KỸ THUẬT TRUYỀN THANH

Luận Văn Tốt Nghiệp Soạn giáo trình môn kỹ thuật truyền thanh

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT KHOA: ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

BỘ MÔN: ĐIỆN TỬ --- ---

LUẬN VĂN

Soạn giáo trình môn kỹ thuật truyền thanh

GVHD : HÀ A THỒI SVTH : NGUYỄN MINH TRUNG NGUYỄN THỊ MINH TÂM LỚP : 95KĐĐ

1995 - 2000


LỜI NÓI ĐẦU

Qua quá trình học môn kỹ thuật truyền thanh, qua các tài liệu tham khảo có liên quan và được sự cho phép, hướng dẫn tận tình của giáo viên bộ môn. Em chọn đề tài soạn giáo trình môn kỹ thuật truyền thanh làm đề tài tốt nghiệp của mình là môn kỹ thuật truyền thanh.

Tuy nhiên do lượng kiến thức và thời gian có hạn nên không thể tránh khỏi những thiếu sót, kính mong được sự góp ý của quí thầy cô cùng bạn đọc để em hoàn thành tốt hơn.


CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU

Lịch sử phát triển của ngành vô tuyến điện ......................................................... 1 1. Tình hình phát triển và phát sinh ................................................................. 1 2. Tình hình phát triển kĩ thuật vô tuyến trên thế giới ...................................... 2 3. Tình hình phát triển kĩ thuật vô tuyến điện ở Việt Nam ............................... 2

Môi trường và đường truyền sóng vô tuyến......................................................... 2 1. ................................................................................................................ Đ

ịnh nghĩa sóng vô tuyến .............................................................................. 2 2. ................................................................................................................ C

ác đặc tính của sóng vô tuyến ..................................................................... 3 3. ................................................................................................................ C

ác dải sóng vô tuyến dùng rong phát thanh .................................................. 4 4. ................................................................................................................ P

hân lọai sự lan truyền sóng vô tuyến ............................................................ 6 Thông tin vô tuyến ..................................................................................................... 9 1. Phân lọai ............................................................................................................... 9 2. Ưu điểm của thông tin vô tuyến ........................................................................... 12 3. Nhược điểm của thông tin vô tuyến ...................................................................... 14

CHƯƠNG II: MÁY PHÁT AM

I. Giới thiệu chung ........................................................................................... 15 II. Nguyên tắc chung của quá trình điều biến biên độ .................................... 15

1. ................................................................................................................ Hình bao AM ............................................................................................... 15

2. ................................................................................................................ Băng thông và phổ tần số AM ...................................................................... 16

3. ................................................................................................................ Hệ số điều biến và phần trăm điều biến ........................................................ 17

4. ................................................................................................................ Sự phân bố điện áp AM ............................................................................... 19

5. ................................................................................................................ Sự phân bố công suất AM............................................................................ 21

III. Sơ đồ mạch điện điều biến AM.................................................................... 24 1. Mạch điều biến AM mức thấp ................................................................... 24 2. Mạch điều biến AM công suất trung bình .................................................. 26 3. Mạch điều hợp đồng thời cực nền và cực thu............................................. 30

Mạch điều biên AM sử dụng vi mạch tổ hợp tuyến tính .......................................... 33 1. ................................................................................................................ M

áy phát AM mức thấp ................................................................................ 33 2. ................................................................................................................ M

áy phát AM mức cao .................................................................................. 34


CHƯƠNG III: MÁY THU AM I. Giới thiệu chung ........................................................................................... 36 II. Các thông số kỹ thuật ................................................................................... 36

1. Tính lựa chọn ............................................................................................. 37 2. Cải tiến băng thông AM.............................................................................. 37 3. Độ nhạy của máy thu .................................................................................. 37 4. Dải động trong máy thu .............................................................................. 38 5. Độ trung thực của máy thu.......................................................................... 39 6. Tổn hao ...................................................................................................... 40

III. Máy thu AM ................................................................................................. 41 1. Máy thu điều hưởng tần số RF.................................................................. 41 2. Máy thu đổi tần ........................................................................................ 43 3. Sơ đồ mạch điện trong máy thu ................................................................ 50

CHƯƠNG IV: MÁY PHÁT SÓNG ĐIỀU BIẾN GÓC

I. Giới thiệu chung ........................................................................................... 76 II. Điều biến góc ................................................................................................. 76

1. Phân tích biểu thức tóan học ..................................................................... 77 2. Dạng sóng điều tần FM và điều pha PM ................................................... 79 3. Độ lệch pha, độ lệch tần và hệ số điều biến............................................... 80 4. Phân tích tần số của sóng điều biến góc .................................................... 82 5. Băng thông của sóng điều biến góc .......................................................... 83 6. Công suất trung bình của sóng điều biến góc ............................................ 84 7. Mạch tiền nhấn và mạch giải nhấn............................................................ 85

III. Quá trình truyền sóng điều tần FM ............................................................. 87 1. Mạch điều tần FM trực tiếp ....................................................................... 87 2. Mạch điều tần FM gián tiếp....................................................................... 93 3. Máy phát FM trực tiếp............................................................................... 94 4. Máy phát FM gián tiếp .............................................................................. 99

CHƯƠNG V: HỆ THỐNG MÁY THU SÓNG ĐIỀU BIẾN GÓC

I. Giới thiệu chung .......................................................................................... 101 II. Máy thu FM ................................................................................................. 102

1. Mạch giải điều tần FM............................................................................ 103 2. Mạch giới hạn ........................................................................................ 112

III. Máy thu FM dùng vi mạch tổ hợp tuyến tính ............................................ 115 1. Hệ thống IF sử dụng IC ME/SA 614A .................................................... 115 2. Hệ thống IF của máy thu với mạch trộn chất lượng cao,

áp thấp IC ME/SA 616 ........................................................................... 117 3. Hệ thống vô tuyến FM chip đơn IC TDA 7000 ....................................... 119

IV. Quá trình truyền phát thanh stereo FM .................................................... 120 1. Quá trình thu âm thanh stereo FM ........................................................... 122 2. Qúa trình thu stereo FM........................................................................... 125

V. Truyền thông radio FM hai chiều ............................................................... 127 1. Máy phát radio FM hai chiều .................................................................. 127 2. Máy thu FM hai chiều ............................................................................ 129


CHƯƠNG VI: TRUYỀN DỮ LIỆU BẰNG KỸ THUẬT SỐ

I. Định luật lấy mẫu ....................................................................................... 132 II. Điều biến biên độ xung PAM .................................................................... 133 III. Điều mã xung PCM .................................................................................... 134

1. Nguyên lý lấy mẫu ................................................................................. 135 2. Lượng tử hóa tín hiệu .............................................................................. 136 3. Mã hóa .................................................................................................... 138

IV. Điều chế Delta ............................................................................................. 141 1. Nguyên lý điều chế.................................................................................. 141 2. Méo lượng tư........................................................................................... 142 3. Điều chế Delta thay đổi sườn VSDM ...................................................... 143

V. Điều chế DPCM ......................................................................................... 144

CHƯƠNG VII: MÁY TĂNG ÂM I. Khái niệm chung về máy tăng âm.............................................................. 146

1. Tác dụng của máy tăng âm ...................................................................... 146 2. Phân lọai máy tăng âm ............................................................................ 146 3. Các chỉ tiêu kỹ thuật của máy tăng âm..................................................... 146

Sơ đồ khối của máy tăng âm .................................................................................. 149 Khối điều chỉnh âm sắc ......................................................................................... 153

1. Nhiệm vụ ............................................................................................... 153 2. Mạch điều chỉnh âm sắc.......................................................................... 153

Khối hiển thị ........................................................................................................... 161 1. Nhiệm vụ ............................................................................................... 161 2. Các cách hiển thị .................................................................................... 161

Khối khuếch đại công suất ..................................................................................... 164 1. Nhiệm vụ ............................................................................................... 164 2. Các lọai mạch ......................................................................................... 164

Khối bảo vệ ............................................................................................................ 182 1. Nhiệm vụ................................................................................................ 182 2. Các lọai mạch bảo vệ.............................................................................. 182

CHƯƠNG VIII: MÁY GHI ÂM

I. Khái niệm chung ........................................................................................ 185 1. Phân lọai máy ghi âm ............................................................................. 187 2. Máy ghi âm dùng băng trần ................................................................... 188 3. Máy ghi âm dùng băng cassette .............................................................. 189 4. Máy ghi dùng hộp castric........................................................................ 190

II. Sơ đồ khối của máy ghi âm......................................................................... 191 III. Băng từ và đầu từ ....................................................................................... 195

1. Vật liệu từ............................................................................................... 195 2. Băng từ .................................................................................................. 196 3. Đầu từ..................................................................................................... 200

IV. Bộ khuếch đại ghi ....................................................................................... 204 1. Nhiệm vụ................................................................................................ 204


2. Tầng ra và mạch ra ................................................................................ 204 V. Bộ khuếch đại phát ..................................................................................... 208

1. Nhiệm vụ ............................................................................................... 208 2. Tạp âm trong tầng khuếch đại................................................................. 209 3. Hiệu chỉnh tần số .................................................................................... 210

