nâng độ chọn lọc (nếu tải đầu tầng là mạch cộng hưởng ) .Ngoài ra tầng khuếch đại cao tần còn làm giảm ảnh hưởng giửa mạch vào và mạch ngoại sai ,tạo thuận lợi hơn cho việc đổi tần củng như giảm độ nhạy ghép tín hiệu ngoại sai ra anten. Yêu cầu của mạch khuếch đại cao tần : Hệ thống khuếch đại lớn và đồng điều trên toàn băng sóng . Không gây méo tín hiệu . Cùng với mạch vào đảm bảo tín hiệu được độ chọn lọc tần số ảnh. Độ ổn định làm việc phải cao . Không bị dao động tự kích tạp âm rất nhỏ . Chế tạo lắp ráp điều chỉnh phải dể dàng . III MẠCH ĐỔI TẦN 1-Nguyên lí làm việc: Để đảm bảo các chế độ khuếch đại , độ chọn lọc ,dải thông cho toàn băng sóng ngừơi ta bỏ kiểu thiết kế máy thu thanh khuếch đại trực tiếp ,chỉ dùng nguyên lí đổi tầng nghĩa là đổi tất cả tín hiệu muốn thu thành một tần số sóng mang cố định trung gian ,mà không làm cho âm tần biến điệu bị thay đổi ,gọi tắt là trung tần fIF ta có f0-fRF=conts Như vậy khi dò đài có fRF thay đổi ,thì f0 củng thay đổi chính bằng một lượng giá trị trung tần fIF. Trong đó : fRF tần số cộng hưởng mạch đầu vào . f0 tần số giao động nôi LOfRF t frf t Fosc t converter Hình 6-2 nguyên lí đổi tần Đặc tín mạch đổi tần : Mạch vào bộ đổi tần phải đủ lớn . Mạch LO phải ổn định tại mọi tần số được chọn . Âm tần điều chế ở trung tần phải giống như ở RF ,tức là không bị biến đổi . Trung tần luôn là một tần số ổn định cho mọi băng sóng . Với băng AM fAM =455KHZ. Với băng FM fFM =10.7MHZ. 2 Mạch đổi tần có AFC (automatic frequency control) hình 6-3: FM converter AFT (automatic fine tuning) Mạch hình 6-3 là mạch tuner FM có AFT dùng hai transisitor p-n-p T1 làm RF amp mắc cực B chung ,C3 thoát xoay chiều tại B định thiên bằng AGC (automatic gain control) và nguồn 5 vol tín hiệu vào từ anten ghép qua L1 , mạch cộng hưởng vào là một khung và là tải của T1 ghép qua C6 đến L3 và C7 đưa vào đổi tần . Với tín hiệu RF thì T2 mắc theo mạch CB có C9 thoát xoay chiều ,RF đưa vào cực E ,với OSC thì T2 mắc theo mạch cực phát chung ,tín hiệu OSC đưa vào cực B Giửa hai khung OSC và mạch vào có hai tụ xoai VC2 và VC1 chỉnh đồng trục ,mạch AFT là một varicap diode (diode biến dung) nó được phân cực ngược (R8,R7 vào anot còn điện áp DC từ FM det đưa vào R9 vào cực katót )như vậy ,trị số điện dung của diode là Cx sẻ biến đổi mức thay đổi DC của FMDET.Khi lệch cộng hưởng ,phía tách sóng xuất hiện mức DC, đưa về chỉnh già trị Cx để tìm lại tuning. IV MẠCH DAO ĐỘNG NÔI 1-Đặc điểm chung của các mạch tạo dao động : Mạch tạo doa dộng có thể tạo ra các xung dao động khác nhau như dao động hình sin,chử nhật, tam giác trong phần này chỉ giới thiệu mạch giao động tần số cao dùng RC Các mạch dao động có thể làm việc ở tần số vài HZ đến vài trăm ngàn MHZ Bộ tạo dao dộng dùng transisor và Fet sử dụng khá rộng rải ở tần số không cao lắm .Nhưng do các tham số tỉnh của transistor phụ thuộc vào các yếu tố bất ổn định như sự thay đổi nhiệt độ T của điện áp nguồn cung cấp vcc ..dẩn tới sự thay đổi biên độ ,tần số của bộ tạo dao động . Để giảm ảnh hưởng các yếu tố ổn định đến các tham số của transistor ,ta áp dụng các biện pháp sau : Ổn định điện áp nguồn cung cấp , đặc biệt là điện áp cung cấp cho cực B transistor . Bù ảnh hưởng của sự thay đổi nhiệt độ bằng cách mắc các mạch dao động dùng transistor các phần tử phụ thuộc nhiệt độ như điện trở nhiệt âm , điện trở nhiệt dương ,diode hoặc bộ bù nhiệt . Chọn transistor sao cho tần số dao động f0<<0.5fT để không xuất hiện các điện dung kí sinh Cb’c,Cb’e Mắc điện trở Emeter Re để bù nhiệt và nâng cao trở kháng vào . 