Bài giảng thiết bị đầu cuối viễn thông - Máy thu thanh

Bài giảng thiết bị đầu cuối viễn thông Th.S Trần Viết Thắng, chủ biên; Ths. Võ Đình Tùng 1 Chương I MÁY THU THANH Máy thu thanh là một thiết bị điện tử hoàn chỉnh dùng để thu nhận sóng radio mang thông tin, phục hồi lại tín hiệu thông tin ban đầu va khuếch đại đến giá trị yêu cầu và đưa ra loa. Khi nghiên cứu về máy thu thanh, người ta thường để ý đến các thông số kỹ thuật sau: - Độ nhạy : là sức điện động nhỏ nhất trên Anten EA để máy thu làm việc bình thường. Những máy thu có chất lượng cao thường có độ nhạy EA nằm trong khoảng 0,5µ V→10µ V. Ngoài ra máy thu còn phải có khả năng chọn lọc và nén tạp âm, tức là đảm bảo tỷ số S/N ở mức cho phép. Thông thường thì để thu tốt thì biên độ tín hiệu phải lớn hơn tạp âm ít nhất 10 lần ( tức 20 dB). - Độ chọn lọc: là khả năng chọn lọc các tín hiệu cần thu và tín hiệu cần loại bỏ cũng như các tạp âm tác động vào Anten. Độ chọn lọc thường được thực hiện bằng những mạch cộng hưởng, phụ thuộc vào số lượng, chất lượng cũng như độ chính xác khi hiệu chỉnh. - Dải tần của máy thu: là khoảng tần số mà máy thu có thể điều chỉnh để thu được các sóng phát thanh với các chỉ tiêu kỹ thuật yêu cầu. Máy thu thanh thường có các dải sóng sau: + Sóng dài: LW 150KHz→408KHz + Sóng trung: MW: 525KHZ→1605KH + Sóng ngắn: SW: 4MHz → 24MHz Băng sóng ngắn thường được chia làm 3 loại sóng • SW1: 3,95MHz → 7,95MHz • SW2: 8MHz →16MHz • SW3: 16MHz →24MHz + Sóng cực ngắn: FM: 65,8 → 73MHz và 087,5 → 104 Mhz - Méo tần số: là khả năng khuếch đại ở những tần số khác nhau sẽ khác nhau do trong sơ đồ máy thu có các phần tử L, C. Méo tần số có thể đánh giá bằng đặc tuyến tần số. Ở các máy thu điều biên AM thì dải tần âm thanh chỉ vào khoảng Bài giảng thiết bị đầu cuối viễn thông Th.S Trần Viết Thắng, chủ biên; Ths. Võ Đình Tùng 2 40Hz → 6KHz; còn với máy thu điều tần FM thì dải tần âm thanh có thể từ 30Hz →15KHz. Ngoài ra người ta còn quan tâm đến các thông số khác như méo phi tuyến và công suất ra của máy thu thanh. I. PHÂN LOẠI MÁY THU THANH VÀ SƠ ĐỔ KHỐI CỦA MÁY THU THANH Căn cứ vào cấu trúc sơ đồ mà người ta chia máy thu thanh thành 2 loại: - Máy thu thanh khuếch đại thẳng : tín hiệu cao tần từ Anten được khuếch đại thẳng và đưa đến mạch tách sóng, mạch khuếch đại âm tần mà không qua mạch đổi tần. Đối với dạng này, cấu trúc sơ đồ của máy đơn giản nhưng chất lượng thu sóng không cao, độ chọn lọc kém, không ổn định và khả năng thu không đồng đều trên cả băng sóng. Vì vậy, hiện nay loại máy thu này gần như không còn được sử dụng. - Máy thu đổi tần : tín hiệu cao tần được điều chế do Anten thu được được khuếch đại lên và biến đổi về một tần số trung gian không đổi gọi là trung tần. Trung tần thường được chọn thấp hơn cao tần. Tín hiệu trung tần sau khi đi qua vài bộ khuếch đại trung tần sẽ được đưa đến mạch tách sóng, mạch khuếch đại âm tần và đưa ra loa. Sơ đồ khối của một máy thu đổi tần có dạng như sau: Máy thu đổi tần có những ưu điểm sau: - Độ khuếch đại đồng đều hơn trên cả băng sóng