VI. Bộ khuếch đại hổn hợp ............................................................................... 214 1. Nhiệm vụ................................................................................................ 214 2. Phân lọai................................................................................................. 215

VII. Bộ tạo sóng siêu âm..................................................................................... 218 1. Hiện tượng vật lý của quá trình xóa ........................................................ 218 2. Nhiệm vụ ............................................................................................... 219 3. Mạch tạo sóng siêu âm ........................................................................... 220

VIII. Tầng khuếch đại công suất ......................................................................... 223 1. Nhiệm vụ................................................................................................ 223 2. Tầng khuếch đại dùng transistor ............................................................. 223

IX. Các mạch trong máy ghi âm dùng nâng cao chất lượng của máy ghi âm 225 A. Mạch ALC .............................................................................................. 225

1. Lọai chỉnh lưu ra thành phần một chiều đề điều khiển tầng đầu .......... 225 2. Lọai mạch ALC kiểu thay đổi trở kháng vào bằng transistor .............. 229

B. Mạch DOLBY......................................................................................... 234

CHƯƠNG IX: MÁY HÁT ĐĨA COMPACTDISC I. Giới thiệu .................................................................................................... 236

1. Khái niệm ............................................................................................... 236 2. Các thông số tiêu biểu của máy hát CD................................................... 236 3. Sơ lược về nguyên lý xử lý tín hiệu âm thanh ....................................... 237

II. Sơ đồ khối khi ghi tín hiệu lên đĩa.............................................................. 238 III. Sơ đồ khối khi phát tín hiệu từ đĩa............................................................. 240 IV. Cụm quang học, tia Laser và mạch khuếch đại RF .................................. 240

1. Tia Laser ................................................................................................ 240 2. Cụm quang học....................................................................................... 245 3. Khối RF ................................................................................................. 251

V. Mạch xử lý tín hiệu âm thanh ................................................................... 257 1. Xử lý tín hiệu âm thanh trước khi ghi lên đĩa .......................................... 257 2. Mạch phát lại tín hiệu âm thanh .............................................................. 260

VI. Mạch điều chỉnh (Servo) ............................................................................ 268 1. Mạch Focus Servo .................................................................................. 268 2. Mạch Tracking Servo ............................................................................. 271 3. Mạch Sled Servo .................................................................................... 273 4. Mạch Spindle Servo................................................................................ 276

VII. Khối xử lý và hiển thị.................................................................................. 278 1. Sơ đồ khối .............................................................................................. 278 2. Các mạch điện cơ bản trên khối vi xử lý.................................................. 279


CHƯƠNG I GIỚI THIỆU CHUNG

I – LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA NGÀNH VÔ TUYẾN

Vô tuyến điện và điện tử học là một ngành học mới phát triển nhưng đã có những bước phát triển mạnh mẽ và ngày càng hoàn chỉnh, phong phú, đóng góp rất nhiều cho việc phục vụ nền kinh tế quốc dân, phục vụ quốc phòng và nhiều lĩnh vực nghiên cứu khoa học khác.

Vô tuyến có nghĩa là không dây. Vô tuyến điện (VTĐ) là ngành khoa học nghiên cứu biện pháp thực hiện sự liên lạc, truyền đạt những tín hiệu, tin tức, thông tin, thăm dò giữa hai hoặc nhiều điểm mà không có dây dẫn nối giữa những điểm đó, chỉ dựa vào bức xạ và lan truyền các sóng điện tử.

Điện tử học là ngành khoa học nghiên cứu việc khống chế, điều khiển chuyển dịch của luồng điện tử và dựa vào hiệu quả của sự khống chế này để thực hiện một số mực đích như nắn điện, khuếch đại tạo sóng, đổi tần…

1 - Lịch sử phát sinh và phát triển Phát sinh về vô tuyến điện không phải là công trình của một cá nhân hoặc

của một nước nào mà là của nhiều nước của nhiều nhà khoa học và phải trải qua một thời gian dài mới tiến tới bước hoàn chỉnh

Năm 1873 Moắc-Xoen, nhà vật lý học người Anh đã đề ra lý luận về sóng điện từ.

Năm 1888 Hec, nhà bác học Đức. Ông đã xác định, chứng minh sự tồn tại của sóng điện từ.

Năm 1895 Pô Pốp, nhà bác học người Nga mới phát minh ra bộ máy thu vô tuyến đầu tiên trên thế giới.

Ngày 7-5-1895 ông đã đem bộ máy đó ra biểu diễn ở hội nghiên cứu vật lý và hoá học ở Nga

Năm 1904 Flem minh, nhà bác học Anh phát minh ra đèn điện tử hai cực Năm 1913 máy thu đổi tần. Máy tạo sóng cao tần dùng đèn điện tử ra đời Năm 1920 có đài phát thanh vô tuyến điện Năm 1924 phát minh ra đèn 4 cực Năm 1931 phát minh ra đèn 5 cực

Sau chiến tranh thế giới lần hai, dụng cụ bán dẫn phát triển mạnh đã thay thế đèn điện tử . . . với ưu điểm hiệu suất cao, khối lượng nhỏ.

Những đài phát thanh đầu tiên trên thế giới là đài Matxcơva vào năm 1922 có công suất là 12kw, đài quốc tế cộng sản năm 1932 có công suất là 40kw, vào năm 1936 công suất đến 500kw.

Ngày nay các đài phát thanh quốc tế có công suất đến hàng ngàn kw, nhiều ngành khoa học khác như rađa, tự động hoá, điều khiển xa luyện thép bằng cao tần, trong y tế, máy tính . . .

2 - Tình hình phát triển kỹ thuật vô tuyến điện tử trên thế giới Kỹ thuật vô tuyến điện tử ở các nước xã hội củ nghĩa tiên tiến hàng đầu trên

thế giới, luôn hướng về sản suất và phục vụ đời sống cho nhân dân ở Liên Xô. Năm 1950 mới có 9,68 triệu loa truyền thanh.


Năm 1981 có 75 triệu máy thu thanh, 75 triệu máy thu hình ở Pháp có 7 đài phát hình lớn và 8000 đài chuyển tiếp đảm bảo cho gần hết lãnh thổ có thể xem tuyền hình được.

Nói chuyện điện thoại có thể nhìn thấy người với mình cũng đã được thực hiện.

Ngoài ra vô tuyến điện tử được áp dụng nhiều vào việc chinh phục vũ trụ. Tuy nhiên ở các nước tư bản, kỹ thuật vô tuyến điện còn hướng vào công nghiệp chiến tranh như ném bom bằng tia Lade, điều khiển máy bay không người chụp hình trộm . . .

3 - Tình hình phát triển kỹ thuật vô tuyến điện tử ở Việt Nam Trong những năm đầu của lịch sử phát triển vô tuyến điện tử thế giới thì ở

Việt Nam, con người tiếp xúc với điện là thông qua sét đánh. Khi thực dân pháp xân lược, vô tuyến điện được phục vụ cho mục đích đàn

áp và bóc lột. Năm 1935 một số công ty tư bản đặt đài phát thanh ở Sài Gòn, Hà Nội và

Hải Phòng. Bên cạnh đó thực dân Pháp phát triển hệ thống thông tin vô tuyến phục vụ cho hàng hải, hàng không . . .

Ngày 7- 9-1945 Đài tiếng nói Việt Nam được phát thanh đầu tiên từ thủ đô Hà Nội.

Năm 1969 ngành vô tuyến truyền hình ra đời Ngày nay, trạm nghiên cứu vũ trụ cũng hoạt động. Đó cũng là những bước

tiến của ngành kỹ thuật vô tuyến điện tử ở nước ta. II - MÔI TRƯỜNG VÀ ĐƯỜNG TRUYỀN SÓNG VÔ TUYẾN

1 - Sóng vô tuyến Truyền dẫn vô tuyến được dùng để truyền tin tức qua không gian, như là

môi trường truyền dẫn, sử dụng các sóng vô tuyến, được trình bày ở hình 1-1

Hình 1-1: Truyền dẫn vô tuyến

Định nghĩa sóng vô tuyến:

Sóng vô tuyến là một loại sóng điện từ mà sóng điện từ này được hình thành từ các điện trường và từ trường cao và thấp, lan truyền với vận tốc ánh sáng. Sóng vô tuyến có 3 thành phần quan trọng

-Tần số f -Biên độ A -Pha

Tần số là số lần thay đổi mức từ trường trong một giây của sóng vô tuyến. Khoảng cách giữa các đỉnh điện trường của sóng vô tuyến được gọi là bước sóng. Do tốc độ của sóng điện từ bằng tốc độ ánh sáng, nên phương trình (1) là phương trình liên hệ giữa tần số f và bước sóng

fc

(1)

Sóng vô tuyến Sóng vô tuyến

Tin tức Không gian Tin tức


Hình 1-2: Mối tương quan giữa độ dài bước sóng và tần số

2 - Các đặc tính của sóng vô tuyến Các đặc tính lan truyền của sóng vô tuyến thay đổi rất lớn tùy thuộc vào tần

số (hoặc bước sóng). Sóng vô tuyến có các đặc tính sau đây: Tần số thấp: Lan truyền rộng, tính chất này tương tự như của âm thanh

(hình 1-3). Tần số cao: Sóng vô tuyến truyền thẳng, đặc tính tương tự như đặc tính của

ánh sáng bị hấp thụ hoặc phân tán do mưa (hình 1-4)

Hình 1-3: Phương thức truyền sóng vô tuyến ở tần số thấp

Khi tần số tăng,độ rộng băng tần khả dụng có thể tăng lên. Khi dữ liệu vào tăng thì độ rộng băng tần cần thiết cũng phải tăng.

