Bài giảng thiết bị đầu cuối viễn thông - Chương 2: Nguyên lý ghi phát âm

Bài giảng thiết bị đầu cuối viễn thông Th.S Trần Viết Thắng, chủ biên; Ths. Võ Đình Tùng 21 Chương II NGUYÊN LÝ GHI PHÁT ÂM I. NGUYÊN LÝ GHI ÂM TỪ TÍNH Nguyên lý ghi âm từ tính dựa vào chất từ dư của sắt từ. Khi từ hóa chất sắt từ bằng từ trường ngoài, khi lấy sắt từ ra khỏi từ trường ngoài thì chất sắt từ vẫn còn bị từ hóa và trở thành nam châm • Mô tả hiện tượng từ hóa: FB JJG : Từ tính trong chất sắt từ 0B JJG : từ rường ngòai Đặt 1 miếng sắt từ chưa bị từ hóa vào từ trường ngoài có cường độ 0B JJG . Cho 0B JJG tăng dần và khảo sát hiện tượng từ hóa chất sắt từ. Ta thấy khi tăng 0B JJG thì từ tính của chất sắt từ cũng tăng lên. Tiếp tục tăng 0B JJG thì từ tính của chất sắt từ sẽ đạt trạng thái bảo hòa từ, lúc này ta giảm dần 0B JJG thì từ tính trong chất sắt từ cũng giảm theo, nhưng quá trình này diễn ra chậm hơn, đến khi từ trường ngoài giảm về ∅ thì từ tính trên chất sắt từ vẫn còn. Tiếp theo ta đổi chiều và tăng dần 0B JJG thì từ tính của chất sắt từ giảm nhanh về ∅ . Khi từ trường ngoài đạt giá trị B0k. B0k được gọi là lực khử từ. Lúc này, nếu tiếp tục tăng từ trường ngoài thì chất sắt từ sẽ bị từ hóa theo hướng ngược lại và cũng đạt đến giá trị bảo hòa từ ở hướng này . Nếu ta đổi chiều từ trường và tăng dần từ trường đến một giá trị nhất định thì từ trường trong chất sắt từ sẽ đạt đến trạng thái bảo hòa mới, và như vậy kết quả của khảo sát cho ta một đường cong khép kín mô tả trạng thái nhiễm từ của chất sắt từ. B0k -B0k Bd Bh -Bhd -Bh Hình 2.1 Quá trình từ hóa 0B JJG FB JJG Bài giảng thiết bị đầu cuối viễn thông Th.S Trần Viết Thắng, chủ biên; Ths. Võ Đình Tùng 22 Người ta chứng minh được rằng: đới với chất sắt từ, không cần từ hóa đến trạng thái bảo hòa thì vẫn xuất hiện hiện tượng từ dư. Tuy nhiên, tùy theo cường độ từ trường ngoài thế nào mà ta sẽ có biên độ từ dư trên sắt từ tương ứng. Và trong thực tế, băng từ ( băng hộp cassette ) được chế tạo dựa trên nguyên lý xuất hiện hiện tượng từ dư trong chất sắt từ. II.BĂNG TỪ ( Băng hộp Cassette ). Kích thước băng và hộp băng được qui định lần đầu tiên bởi hãng Phillips và sau đó được cải tiến và trở thành tiêu chuẩn quốc tế ISO. Cấu tạo của băng từ gồm một đế polyester, trên đó là một lớp keo bột từ. Các hạt từ có kích thước khoảng 1µ m. Đế băng phải chịu được độ uốn cong thích hợp và chịu đựng được một lực treo ứng với trọng lượng không nhỏ hơn 2,5 KG. Mặt băng phải phẳng, và có độ ổn định ghi/ phát với độ ẩm và nhiệt. Người ta chia băng từ ra làm 3 loại: C-60, C-90, C-120 với các thông số kỹ thuật sau: Chỉ tiêu Đơn vị C-60 C-90 C-120 Độ dày băng Độ dày lớp bột từ Độ từ dư Lực kháng từ µ m. µ m. Gauss Oersted 18 6 1200 300 12 4 1300 330 8 2 1300 350 0B JJG FB JJG Bài giảng thiết bị đầu cuối viễn thông Th.S Trần Viết Thắng, chủ biên; Ths. Võ Đình Tùng 23 Thời gian thu/phát 60 second 60 90 120 Băng từ có thể ghi/ phát ở mặt A và mặt B, mỗi mặt là một nữa của độ rộng băng từ. Độ rộng toàn thể của băng từ là 3,81mm, được chia làm 2 phần: Tùy theo tín hiệu ghi là mono hay stereo mà mỗi mặt lại được chia thành những phần khác nhau: Tốc độ di chuyển của băng từ là 4,76 cm/s Dựa trên vật liệu chế tạo bột từ mà người ta chia băng từ thành những loại sau: • Băng thường ( Normal ): bột từ là ôxit sắt từ ( Fe2O3), đây là loại băng từ ra đời đầu tiên, có độ nhạy cao nên từ trường ghi không cần lớn, tần số tín hiệu ghi