vì tần số trung tần tương đối thấp và ổn định khi tín hiệu vào thay đổi. Mạch vào Mạch KĐCT KĐ trung tần KĐ âm tần Mixer Dao động nội Hình 1.1 Sơ đồ khối máy thu đổi tần Bài giảng thiết bị đầu cuối viễn thông Th.S Trần Viết Thắng, chủ biên; Ths. Võ Đình Tùng 3 - Mạch vào làm nhiệm vụ chọn lọc các tín hiệu cần thu và loại trừ các tín hiệu không cần thu cũng như các nhiễu khác nhờ có mạch cộng hưởng, tần số cộng hưởng được điều chỉnh đúng bằng tín hiệu cần thu f0. - Khuếch đại cao tần : nhằm mục đích khuếch đại bước đầu cho tín hiệu cao tần thu được từ Anten. - Bộ đổi tần: gồm mạch dao động nội và mạch trộn tần. Khi trộn 2 tần số dao động nội fn và tín hiệu cần thu f0 ta được tần số trung gian hay còn gọi là trung tần, giữa tần số dao động nội và tần số tín hiệu cần thu 0f f f constntt = − = Khi tần số tín hiệu từ đài phát thay đổi từ f0min → f0max thì tần số dao động nội cũng phải thay đổi từ fnmin → fnmax để đảm bảo hiệu số giữa chúng luôn là hằng số. Đối với máy thu điều biên ( AM ): ttf = 465KHZ hay 455KHz Đối với máy thu điều tần ( FM ): ttf = 10,7MHz - Bộ khuếch đại trung tần: có nhiệm vụ khuếch đại tín hiệu trung tần đến một giá trị đủ lớn để đưa vào mạch tách sóng. Đây là một tần khuếch đại chọn lọc, tải là mạch cộng hưởng có tần số cộng hưởng đúng bằng trung tần. - Tần tách sóng: có nhiệm vụ tách tín hiệu âm tần ra khỏi tín hiệu sóng mang cao tần, sau đó đưa tín hiệu vào mạch khuếch đại âm tần. • SƠ ĐỒ KHỐI CỦA MÁY THU AM VÀ FM STEREO Hầu hết các máy thu thanh hiện nay đều có 2 chức năng: thu sóng điều biên AM và thu sóng cực ngắn FM Stereo. Sơ đồ khối của máy thu có dạng như sau: Mạch vào Mạch KĐCT Giải mã Stereo FM KĐ âm tần Mạch đổi tần KĐ trung tần Hình 1.2 Sơ đồ khối máy thu AM, FM Stereo Tách sóng FM Tách sóng AM Mạch đổi tần Mạch KĐCT Mạch vào Kênh AM Kênh FM Bài giảng thiết bị đầu cuối viễn thông Th.S Trần Viết Thắng, chủ biên; Ths. Võ Đình Tùng 4 Trong máy thu thanh hai băng sóng AM & FM có 2 đổi tần riêng biệt, 2 khối khuếch đại trung tần và âm tần được dùng chung. Dải tần của bộ khuếch đại trung tần FM rộng hơn vì tần số trung tần FM là 10,7M. Đối với mạch tách sóng tần số: thường sử dụng sơ đồ tách sóng tỉ lệ vì có độ nhạy cao và giảm được đầy biên ký sinh. Khối giải mã stereo: có nhiệm vụ giải mã tín hiệu tổng R+L và hiệu R-L từ ngõ ra của mạch tách sóng để phục hồi lại tín hiệu hai kênh riêng biệt R & L. II.MẠCH VÀO: Là mạch mắc giữa Anten và tần đầu tiên của máy thu, có nhiệm vụ chủ yếu là nhận tín hiệu từ Anten, chọn lọc các tín hiệu cần thu, do vậy mạch vào thường là mạch cộng hưởng. Những yêu cầu cơ bản đối với mạch vào: - Hệ số truyền đạt lớn và ổn định trên toàn băng sóng : VK = V A U E UV: điện áp đưa đến máy thu. EA: suất điện động cảm ứng trên Anten. - Đảm bảo điện độ chọn lọc: chọn lọc tần số lân cận, tần số ảnh 0 2a ttf f f= + , và chọn lọc tần số lọc thẳng. - Đảm bảo độ méo tần số cho phép trong dải tần số làm việc từ fomin → fomax. II.1) Mạch vào ghép điện dung: Sơ đồ mạch và và đáp ứng tần số Hình 1.3 Sơ đồ mạch ghép