2- Điều kiện dao động Các bô tạo dao động gồm hai khối : A V1 V2 Khối khuếch đại có hệ số khuếch đại: A module hệ số khuếch đại : góc di pha của bộ khuếch đại Khối hồi tiếp có hệ số truyền đạc : :module hệ số hồi tiếp : góc di pha của hệ số hồi tiếp Hệ số khuềch đại của bô khuếch đại có hồi tiếp dương sẻ là : Từ biểu thức trên ta thấy rằng =1,hệ thống sẻ có hệ số khuếch đại vô cùng lớn .Tuy nhiên điện áp ra không thể đạc giá trị vô cùng lớn mà bị giới hạng bởi đoạn công phía trên của đặc tuỵến biên độ của hệ thống .Aht=chỉ có nghĩa khi điện áp vào có giá trị vô cùng bé (),điện áp ra vẩn có giá trị hửu hạn .() vì trong mạch bao giờ củng có tạp âm nhiệt với tần phổ liên tục .Nên nếu độ khuếch đại vòng của hệ thống thoả .Ở một tần số nào đó thì ngay khi không có tín hiệu vào ,trong mạch vẩn xuất hiện dao động với tần số nói trên ,hiện tượng này gọi là sự tự kích của hệ thống có hồi tiếp .Nếu thì độ khuếch đại có hồi tiếp dương củng sẻ tự kích .Khi có biên độ dao động thì ở đầu ra sẻ tăng dần cho đến khi đoạn công phía trên của đặc tuyến biên độ càng giảm hệ số khuếch đại tới giá trị tương ứng với khi đó biên độ dao động không tăng nửa và dao động chuyển sang trạng thái xác lập ,do đó điều kiện để hệ thống hồi tiếp dương có thể phát sinh dao động tự kích là : . Điều kiện cân bằng pha để có dao động tự kích là : Mạch dao động thường được sử dụng trong máy thu là mạch dao động Hartley và mạch dao động Colpitt 3 -Mạch dao động sử dụng trong máy thu Thường dùng transistor , định thiên sao cho ic =1.5-2 mà mắc theo các mạch: Ba điểm điện cảm –Hartley(hình 6-4a) Ba điểm điện dung Colpitt (hình 6-4b) Ghép biến áp (hình 6-4c) hình 6-4a mạch cực gốc chung Commom Base (cb) R1 định thiên dòng,R2 thiên áp R3 ổn định nhiệt C1 thoát xoai chiều .mạch dao động gồm L ,CV và C3 dùng C3 R4 lọc cao tầng cho DC ,C4 đưa hồi tiếp OSC về cực E C5 lấy tín hiệu OSC đưa về tần trộn . mạch này dao động ổn định . (a)Hartley (b) Colpitt (c) Ghép biến áp hình 6-4 :các mạch local osc Mạch hình 6-4b :mạch cực gốc chung CB ,R1 định thiên ,R2 phân áp ,C1 thoát OSC .Khung dao động gồm L1,C2,C3,CV là mạch dao động 3 điểm điện áp OSC trên C3 đưa về cực E ,OSC lấy từ cuộn L2 Mạch hình 5-7c mạch cực phát chung CE ,R1 định thiên ,R2 thiên áp ,R3 ổn định nhiệt ,C2 thoát OSC ,khung dao động gồm L2,CV ghép biến áp qua L1,L3 đưa điện áp hồi tiếp về B ,L4 lấy OSC OUT đến tầng đổi tần mạch này dao động khoẻ kém ổn định . V KHUẾCH ĐẠI TRUNG TẦN Nằm ở sau bộ đổi tần có nhiệm vụ : khuếch đại lớn tín hiệu nhỏ sau bộ đổi tần đến mức cần thiết giải điều chế ,có độ chọn lộc cao nhờ các bộ lọc IF và loại nhiễu ngoài băng thông có AGC(Automatic gain control) tránh quá tải cho dải điều chế giảm méo trong giải điều chế FM . Lựa chọn tần số trung tần : độ chọn lọc băng thông nhỏ có được tốt nhất ở tần số thấp nhờ các mạch điều hưởng LC ,Ceramic Fitter, Crytal Fitter ,sự lựa chọn IF thấp làm cho thiết kế đơn giản , độ khuếch đại lớn độ ổn định cao ,dể thực hiện Hiện nay vi mạch tích hợp cao sử lí tín hiệu sau đổi tần đã được chuẩn hoá cùng các bộ lọc có hệ số phẩm chất Q cao như SAW,Ceramit Fitter ,Crytal Fitter các vi mạch đa năng trở nên thông dụng trong máy thu . Một số vi mạch tích hợp sử lí tín