có thể đạt đến 15KHz. Tuy nhiên loại băng này có độ ổn định kém. • Băng ôxit crôm ( CrO2 ): bột từ làm bằng ôxit Crôm, có độ nhạy trung bình nên cần từ trường ghi khá mạnh, có đáp tuyến tần số rộng, ghi tốt ở tín hiệu có tần số cao, nhưng kém hơn băng Normal ghi tín hiệu ghi có tần số thấp. Độ ổn định tốt, hệ số méo nhỏ. • Băng Metal: lớp bột từ là ion sắt thuần, so với các loại băng trên, chất lượng băng Metal cao hơn rất nhiều, ít tạp âm, độ méo thấp, độ nhạy cao và dải thông rộng, do đó giá thành của băng này cũng rất cao. Nhược điểm : do bột từ làm bằng ion sắt nên băng cứng và nhám nên mau mòn đầu đọc. Mặt B Mặt A 0.8mm Hình 2.2 cấu tạo băng từ Hình 2.3 cấu tạo các lọai băng từ Mặt B Mặt A 0.8mm 0.005mm Mono 0.3mm R L L Stereo R Bài giảng thiết bị đầu cuối viễn thông Th.S Trần Viết Thắng, chủ biên; Ths. Võ Đình Tùng 24 III.ĐẦU TỪ Là thiết bị biến đổi điện từ, khi máy thực hiện chức năng ghi, đầu từ đóng vai trò là một nam châm điện, khi máy thực hiện chức năng phát, đầu từ đóng vai trò là cuộn cảm. Cấu tạo của đầu từ : Là một cuộn dây được quấn trên một lõi sắt từ mềm, lõi sắt từ gần như khép kín, chỉ chừa một khe rất nhỏ, nơi vùng từ tiếp xúc với băng từ và được gọi là khe từ. Khe từ là cửa thoát từ khi ghi và thu nhận đường sức cảm ứng từ vào nòng từ khi phát. Khe từ phải thật hẹp, khoảng 1 đến 1,6µ m để làm việc được với tín hiệu có tần số cao. Tất cả được đặt trong vỏ bọc kim loại. Ký hiệu Trong đầu từ, cuộn dây được quấn đồng đều hai bên lõi sắt từ sao cho tạo ra đường sức cảm ứng cùng chiều trên mặt từ. Để tránh dòng điện Faucault, lõi sắt từ gồm nhiều lá sắt mỏng ghép lại và được đặt trong vỏ bọc kim loại để ngăn nhiễu. Vỏ bọc phải đảm bảo chống được sự mài mòn, do đó thường được làm bằng hợp kim. Để tăng từ trường tiêu thụ và tránh bụi, khe từ thường được đóng bằng các vật liệu nghịch từ như : Cu, Ag… Dựa vào chức năng của đầu từ, ta có thể phân làm 3 loại sau: 1. Đầu ghi 2. Đầu đọc 3. Đầu xóa : thường có khe từ rộng từ 0,1 →1mm. Trong hầu hết các máy cassette, đầu ghi / đọc thường dùng chung. Khi đầu từ mòn thì chức năng phát vẫn tốt, nhưng chức năng ghi lại kém chất lượng. Cuộn dây Lỗi sắt Khe từ Đầu thu/phát Đầu xóa Hình 2.4 Cấu tạo đầu từ Bài giảng thiết bị đầu cuối viễn thông Th.S Trần Viết Thắng, chủ biên; Ths. Võ Đình Tùng 25 Dựa vào số mạch từ và số cuộn dây trong vỏ bọc kim loại ta chia đầu từ thành các loại sau: 1. Đầu từ mono: 2. Đầu từ Stereo, hai khe từ, 4 dây ra 3. Đầu Stereo đảo chiều tự động ( Auto reverse ): có 4 khe từ và 8 dây ra, có đế quay được 1800 theo chiều trên băng. Kí hiệu Đầu ra 1 2 Mặt trước Mặt sau Khe từ Hình 2.5 Đầu tư mono 1 2 3 4 Mặt trước Mặt sau Khe từ Đầu ra Hình 2.6 Đầu tư stereo Mặt trước Mặt sau Đầu ra Hình 2.7 Đầu tư stereo đảo chiều tự động Bài giảng thiết bị đầu cuối viễn thông Th.S Trần Viết Thắng, chủ biên; Ths. Võ Đình Tùng 26 1 2 Sw1 SPEAKER 1 2 Sw1 1 2 1 2 Sw1 Sw1 IV. NGUYỆN LÝ GHI VÀ ĐỌC TỪ TÍNH 1. Băng từ chưa ghi : Các nam châm nguyên tố trên lớp từ tính sắp xếp hỗn lọan theo mọi hướng nên từ trường tổng hợp bằng 0. 