Ví dụ nếu tín hiệu TiVi được phát bằng sóng vô tuyến ở tần số 1Mhz thì sóng trung không đủ rộng. Băng UHF (300MHZ đến 3000MHZ) mới có thể sử dụng được.

Hình 1-4: Phương thức truyền sóng vô tuyến ở tần số cao. Khi ở tần số cao, sóng vô tuyến chỉ có thể lan truyền theo một hướng nhất

định vì sự dịch chuyển của sóng vô tuyến ở tần số này là truyền thẳng. Có thể sử dụng lập lại dạng sóng vô tuyến có cùng tần số nếu thay đổi vị trí và hướng của sóng. Vì lý do này mà ở tần số cao, phù hợp cho việc truyền tín hiệu dung lượng lớn

Điện trường cao

Điện trường thấp f = 1 2 3 4

Khỏang cách lan truyền trong 1 giây

Anten phát

Anten phát


và các tần số tương đối cao được sử dụng cho viễn thông. Khi ở tần số thấp, sóng vô tuyến có thể lan truyền tới một vị trí bất kỳ, nó thích hợp cho việc thông tin ở khoảng cách xa tầm nhìn.

Ví dụ ở tần số này được sử dụng để thông tin cho các tàu biển. Sóng vô tuyến ở tần số thấp (sóng dài) thông tin cho tàu ngầm vì chúng có thể lan truyền dưới nước ở tần số thấp, các máy phát thanh vá máy thu có thể được tạo ra với giá thành thấp vì không cần đến công nghệ cao. Các sóng vô tuyến có tần số khác nhau được sử dụng phù hợp với mục đích để nâng cao hiệu quả sử dụng.

3 - Các dải sóng vô tuyến dùng để phát thanh Dải sóng phát thanh được chia thành từng phần nhỏ. Mỗi phần có tên gọi

riêng. Ở Mỹ, FCC quản lý việc sử dụng sóng. Ví dụ như ở đài phát thương mại được qui định là tần số từ 88MHZ đến 108MHZ. Các dải tần được sử dụng rất nhiều vào các loại dịch vụ. CCIR có trách nhiệm về vô tuyến viễn thông quốc tế. Sau đây là các dãi sóng phát đã được phân chia theo tiêu chuẩn CCIR, định danh tiếng Anh, phiên dịch sang tiếng Việt.

Dải ELF (Extremely Low Frequencies) có tần số từ 30HZ đến 300HZ tần số cực kỳ thấp.

Dải VF (Voice Frequencies) âm tần, có tần số từ 300HZ đến 3KHZ dãi tần này bao gồm những tần số thông thường và cả tiếng nói của con người.

Dải VLF (Very Low Frequencies) tần số thật thấp có tần số từ 3KHz đến 30Khz. Đây là giới hạn cao nhất mà tai con người có thể nghe được.

Công dụng của dải VLF là thông tin nội bộ trong cơ quan nhà nước, trong quân đội ví dụ như thông tin giữa các tàu ngầm, thông tin di động hàng hải, thông tin ở tần số chuẩn là 20KHZ.

Công dụng của dải LF dùng trong thông tin di động hàng hải phương pháp định vị vô tuyến, đèn hiệu hàng không, vô tuyến hàng hải, thông tin vô tuyến chuẩn ở tần số 40KHZ, thông tin vô tuyến thuê kênh.

Dải MF (Medium Frequencies) tần số trung bình hay còn gọi là sóng trung có bước sóng 1 km. Dãi MF có tần số từ 300KHz đến 3000KHz.

Ứng dụng của dãi MF dùng trong các đài phát thanh vô tuyến điều biên từ 535KHz đến 1605KHz, hoặc phát các thông tin khẩn cấp.

Dải HF (High Frequencies) tần số cao hay còn gọi là sóng ngắn. Dải HF có tần số từ 3MHz đến 30MHz.

Ứng dụng của dải tần này là vô tuyến truyền thanh nghiệp dư, dân dụng, các loại thông tin vô tuyến di động, sóng vô tuyến chuẩn. Riêng trong thông tin công cộng dải tần này dùng thông tin vô tuyến thuê kênh, điện báo vô tuyến, thiết bị đo mức thiệt hại của thảm hoạ thiên tai. Ngoài ra dải tần còn để truyền tin hai chiều, các đài phát ở Mỹ và Châu Âu đều sử dụng ở dãi tần này.

Dãi VHF (Very High Frequencies) gọi là sóng cực ngắn có tần số từ 30MHz đến 300MHz có bước sóng là 10m.

Ứng dụng trong vô tuyến nghiệp dư, thông tin di động, đài phát FM thương mại (88MHz đến 108MHz), vô tuyến truyền hình từ kênh 2 13 (56MHz đến 216MHz). Trong thông tin công cộng cũng có những công dụng tương tự như dải HF nhưng còn ứng dụng trong thông tin vô tuyến di động.

Dải UHF (Ultra High Fequencies) sóng siêu cực ngắn có bước sóng là 1m có tần số 3GHz đến 30GHz.


(2) sóng phản xạ Các sóng vô tuyến được phản xạ trên mặt đất hoặc mặt biển để tới anten thu được gọi là sóng phản xạ mặt đất. Các sóng được phản xạ qua các bức tường nhà

Các sóng truyền tới phía sau các tòa nhà, dãy nuí hoặc ngăn trở được gọi là sóng nhiễu xạ

(3) sóng mặt đất

(4) sóng tán xạ

Các sóng lan truyền dọc theo mặt đất

Các sóng vô tuyến được phát trực tiếp từ anten phát đến anten thu được gọi là sóng trực tiếp và các sóng này chiếm phần lớn trong các hướng lan truyền.

Quá trình lan truyền Phân loại

(1)Sóng trực tiếp

Lan truyền chịu ảnh hưởng của mặt đất Sóng mặt đất

Công dụng của dải tần này để sử dụng trong vô tuyến truyền hình từ kênh 14 đến 83, thông tin vô tuyến cá nhân, thông tin vũ trụ, trợ giúp cho thông tin khí tượng (máy thăm dò). Đối với thông tin công cộng có các ứng dụng tương tự như dải VHF.

Dải SHF (Super High Frequencies) sóng vi ba có bước sóng là 10m có tần số từ 30GHz đến 300GHz.

Ứng dụng dùng thông tin qua vệ tinh, rađa khí tượng chuyển tiếp các chương trình truyền hình, thông tin vô tuyến hàng không.

Tên gọi cho mỗi dải: 2 4GHz dải S. 4 8GHz dải C. 8 12GHz dải X. 12 18GHz dải Ku. 18 27GHz dải K. 27 40GHz dải Kd. 26,5 40GHz dải R.

Dải EHF (Extremely High Frequencies) sóng mili, có tần số từ 30GHz đến 300GHz rất hiếm khi sử dụng trong việc truyền tin ngoại trừ việc quá phức tạp, quá đắt và các yêu cầu đặc biệt.

Dải từ 300GHz đến 3T gọi là sóng siêu mili dùng trong xử lý tia Lazer. Dải hồng ngoại: sóng ở vùng hồng ngoại có tần số từ 0,3T đến 300T. Tia

hồng ngoại không được sử dụng rộng rải như sóng vô tuyến. Tia hồng ngoại kết hợp với bức xạ của nam châm tạo ra sức nóng.

Vùng ánh sáng nhìn thấy được có tần số từ 0,3PHz đến 3PHz dùng sóng bức xạ có thể nhìn thấy được bên trong cơ thể con người, đo thị giác.

Tia tử ngoại, tia cực tím, tia X, tia gamma . . . rất ít sử dụng trong ngành thông tin. Vì nó không được ứng dụng nhiều.

3 - Phân loại sự lan truyền sóng Từ anten phát đến anten thu sóng vô tuyến có thể lan truyền theo các đường

khác nhau. Các đường truyền này thay đổi theo tần số sử dụng, khoảng cách lan truyền . . . Bảng 1-1: Phân loại lan truyền sóng vô tuyến


Các sóng phản xạ trên tầng điện ly để tới anten thu

Các sóng bị tán xạ do các phần tử khí Các sóng bị tán xạ thì rất yếu

Quá trình lan truyền Phân loại

(6)Sóng phản xạ tại tầng điện ly

(5)Sóng trực tiếp

Lan truyền dưới ảnh hưởng của tầng điện ly

Chướng ngại vật

Sóng lan tuyền trong tầng điện ly

Sóng lan tuyền trong tầng đối lưu

Nếu lan truyền ở khoảng cách tương đối dài: lan truyền trực tiếp, theo sóng phản xạ trên mặt đất và phản xạ từ tầng điện ly, theo sóng mặt đất hoặc sóng tán xạ ở tần đối lưu.