hiệu trung tần như kA 22427 CA 3028 VI- MẠCH AGC,AFC Mạch AGC (automatic gain control) Mạch tự động điều chỉnh hệ số khuếch đại AGC được thiết lặp ở tầng khuếch đại RF hay IF cho phép tăng hoặc giảm độ khuếch đại khi tín hiệu thu yếu (đài xa ) hay mạnh (đài gần ).Bằng cách thay đổi điện áp phân cực . Như vậy AGC là hệ thống hồi tiếp điều chỉnh độ lợi máy thu dựa vào biên độ tín hiệu thu đồng thời mở rộng dải rộng (Dynamic range –DB) dải rộng là khoảng điện áp ngỏ vào nhỏ nhất và lớn nhất mà tín hiệu ra không bị méo .Nó biểu diển dưới dạng : Thông thường DR của máy thu có AGC từ 40db đến 100db Tín hiệu AGC thường ở dạng điện áp một chiều sau tách sóng tỉ lệ với mức tín hiệu thu được đưa về làm thay đổi điện áp phân cực tần RF hay IF kiểm soát độ khuếch đại máy thu . Trong máy thu FM điện áp AGC có thể tách trực tiếp từ mạch giải điều chế FM .Sơ đồ đơn giản của mạch AGC hình 6-5 hình :6-5 : mạch AGC đơn giản Diode D1,D2 nắng điện áp ; R1,C1 có thời hằng đủ lớn để lấy thành phần DC khuếch đại opam có thể mắc kiểu đảo hoặc không đảo để tạo cực tính điện áp AGC cần thiết . MẠCH AFC (AUTOMATIC FREQUENCY CONTROL) Một kiểu mạch hồi tiếp tương tự AGC dùng ở máy thu cao tần gọi là AFC (tự động điều chỉnh tần số )làm cho tần số dao động nội máy thu đổi tần được ổn định không bị trôi do nhiều nguyên nhân như : nhiệt độ thay đổi ,thông số kí sinh ảnh hưởng độ ổn định dao động nội v..v Mạch AFC đơn giản trong máy thu FM : LO IF AMP RF AMP MIX AMP FM DET Hình 6-6: mạch AFC Biên độ điện áp ngỏ ra bô tách sóng FM thay đổi theo bộ di tầng .Nếu tần số tăng điện áp ra dương .Nếu tầng số giảm , điện áp ra âm .Mạch lọc thông thấp R1,C1 lấy tín hiệu DC biến đổi chậm đưa lại phân cực cho varicap điều chỉnh tần số dao động nội .Bô giải điều chế FM sẻ phát hiện sự thay đổi tín hiệu .Giả sử tầng số dao động nội tăng ,làm cho FIF tăng tạo nên điện áp +DC đưa lại giảm phân cực ngược cho varicáp .Kéo tầng số dao động nội xuống giá trị ban đầu và ngược lại . VII- MẠCH TÁCH SÓNG FM Tách sóng là tạo nên tín hiệu tần số thấp ,lặp lại qui luật điều chế của tín hiệu cao tần mà máy phát thu được . Nếu tín hiệu cao tần được điều chế biên độ thì máy thu phải dùng bộ tách sóng biên độ . Còn tín hiệu cao tần được điều chế tần số thì máy thu phải dùng bộ tách sóng tần số .Nguyên tắc tách sóng tần số là dùng chuyển biến thiên về tần số thành biến thiên về biên độ ,rồi dùng bộ tách sóng biên độ để tách sóng . Nhiệm vụ chủ yếu cúa bộ tách sóng là dời phổ từ miền tần số cao về tần số thấp đồng thời không làm biến đổi cơ cấu phổ của tín hiệu . Đây là điểm khác so với bộ đổi tần .Muốn thực hiện việc dời phổ ta phải dùng phần tử phi tuyến (diode,transistor ,fet ..)hoặc phần tử tuyến tín có tham số biến đổi tuần hoàn theo thời gian . Trong đề tài này chỉ trình bài nguyên tắc tách sóng tần số : 1 khái niệm tách sóng tần số Tách sóng tín hiệu điều tần là quá trình biến đổi độ lệch tần số tức thời của tín hiệu đã điều tần so với tần số trung bình ,thành biến thiên điện áp ở đầu ra . Đặc trưng cho quan hệ biến đổi đó là đặc tuyến truyền đạt của bộ tách sóng tần số , đó là đường biểu diễn quan hệ điện áp và lượng biến thiên tần số ở đầu vào V0t 0 Hính 6-7 : Đặc tuyến truyền đặc bộ tách sóng tần số . Độ dốc của đặc tuyến truyền đạc gọi là hệ số truyền đạc của bộ tách sóng tần số được định nghĩa : Giá trị Sf thường được xác định tại khi đó ta có độ dóc