2. Nguyên lý ghi : Đầu từ được đặt cố định, cho băng từ chạy qua với vận tốc V JG sao cho băng từ ép sát vào đầu từ tại vị trí khe từ. Cho dòng điện âm tần chạy qua cuộn dây đầu từ, từ trường sinh ra trong lõi sắt từ biến thiên theo qui luật biến đổi của dòng điện âm tần. Từ trường tiêu thụ thóat ra từ khe từ sẽ từ hóa lớp từ tính trên mặt băng. Mức độ mạnh yếu của từ trường phát ra tại khe từ được đo bằng cường độ từ trường H. H = Kµi Trong đó : K: hệ số, phụ thuộc vào số vòng dây trong đầu từ và độ dài cuộn dây. µ : độ từ thẩm của lõi sắt từ Chiều băng di chuyển Bài giảng thiết bị đầu cuối viễn thông Th.S Trần Viết Thắng, chủ biên; Ths. Võ Đình Tùng 27 i: dòng điện âm tần chạy qua cuộn dây đầu từ Nếu i là một tín hiệu hình sin: sin 2mi I ftπ= thì dạng của tín hiệu trên băng như sau: Các vết ghi trên băng từ tương đương với những nam châm nhỏ sắp xếp đảo chiều nhau liên tục trên băng từ. Độ dài bước sóng tín hiệu ghi trên băng được xác định theo công thức: v f λ = vG : vận tốc di chuyển của băng f : tần số tín hiệu ghi Để tín hiệu ghi tốt trên băng thì độ rộng của khe từ tối thiểu phải bằng nửa bước sóng 2 d λ= Nếu khe từ có độ rộng lớn thì tín hiệu ghi sẽ bị trùng lập trên mặt băng. Ví dụ: 10f KHz= → 1 1. . 2 2 vd vT f = = V. Nguyên lý xóa băng từ: V.1 Xóa bằng nam châm vĩnh cữu: V.2 Xóa bằng đầu từ xóa: i B Hình 2.8 Tín hiệu ghi trên băng từ Bài giảng thiết bị đầu cuối viễn thông Th.S Trần Viết Thắng, chủ biên; Ths. Võ Đình Tùng 28 VI.MẠCH TIỀN KHUẾCH ĐẠI Có 2 nhiệm vụ chính: • Khuếch đại tín hiệu rất nhỏ đến mức đủ lớn để đưa vào tần điều chỉnh âm sắc hoặc tần khuếch đại công suất. • Sửa lại đặc tuyến tần số cho đầu phát Với đầu từ, tín hiệu ra có biên độ rất nhỏ phụ thuộc vào tần số của tín hiệu ghi và thường không vượt quá 150mv. Do đó để hòan thành 2 nhiệm vụ trên là rất khó khăn, khó khăn thứ nhất là làm suy giảm tạp âm ngay từ tầng khuếch đại đầu với hệ số khuếch đại rất lớn, thứ hai là hiệu chỉnh độ khuếch đại đồng đều trên một dải tần làm việc rộng. Đồng thời yêu cầu về độ méo phi tuyến cũng phải nhỏ, cụ thể là không được vượt quá 1,5%; với hệ thống HIFI yêu cầu này là ≤ 0,06% 1. Tạp âm trong bộ khuếch đại nhiều tầng Khi có nhiều bộ khuếch đại ghép nối tiếp thì mức tạp âm của cả bộ khuếch đại được quyết định chủ yếu bởi tầng đầu. SNV: nguồn nhiễu từ tín hiệu ngõ vào SNX1: nguồn nhiễu từ bên ngoài thâm nhập vào tầng khuếch đại 1 SNX2: nguồn nhiễu bên ngoài thâm nhập vào tầng khuếch đại 2 Gọi: SN01: Tín hiệu nhiễu ở ngõ ra tầng khuếch đại 1 SN02: Tín hiệu nhiễu ở ngõ ra tầng khuếch đại 2 Ta có: ( )01 1 1N NV NX pS S S K= + ( )02 01 2 2N N NX pS S S K= + Kp1 Kp2 SNV SNX1 SNX2 Bài giảng thiết bị đầu cuối viễn thông Th.S Trần Viết Thắng, chủ biên; Ths. Võ Đình Tùng 29 ⇒ ( )02 1 1 2 2N NV NX p NX pS S S K S K = + +  ( )1 1 2 2 2. .NV NX p p NX pS S K K S K = + +  Ta thấy : thành phần thứ nhất là tạp âm xuất hiện ở ngõ vào tầng khuếch đại 1 gây ra. Thành phần thứ 2 là tạp âm do xuất hiện ở ngõ vào tầng 2 gây ra. Nếu chọn 1 2p p pK K K= = thì tạp âm tầng đầu gấp pK lần tạp âm ở tầng sau. Như vậy: tạp âm chủ yếu do tầng đầu quyết định. 2. Tạp âm riêng trong cuộn dây đầu từ Do tác dụng nhiệt lên cuộn dây làm cho các điện tử chuyển động gây nên tạp âm. Sức điện động của tạp âm đầu từ được tính bằng 1,3 .ne R f= ∆ ne : Sức điện động tạp âm hiệu dụng ( µν ) R : Trở kháng của cuộn dây (KΩ) f∆ : Dải tần làm việc, tính bằng KHz Ta thấy: tạp âm tăng theo căn bậc 2 của trở kháng cuộn dây và dải tầng làm việc. Qua nghiên cứu về tạp âm, ta thấy tạp âm do nhiều nguyên nhân sinh ra và vấn đề quan trọng đối với 1 tầng khuếch đại là nâng cao tỉ số S N . Đối với nhiễu từ bên ngoài, ta có thể bố trí tầng khuếch đại đầu ở vị trí thích hợp như: tránh xa nguồn điện, mạch dao động và dùng vỏ bọc kim loại để chống nhiễu. Đối với tạp âm nội bộ ta có thể chọn loại transistor với hệ số tạp âm nhỏ, chấp nhận giảm hệ số khuếch đại ở tầng đầu, trong trường hợp cần thiết ta sẽ tăng hệ số khuếch đại ở tầng sau. Một số transistor có hệ số tạp âm nhỏ: 2CC2240 (BL), 25C2458GR, 25C1642GR, BC109, BC107, BCY51R, SE4010, 25C26314,….. 