nối điện dung & đáp ứng tần số K0 to f0 min f0 max CE Cgh(5p-20pF) Q1 CX VCC R1 R2 CT L2L1 Bài giảng thiết bị đầu cuối viễn thông Th.S Trần Viết Thắng, chủ biên; Ths. Võ Đình Tùng 5 Anten được nối với mạch cộng hưởng thông qua điện dung ghép Cgh. Mạch cộng huởng là một khung cộng hưởng LC, gồm một tụ xoay Cx, một tụ tinh chỉnh CT và một cuộn dây L1. Tần số cộng hưởng được điều chỉnh bằng đúng bằng tần số tín hiệu cần thu fo. Qua cuộn ghép cao tần L1: L2, tín hiệu thu được được đưa đến cực Base của mạch khuếch đại cao tần. Trị số của điện dung ghép Cgh= 5 →30pF Nhược điểm : Hệ số truyền đạt không đồng đều trên cả băng sóng. II.2) Mạch vào ghép điện cảm với Anten. Sơ đồ mạch và đáp ứng tần số: Tín hiệu từ Anten qua cuộn ghép Lgh cảm ứng qua mạch cộng hưởng gồm tụ Cx, CT và cuộn dây L1. Mạch cộng hưởng được điều chỉnh để chọn lọc lấy tín hiệu cần thu và cảm ứng sang cuộn L2 để đưa đến cực Base của mạch khuếch đại cao tần. Hệ số truyền đạt của mạch vào dạng này tỉ lệ với hệ số phẩm chất của khung cộng hưởng LC. Muốn tăng độ nhạy của mạch phải tăng L1 và giảm Lgh, nhưng L1cũng không thể tăng quá lớn mà phải chọn dung hòa hai giá trị này để tránh ảnh hưởng đến tần số cộng hưởng của mạch. Nhược điểm của mạch ghép điện cảm là hệ số truyền dẫn cũng không đồng đều trên toàn băng sóng. Tuy nhiên so với mạch ghép điện dung thì mạch này có độ chọn Hình 1.4 Sơ đồ mạch ghép nối điện cảm & đáp ứng tần số to K0 f0min f0max VCC Q1 R2 L2 Lgh L1 R1 CT CX Bài giảng thiết bị đầu cuối viễn thông Th.S Trần Viết Thắng, chủ biên; Ths. Võ Đình Tùng 6 lọc cao hơn và hệ số truyền dẫn cũng đồng đều hơn nên được sử dụng rộng rãi trong thực tế. II.3) Mạch ghép hổn hợp điện cảm – điện dung: Sơ đồ mạch và đáp ứng tần số : Đây là dạng mạch vào sử dụng đồng thời cả tụ Cgh, và điện cảm Lgh do đó tận dụng được các ưu điểm và bù trừ được hệ số truyền đạt trên toàn băng sóng cho nên hệ số truyền đạt của toàn mạch sẽ phẳng hơn đối với các máy thu có nhiều băng sóng, khi chuyển băng sóng phải thay đổi cả cuộn cộng hưởng L1C và cuộn cảm ứng L2 tương ứng. Một số máy thu chất lượng cao ở mạch vào còn có thêm bộ lọc khử nhiễu lọt thẳng, tức là nhiễu có tần số đúng bằng trung tần. III.MẠCH KHUẾCH ĐẠI CAO TẦN Bộ khuếch đại cao tần có nhiệm vụ khuếch đại tín hiệu điều chế cao tần đến một giá trị nhất định để đưa cho bộ đổi tần, các mạch khuếch đại cao tần thường được mắc kiểu CE hoặc CB. Đối với băng sóng AM thì kiểu mắc CE là thích hợp vì tận dụng được hệ số khuếch đại cao của dạng ghép này, còn đối với băng sóng FM thì kiểu ghép CB là thích hợp hơn vì có băng thông làm việc rất rộng. Tầng khuếch đại cao tần cũng có thể là tầng khuếch đại không cộng hưởng với tải là điện trở, điện cảm hoặc R-L hay biến áp nhưng phổ biến hơn cả vẫn là tải cộng hưởng tại một tần số nào đó. Hình 1.5 Sơ đồ mạch ghép nối hỗn hợp điện cảm-điện dung to K0 f0min f0max L-C C L Q1 L2 R1 CX Cgh R2 VCC CTL1 Lgh Bài giảng thiết bị đầu cuối viễn thông Th.S Trần Viết Thắng, chủ biên; Ths. Võ Đình Tùng 7 • Sơ đồ mạch khuếch đại