lớn nhất : Sfmax Để bộ tách sóng tần số làm việc tốt ,cần thoả mảng những yêu cầu sau : Hệ số truyền đạc cao (smax lớn ). Đặc tuyến truyền đạc thẳng trong phạm vi tần số hẹp . Điện áp vào không cần lớn . Điện áp ra V0ts chỉ phụ thuộc vào và mà không phụ thuộc vào điện áp vào để không có sự điều biên kí sinh .Thường yêu cầu này không thoả mảng nên trước bộ tách sóng tần số cần phải có bộ hạn chế biên độ . Khi dùng các mạch tự động điều chỉnh tần số thường yêu cầu đặc tuyến truyền đạc đối xứng qua gốc toạ độ . Có 3 nguyên tắc để thực hiện tách sóng tần số và tách sóng pha : Biến tín hiệu FM thành tín hiệu AM ,rồi dùng tách sóng biên độ để tách sóng . Biến tín hiệu FM thành tín hiệu điều chế độ rộng xung ,rồi tách sóng tín hiệu độ rộng xung nhờ mạch tích phân . Làm cho tần số FM bám theo tần số của một bộ dao động nhờ hệ thống vóng khoá pha PLL , điện áp sai số chính là điện áp cần tách sóng . 2-Tách sóng tần số dùng mạch cộng hưởng kép : OTS1 OTS2 VOTS Hình 6-8 : sơ đồ mạch tách sóng tần số dùng mạch cộng hưởng kép Ta có thể dùng cộng hưởng đơn hoặc kép dùng làm mạch tách sóng tần số ,nhưng do hổ dẩn của đặc tuyến nhỏ , đặc tuyến không thẳng gây méo nhiều và điều chỉnh lệch cộng hưởng khó khăn (đối với mạch cộng hưởng kép ) nên chúng ít sử dụng trong thực tế . Nguyên lý làm việc của nó là chuyển biến thiên tần số thành biến thiên pha rồi dùng bộ tách sóng pha cân bằng để tách sóng . Hai mạch cộng hưởng điều cộng hưởng ở tần số trung tâm : Có hệ số phẩm chất như nhau :Q01=Q02 và các tải tách sóng như nhau (R.,C) Cuộn chặn Lchcó điện cảm rất lớn nhưng tổn hao rất nhỏ (coi Lch tiến tới vô cực) Cgh ngăn cách một chiều và được coi là ngắn mạch với cao tần Tín hiệu cao tần V1 một mặt được ghép qua biến áp đưa đến mạch dao động thứ cấp ,một mặt được ghép qua tụ Cgh do đó điện áp đặt trên D1 D2 là : vậy điện áp đầu ra của bộ tách sóng là : Nghĩa là điện áp ra biến đổi phụ thuộc vào sự biến thiên tần số . Ưu điểm của bộ tách sóng tần số loại này là ít gây méo dể điều chỉnh , độ dốc lớn nhưng phạm vi biến đổi tần số hẹp hơn so với tách sóng tần số dùng mạch lệch cộng hưởng kép -Bộ tách sóng tần số tỉ số : Hình 6-9:Sơ đồ bộ tách sóng tỷ số Hình 6-9 : là sơ đồ bộ tách sóng tỷ số ,nó chỉ khác bộ tách sóng dùng mạch cộng hưởng kép ở chổ các diode tách sóng được mắc nói tiếp . Mạch vừa làm nhiệm vụ tách sóng vừa làm nhiệm vụ hạn chế biên độ . Hai bộ tách sóng biên độ nói tiếp với nhau về dòng một chiều nên luôn luôn tồn tại dòng I0 chảy qua D1,D2 dòng này nạp cho C0,nếu ta chọn : R1=R2=R ;C1=C2=C và Hằng số thời gian khá lớn nên điện áp trên C0 biến thiên khá chậm (V0=cost) làm cho nhiểu biên độ giảm .Như vậy C0 đóng vai trò như bộ hạn chế biên độ. điện áp ra và mặt khác : Khi V0 =conts , điện áp ra V0ts chỉ phụ thuộc vào tỷ số Vots1/Vots2.Mặt khác giống như trong bộ tách sóng tần số dùng cộng hưởng kép ,Vost1 và Vost2 phụ thuộc vào biến thiên tần số đầu vào .Dó đó chỉ có tỷ số Vots1/Vots2 biến thiên theo tỉ số đầu vào mà thôi ,nên ta gọi là bộ tách sóng tỷ số .Như vậy bộ tách sóng tỷ số không có phản ứng với các biến thiên về biên độ ở đầu vào ,nên tránh được nhiễu biên độ . Ưu điểm của mạch tách sóng tỷ số là đơn giản ,hệ số khuếch đại tần trước đó có thể lớn và chống được điều biên kí sinh nên nó được sử dụng rộng rải trong các máy thu thanh và đường tiến của máy thu hình. VIII MẠCH GIẢI MÃ FM STEREO Nếu ở