3. Tín hiệu lấy ra từ đầu từ: Khi băng dịch chuyển qua đầu từ, từ thông Φ do các vết từ tạo ra gửi qua khe từ: de n dt φ= − Nếu tín hiệu hình sin thì sức điện động trên 2 đầu cuộn dây đầu từ được xác định: 2e n fπ φ= − Bài giảng thiết bị đầu cuối viễn thông Th.S Trần Viết Thắng, chủ biên; Ths. Võ Đình Tùng 30 f : tần số tín hiệu n : số cuộn dây của đầu từ φ : từ thông, phụ thuộc tiết diện của lõi sắt. Ngoài ra, trong thực tế để đặc trưng cho sự tiêu hao trên mạch từ và khe từ, người ta đưa tỉ số suy giảm tín hiệu sin d S d π λπ λ = d : độ rộng khe từ λ : độ dài sóng . vvT f λ = = v : tốc độ di chuyển của băng = 4,76 cm/s Như vậy: 2 .e n f Sπ φ= − Ta thấy: ở tần số thấp và trung bình λ đủ lớn, do đó 0d X π → sin 0lim lim 1 0 S⇒ = = Khi tần số đủ cao: dπλ →∞ sinlim lim 0S ∞⇒ = =∞ làm cho tín hiệu ra ở cuộn dây qua cuộn dây đầu từ suy giảm nhanh chóng. Để tăng tín hiệu trên cuộn dây đầu từ ta có thể tăng n , tuy nhiên khi tăng n thì dẫn đến L tăng → tăng nhiễu ( thực tế người ta khống chế giá trị này ≤ (1,6-1,6mH ), hoặc tăng φ bằng cách tăng tiết diện lõi sắt. Tuy nhiên tiết diện lõi sắt bị giới hạn bởi độ rộng khe từ và độ rộng track ghi. Do đó để tăng e ta phải phối hợp nhiều yếu tố kỹ thuật trong đầu từ. 4. Mạch khuếch đại đầu từ dùng transistor Bài giảng thiết bị đầu cuối viễn thông Th.S Trần Viết Thắng, chủ biên; Ths. Võ Đình Tùng 31 Mạch khuếch đại đầu từ dùng 1 transistor với hồi tiếp âm điện áp và dòng điện thường dùng thường dùng trong các máy cassette công suất nhỏ, chất lượng thấp. Thông thường mạch khuếch đại đầu từ dùng từ 2 tầng khuếch đại trở lên, liên lạc thẳng, nhờ đó có thể dùng hồi tiếp âm để sửa đặc tuyến tần số. Để giảm tạp âm, người ta có thể dùng tầng khuếch đại cascade a). Mạch khuếch đại đầu từ kiểu cascade β 1 = β2 = 100 Nguồn ccV cần được ổn áp và lọc kỹ để tránh được nhiễu nguồn xoay chiều và tầng công suất gây ra trên đường cấp điện Trên sơ đồ mạch ta có: E1 E2 1 2 1 2 1 2 C C b b I I I I I Iβ β β = ⇒ = ⇒ = = ⇒ = Hình 2.9 Sơ đồ nguyên lý mạch khuếch đại đầu từ Cascade Vin Vout VCC Hình 2.10 Sơ đồ mạch khuếch đại đầu từ điển hình RB2 5K6 Vout Q2 2UF Q1 RB1 6K8 RB3 4K7 RE 1K 5UF 10U 18V Rc 1K8 Vin Bài giảng thiết bị đầu cuối viễn thông Th.S Trần Viết Thắng, chủ biên; Ths. Võ Đình Tùng 32 Dòng điện 1Iβ chạy qua điện trở 3R REB β& vì REβ = 100 x 1 = 100 k  3 4 7R K= nên xem như chủ yếu dòng điện chạy qua 3R ta có: 3 1 1 2 3 . 4,95B cc RV V V R R R = =+ + 1 1 1 E1 4,95 0,7 4, 25 1 E B BE E E V V VI mA R R K − −= = = = e1 1 2 1 26 26 6,12 4,25 6,12 E e e mV mVr I mA r r = = = Ω ⇒ = = Ω Hệ số khuếch đại của tầng ghép EC : 1 1 . CV RA hie β= − Mà 1 1b e ehie r r rβ β= + ≈ 2 2 2 2 2 2 C V C V RA hie RA hie β= = 1 2 1 e1 1 1C eV e R rA r r ⇒ = − = − = − b). Mạch khuếch đại 2 tầng liên lạc trực tiếp Hình 2.11 Mạch nguyên lý khuếch đại 2 tầng liên lạc trực tiếp VCC Vin ZNF Vout Bài giảng thiết bị đầu cuối viễn thông Th.S Trần Viết Thắng, chủ biên; Ths. Võ Đình Tùng 33 Độ lợi điện áp của các tầng được xác định ( )1 21 1 1 2 2 2hie C V E C V R hieA hie R R taiA β β β = − + = − & & Độ lọc toàn mạch: ( )1 2 21 2 1 2 1 2 1 2 1 2 2 2 2 1 2 1 2 1 1 1 1 1 1 1 . . . 