cao tần với tải là điện trở: Đây là bộ khuếch đại dải rộng, có hệ số khuếch đại tương đối đồng đều trong một dải rộng từ vài chục đến vài MHz, tuy nhiên mạch không có khả năng chọn lọc tần số. Điện trở tải R1 thường được sử dụng trong khoảng vài kΩ . • Sơ đồ mạch khuếch đại cao tần với tải là cuộn cảm mắc nối tiếp với điện trở R Đối với dạng mạch này thì khi tần số tín hiệu thu tăng thì XL sẽ tăng theo ⇒Z= R+XL tăng điều này sẽ làm tăng hệ số khuếch đại của toàn mạch. Trong thực tế mạch khuếch đại cao tần với tải cộng hưởng là dạng mạch được sử dụng rộng rãi hơn cả, mạch này đảm nhận cả nhiệm vụ khuếch đại tín hiệu và chọn lọc tần số. Tải của mạch khuếch đại cao tần có thể là mạch cộng hưởng đơn hoặc mạch cộng hưởng kép với tần số cộng hưởng cố định hoặc có thể điều chỉnh được. Hình 1.6 Mạch khuếch đại cao tần tải điện trở VCC R2 Q1 R1 Vin Vout Hình 1.7 mạch khuếch đại cao tần với tải là cuộn cảm mắc nối tiếp với điện trở R R L Q1 VCC Bài giảng thiết bị đầu cuối viễn thông Th.S Trần Viết Thắng, chủ biên; Ths. Võ Đình Tùng 8 -E K3 CT2 K2 CT1 1 2 Kiem tra laiK1 Xem sơ đồ mạch khuếch đại cao tần với tải là mạch cộng hưởng đơn: Tải của mạch là khung cộng hưởng L1C, cực C của transistor được mắc vào một phần của cuộn L1. Tại tần số cộng hưởng fo, hệ số khuếch đại của mạch là lớn nhất, khi lệch ra khỏi tần số cộng hưởng hệ số khuếch đại của mạch giảm nhanh chóng, vì vậy mạch có tính chọn lọc với tần số tín hiệu cần thu và loại bỏ các tín hiệu tần số khác và nhiễu. Bộ khuếch đại cao tần làm việc ở một dải tần rộng nên khó đảm bảo được hệ số khuếch đại đồng đều, cho nên trong các máy thu chất lượng cao thường dùng mạch khuếch đại cao tần có mạch cộng hưởng điều chỉnh liên tục, tần số cộng hưởng được điều chỉnh đồng bộ với tần số tín hiệu cần thu ở mạch vào nhờ tụ xoay đồng trục. Ở băng sóng 1, các chuyển mạch K1, K2, K3 đều ở vị trí 1, ở băng sóng 2 các chuyển mạch này sẽ được nối vị trí 2. IV.MẠCH ĐỔI TẦN f0 Hình 1.8 mạch khuếch đại cao tần với tải là mạch cộng hưởng đơn C3 VCC CX1 Q1 L2 L1 C2 Uout Bài giảng thiết bị đầu cuối viễn thông Th.S Trần Viết Thắng, chủ biên; Ths. Võ Đình Tùng 9 Mạch đổi tần là mạch biến đổi tín hiệu cao tần điều chế thành các tín hiệu có tần số thấp hơn và không đổi gọi là trung tần. Dạng của tín hiệu điều chế sau khi đổi tần không thay đổi mà chỉ thay đổi tần số sóng mang. Mạch đổi tần gồm 2 phần: Mạch tạo dao động nội và mạch đổi tần ( trộn tần ). Xem sơ đồ sau: Người ta đã chứng minh rằng nếu trộn 2 tín hiệu có tần số khác nhau là f1 và f2 trên một phần tử phi tuyến thì sẽ nhận được ở đầu ra ngoài thành phần f1, f2 còn xuất hiện các thành phần tổng f1+f2 và hiệu f1-f2. Nếu dùng mạch lọc cộng hưởng ta dễ dàng nhận được tín hiệu có tần số hiệu f1-f2, và tần số hiệu này cũng chính là trung tần. Để tín hiệu trung tần có tần số cố định khi tín hiệu thu từ Anten có tần số fo biến đổi thì tần số dao động nội cũng phải thay đổi tương ứng, trong máy thu thanh người ta giải quyết vấn đề này bằng cách sử dụng các tụ xoay đồng trục ở mạch