máy phát FM stereo phát đi tín hịêu 19KHZ thì ở phía máy thu sẻ lọc lấy tín hiệu 19KHZ . Rồi nhân đôi đưa vào bộ tách sóng đồng bộ cùng tín hiệu (L-R)DSB điều biên 38khz .Nếu máy phát không phát đi một phần tín hiệu chuẩn 19KHZ thí máy thu phải có bộ khôi phục tần số sóng mang để giải mả không bị méo .Có 3 phương pháp giải mả tín hiệu FM stereo mổi phương pháp có ưu khuyết điểm riêng : 1-Mạch Ma Trận : Còn gọi là matrix ,là kỉ thuật phân chia tần số (requency separation techniqine) tín hiệu FM sau tách sóng tỉ lệ đưa vào khuếch đại và lọc ra 3 thành phần : Lọc thông thấp cho 50HZ-15KHZ,làm trể cho tín hiệu L+R. Lọc thông dải 23KHZ-53KHZ cho dải (L-R). Lọc cộng hưởng 19KHZ để tạo sóng mang phụ 38KHZ vào bộ ma trận thu Sau khi giải mả tín hiệu L,R được khuếch đại AF. Lọc thông thấp 50HZ-15KHZ và mạch trể Lọc thông dải 23-53khz Tách sóng Ma trận thu Ampli Lọc băng hẹp 19khz Bộ nhân đôi FM MPXX L-R L+R 19khz Hình 6-10: giải mả stereo kiểu ma trận L R Một trong các tham số cơ bản của bộ giải mả stereo là bộ phân kênh stereo .Sự suy giảm xuyên âm giữa các kênh stereo chủ yếu phụ thuộc vào các yếu tố :các tham số của bộ khuếch đại cao tần RF , độ chính xác của việc phục hồi sóng mang phụ 38khz phương pháp sử dụng để giải mả stereo ,sự phân tán tính ổn định của các tham số trong sơ đồ .Bởi vậy trong thực tế cần phải có sự sử dụng bù trừ suy giảm xuyên âm trong các bộ giải mả stereo . Vì vậy bộ giải mả stereo cần phải giải quyết các nhiệm vụ sau : Bù sự méo biên độ tần số của phổ tín hiệu stereo phức hợp gây ra bởi các tần khuếch đại cao tần: Phục hồi tần số sóng mang . Khuếch đại điện áp dao động điều chế cực khi cần . Giải mả dao động điều chế cực . Hiệu chỉnh sự suy giảm xuyên âm giữa các kênh . Ưu điểm sơ đồ này là méo tuyến tính không lớn ,tín hiệu ở tần số siêu âm ở đầu ra bộ giải mã nhỏ .Khuýêt điểm của nó là cấu trúc bộ lọc thông thấp và bộ lọc thông dải khá phức tạp . Để đạc đặc tuyến truyền đạc gần lí tưởng , để tránh hiện tượng xuyên kênh . 2-Cấu trúc bộ giải mã stereo với sự phân chia thời gian các tín hiệu stereo Tín hiệu FM detec đưa thẳng vào bộ tạo mẩu phân chia thời gian sample cón pilot 29khz đồng pha 38khz đưa vào ma trận tách sóng . Ampli Lấy mẫu (sampling) ma trận thu Tạo sóng mang phụ 38KHZ Lọc băng hẹp 19KHZ100HZ (L+R),(L-R)DSB FM MPX L R Hình 6-11:mạch tách sóng phân chia theo thời gian 3-Cấu trúc bộ giải mã stereo với tách sóng đường bao: Phương pháp tách sóng đường bao là phương pháp đơn giản nhất để tách sóng phân cực .Dựa trên cơ sở đặc điểm của dao động điều chế cực là đường bao phía trên của nó là tín hiệu âm tần của kênh phải (R) và đường bao phía dưới là tín hiệu âm tần của kênh trái (L) LTT2 Tín hiệu dao động điều chế cực LTT1 Hình 6-12 :tách sóng cực theo đường bao Tín hiệu stereo phức hợp ở đầu ra của bộ tách sóng tần số được đưa vào mạch hiệu chỉnh ,để tăng hệ số khuếch đại ở tần số siêu âm 38khz ,để phân kênh tốt .Mạch này sẻ bù lại sự suy giảm của phổ tần số cao của tín hiệu stereo phức hợp .Sau đó tín hiệu stereo này sẻ được đưa tới bộ khuếch đại dải rộng và mạch khôi phục tần số sóng mang ,rồi tới bộ tách sóng đường bao. Ưu điểm của bộ giải mả này là việc giải mả đơn giản , độ ổn định cao ,sự suy giảm xuyên âm của các kênh stereo lớn ,mức tần số siêu âm ở đầu ra của bộ giải mả nhỏ .Việc tăng méo phi tuyến ở tần số cao là khuyết điểm ở sơ đồ này . 