Nếu lan truyền ở khoảng cách tương đối ngắn: có thể lan truyền bằng sóng trực tiếp, sóng tán xạ, sóng phản xạ.

Tầng điện ly là một lớp khí quyển rất mỏng bao gồm các phần tử bị ion hoá và nằm cách mặt đất 50 đến 400 Km. Sóng vô tuyến tầm trung và các dạng sóng thấp hơn bị hấp thụ trong tần điện ly, nhưng hầu hết các sóng ngắn được phản xạ tại đây. Các sóng ngắn được phản xạ trên tầng điện ly và truyền trở lại mặt đất nhờ vậy chúng có thể lan truyền được qua một khoảng cách lớn. Sóng cực ngắn và sóng vô tuyến ở tầng cao hơn xuyên qua tầng điện ly, do vậy không thể dùng tầng điện ly để lan truyền chúng.

Các sóng này trực tiếp được sử dụng chủ yếu cho thông tin cố định (các đường chuyển tiếp cuộc gọi đường dài, chuyển tiếp truyền hình . . .). Trong thông tin di động, do có một số vùng có thể không thuộc tầm nhìn thẳng vì các vật cản như các tòa nhà, núi đồi . . . ngoài tuyền sóng trực tiếp trong nhiều trường hợp các sóng phản xạ, tán xạ, được sử dụng bổ xung cùng với sóng trực tiếp. Chú thích:

(1) Sóng trực tiếp (2) Sóng phản xạ trên mặt đất (3) Sóng mặt đất (4) Sóng tán xạ tầng đối lưu (5) Sóng được phản xạ từ tầng điện ly.

Tầng iện ly

(5)


Hình 1-5:

(a) Lan truyền ở khoảng cách tương đối dài (b) Lan truyền ở khoảng cách tương đối ngắn

III - THÔNG TIN VÔ TUYẾN

1 - Phân loại thông tin vô tuyến Gồm có 3 loại chính:

Thông tin vô tuyến cố định Thông tin vô tuyến di động Thông tin vệ tinh

1.1 - Thông tin vô tuyến cố định Thông tin vô tuyến cố định được sử dụng chủ yếu trong truyền dẫn viba

chuyển tiếp đường dài. Các máy phát và máy thu được được đặt ở các trạm đầu cuối hoặc trạm lặp.

Anten thu

Núi

Anten phát

Sóng tán xạ

Sóng phản xạ

(b)


Truyền dẫn viba chuyển tiếp đường dài Khái niệm về truyền dẫn chuyển tiếp đường dài được trình bày trong

hình sau:

TX : Máy phát. RX : Máy thu. S : Hệ thống dự phòng Hình 1-6: Hệ thống truyền dẫn vi ba đường dài Trạm lặp đầu cuối vô tuyến thu các tín hiệu đến hoặc các tín hiệu gởi đến

các tổng đài chuyển tiếp qua các thiết bị ghép kênh. Trạm lặp đầu cuối bình thường có một thiết bị chuyển mạch đường vô tuyến và nếu một máy phát hoặc máy thu bị hỏng hoặc một đương truyền dẫn bị suy giảm do các yếu tố bên ngoài, đường vô tuyến ngay lập tức được chuyển tới đường dự phòng, để tránh sự cố truyền dẫn. Phương pháp này được gọi là hệ thống dự phòng hệ thống.

Những đặc điểm của thông tin vô tuyến cố định : Sóng viba là một sóng vô tuyến ở dải tần từ 1 đến 100GHz và có các đặc

tính tương tự như ánh sáng. Các băng tần ở hình vẽ trên được sử dụng chủ yếu cho thông tin vô tuyến cố định. Trong đó tần số 4, 5, 6 GHz được sử dụng ở khoảng cách dài vì chúng không bị ảng hưởng bởi mưa và có thể truyền dẫn tín hiệu ổn định trong trường hợp khoảng cách dài. Các băng 11,15GHz được sử dụng để thông tin ở khoảng cách trung bình và ngắn hơn. Băng 20GHz có độ rộng băng lớn nên băng tần này được sử dụng để truyền cự ly ngắn để tránh ảnh hưởng của mưa, và băng tần này có nhiều nhược điểm trong quá trình bảo dưỡng và xây dựng vì vậy, ngày nay nó không còn được sử dụng.

TX-S TX-S

TX-1

TX-2

TX-S TX-S

TX-1

TX-2

TX-S RX-S

RX-1

RX-2

TX-S RX-S

RX-1

RX-2

Chuyển mạch Chuyển mạch

Trạm chuyển tiếp ầu cuối

Trạm chuyển tiếp ầu cuối

Trạm chuyển tiếp trung gian

4 10 15 20 GHz

Đối với khỏang cách dài Đối với khỏang cách trung bình và ngắn

Đối với khỏang cách dài


Hình 1-7 : Những tần số được sử dụng trong truyền dẫn sóng viba. 1.2 - Thông tin vô tuyến di động Phân loại:

Thông tin vô tuyến di động hàng không

Thông tin vô tuyến di động hàng hải

Thông tin vô tuyến di động mặt đất

Viễn thông công cộng

Điện thoại vô tuyến di động măt đất Nhắn tin vô tuyến Điện thoại sử dụng tiền xu Thông tin điện thoại vô tuyến di động mặt đất đơn giản thông tin số liệu vô tuyến di động mặt đất đơn giản Điện thoại không dây

Điện thoại vô tuyến động mặt đất Nhắn tin vô tuyến Điện thoại sử dụng tiền xu Thông tin điện thoại vô tuyến di động mặt đất đơn giản thông tin số liệu vô tuyến di động mặt đất đơn giản Điện thoại không dây

Điện thoại vô tuyến di động hàng hải


Thông tin vô tuyến di động đóng một vai trò quan trọng trong các dịch vụ viễn thông. Các dịch vụ thông tin vô tuyến di động đang được phát triển nhanh chóng và có thể phân chia chúng thành các dịch vụ viễn thông công cộng cho thông tin dùng riêng.

Những đặc điểm của hệ thống thông tin vô tuyến di động: Phải sử dụng vô tuyến: thông tin giữa hai điểm cố định có thể được thực

hiện bởi các đường dây truyền dẫn nhưng đối với các mục tiêu di động như các loại xe và máy bay thì phải sử dụng thông tin vô tuyến.

Kết hợp nhiều kỹ thuật thông tin khác nhau: trong thông tin vô tuyến di động phải được kết hợp với nhau giữa các hệ thống tổng đài, hệ thống vô tuyến thiết bị đầu cuối và tất cả các kỹ thuật để giảm kích thước và trọng lượng.

Có băng tần giới hạn: băng tần hiện nay sử dụng ở khoảng vài chục MHz và nó thấp hơn băng tần thông tin vô tuyến cố định khoảng 500MHz.

Đặc tính lan truyền sóng vô tuyến phức tạp: có thể có rất nhiều vật cản trên đường truyền sóng có thể là các tòa nhà, ngọn núi, do mưa,... Để đạt được thông tin chất lượng cao và ổn định, trong thông tin vô tuyến di động sử dụng rất nhiều kỹ thuật để làm giảm tạp âm trong các tín hiệu âm thanh và các kỹ thuật để sửa lỗi để điều khiển hiệu chỉnh các lỗi của tín hiệu thu được.

Dịch vụ xã hội Dịch vụ sử dụng chung

Thông tin dùng riêng

Các tổ chức chính quyền (Cảnh sát, phòng chống lũ lụt, quản lý giao thông).

Các công sở địa phương (dịch vụ cứu hỏa, tổ chức chống thảm họa sử dụng vô tuyến).

Các tiện ích xã hội (các cơ sở cung cấp điện và hơi đốt)

Thông tin dùng riêng (taxi, đường sắt, báo chí).

Vô tuyến khai thác đơn giản. Trạm vô tuyến riêng. Vô tuyến cá nhân, nghiệp dư và sử dụng

trong dân chúng


Tổng quan về thông tin di động: Điện thoại vô tuyến di động đất liền:

Hệ thống này hiện đang sử dụng băng tần 800MHz và bao gồm: (1) Trạm gốc vô tuyến phủ sóng vùng phục vụ bán kính từ 3-5Km (ở thành

phố) 5-15Km (ở ngoại ô). (2) Trạm điều khiển để liên kết một số trạm gốc vào trong một vùng phục

vụ và điều khiển trạm gốc mỗi ngày. (3) Tổng đài thông tin vô tuyến di động mặt đất dùng để chuyển mạch và

nối máy điện thoại di động với các mạng điện thoại di động khác. Điện thoại phục vụ hàng hải: sử dụng băng tần 350MHz và phục vụ cho các vùng biển cách đất liền khoảng 50Km. Các tổng đài, trạm điều khiển được liên kết với hệ thống điện thoại vô tuyến di động mặt đất và các tổng đài điện thoại.