vào và mạch dao động nội. Ở máy thu AM, ttf = 465KHz hoặc 455KHz và người ta thường chọn fn > f0 đúng bằng 1 trung tần. Ngược lại ở máy thu FM do tần số sóng mang cao nên người ta thường chọn fn < f0 đúng bằng 10,7 MHz = ftt FM Có 2 dạng mạch đổi tần thông dụng: dạng dùng 1 transistor vừa làm nhiệm vụ tạo dao động nội vừa làm nhiệm vụ trộn tần, dạng thứ 2 là dùng 2 transistor riêng biệt để làm 2 nhiệm vụ trên. Trong hầu hết các sơ đồ mạch, mạch dao động nội thường dùng là khung cộng hưởng LC. Tần số dao động nội được xác định theo công thức: nf = 1 2 Hz LCπ và để thay đổi tần số này người ta thường thay đổi tụ C Mixer fn ftt f0 - + Hình 1.9 Tín hiệu trước và sau trộn tần Bài giảng thiết bị đầu cuối viễn thông Th.S Trần Viết Thắng, chủ biên; Ths. Võ Đình Tùng 10 Lgh CT R1 CT L2L1 VCC CX L3 R2 T1 R2 L4 Vout CX C2 C1 L5 Xem sơ đồ mạch điện: Trong sơ đồ trên T1 vừa làm nhiệm vụ dao động vừa làm nhiệm vụ trộn tần. Điện áp tín hiệu được đưa vào cực B, điện áp dao động nội được đưa vào cực E Khi tạo dao động thì C1 được xem như nối mass cho cực B, mạch trở thành ghép BC và thành phần quyết định dao động là khung L4C2, tín hiệu dao động nội được đưa đến cực E bằng tụ C2, đây chính là thành phần hồi tiếp dương để trộn với tín hiệu cần thu. Khi làm nhiệm vụ trộn tần thì C2 và L4 xem như nối mass cho E và T1 là mạch ghép CE. Tín hiệu trộn tần được đưa vào cực B và lấy ra từ cuộn cảm ứng trên khung cộng hưởng từ cực C. Nhược điểm của mạch này là độ ổn định kém do transistor đảm nhận cùng lúc 2 nhiệm vụ dao động và trộn tần. Hình 1.10 Mạch trộn tần Bài giảng thiết bị đầu cuối viễn thông Th.S Trần Viết Thắng, chủ biên; Ths. Võ Đình Tùng 11 Mạch đổi tần dùng 2 transistor: Trong sơ đồ mạch trên T1 đóng vai trò mạch trộn tần, T2 đóng vai trò mạch dao động nội, tần số dao động nội được quyết định bởi L4, C7 và C8 Hoạt động của mạch như sau: tín hiệu cao tần từ khung CL1 cảm ứng qua L2 kết hợp với tín hiệu từ mạch dao động nội cảm ứng trên cuộn L3, được đặt vào cực B của T1. T1 thực hiện việc trộn lẫn 2 tín hiệu và khuếch đại chọn lọc để lọc lấy tín hiệu trung tần nhờ khung cộng hưởng CL6 mắc ở cực C của T1. Tín hiệu trung tần này được cảm ứng qua L7 để đi đến các tầng tiếp theo. Việc phân cực ( chọn giá trị cho R1, R2 ) là rất quan trọng vì nó ảnh hưởng đến khả năng trộn tần và khuếch đại của mạch. Trong các máy thu hiện đại, thường người ta dùng 1 IC để thực hiện các chức năng: khuếch đại cao tần, tạo dao động nội, trộn và đổi tần. Xem mạch sau ( áp dụng thu sóng FM ) Hình 1.11 Mạch đổi tần dùng 2 transistor C1 T1 C3 L5 L2L1 0 C2 VCC R1 L7L6 C7 VCC T2 L4 L3 C8 VCC R2 Bài giảng thiết bị đầu cuối viễn thông Th.S Trần Viết Thắng, chủ biên; Ths. Võ Đình Tùng 12 Tín hiệu thu được từ Anten qua mạch ghép đưa vào chân 10 của IC để khuếch đại và trộn tần. Chân 10 IC được mắc với khung L2C2 để tạo dao động nội cung cấp cho mạch trộn tần tại ngõ vào chân 1 nhờ tụ C4. L3 và C5 là mạch cộng hưởng nối tiếp để chọn lọc tín hiệu trung tần. V. MẠCH KHUẾCH ĐẠI TRUNG TẦN Khối khuếch đại