4-Tách sóng kiểu vòng chốt pha PLL detecor Trong đó có một bộ giao động kiểm soát bằng điện áp VCO (voltage controlled oscillator) 76khz ở bên trong linh kiện tín hiệu này chia hai tạo dải tần phụ 38khz , đưa đến giải mã kiểu đồng bộ. DC VCO 76KHZ Chia 2=38khz OUT Chia 2=19khz 19khz PLL detecter conparator FM hổn hợp Đến giải mả stereo Tín hiệu VCO 38khz một lần nửa được chia 2 để có tín hiệu 19khz PLL .Tín hiệu FM stereo tổng hợp sau tách sóng FM và 19khz PLL , được đưa vào bộ so sánh pha nhau nếu lệch sẻ có một điện áp DC đưa vào điều chỉnh lại lock bộ dao động 76khz.Như vậy pha của dao dộng nội được đồng bộ và đồng pha với 19khz pitlot ở đài phát . PHẦN II THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH THU FM STEREO I SƠ ĐỒ MẠCH : (bản in đính kèm ) II NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CHUNG CỦA MẠCH Tín hiệu điều tần FM từ máy phát được ghép qua anten vào mạch thu của máy thu FM stereo (vào mạch thu của IC SA 2003),tín hiệu từ anten của máy thu qua tụ C1 đưa vào bộ lọc băng thông (thông dải) có tần số từ 88MHZ- 108MHZ gồm tụ điện và cuộn dây ghép song song để chặn thu được tín hiệu trong khoảng tần số FM .Do tín hiệu thu được rất nhỏ nó sẻ được IC khuếch đại để khuếch đại tín hiệu FMRF và tăng độ nhạy máy thu khi thu tín hiệu . Tín hiệu FMRF được thu ,khuếch đại và được đưa vào khung cộng hưởng LC để thu được tín hiệu cần giải mã (để dò đài ) .khi tín hiệu đã được xác định thì mạch dò đài sẻ dừng lại và tần số đó được cộng hưởng (tín hiệu đó là tín hiệu FMRF )tiếp tục qua mạch trộn tần tích hợp trong IC để tạo ra tín hiệu FMIF .Tín hiệu này tiếp tục so sánh với dao động chuẩn thạch anh 10.7 MHZ để chốt lại tín hiệu FMIF=10.7 MHZ sau đó lại khuếch đại và đưa vào khối tách sóng FM tạo ra tín hiệu FM MPX bao gồm: L+R :30HZ-15KHZ L-R : 38KHZ Sóng báo 19KHZ Ba tín hiệu này sẻ được giải mã bởi khối giải mã FMMPX (bộ giải mả được thực hiện bởi IC KA2261 )giải mả theo nguyên tắc vòng khoá pha PLL để tạo ra tín hiệu FM stereo .Tín hiệu này gồm 2 kênh L và R tiếp tục qua mạch cân chỉnh âm lượng Equalize tạo âm sắc trung thực cho âm thanh (bass,stress) (được thực hiện bởi ic TA7630) .Các tín hiệu âm thanh sắc nét nhất cuối cùng được khuếch đại công suất âm tầng đưa ra 2 loa Left và Right . III THIẾT KẾ CÁC KHỐI TRONG MẠCH 1 Khối mạch thu , đổi tần và tách sóng tạo ra tín hiệu FMMPX: FMMPX OUT Được thực hiện bởi IC chuyên dụng đó là IC SA 2003 .IC SA 2003 là IC có khả năng thu và khuếch đại tín hiệu cao tần .Tích hợp mạch dao động để tạo ra mạch đổi tần tạo ra tín hiệu trung tần FMIF .Khuếch đại tín hiệu trung tần giải mã và tách sóng FM tạo ra tín hiệu FMMPX Các mạch phụ kiện bổ trợ Mạch thông dải Với tín hiệu 88MHZ-108MHZ đây là mạch chặn được nối phía sau anten và đầu chân số 1 của IC để chặn và thu khoảng tần số cần thu của FM có tần số từ 88MHZ-108MHZ Nguyên lý hoạt động : Tín hiệu cao tần FMRF được anten cần rot thu nhận qua tụ C1 đến bộ lọc băng thông gồm tụ C2 và cuộn L1 đưa vào nối tiếp qua tụ C3 đến chân số 1 của IC SA 2003 Tụ C1 ghép giữa anten và mạch vào chọn C1 sao cho đối với tín hiệu RF thì ngắn mạch ,chọn C1 =30pF Anten cần rot có trở kháng đầu vào là bô lọc băng thông là C2 và L1 mắc song song : Tần số cắt trên của bộ lọc băng thông là (với R là trở kháng của anten ) chọn C2=22pF Tần số cắt dưới của bộ lọc là fL=88MHZ quấn L1 theo công thức : Trong đó : L chiều dài của lõi (mm) S tiết diện của lõi (m2) n số vòng dây Sau khi tín hiệu FMRF được thu vào chân số 1 của IC nó sẻ được khuếch đại và đưa ra chân số 14 .Tại đây ta thiết kế mạch cộng hưởng có nhiệm vụ dò đài .Cộng hưởng tín hiệu cần thu. Mạch cộng hưởng tần số thu : Cuộn dây L2 và tụ xoay CV1 mắc song song với C6 chọn tụ xoay CV1 có giá trị 30p-270p chọn C6 =22p để đảm bảo cho ta tính giá trị của L2 khi CV1 ở vị trí min và fch ở vị trí max: trong đó fch=fmax dãi tần làm việc của FM là 88MHZ-108MHZ khi fch=fmax =108MHZ Thay số vào Tương tự L2 được quấn theo công thức : quấn L2 theo công thức : Trong đó : L chiều dài của lõi (mm) S tiết diện của lõi (m2) n số vòng dây Ta có C6 mắc song song với CV1 đảm bảo cho tần số luôn luôn được cộng hưởng trong khoảng CV1 khi L2 thay đổi khi tinh chỉnh ta chọn C6 =22pF Mach dao động nội Sau khi tín hịêu cao tần FMRF được chọn nó sẻ tiếp tục đưa qua bộ đổi tần để tạo ra tín hiệu FM trung tần FMIF =10.7MHZ.Bộ trộn này gồm mạch dao động được tích hợp sẳn trong IC với bộ dao dộng colpitt mắc theo kiểu CB đưa khung dao động ra ngoài chân số 13 của IC . theo nguyên lí đổi tẩn ta có : fIF=fOSC-fRF=10.7MHZ mà fRF=88MHZ-108MHZ Còn việc để đảm bảo cho việc cùng tăng hoặc cùng giảm của tần số cao tầng và tần số dao động ta thực hiện bằng việc cùng 1 diode biến dung trên việc cân chỉnh (đồng cân chỉnh biến dung) do CV2 có giá trị thay đổi trong khoảng 30-270pF ta chọn giá trị nhỏ nhất của CV2 và giá trị lớn nhất của f0 để tính giá trị L : fOSC=98,7MHZ-118,7MHZ tương tự L3 được quấn theo công thức : quấn L3 theo công thức : Trong đó : L chiều dài của lõi (mm) S tiết diện của lỏi (m2) N số vòng dây Sau khối trộn tần tín hiệu sẻ được so sánh với dao động thạch anh chuẩn 10.7MHZ để tạo ra tín hiệu FMIF 10.7MHZ.Tiếp tục khuếch đại tín hiệu trung tần rồi đưa tới mạch tách sóng mang tạo ra tín hiệu FM MPX đưa ra chân số 11 của ic 2 MẠCH GIẢI MẢ FM STEREO A Sơ đồ mạch : B Chức năng của ic: IC KA 2261 có chức năng tách sóng giải mã FMMPX theo nguyên lí PLL (phase lockad loop) trong đó có một bộ dao động kiểm soát bằng điện áp VCO(voltage control osclator )76KHZ ở bên trong linh kiện ,tín hiệu này được chia 2 tạo dải tần phụ 38KHZ , đưa đến giải mã stereo kiểu đồng bộ .Tín hiệu vco 38khz một lần nửa được chia 2 để có 19KHZ PLL .Tín hiệu FM stereo tổng hợp sau tách sóng FM và 19KHZ PLL , được đưa vào bộ so sánh pha nhau nếu lệch sẻ có một điện áp DC đưa vào điểu chỉnh lại (clock) bộ dao động 76KHZ .Như vậy pha của dao động nội được đồng bộ và đồng pha với 19KHZ pilot ở đài phát . Chân số 1 vcc Chân 2 input tín hiệu vào Chân 3 dùng để nắn pha tín hiệu Chân 4 tín hiệu L stereo Chân 5 tín hiệu R stereo Chân 6 đèn báo thu FM stereo Chân 7 mass Chân 8 điều chỉnh tín hiệu phân li giửa hai kênh L và R Chân 9 stereo mono sw and vco stop Chân 10,chân 11 mạch cộng hưởng tín hiệu pilot 19khz Chân 12 19khz check Chân 13 chân tiền khuếch đại Chân 14,15 kết hợp mạch lọc thông thấp Chân 16 mạch dao động vco 3-Mạch equalizer Sử dụng IC TA7630 dùng chung cho cả hai kênh L và R với chức năng điều chỉnh như :Blance ,volume ,tone (treble, bass) với phạm vi điều chỉnh : bass:VB=10dB tại f=1khz-100hz Treble : VB =12dB tại f=1khz – 20khz A sơ đồ khối TA 7630 Chức năng của các chân trong ic: B Sơ đồ nguyên lý : Tín hiệu của hai kênh được đưa vào chân số 2 và chân số 15 và lấy ra hai chân số 6 và số 11 Chân số 7 điều chỉnh