Dịch vụ nhắn tin: Nhắn tin là một dịch vụ thông báo một bản tin gây chú ý tới một người hay

người đó đi xa hoặc vắng. Dịch vụ này có thể truyền một âm hoặc một số chữ tới người mang một loại máy thu có kích thước nhỏ. Thông thường, sau khi nhận được tin nhắn người này sẽ nhanh chóng tìm một máy điện thoại gần nhất để gọi cho người nhắn. Hệ thống này hiện tại sử dụng băng tần 250MHz.

3 . Thông tin vệ tinh: Nguyên lý của thông tin vệ tinh:

Hình 1-8: Đường thông tin vệ tinh Hình trên trình bày nguyên lý của thông tin vệ tinh. Trong đó một vệ tinh có

các tính năng thu, phát và khuếch đại sóng vô tuyến được phóng vào không gian trở thành một trạm thông tin ngoài trái đất có nhiệm vụ thu sóng vô tuyến từ mặt đất, khuếch đại chúng rồi phát trở về trái đất tới một trạm ở mặt đất khác. Đường truyền từ mặt đất lên vệ tinh gọi là đường lên, đường truyền từ vệ tinh xuống mặt đất gọi là đường xuống. Để tránh can nhiễu giữa đường lên và đường xuống sử dụng các băng tần và sóng phân cực khác nhau. Có hai loại vệ tinh: vệ tinh quỹ đạo và vệ tinh địa tĩnh. Vệ tinh địa tĩnh có ưu điểm là vị trí của nó không thay đổi so với mặt đất, vệ tinh này được phóng vào quỹ đạo ở độ cao 36000Km so với đường xích đạo, thời gian để vệ tinh này quay một vòng trái đất là 24 giờ.

Vệ tinh thông tin: Bao gồm các thiết bị để phục vụ cho mục đích thông tin (thiết bị chức

năng) và các thiết bị chung dùng để trợ giúp cho các thiết bị chức năng.

VỆ TINH (Trạm không gian)

Trạm mặt đất I Trạm mặt đất II


Thiết bị chức năng bao gồm anten để thu sóng vô tuyến từ các trạm mặt đất và thiết bị chuyển tiếp thông tin để biến đổi và khuếch đại sóng vô tuyến thu rồi phát xuống mặt đất.

Thiết bị thu bao gồm thiết bị điều khiển giám sát từ xa, các bộ cảm biến cần thiết để điều khiển tình trạng cần thiết của thiết bị, hệ thống động cơ phản lực để thay đổi quỹ đạo di chuyển hoặc điều chỉnh vi trí của vệ tinh.

Các trạm mặt đất: Bao gồm các phương tiện thông tin trên mặt đất sử dụng cho thông tin vệ

tinh. Các phương tiện thông tin vệ tinh được chia thành anten, hệ thống máy phát và máy thu, hệ thống điều khiển thông tin .

Các tần số được sử dụng cho thông tin vệ tinh: Băng tần Tên Đặc tính sử dụng 2,6/2,5G Băng S Sử dụng cho thông tin vô tuyến di động 6/4G Băng C Sử dụng tốt nhất cho thông tin .

Sử dụng cho cả thông tin quốc tế và trong nước. 14/12G Băng KU Bị suy hao do mưa.

Sử dụng cho thông tin trong và ngoài nước 30/20G Băng Ka Suy hao mạnh do mưa.

Sử dụng cho thông tin trong nước.

Các băng tần sử dụng cho thông tin vệ tinh. Đường lên: chọn băng 6GHz, đường xuống chọn băng 4GHz vì trong băng

tần này suy hao do mưa nhỏ. Những đặc điểm của thông tin vệ tinh: Thông tin vệ tinh có nhiều đặc điểm mà các tuyến thông tin mặt đất không

có. Các đặc tính vật lý:

Vùng phục vụ tương đối rộng: nếu ba vệ tinh được đặt ở những khoảng cách đều nhau, trên quỹ đạo tĩnh cách trái đất khoảng 36000Km, thì sẽ hình thành một mạng thông tin có thể phủ sóng khắp thế giới.

Chi phí truyền dẫn và tíng đồng đều của chất lượng thông tin là không đổi không liên quan đến khoảng cách địa lý giữa các trạm mặt đất.

Thiết lập nhanh: các tuyến thông tin có thể xây dựng một cách đơn giản nhờ việc lắp đặt các trạm mặt đất.

Chống thảm họa: do một vệ tinh trong không gian được sử dụng như một trạm chuyển tiếp nên tuyến truyền dẫn sẽ không bị ảnh hưởng bởi các thiên tai trên mặt đất.

Các tuyến truyền dẫn có thể được thiết lập dễ dàng do chỉ cần lắp đặt thiết bị vô tuyến tại các điểm truyền dẫn, các điểm chuyển tiếp và các điểm thu. Truyền dẫn vô tuyến có thể được sử dụng để thiết lập các tuyến truyền dẫn tạm thời như chuyển tiếp truyền hình.. và dễ dàng khôi phục khi hệ thống điện thoại hư hỏng.

Phục vụ cho thông tin di động: Để cho một máy điện thoại có thể di động như điện thoại vô tuyến di động

mặt đất và điện thoại không dây thì không thể dùng cáp để nối tới tổng đài được. Vì vậy thông tin vô tuyến là không thể thiếu được đối với thông tin di động.

Thông tin có thể truyền tới một số điểm khác nhau:


Thông tin vô tuyến phù hợp với việc phát cùng một thông tin đến một số điểm khác nhau trong một hướng. Thuộc tính này gọi là truyền dẫn đồng thời.

Các nhược điểm của thông tin vô tuyến: Thông tin vô tuyến lan truyền các sóng vô tuyến trong không gian không sử

dụng các dây cáp như thông tin hữu tuyến nhưng có nhược điểm sau: Fading:

Khi sóng vô tuyến lan truyền trong khí quyển, công suất thu sẽ bị giảm hoặc thay đổi do những thay đổi về điều kiện khí quyển hoặc nhiểu của một vài đường truyền khác. Nếu xảy ra Fading điện trường thu thay đổi lớn và giảm xuống có thể dẫn đến gián đoạn thông tin. Do đó khi thiết kế các thiết bị cần phải xem xét kỹ mức công suất phát và độ nhạy của máy thu.

Suy hao do mưa: Nếu tần số vô tuyến là 10GHz hoặc lớn hơn thì sóng vô tuyến sẽ bị suy hao mạnh do mưa. Để ngăn chặn sự gián đoạn thông tin vô tuyến do mưa thì công suất phát cần phải tăng hoặc rút ngắn khoảng cách lan truyền để bù lại sự suy hao do mưa. Nhiễu vô tuyến:

Thông tin vô tuyến có thể sử dụng cùng một tần số hoặc cùng một tần số nhưng khác pha nhau. Sóng vô tuyến có thể lan rộng ra các hướng khác với hướng đích hoặc lan ra ngoài hướng đích, do vây có thể thu được các sóng vô tuyến khác ngoài sóng do máy phát thu gởi đến. Nếu như sóng vô tuyến bị can nhiễu mạnh thì không thể thu được sóng vô tuyến cần thiết và dẫn đến mất thông tin. Nếu ở tần số thấp, sóng vô tuyến sẽ trải rộng và khả năng xảy ra nhiểu vô tuyến sẽ cao. Để ngăn chặn nhiểu điều quan trọng là phải sử dụng anten có tính định hướng cao và khi thiết lập một tuyến phải xem xét các điều kiện ở các tuyến thông tin khác.


CHƯƠNG II MÁY PHÁT AM

I . GIỚI THIỆU CHUNG. Tín hiệu thông tin được truyền từ máy phát đến máy thu, thông qua môi

trường truyền. Tuy nhiên, tín hiệu thông tin gốc ít khi phù hợp với đường truyền. Cho nên, chúng phải được biến đổi từ dạng tín hiệu thông tin ban đầu thành dạng tín hiệu thông tin phù hợp với đường truyền. Quá trình biến đổi tín hiệu thông tin ở tần số thấp thành dạng tín hiệu sóng mang ở tần số cao. Quá trình này gọi là quá trình điều biến. Giải điều biến là quá trình ngược lại với điều biến. Tín hiệu thu được phải biến đổi trở lại thành dạng tín hiệu thông tin ban đầu của chúng. Mục đích chính của chương này là giới thiệu những nguyên tắc cơ bản của quá trình điều biến biên độ.