trung tần là một mạch khuếch đại cộng hưởng có nhiệm vụ khuếch đại tín hiệu trung tần đến một giá trị đủ lớn để đưa vào mạch tách sóng, bộ khuếch đại trung tần quyết định phần lớn độ chọn lọc và độ nhạy của máy thu. Nếu dùng transistor rồi, khối trung tần có thể gồm 1, 2 hoặc 3 tầng khuếch đại ghép, còn nếu dùng IC thì mạch khuếch đại trung tần thường được tích hợp chung với mạch tách sóng. Hình 1.12 Mạch đổi tần dùng IC VCC C5 12 9 7 VCC C2 L4 L5 3 C3 6 C1 4 5 8 11 L2 L3 CA3005 L1 VCC 1 C4 10 Bài giảng thiết bị đầu cuối viễn thông Th.S Trần Viết Thắng, chủ biên; Ths. Võ Đình Tùng 13 Xem sơ đồ mạch khuếch đại trung tần cộng hưởng đơn: • C4L2: khung cộng hưởng tại tần số trung tần • R1R2: phân cực cho mạch khuếch đại trung tần • R3: điện trở ổn định nhiệt và đóng vai trò mạch hồi tiếp dòng nối tiếp • C2: tụ thoát cao tần ( loại bỏ hồi tiếp áp nối tiếp ) • Tụ C3: hồi tiếp áp song song để ổn định tín hiệu ra Mạch có hệ số khuếch đại rất lớn tại tần số trung tần, tại các tần số khác hệ số khuếch đại giảm nhanh chóng. Ưu điểm: hệ số khuếch đại khá lớn, độ chọn lọc cao Nhược điểm: • Dải thông hẹp, độ trung thực kém • Muốn tăng độ nhạy của máy thu thường người ta chọn phương pháp tăng độ khuếch đại của mạch khuếch đại trung tần, tuy nhiên trong mạch trên, khi tăng hệ số khuếch đại → hiện tượng tự kích. Vì vậy người ta thường mắc thêm tụ C3 để tạo mạch hồi tiếp âm áp song song cho mạch Hình 1.13 Mạch khuếch đại trung tần ftt C2 C4 R2 VCC Q1 R1 C3 L1 VCC C1 R3 L3L2 Bài giảng thiết bị đầu cuối viễn thông Th.S Trần Viết Thắng, chủ biên; Ths. Võ Đình Tùng 14 Mạch khuếch đại cộng huởng kép: Nguyên tắc hoạt động tương tự như mạch cộng hưởng đơn, nhưng trong mạch này sử dụng bộ ghép hai khung cộng hưởng tại các tần số lân cận trái và phải của tần số trung tần. Kết quả ta được đặc tuyến của mạch như hình trên, điều này cải thiện được khuyết điểm băng tần hẹp của mạch cộng huởng đơn. Mạch khuếch đại trung tần sử dụng mạch cộng hưởng có tham số tập trung ( hay bộ lọc tập trung ) Hiện nay trong một số sơ đồ máy hiện đại người ta còn dùng bộ lọc gốm áp điện, có kích thước nhỏ, hệ số phẩm chất cao. Bộ lọc dạng này hoạt động dựa trên nguyên lý áp điện. Hình 1.14 Mạch khuếch đại trung tần cộng hưởng kép ftt Q1 R3 C1 VCC Vin C2 Vout Hình 1.15 mạch khuếch đại trung tần tham số tập trung Q1 VCC C1 C2 C3L1 K/D cong huongL2 VCC L3yellow white red Bài giảng thiết bị đầu cuối viễn thông Th.S Trần Viết Thắng, chủ biên; Ths. Võ Đình Tùng 15 Khi đặt vào ngõ vào In 1 điện áp có tần số đúng bằng tần số dao động riêng của tinh thể thạch anh sẽ tạo ra được 1 dao động cơ học trên tinh thể này với tần số dao động đúng bằng tần số dao động của nó. Tại đầu cuối của tinh thể này người ta áp một điện cực vào để tạo ra tín hiệu điện có biên độ đủ lớn và tần số lựa chọn. VI. MẠCH TÁCH SÓNG 1. Tách sóng biên độ Mạch tách sóng biên độ thường sử dụng là mạch tách sóng diode. Nếu diode mắc nối tiếp với điện trở tải gọi là tách sóng diode, nếu diode mắc song song với điện trở tải gọi là tách sóng