82 . . . C C V V V E C C C C V b e E R hie R taiA A A hie R hie R k hie R hie hie R tai R taiA hie r r R β β β β β β ββ β β = = + = ⇒ = ⇒ = =+ + + & &  & & & 2 2 1 . CV E R taiA R β≈ & Khi mạch có hồi tiếp Av Kp V0 Vin Hình 2.12 Mạch thực tế khuếch đại 2 tầng liên lạc trực tiếp 1UF Q1 VCC Q2 3K3 8K2 100UF 1K 100PF 4K7 ZNF 10UF 10K 1K2 Bài giảng thiết bị đầu cuối viễn thông Th.S Trần Viết Thắng, chủ biên; Ths. Võ Đình Tùng 34 ZNF 1 . V Vht p V AA k A ⇒ = + k : hệ số hồi tiếp ta có: E E p E NF NF R Rk R Z Z = ≈+ vì NF EZ R 1 NF Vht p E ZA k R ⇒ = = Rõ ràng độ lợi thật sự của mạch phụ thuộc chủ yếu vào thành phần trở kháng hồi tiếp. Trong thực tế, dạng mạch hồi tiếp như sau : Như vậy: độ lơi của mạch phụ thuộc vào tần số tín hiệu VD: cho 22 1 100, 1 , 10 CE R k R kβ = = = Khi chưa có tải: 22 1 1000CV E RA R β= = Nếu không tính đến sự tổn hao trên mạch từ và khe từ với băng từ tiêu chuẩn có đặc tuyến đường ghi băng phẳng, biên độ từ thông gửi qua lõi sắt từ không thay đổi, thì đặc tuyến đầu ra của đầu từ tỉ lệ với tần số. Ta có Đặc tuyến đầu từ Đặc tuyến tín hiệu ra Đặc tuyến của mạch khuếch đại 16Hz 16Kz Bài giảng thiết bị đầu cuối viễn thông Th.S Trần Viết Thắng, chủ biên; Ths. Võ Đình Tùng 35 Hệ số khuếch đại của mạch khuếch đại tỉ lệ với NFZ , ở tần số thấp trở kháng NFZ nhỏ do C htZ R& Khi ở tần số cao C ht ht NFZ R R Z≈ ⇒& & giảm dần ⇒ VA giảm ở tần số cao. ™ Một số dạng sơ đồ mạch thực tế 1.Mạch khuếch đại đầu từ trong máy SONY 7C-140: Các tụ 1nF mắc giữa các cực B-E của các transistor để bù một phần biên độ tín hiệu tần số cao. Trong mạch có một đường hồi tiếp âm chính là điện trở 2 7k , tụ 47µ , điện trở 150 , 120 22k nF& và biến trở 10K để cân bằng đặc tuyến tần số cho mạch. Các tụ 47p và 10p có tác dụng chống dao động tự kích. Điện trở 4k7 và tụ 10 Fµ hạn dòng và lọc ra để tạo điện áp DC phẳng cung cấp cho tầng đầu tiên của mạch tiền khuếch đại. 2. Mạch khuếch đại dùng 3BTT ( SONY TC540 ) Hình 2.13 Mạch khuếch đại đầu từ máy SONY 7C-140 3K910UF 22nF 4K7 3K6 12V 2K7 0 1NF 120K 150 47UF 47UF 10K 2K7 47PF 10K 18K 10UF Volume 1nF 10UF 3K3 10PF Bài giảng thiết bị đầu cuối viễn thông Th.S Trần Viết Thắng, chủ biên; Ths. Võ Đình Tùng 36 Q1, Q2 : 2SC362; β = 350. Q3 = 2SC364 ; β = 400. Tầng khuếch đại đầu tiên được phân cực với dòng tĩnh nhỏ để giảm tạp âm. 3. Mạch tiền khuếch đại dùng IC Trong các máy cassette hiện nay vi mạch được dùng phổ biến để thay thế cho linh kiện rời. Trên lý thuyết IC có độ ổn định hơn hẳn linh kiện rời, ngoài ra còn có ưu điểm là gọn nhẹ, cần ít linh kiện đi kèm và lắp ráp mạch đơn giản. Tuy nhiên nguồn cấp điện cho IC cần ổn định và không được vượt quá điện áp danh định Xem mạch điển hình dùng BA328. IC gồm op-amp được mắc thành 2 mạch khuếch đại đảo AC có độ lợi thay đổi theo tần số để sửa đáp tuyến tần số cho mạch khuếch đại đầu. Hình 2.14 Mạch khuếch đại đầu từ dùng 3 BJT 150K 4K7 154K 100UF 10UF 22K 4K7 33UF 68K 24V 15 82 Volume 10K 1K 1nF 10 10 33nF 8K2 Bài giảng thiết bị đầu cuối viễn thông Th.S Trần Viết Thắng, chủ biên; Ths. Võ Đình Tùng 37 Q1 là mạch nguồn dòng cung cấp điện áp ổn định cho IC Khi hoạt động ở chế độ DC, các tụ 47µ được xem như hở mạch, ik ≈ ∞ ⇒ Độ lợi 1 1fV i R A R = + ≈ giảm độ khuếch đại để giảm tạp âm Ở chế độ AC, các tụ này xem như ngắn mạch, 100 , 4 7 100 .i f CR R k k Z≈ Ω = + & Ở tần số thấp, cZ lớn 100 1 1000 f f V i R R k A R ⇒ ≈ ⇒ = + ≈ lần Ở tần số cao CZ nhỏ fR⇒ giảm CZ≈ 1 CV i ZA R ⇒ = + ⇒ Độ khuếch đại của mạch giảm đáng kể để sửa đáp tuyến tần số. VII.MẠCH KHUẾCH ĐẠI GHI 1. Nhiệm vụ và tính chất cơ bản Nhiệm vụ chủ yếu của tầng khuếch đại ghi là sửa méo đặc tuyến đầu ghi và cung cấp tín hiệu cho nó. Để thực hiện nhiệm vụ này, mạch cần có những tính chất sau: • Ngõ ra mạch làm việc được với phụ tải là cuộn cảm ( đầu ghi ) • Có mạch sửa đặc tuyến tần số trong mạch khuếch đại • Trộn tín hiệu ghi với tín hiệu siêu âm để từ hóa tín hiệu ghi trên băng từ. Hình 2.15 Mạch tiền khuếch đại dùng IC 4K7 33nF 4K7 3 6 47UF 1nF 2SC1815 100K 1nF 1UF 2 33nF 1UF - + 100 1 100K 10UF 1K Q1 - + 47UF 220UF 9 100 5 10UF 22 8 450UF 9V 4 Bài giảng thiết bị đầu cuối viễn thông Th.S Trần Viết Thắng, chủ biên; Ths. Võ Đình Tùng 38 L Z Tạp âm riêng của mạch khuếch đại ghi không quan trọng bằng mạch tín hiệu phát vì tín hiệu ghi luôn có biên độ lớn. Mạch ra thường dùng nguồn có điện áp cao và sử dụng hồi tiếp sâu để sửa méo tín hiệu. Tải của mạch khuếch đại ghi là trở kháng của cuộn dây đầu từ, có ghi thay đổi theo tần số tín hiệu ghi .Z Lω= Để duy trì dòng từ hóa một mức i nào đó thì điện áp ra ( biên độ tín hiệu ra ) của mạch khuếch đại ghi cũng thay đổi theo tần số, ta có: 0 .V Z i Liω= = Như vậy cần phải sửa đặc tuyến cho mạch khuếch đại ghi. Trở kháng Z ở tần số thấp sẽ gây méo phi tuyến. Để ổn định trở kháng trong cả dải tần tín hiệu ghi, người ta mắc thêm điện trở hạn chế R nối tiếp với tải đầu từ, với điều kiện R phải có giá trị đủ lớn ( R Lω ) phụ tải của mạch khuếch đại ghi lúc này xem như là điện trở thuần R Trong thực tế R được chọn theo công thức: 2 4C CR L f Lω π= = Cf : tần số cắt L : cảm kháng cuộn dây đầu từ Để cải thiện thêm, người ta còn mắc tụ C song song với điện trở R ( )2 3 2 2 2 2. k k k Z R k α αα α + + −= + với 1. , , , 2c c c L k f R LC ωα ω ω ω πω= = = = cho ω tăng từ 0 đến cω và chọn 1α = ; 1,6; 2; 3 và xác định Zv ta được Bài giảng thiết bị đầu cuối viễn thông Th.S Trần Viết Thắng, chủ biên; Ths. Võ Đình Tùng 39 Từ đặc tuyến trên ta thấy, khi 1,6α = thì tổng trở ra của mạch ổn định, do đó ta chọn 1,6c L R α ω= = Như vậy ta có thể xác định giá trị của R 2 1 .r C Lω= Nếu không sử dụng tụ C mắc & với R thì để ổn định trở kháng ra của mạch thì phải tăng điện trở lên khoảng 3,2 lần. Tuy nhiên, khi sử dụng thêm R và RC để ổn định trở kháng sẽ làm suy hao biên độ tín hiệu ghi do đó, ta phải tăng cường biên độ tín hiệu ghi. Dạng cơ bản của một mạch khuếch đại ghi: Mạch khuếch đại ghi OSC sieu âm . . 1,6c c L LR ω ωα= = α = 3 α = 2 α=1.6 α=1 Zv f Hình 2.16 Mạch khuếch đại ghi C3 R2 VCC R4 R5 L1 R3 C R1 C2 Bài giảng thiết bị đầu cuối viễn thông Th.S Trần Viết Thắng, chủ biên; Ths. Võ Đình Tùng 40 5 2R C& là bộ ổn định trở kháng cho tải ở đầu ra, 1 3L C& là khung cộng hưởng LC để trộn tín hiệu ghi với tín hiệu siêu âm. 2. Sơ đồ chi tiết một mạch khuếch đại ghi: VIII. MẠCH KHUẾCH ĐẠI MICRO Micro thường dùng là micro điện động, có biên độ tín hiệu ra khoảng 1 5mv mv→ , lớn hơn biên độ tín hiệu đầu từ, nhưng có đặc tuyến tần số gần giống với tín hiệu đầu từ, nên mạch khuếch đại micro cũng có chức năng làm phẳng đặc tuyến tần số. Trong máy cassette thông dụng, để đơn giản và tiết kiệm người ta thường dùng mạch khuếch đại tín hiệu đầu từ làm mạch khuếch đại micro chỉ cần dùng thêm switch để thay đổi tín hiệu vào và thay đổi hồi tiếp âm thích hợp. 1. Mạch khuếch đại micro dùng 1 