II . NHỮNG NGUYÊN TẮC CHUNG CỦA QUÁ TRÌNH ĐIỀU BIẾN BIÊN ĐỘ. Điều biến biên độ AM là quá trình làm thay đổi biên độ của tín hiệu sóng mang ở tần số cao kết hộp với biên độ của tín hiệu điều biến (tín hiệu thông tin). Đối với điều biến biên độ thì chất lượng điều biến tương đối thấp và ít tổn hao. Điều biến biên độ AM được dùng để phát sóng thương mại cả tín hiệu radio lẫn tín hiệu hình. Điều biến biên độ cũng được dùng trong thông tin di động như: Citizen’s Band (CB) Radio. Bộ điều biến biên độ AM là thiết bị được lắp ráp bởi những linh kiện phi tuyến với 2 tín hiệu ngõ vào. Một tín hiệu sóng mang có biên độ cố định, tần số cao và tín hiệu thông tin tần số thấp. Tín hiệu sóng mang phải có tần số thật cao để được Antena bức xạ một cách có hiệu quả và truyền xuyên qua không gian tự do, thường được gọi là tần số radio hay đơn giản là RF. Tín hiệu thông tin có thể là tần số đơn hay dạng sóng phức hợp của nhiều tần số. 1 . Hình bao AM Mặc dù mang những đặc điểm chung của điều biến biên độ, quá trình truyền sóng mang hai dãy biên đủ AM (DSBFC) thường được sử dụng nhất. DSBFC đôi khi còn được gọi là điều biến biên độ AM truyền thống hay đơn giản hơn là AM. Hình 2.1 minh hoạ mối quan hệ giữa sóng mang [Vc.Sin 2fc .t ], tín hiệu điều biến Vm.Sin2fm.t và dạng sóng đã được điều biến Vam(t) đối với AM truyền thống. Hình trên cũng biểu diễn cách tạo ra dạng sóng AM khi một tín hiệu điều biến đơn tần phối hợp với tín hiệu sóng mang tần số cao. Dạng sóng ngõ ra bao gồm tất cả các tần số tạo ra tín hiệu AM và nó được sử dụng để truyền tải tín hiệu thông tin thông qua hệ thống đường truyền. Do đó, hình dạng của sóng mang AM được điều biến gọi là hình bao AM. Nên chú ý rằng, khi không có tín hiệu điều biến, dạng sóng ngõ ra đơn giản chỉ là tín hiệu sóng mang. Tuy nhiên, khi có tín hiệu điều biến (tín hiệu thông tin) đặt vào thì biên độ của dạng sóng ngõ ra sẽ phối hợp với tín hiệu điều biến và tần số của hình bao AM bằng với tần số của tín hiệu thông tin, đồng thời dạng của hình bao AM cũng giống như dạng của tín hiệu điều biến.

Tín hiệu điều biến fm


Hình 2-1: Phương pháp tạo ra hình bao AM 2 . Băng thông và phổ tần số AM Mạch điều biến AM được cấu tạo từ những linh kiện phi tuyến, vì vậy sinh ra mạch trộn không tuyến tính. Hình bao ngõ ra là dạng sóng phức hợp của nhiều tần số đó là tần số tín hiệu điều biến và tần số sóng mang. Tần số ngõ ra là tổng giá trị tần số ( fc + fm) và hiệu tần số ( fc - fm). Tổng và hiệu tần số di chuyển từ tần số sóng mang đến để cân bằng với tần số tín hiệu điều biến. Cho nên, phổ tần số AM bao gồm những thành phần tần số không gian (fm) bên cạnh tần số sóng mang. Tuy nhiên, dạng sóng được điều biến không chứa các thành phần tần số, các thành phần tần số này bằng với tần số tín hiệu điều biến. Ảnh hưởng của quá trình điều biến đến tín hiệu điều biến là nó phản hồi trở về tần số sóng mang đối với những tần số cao.


Hình 2.2 _ Phổ tần số của dạng sóng AM DSBFC. Hình 2.2 biễu diễn phổ tần số của dạng sóng AM DSBFC, phổ tần số AM tư fc - fm(max) đến fc + fm(max). Trong đó : fc là tần số sóng mang. fm(max) là tần số tín hiệu điều biến cực đại. Dải tần số giữa fc - fm(max) và fc được gọi là dải biên dưới (LSB) và những tần số thuộc dải này đượ c gọi là tần số biên dưới (LSF). Dải tần số giữa fc và fc + fm(max) gọi là dải biên trên (USB) và những tần số thuộc dải này gọi là tần số biên trên (USF). Vì vậy, băng thông BW của sóng AM DSBFC là hiệu số giữa tần số biên trên cực đại và tần số biên dưới cực tiểu hoặc bằng 2 lần tần số tín hiệu điều biến cực sóng vô tuyến, tần số của tất cả các dạng sóng và tần số sóng mang đều thuộc dải biên trên và dải biên dưới. Những giá trị tần số này phải đủ lớn để có thể truyền xuyên qua bầu khí quyển của trái đất. 3. Hệ số điều biến và phần trăm điều biến. Hệ số điều biến là một thông số được sử dụng để miêu tả số lần biên độ thay đổi trong dạng sóng AM. Phần trăm điều biến là một hệ số đơn giản cuả sự điều biến được xem như là tỉ lệ phần trăm. Nói cách khác là phần trăm điều biến cho biết sự thay đổi tỉ lệ phần trăm theo biên độ của dạng sóng ngõ ra khi sóng mang bị tác động bởi tín hiệu điều biến.

c

m

EEm (2.1)

Trong đó : m là hệ số điều biến (không đơn vị). Em là sự thay đổi biên độ điện áp (V). Ec là biên độ điện áp đỉnh cuả sóng mang chưa điều biến (V).

Tần số biên trên

Dải biên dưới

Sóng mang

Tần số biên dưới

Dải biên trên

A

f fc-fm(max) fc fc+fm(max)


Biểu thức (2..1) được sắp xếp lại như sau: Em = m. Ec (2.2)

c

EE mc (2.3)

Phần trăm điều biến (M) là : %xEEM

c

m 100 (2.4)

Hay : M = m x 100. Quan hệ giữa m, Em và Ec được biểu diển trên hình 2.3. Nếu tín hiệu điều biến là dạng sóng Sin đơn tần thuần tuý và quá trình điều biến là đối xứng (sự thay đổi giá trị biên dương và âm cuả hình bao là bằng nhau). Phần trăm điều biến được xuất phát từ biểu thức sau: Em = 0.5 (Vmax - Vmin) (2.5) Ec = 0.5 (Vmax+ Vmin) (2.6)

%xVVVV%x

)VV(,

)VV(,M

min (2.7)

Trong đó : Vmax = Ec + Em Vmin = Ec - Em Thay đổi biên độ đỉnh cuả dạng sóng ngõ ra (Em) là tổng giá trị điện áp cuả tần số biên trên và tần số biên dưới. Em = Eusf + Elsf mà : Eusf = Elsf Nên : Eusf = Elsf = Em/2 = 0.5 (Vmax -Vmin)/2 = 0.25 (Vmax- Vmin) (2.8) Trong đó : Eusf là biên độ đỉnh của tần số biên trên (Volt). Elsf là biên độ đỉnh của tần số biên dưới (Volt).

Từ biểu thức (2.1) ta có thể thấy rằng khi phần trăm điều biến là 100 thì Em = Ec. Điều kiện này được vẽ trên hình (2.4d). Khi điều biến 100 thì biên độ nhỏ nhất cuả hình bao là 0V (Vmin = 0V). Hình (2.4c) vẽ dạng hình bao được điều 50. Sự thay đổi biên độ đỉnh của hình bao bằng 1/2 biên độ sóng mang chưa điều biến. Phần trăm điều biến lớn nhất mà không gây ra biến dạng tín hiệu là 100. Đôi khi phần trăm điều biến được biểu diễn giống như quan hệ của sự thay đổi điện áp đỉnh của sóng điều biến với biên độ đỉnh của sóng mang chưa điều biến, đó là sự thay đổi phần trăm điều biến (E/Ec x 100).

Vmax=Ec+Em

Vmin=Ec-Em

Em

Ec t


Hình 2.3 Hệ số điều biến Ec và Em.

4 . Sự phân bố điện áp AM Sóng mang chưa điều biến có thể được miêu tả theo biểu thức toán học sau: Vc(t) = Ec Sin 2fc t Trong đó : Vc(t) là điện áp thay đổi theo thời gian (Volt). Ec là biên độ đỉnh của sóng mang (Volt) fc là tần số sóng mang (Hz).

Trong phần trước chúng ta chỉ chú ý đến tín hiệu ngõ ra mà tần số của hình bao AM bằng với tần số tín hiệu điều biến. Biên độ của dạng sóng AM thay đổi tỷ lệ với biên độ của tín hiệu điều biến và biên độ cực đại của sóng được điều biến bằng Ec + Em. Vì vậy, biện độ tức thời của dạng sóng điều biến được diễn tả như sau: Vam(t) = [ Ec + Em.Sin 2fm.t ] x [ Sin 2fc.t ] (2.9a) Trong đó : Ec + Em.Sin 2fm.t là biên độ của sóng mang điều biến.

Em là biên độ đỉnh hình bao AM (Volt).

fm là tần số của tín hiệu điều biến (Hz)

Nếu thay Em = m x Ec vào 2.9a, ta được: Vam(t) = [ Ec + m.Ec Sin 2fm.t ] x [ Sin 2fc.t ] (2.9b)

Vam(t) = Ec Sin 2fc.t [ 1 + Sin 2fm.t ] (2.9c)

Trong đó : 1 + Sin 2fm.t = Hằng số + Tín hiệu điều biến

Ec Sin 2fc.t là sóng mang chưa điều biến.