song song. Mạch tách sóng song song được dùng trong trường hợp cần ngăn thành phần một chiều với trung tần. Tuy nhiên, trong thực tế người ta hay dùng mạch tách sóng nối tiếp. Nguyên lý hoạt động của mạch: diode D1 và tụ C trong mạch đóng vai trò mạch chỉnh lưu cao tần có tác dụng chỉnh lưu và lọc thành phần tín hiệu trung tần và giữ lại thành phần tín hiệu âm tần. Do mạch tách sóng chỉ hoạt động ở tần số trung tần nên việc chọn loại diode và giá trị tụ C phải phù hợp. Trong thực tế C = 5 → 20nF; R = 5 → 10 KΩ. Diode tách sóng phải sử dụng loại chuyên dùng. Trong một số máy thu người ta còn sử dụng mạch tách sóng dùng transistor. Thông thường trong các mạch này, transistor được phân cực ở chế độ khuếch đại yếu. In Out 0 Hình 1.15 Bộ lọc theo nguyên lý áp điện Hình 1.16 mạch tách sóng nối tiếp D1 C Tang khuech dai VR Bài giảng thiết bị đầu cuối viễn thông Th.S Trần Viết Thắng, chủ biên; Ths. Võ Đình Tùng 16 Dạng mạch như sau: Tín hiệu trung tần cảm ứng trên cuộn L2 được đưa đến cực B của T1 để khuếch đại. Tín hiệu sau khi khuếch đại được lọc bởi tụ C3, chỉ giữ lại thành phần tín hiệu âm tần lấy ra nhờ biến trở tải để đưa đến mạch khuếch đại âm tần. 2. Mạch tách sóng tín hiệu điều tần : Mạch sử dụng phổ biến là mạch tách sóng tỉ lệ ( FM radio detector ). Dạng mạch như sau: Tín hiệu điều tần cảm biến trên cuộn L2 tạo ra hai điện áp bằng nhau nhưng ngược pha 1800 ( *1U và - *1U ). Hai diode D1, D2 mắc ngược chiều để nạp cho tụ C6 một điện áp không đổi. Hình 1.17 Mạch tách sóng dùng Transistor C3 E+L2 L1 T1 VCC Hình 1.18 Mạch tách sóng điều tần tỉ lệ R2 C2 R1 D2 L2 L1 C6 Vc U1' -U1' C5 U0 C3 R4 D1 C1 R3 C4 L3 den K/D am tan Bài giảng thiết bị đầu cuối viễn thông Th.S Trần Viết Thắng, chủ biên; Ths. Võ Đình Tùng 17 Tụ điện C4 = C5 ; điện trở R1 = R2. Điện áp tại điểm giữa cuộn dây L2 đúng bằng điện áp tín hiệu trung tần Utt nhờ tụ ghép C2, do vậy điện áp đặt trên hai đầu D1 và D2 có giá trị lần lượt là : 1ttU U+ và 1ttU U− Hai thành phần điện áp này được tách sóng biên độ nhờ diode D1, C4, R1 và D2, C5, R2. Khi tần số thay đổi điện áp trên C4 và C5 thay đổi làm cho điện áp ra thay đổi theo, nhờ đó tín hiệu âm tần được hồi phục. VII. MẠCH TỰ ĐỘNG ĐIỀU CHỈNH HỆ SỐ KHUẾCH ĐẠI Do nhiều nguyên nhân mà tín hiệu do máy thu thu được có thể không đồng đều nhau, lúc mạnh, lúc yếu điều đó dẫn đến âm lượng thay đổi lúc to, lúc nhỏ. Để hạn chế điều này và giữ cho âm lượng máy thu ổn định khi tín hiệu vào thay đổi trong một phạm vi rộng, thông thường trong các máy thu thanh được thiết kế thêm mạch tự động điều chỉnh hệ số khuếch đại cho các tần khuếch đại cao tần và trung tần. Khi tín hiệu thu yếu, hệ số khuếch đại các tầng tăng lên và khi tín hiệu thu tăng lên thì hệ số khuếch đại của các tầng này giảm đi. Xem mạch sau: Trên đây là sơ đồ mạch tự động điều chỉnh hệ số khuếch đại cho một tầng khuếch đại trung tần. Trong đó R1, R2 là mạch phân cực ban đầu cho tầng khuếch đại T1. Khi tín hiệu thu lớn, điện áp ngõ ra mạch tách sóng D1 âm mạnh, thành phần điện áp này được hồi