transistor Mạch 1: Hình 2.17 Sơ đồ chi tiết mạch ghi 4.7UF 10K 150K 82 Cro2 18K 10n 15K 3K9 15n 82 100 100UF 1 2 56K Line in 10n Q2 500 Q1 4.7n 15n 470K 10n VCC 47 Q2 4.7UF 5n Q2 1 2 3.4mH 10K 15K 1 2 10n 330p 47UF 560 Q2 Normal 0 VCC Bài giảng thiết bị đầu cuối viễn thông Th.S Trần Viết Thắng, chủ biên; Ths. Võ Đình Tùng 41 - Tụ 220p là hồi tiếp dương để nâng biên độ cho tín hiệu có tần số cao - 680k hồi tiếp âm, có tác dụng khử nhiễu và tăng độ rộng băng tần - Tụ .02 phối hợp tổng trở tải để sửa đáp tuyến tần số Mạch 2: - Micro cho tín hiệu ra 1,8mv, trở kháng 50k. - Ngã ra AUX có mức tín hiệu 120mv, trở kháng 200k. - Transistor được phân cực kiểu EC . - Điện trở 100 để ổn định nhiệt. Yêu cầu SV tính toán các thông số của mạch ( tính phân cực tính AV). 2. Mạch khếch đại dùng 2 transistor Mạch 1 : Hình 2.18 Mạch khuếch đại Micro 01 680K 12V 1K5 2K2 0.47UF 220pF 22 10UF 1K5 4,7UF Out 1K 4K720nF Hình 2.19 Mạch khuếch đại micro 02 MIC 18K 4K7 100 10K 12V 0 100UF 0 270K 6K5 0 AUX 4K7 220K 1UF 220K Bài giảng thiết bị đầu cuối viễn thông Th.S Trần Viết Thắng, chủ biên; Ths. Võ Đình Tùng 42 47UF 50p VCC 33UF OUt MIC 180K 220 330K 680 100p 6K8 22K 33n 5K6 3K3 10UF 3K3 1K Điện áp ngõ vào 100mV, trở kháng khỏang 50K → tính điện áp ngõ ra. Tầng đầu làm việc ở chế độ khuếch đại tín hiệu nhỏ, Vcc ≈ 1.9V. Để giảm méo tín hiệu người ta dùng 2 đường hồi tiếp : 2M2 và 270. tầng 2 có độ khuếch đại lớn hơn, VCEQ ≈ 6, điện trở hồi tiếp là 470Ω. Để ổn định điện áp cho tòan mạch, người ta dùng thêm đường hồi tiếp từ ngõ ra tầng 2 về cực E của tầng 1 bằng R = 15K. Mạch 2 : máy Toshiba, model KT43D. IX. MẠCH ĐIỀU CHỈNH ÂM SẮC Âm sắc là sắc thái âm thanh phát từ nhiều nguồn khác nhau, nó được quyết định bởi số lượng và công suất của họa âm, việc hiệu chỉnh âm sắc thực chất là sự MIC 2M2 22UF Out Q2 680 22K 270 2U2F Q2 180K 47K 2U2F 470 VCC 15K 100UF 100UF 2K2 Hình 2.20 Mạch khuếch đại Micro dùng 2 transistor, mạch 1 Hình 2.21 Mạch khuếch đại Micro 2 trasistor, mach 2 Bài giảng thiết bị đầu cuối viễn thông Th.S Trần Viết Thắng, chủ biên; Ths. Võ Đình Tùng 43 KDCS SPEAKER Volumn Tien KD Dieu chinh am sac hiệu chỉnh tần số. Trong thực tế, các nguồn âm thanh phát ra nằm trong các dải tần số sau: • Giọng nói: 70 8Hz KHZ→ • Tiếng trống: 16 300Hz Hz→ • Tiếng đàn, sáo,…..trên 7KHz Tín hiệu sau khi ra khỏi mạch tiền khuếch đại, thay vì được đưa thẳng đến tầng khuếch đại công suất và ra loa thì người ta thường đưa qua một tầng trung gian đó là tầng điều chỉnh âm sắc trước khi đưa đến mạch khuếch đại công suất. Tầng điều chỉnh âm sắc có nhiệm vụ cho qua các thành phần tín hiệu có tần số mong muốn và giảm thiểu các thành phần tín hiệu có tần số khác tùy theo ý thích của người nghe. 1. Mạch điều chỉnh âm sắc đơn giản: Xuất hiện trong các máy cassette chất lượng thấp. Tác dụng của mạch này chủ yếu ảnh hưởng lên các tín hiệu có tần số cao. Dạng mạch lọc hạ thông : 1 2 c f f RCπ= ≤ 2. Mạch Baxandal: Hình 2.23 Mạch chỉnh âm sắc đơn giản C2 Volumn Hình 2.22 vị trí mạch điều chỉnh âm sắc trong cassette Bài giảng thiết bị đầu cuối viễn thông Th.S Trần Viết Thắng, chủ biên; Ths. Võ Đình Tùng 44 Đây là mạch điều chỉnh âm sắc rất thông dụng. Sự giải thích định tính căn cứ vào sự phụ thuộc của dung kháng vào tần số tín hiệu và tương quan dung kháng với các điện trở xung quanh. Sơ đồ căn bản mạch chỉnh bass: Tần số cắt của mạch được xác định bởi: 1 2L f RCπ= Ở tần số cao 10 Lf f= . Các tụ C trên mạch xem như nối tắt, ta có: 0 . 