Em

Ec Em=Ec/2

Ec

Em (a)

(b)

(c)


Hình 2.4 Phần trăm điều biến của hình bao AM DSBFC

(a) Tín hiệu điều biến (b) Sóng mang chưa điều biến (c) Dạng sóng điều biến 50% (d) Dạng sóng điều biến 100%

Hình 2.5_ Phổ điện áp của sóng AM DSBFC Trong biểu thức 2.9c, ta nhận thấy rằng: Tín hiệu điều biến bao gồm một thành phần là hằng số và một thành phần là tín hiệu hình sin tại tần số tín hiệu điều biến [m. Sin 2fm.t ]. Quá trình phân tích sau đây sẽ trình bày cách tạo ra thành phần hằng số “1” từ thành phần sóng mang trong dạng sóng điều biến và cách tạo ra thành phần hình sin từ tần số biên.

f(KHz)

Điện áp Vp

flsf fc fusf

m.Ec/2

m.Ec/2

fc


Kết hợp hai biểu thức 2.9b & 2.9c , Ta được : Vam(t) = Ec Sin 2.t + [m. Sin 2fm.t ] x [ Ec Sin 2fc.t ] (2.10)

= Ec Sin 2fc.t - 2cmE

cos [2 (fc + fm).t] + 2

cmEcos [2 (fc - fm).t]

Trong đó : Ec Sin 2fc.t là tín hiệu sóng mang.

+2

cmE cos [2 (fc - fm).t] là tín hiệu tần số biên dưới.

-2

cmE cos [2 (fc + fm).t] là tín hiệu tần số biên trên.

Đặc điểm chung của biến điệu biên độ sóng mang dải biên kép đầy đủ (DSBFC) được chỉ ra trong biểu thức (2.10). Trước tiên, biên độ sóng mang sau khi điều biến cũng giống như biên độ trước khi điều biến. Vì vậy, biên độ của sóng mang không ảnh hưởng đến quá trình điều biến. Biên độ của tần số biên trên và tần số biên dưới phụ thuộc vào biên độ sóng mang lẫn hệ số điều biến. Khi điều biến 100% thì m = 1, biên độ của tần số biên trên và tần số biên dưới đều bằng nhau và bằng 1/2 biên độ sóng mang (Ec/2) Do đó, khi điều biến 100% thì:

Vmax = Ec + Ec/2 + Ec/2 = 2Ec (V) Vmin = Ec -Ec/2 - Ec/2 = 0V

Từ mối quan hệ biểu diễn ở trên và kết hợp với biểu thức (2.10) có thể chứng minh rằng quá trình điều biến không thể nào vượt quá 100%. Biên độ đỉnh cực đại của hình bao AM Vmax = 2Ec và biên độ đỉnh cực tiểu của hình bao AM Vmin = 0V. Mối quan hệ này được vẽ trên hình (2.4d). Hình 2.5 trình bày phổ điện áp của dạng sóng AM DSBFC. Nhưng chú ý rằng tất cả các giá trị điện áp đều cho dưới dạng điện áp đỉnh. Biểu thức (2.10) cũng đã minh họa mối quan hệ giữa tần số sóng mang, tần số biên trên và tần số biên dưới. Thành phần tần số sóng mang là một hàm điều hòa hình sine, tần số biên trên là hàm “-cosine”, tần số biên dưới là hàm “+cos”, hình bao là dạng sóng mô phỏng. Tại thời điểm bắt đầu của mỗi chu kỳ hình bao AM, sóng mang dịch pha 900 cho cả tần số biên trên lẫn tần số biên dưới, tần số biên trên và tần số biên dưối lệch pha nhau 1800.

5 . Sự phân bố công suất AM Trong các mạch điện tử công suất tiêu tán luôn bằng bình phương điện áp, sự phân chia điện áp này được thực hiện bằng điện trở. Như vậy công suất tiêu tán trung bình trên tải của sóng mang chưa điều biến bằng với bình phương điện áp của sóng mang được phân chia bởi điện trở tải. Công thức toán học của công suất sóng mang chưa điều biến là:

R

EcR

).(Pc 27070 22

(2.11)

Trong đó : Pc là công suất sóng mang (W) Ec là điện áp đỉnh của sóng mang (V) R là điện trở tải (Ohm)


Công suất dải biên trên & dải biên dưới được diễn tả bằng công thức toán học sau:

R

)E.m(R

)/E.m(PP cclsbusb 82

2 22 (2-12)

Trong đó : 2

cE.m là điện áp đỉnh của tần số biên trên & tần số biên dưới

Pusb là công suất dải biên trên (W) Plsb là công suất dải biên dưới (W) Thay biểu thức 2.11 vào 2.12 , Ta được :

Plsb = Pusb = 4

2cP.m (2.13)

Từ biểu thức (2.13), ta thấy rằng: Khi hệ số điều biến m = 0 thì công suất dải biên trên và công suất dải biên dưới là zero & tổng công suất phát bằng với công suất sóng mang. Công suất tổng của dạng sóng AM thì bằng tổng của công suất sóng mang, công suất dải biên trên & dải biên dưới. Công thức toán học của công suất tổng đối với hình bao AM DSBFC là: Pt = Pusb + Plsb + Pc (2.14) Trong đó : Pt là công suất tổng của hình bao AM DSBFC (W) Pc là công suất sóng mang (W) Pusb là công suất dải biên trên (W) Plsb là công suất dải biên dưới (W) Thay biểu thức 2.13 vào biểu thức 2.14, ta được:

Pt = Pc + 44

22cc P.mP.m

(2.15)

(2.16)

Trong đó: 2

2cP.m = Công suất dải biên tổng

Nên: Pt = )m(Pc2

12

(2.17)

Từ quá trình phân tích ở trên, công suất tổng có thể được xem như công suất sóng mang, đối với công suất sóng mang được điều biến thì cũng giống như công suất sóng mang đối với sóng mang chưa điều biến. Như vậy, điều này đã chứng minh được rằng, công suất sóng mang không ảnh hưởng đến quá trình điều biến. Cũng giống như trên, công suất tổng của sóng mang AM là tổng của công suất sóng mang và công suất 2 dải biên. Công suất tổng của hình bao AM gia tăng theo quá trình điều biến (khi m tăng thì P sẽ tăng theo). Khi điều biến 100% thì công suất lớn nhất của dải biên trên và dải biên dưới bằng nhau & chỉ bằng 1/4 công suất sóng mang.


Một trong những nhược điểm của của phương pháp truyền AM DSBFC là trong thực tế thông tin luôn chứa nhiều dải tần khác nhau, mặc dù công suất sóng mang không phải là công suất tổn hao. Vì nó cho phép sử dụng những mạch điều biến đơn giản trong máy thu. Đây cũng là ưu điểm đặc trưng của phương pháp điều biến AM DSBFC. Hình 2.6 Phổ công suất đối với dạng sóng điều biến AM DSBFC, khi tín hiệu điều

biến là đơn tần. Điều quan trọng nhất là tại sao phải sử dụng phần trăm điều biến càng cao càng tốt, trong khi vẫn chưa chăc chắn rằng nó có thể quá điều biến. Khi m thay đổi công suất sóng mang vẫn tồn tại.Tuy nhiên, công suất biên trên giảm đáng kể khi m giảm từ 1 xuống đến 0.5. Vì công suất biên dải tỉ lệ với bình phương hệ số điều biến. Khi m giảm xuống bằng 1/2 thì công suất biên dải giảm xuống bằng 1/4 . Quan hệ giữa hệ số điều biến và công suất chỉ là tương đối, bởi vì tổng công suất truyền đi về cơ bản chỉ gồm công suất sóng mang, như vậy nó có ảnh hưởng không đáng kể đên sự thay đổi cuả m. Tuy nhiên, một phần công suất truyền tải thông tin của tín hiệu truyền đi thì ảnh hưởng rất đáng kể đến sự thay đổi của m.Với lý do này, hệ thống DSBFC AM luôn duy trì hệ số điều biến giữa 0.9 & 0.95 (90 đến 95) thì tín hiệu thông tin đạt đuợc biên độ cực đại. III . SƠ ĐỒ MẠCH ĐIỆN ĐIỀU BIẾN AM Tại máy phát ,nơi xảy ra quá trình điều biến bắt buộc phải có mạch điện để xác định là máy phát mức cao hay mức thấp. Quá trình điều biến ở phần trước được thay bằng thành phần ngõ ra tầng cuối cùng của phần phát, phần trước cực thu cuả transistor ngõ ra đối với bộ phận máy phát dùng đèn bán dẫn ưu điểm của điều biến mức thấp là công suất tín hiệu thấp và yêu cầu đặt ra là phần trăm điều biến phải cao. Đối với điều biến mức cao thì sự điều biến được thay cho phần sau cuả tầng cuối, nơi đó biên độ sóng mang đạt giá trị cực đại. Vì vậy, yêu cầu biên độ tín hiệu điều biến phải lớn hơn để đạt được phần trăm điều biến tối đa. Với điều biến mức cao, tín hiệu được điều biến sau cùng phải được khuếch đại để cung cấp công suất cho tất cả các dải biên. Công suất dải biên phải lớn hơn 33% tổng công suất phát. Những thuận lợi của điều biên mức thấp là đạt được công suất cao. Khi tất cả các tín hiệu khuếch đại ở tần điều biến phải là khuếch đại tuyến tính điều này thực hiện được nhưng kém hiệu quả. 1 . Mạch điều AM mức thấp.