tiếp một phần về phân cực lại cho T1 nhờ điện trở hồi tiếp Rf, điều này làm T1 dẫn yếu do đó giảm độ khuếch đại của mạch. Hình 1.19 Mạch tự động điều chỉnh hệ số K/Đ trung tần VCC R1 L2 L1 D1 VCC T1 R2 Rf Bài giảng thiết bị đầu cuối viễn thông Th.S Trần Viết Thắng, chủ biên; Ths. Võ Đình Tùng 18 Khi tín hiệu thu nhỏ, điện áp sau mạch tách sóng D1 ít âm hơn, điều này làm tăng điện áp phân cực T1 và làm tăng hệ số khuếch đại của mạch. Cấu trúc của dạng mạch trên đơn giản nhưng mắc phải một nhược điểm lớn là làm thay đổi điểm làm việc tĩnh của T1 cho nên dễ dẫn đến hiện tượng méo dạng tín hiệu. Để cải thiện nhược điểm này, trong thực tế người ta sử dụng mạch phân dòng bằng diode. Xem mạch sau: Transistor Q1 là tầng khuếch đại trung tần đầu tiên sau bộ đổi tần. Diode D được mắc giữa điểm A và B để làm nhiệm vụ phân dòng. Khi chưa có tín hiệu, mạch được điều chỉnh sao cho điện thế tại điểm B dương hơn điểm A, diode phân cực ngược, xem như hở mạch. Mạch cộng hưởng L1, C1 hoạt động bình thường. Khi tín hiệu vào lớn, điện áp tại C từ tầng tách sóng hồi tiếp về làm transistor Q1 dẫn yếu, dòng điện IC giảm, kéo theo điện áp tại B giảm, lúc này điện áp tại A lại lớn do đó diode phân cực thuận, điểm A xem như nối tắt với điểm B làm tín hiệu vào giảm nhanh chóng. Điều này làm giảm đáng kể tín hiệu ra của mạch. VIII. MÁY THU FM STEREO Nguyên tắc điều chế tín hiệu FM hai kênh L, R ở Việt Nam như sau: Trước tiên, tín hiệu L và R được đưa vào khối mạch ma trận để tạo thành tín hiệu tổng L+R và tín hiệu L-R. Tín hiệu L+R được đưa đến bộ trộn ngang qua một dây trễ. Tín hiệu L-R được đưa đến mạch điều biên cân bằng sử dụng tần số sóng mang phụ 38Khz. Rồi đưa đến bộ trộn tín hiệu để trộn lẫn với tín hiệu L+R đã được làm trễ. Hình 1.20 Mạch phân dòng dùng diode Q1 L1 E+A VCC C B Tu mach DET C1 Bài giảng thiết bị đầu cuối viễn thông Th.S Trần Viết Thắng, chủ biên; Ths. Võ Đình Tùng 19 Vì mạch điều chế cân bằng đã triệt tiêu tần số sóng mang phụ 38KHz nên ta phải mở rộng thêm tín hiệu sóng mang chính ( tín hiệu lái) 19KHz vào bộ trộn và đưa ra tầng khuếch đại phát FM. Do cấu trúc của máy phát FM Stereo có dạng như trên, nên sơ đồ khối của máy thu FM Stereo có dạng. Sau mạch tách sóng FM ta nhận được 3 tín hiệu: tín hiệu L+R được tách ra nhờ LPF; tín hiệu R-L được điều biên tại tần số 38KH và tín hiệu lái 19KHz. Để phục hồi tín hiệu L – R người ta sử dụng bộ dao động VCO được điều khiển bởi sóng mang 19KHz dao động tạo ra bởi VCO ( 76KHz) được chia đôi để đưa đến mạch tách sóng Ma trận Delay Mạch cộng Máy phát FM Điều biên cân bằng 19KHz Nhân tần L R 38KHz L+R L-R L-R 19Khz 38Khz 54 Hình 1.21 Sơ đồ khối máy phát FM Stereo Tách sóng FM LPF 0-16K Matrận Tách 19KHz BBF 22-54K Tách sóng biên độ So pha VCO 76K Chia tần Chia tần 38KHz L-R 2R 2L L+R IF Hình 1.22 Sơ đồ khối máy thu Stereo Bài giảng thiết bị đầu cuối viễn thông Th.S Trần Viết Thắng, chủ biên; Ths. Võ Đình Tùng 20 biên độ hồi phục tín hiệu L – R. Tín hiệu L + R và L – R được đưa vào khối ma trận để tạo tín hiệu 2L, 2R.