cân bằng cho hai kênh Chân số 8 chỉnh volume Chân số 9 chỉnh bass Chân số 10 điều chỉnh treble Mạch khuếch đại công suất âm tần Sử dụng IC BA 5406 khuếch đại công suất OTL với ngỏ ra 2 kênh L và R công suất ngỏ ra 2 kênh từ 2-5W a-sơ đồ khối ic BA 5406 Bảng phân bố chân linh kiện : Chân số 1: Vcc Chân số 7: fitter Chân số 2: output 1 Chân số 8:input 2 Chân số 3: boot strap 1 Chân số 9 : NFB2 Chân số 4: NFB1 Chân số 10: boot strap 2 Chân số 5:input 1 Chân số 11: output 2 Chân số 6: fiter Chân số 12:gnd B Sơ đồ nguyên lý : Ngỏ vào 2 kênh được đưa vào 2 chân 5 và chân 8 ,ngỏ ra đặc các loa có công suất là 2w trở kháng 3 Chân 6 mắc tụ 47uF lọc tín hiệu ,chân 7 mắc tụ 100uF lấy áp cấp cho tần vi sai ,chân số 11,12 ngỏ ra tín hiệu âm tần L và R MẠCH NGUỒN CUNG CẤP: Mạch nguồn sử dụng lưới điện 220v hạ thế còn 7.5v qua cầu phân áp chỉnh lưu tạo thành điện một chiều qua IC 7805 tạo thành nguồn 5v cung cấp cho mạch : Vcc=5v TỔNG KẾT Đế tài này là một ứng dụng cơ bản trong hệ thống thông tin vô tuyến, trong lỉnh vực cao tần ,tìm hiểu được nguyên lí thu phát của hệ thống thu phát FM.Có thể ứng dụng nhiều trong lỉnh vực điều khiển từ xa và thông tin ở cự li ngắn.Vì vậy ngoài sóng FM ta có thể thiết kế các hệ thống thu phát thông tin đơn giản ở cự li ngắn dùng trong đàm thoại vô tuyến với nguyên lí tương tự .Ngoài ra trong các hệ thống thu hình củng sử dụng nguyên lí tương tự như trong thu phát FM . kết quả đạt được Qua những gì đã trình bày ở trên ,về cơ bản đả hoàn thành những gì được giao . Đề tài đã trình bày được tổng quan về máy phát máy thu FM tính toán thíết kế một máy thu FM cụ thể . Trong đó theo đúng yêu cầu của thầy hướng dẩn đề ra lúc giao nhiệm vụ là thiết kế một mạch thu FM . Kết quả lớn nhất là đề tài đạt được là việc tìm hiểu nguyên lý máy phát máy thu từ đó ứng dụng chúng vào thực tế .Một số ứng dụng trong thực tế đó là : Micro không dây Điều khiển từ xa Truyền thông tin Đề tài giúp em tiếp cận các phương pháp thiết kế máy thu FM .nâng cao khả năng tìm kiếm tài liệu trên internet , đây là hành trang quí giá trên con đường sự nghiệp sau này . Hạn chế của đề tài Do trình độ còn hạn chế nên trong các thiết kế chưa được trình bài chi tiết ,chưa tín toán chính xác các chỉ tiêu của máy thu .Hướng khắc phục là đi sâu vào nghiên cứu lỉnh vực mạch thu FM hơn nửa để có được nhửng thiết kế chi tiết hơn và mang tín thực tế hơn . Trong hơn ba tháng thực hiện đề tài ,trải qua quá trình thi công còn gặp nhiều khó khăn như :một số linh kiện khó tìm ,nhiểu trong quá trình thu sóng ,và vấn đề cân chỉnh cộng hưởng ở tần số trung tần .Mặc dù vậy em vẩn có gắn thực hiện đề tài đúng thời hạn qui định ,do đó còn nhiều thiếu sót mong các bạn góp ý để hệ thống hoàn thiện hơn .Xin cám ơn ! Hướng mở của đề tài : Đề tài được thiết kế chỉ mang tính thử nghiệm chứ không đủ để thương mại hoá . Để có thể thương mại háo ,em xin đề xuất một số hướng mở để phát triển tiếp tục trong tương lai: Sử dụng các IC chuyên dụng cho việc thu monolithic để đạc được độ ổn định và độ chính xác cao. Phát thiển thêm các ứng dụng khác như điều khiển từ xa.thiết kế thu phát thông tin cự li ngắn . Nếu thực hiện được theo hướng này ,hệ thống hoàn toàn đủ khả năng để thương mại hoá TÀI LIỆU THAM KHẢO Mạch Điện Tử 2 Lê Tiến Thường Mạch Điện Tử 3 Hoàng Đình Chiến Truyền Sóng Và Anten Lê Tiến Thường và Trần Văn Sư Tham khảo Luận văn các khoá trước