1 10 10 i i RVV V R R = ≈+ ⇒Biên độ tín hiệu có tần số cao giảm đáng kể Đối với tín hiệu có tần số thấp Lf f≤ khi RV ở vị trí Boostrap: 101 . 101 10 101 111 i ob i i RVV V V R R = = ≈+ Khi RV ở vị trí cut off: 1. . 111 111oc i i RV V V R = = Như vậy: đối với tín hiệu có tần số thấp thì biến trở RV đóng vai trò thay đổi biên độ ngõ ra của tín hiệu: Hình 2.24 Mạch chỉnh Bass căn bản Av f 10R Vi Vo Boostrap Cut off C C/10 100R R Bài giảng thiết bị đầu cuối viễn thông Th.S Trần Viết Thắng, chủ biên; Ths. Võ Đình Tùng 45 • Mạch chỉnh treb: Tần số cắt của mạch: 1 2L f RCπ= ở tần số thấp 0,1 Lf f= , trở kháng của các tụ  giá trị của các điện trở R 0 110 iV V⇒ = giảm đáng kể ở ngõ ra. Ở tần số cao Lf f≥ , các tụ điện xem như nối tắt, khi đó: nếu chỉnh RV hết về Boost ta có: ob iV V= Nếu chỉnh RV hết về phía cut off : 1 10oc i V V= Mạch Treb-Bass có thể kết hợp lại như sau : • Mạch điều chỉnh âm sắc dùng OP-Amp: V0 f Hình 2.25 Mạch chỉnh treb 100R Vo 10R Vi C Boostrap R Cut off C/10 Hình 2.26 Mạch chỉnh Bass-Treb 100K 10K 100K 33nF 10nF 1K 100nF 4K7 10K Volumn 330nF Vi 1K Bài giảng thiết bị đầu cuối viễn thông Th.S Trần Viết Thắng, chủ biên; Ths. Võ Đình Tùng 46 X. MẠCH GIẢM TẠP ÂM DOLBY Ray Dolby ( một Bác sĩ người Mỹ ) trong quá trình nghiên cứu điện sinh học đã đề ra lý thuyết lọc tạp âm được áp dụng trong ngành y. Các nhà điện tử đã ứng dụng lý thuyết này vào lĩnh vực âm thanh và đặt tên là DOLBY. Nguyên lý lọc tạp âm DOLBY: khi ghi tín hiệu người ta nâng biên độ của các tín hiệu yếu lên, nhất là ở vùng tần số cao. Khi phát người ta giảm tạp âm bằng cách Bài giảng thiết bị đầu cuối viễn thông Th.S Trần Viết Thắng, chủ biên; Ths. Võ Đình Tùng 47 giảm độ khuếch đại của mạch ( chủ yếu là ở tần số cao ) để lấy lại dạng đặc tuyến ban đầu. 1. Hệ thống giảm nhiễu DOLBY – NR ( Noise reduction ) Mạch Dolby thực chất là mạch nén và dẫn dải động dựa trên nguyên tắc khống chế mức tín hiệu. Hệ số nén được chọn là 21 và có thể nâng mức tín hiệu / nhiễu (S/N) khoảng 10 15dB→ . Hệ thống gồm 2 loại: Dolby A và Dolby B. Hệ thống Dolby A chất lượng cao, phức tạp và đắt tiền, nên được dùng trong các máy chuyên dụng. Hệ Dolby B chỉ có tác dụng ở tần số cao ( trên vài KHz ) và được dùng trong các máy ghi âm thông thường. Hiện nay có thêm hệ thống Dolby C, được kết hợp giữa Dolby A và Dolby B. a. Hệ thống Dolby A : Trong quá trình ghi, tín hiệu trong kênh chính được cộng với tín hiệu trong kênh điều khiển. Kênh điều khiển có phạm vi điều khiển rộng, có nhiệm vụ nâng biên độ tín hiệu có biên độ nhỏ và giảm biên độ tín hiệu có tần số cao. Ở quá trình phát lại, quá trình dãn dải động được thực hiện để giảm biên các tín hiệu đã được nâng biên độ và tăng biên các tín hiệu đã được giảm. Trong bộ điều khiển này, thường sử dụng 4 bộ lọc, 4 dải tần số để tạo tác dụng điều khiển rộng. Các bộ lọc được phân thành các dải tần sau: 80 80 3 3 9 9 Hz Hz KHz KHz KHz KHz < → → ≥ Đối với các thành phần tín hiệu vào lớn đến mức cho phép sẽ được cho qua mạch lọc 1 cách dễ dàng. Kênh điều khiển Kênh chính a) khi ghi Out In Kênh điều khiển Kênh chính b) khi phát Out In Hình 2.24 Hệ thống Dolby A Bài giảng thiết bị đầu cuối viễn thông Th.S Trần Viết Thắng, chủ biên; Ths. Võ Đình Tùng 48 Ta nhận thấy rằng : Ở mức xung quanh odB, hệ thống Dolby không hoạt động. 20 10 0 dB dB -10 -20 -30 -40 -50 -60 -70 -80 OUT 20 10 0 -10 -20 -30 -40 -50 -60 -70 -80 IN