REP c

c 2

2

flsf fc fusf

4

2c

usbPmP

4

2c

usbPmP

USB LSB

f(Hz)

P(W)


Một tín hiệu nhỏ khuếch đaị hạng A được biểu diễn trên hình 2.7a có thể được sử dụng để điều biến biên độ AM. Tuy nhiên, mạch khuếch đại phải có 2 ngõ vào. Ngõ vào thứ nhất là tín hiệu sóng mang và ngõ vào thứ hai là tín hiệu điều biến. Hiện tại khi không có tín hiệu điều biến thì mạch hoạt động giống như mạch khuếch đại tuyến tính hạng A và ngõ ra là tín hiệu sóng mang được khuếch đại bởi độ lợi áp tĩnh. Tuy nhiên, khi đặt tín hiệu điều biến vào mạch khuếch đại hoạt động không tuyến tính và xảy ra quá trình nhân tần số tín hiệu được mô tả bởi biểu thức 2.9a. Trên hình 2.7a tín hiệu sóng mang được đưa vào cực nền B của transistor. Tín hiệu điều biến được đưa vào cực phát E. Vì vậy, được gọi là mạch điều hợp cực phát E. Tín hiệu điều biến thay đổi theo độ lợi của mạch khuếch đại dưới dạng hình sin và bằng với tần số ban đầu của tín hiệu điều biến. Độ lợi áp của mạch điều hợp cực phát được minh họa bằng biểu thức toán học sau: Av = Aq (1 + m.Sin2fm.t) (2.18) Trong đó : Av là hệ số khuếch đại áp khi có tín hiệu điều biến. Aq là hệ số khuếch đại áp tĩnh (không có tín hiệu điều biến) Sin2fmt thay đổi từ giá trị cực đại +1 đến giá trị cực tiểu -1 cho nên biểu thức 2.18 được viết lại như sau : Av = Aq (1 m) (2.19) Trong đó: m là hệ số điều biến, khi điều biến 100 thì m =1. Nên : Av(max) = 2Aq Av(min) = 0V Hình 2.7b vẽ dạng sóng ra của hình 2.7a, tín hiệu điều biến đưa vào mạch thông qua biến áp T1 tới cực phát của Q1 và sóng mang Vc được đưa trực tiếp vào cực nền B. Tín hiệu điều biến sẽ điều khiển mạch trên hoạt động ở hai trạng thái dẫn bão hoà và ngưng dẫn. Cho nên, cần thiết phải tạo ra sự khuếch đại phi tuyến khi xảy ra quá trình điều biến. Tụ điện C2 có nhiệm vụ là di chuyển tần số tín hiệu điều biến từ dạng sóng AM ra. Vì vậy sinh ra bao hình AM đối xứng tại Vout.

Tín hiệu điều biến

Hình bao AM

t

Q

Vm

VC

C1

C2

C3

T1

R2 RE

RL

R1 Rc

Vcc=30VDC

Vout

(a)


Hình 2.7 : (a) Mạch điều hợp cực phát dùng 1 trasistor. (b) Dạng sóng ngõ ra của mạch.

Với mạch điều hợp cực phát, biên độ tín hiệu ngõ ra phụ thuộc vào tín hiệu sóng mang ngõ vào và độ lợi áp của mạch khuếch đại. Hệ số điều biến hoàn toàn phụ thuộc vào biên độ của tín hiệu điều biến. Những ưu điểm chính của mạch điều hợp cực phát là mạch hoạt động ở chế độ A, mà ở chế độ này thì hệ số khuếch đại không cao. Mạch điều hợp cực phát cũng có nhược điểm là tiêu thụ công suất lớn ở dạng sóng ngõ ra.


2 . Mạch điều biên AM công suất trung bình: Máy phát AM công suất trung bình và cao bị hạn chế bởi việc sử dụng đèn chân không, đó là những linh kiện thụ động. Tuy nhiên kể từ giữa năm 1970, máy phát sử dụng linh kiện bán dẫn được đưa vào sử dụng, từ đó công suất ra được nâng cao đến hàng ngàn Watts. Những thiết bị này dần dần được cải tiến bằng cách thay thế những mạch khuếch đại công suất song song với việc phối hợp pha của tín hiệu ngõ ra. Hình 2-8a trình bày sơ đồ nguyên lý của mạch điều biến AM công suất trung bình dùng 1 transistor. Quá trình điều biến được thực hiện tại cực thu là thành phần tín hiệu ra của transistor. Như vậy, nếu đây là tầng làm việc cuối cùng của máy phát thì đó là điều biến mức cao (không có sự khuếch đại công suất điều biến và Anten). Để mạch làm việc có hiệu quả, đạt công suất cao. Mạch điều biến AM công suất trung bình và cao thưòng hoạt động ở chế độ C. Do đó công suất thực tế của mạch có thể đạt hơn 80%. Sơ đồ mạch điện 2.8a là mạch khuếch đại chế độ C với hai ngõ vào: Ngõ vào sóng mang (Vc) và ngõ vào tín hiệu điều biến đơn tần (Vm).

Vc 0,7Vc

0V

fc

Vout

(b)

Vout

Q

T2=1:1

T1=1:1

RFC

Vcc

Tín hiệu điều biến đơn tần

Sóng mang chưa điều biến

C1 R1

(a)


Hình 2.8 : Mạch điều biến AM công suất trung bình dùng 1 transistor.

(a) Sơ đồ nguyên lý. (b) Dạng sóng cực thu khi không có tín hiệu điều biến. (c) Dạng sóng cực thu khi có tín hiệu điều biến

Vì transistor phân cực ở chế độ C nên hoạt động không tuyến tính và có khả năng mạch cũng trộn không tuyến tính. Mạch này được gọi là mạch điều hợp cực thu (C) bởi tín hiệu điều biến được đưa trực tiếp vào cực thu C. RFC là cuộn cản tần số sóng vô tuyến, nó hoạt động như sau: Hở mạch đối với thành phần DC đồng thời ngắn mạch đối với tần số RF. Cho nên, RFC ngăn cách nguồn cung cấp DC giữa sóng mang cao tần với tần số biên, trong khi đó vẫn cho phép tín hiệu tần số thấp điều biến tại cực thu của Q1. Hoạt động của mạch điện như sau: Khi biên độ của sóng mang vượt qua hàng rào thế của mối nối B (khoảng 0,7V đối với transistor silic) Q1 dẫn và sinh ra dòng cực thu Ic. Khi biên độ tín hiệu sóng mang giảm xuống nhỏ hơn 0,7V Q1 ngưng dẫn, dòng cực thu biến mất. Thông thường Q1 ngắt dẫn ở hai trạng thái: Trạng thái dẫn bão hòa và ngưng dẫn được điều khiển bởi tín hiệu sóng mang, dòng cực thu chạy qua luôn nhỏ 1800 chu kỳ của sóng mang và hoạt động ở chế độ C. Mỗi chu kỳ của sóng mang, Q1 dẫn trở lại ngay lập tức và cho phép dòng cực thu chảy qua trong thời gian ngắn sinh ra dạng sóng âm tại cực thu C. Dạng sóng dòng cực thu và điện áp được vẽ trên hình 2.8b. Dạng sóng điện áp cực thu lặp lại giống như 1/2 dạng sóng của tín hiệu chỉnh lưu với tần số cơ bản bằng fc. Khi tín hiệu được đưa vào cực C một cách liên tục với nguồn cung cấp DC âm và dương (Vcc). Dạng sóng vẽ trên hình 2.8c được tạo ra khi biên độ cực đại của tín hiệu điều biến bằng Vcc. Nó có thể được xem như dạng sóng của điện áp ra dao động từ giá trị cực đại 2Vcc đến 0V (VCEsat = 0V). Sự thay đổi điện áp đỉnh ở cực thu đến gía trị bằng Vcc. Một lần nữa dạng sóng bằng dạng sóng của tín hiệu sóng mang chỉng lưu được chồng lên tín hiệu thông tin tần số thấp. Bởi vì, Q1 hoạt động không tuyến tính, nên dạng sóng ở cực thu của Q1 chứa hai tần số ngõ vào ban đầu( fc và fm) tổng và hiệu tần số của chúng là fc fm.

0V

2Vcc

Vcc

0V

Vout

fc

Vc 0,7V

Vm 0V

Vp=Vcc

(c)


Vì dạng sóng ngõ ra cũng chứa những hàm điều hoà tần số cao hơn và những thành phần biến điệu tương hổ được giới hạn lại fm = fc trước khi phát đi. Một mạch điện thực tế hơn phát công suất trung bình, tín hiệu điều biến AM DSBC được vẽ trên hình 2-9a và đặc tuyến dạng sóng vẽ trên hình 2.9b. mạch điện này cũng là mạch điều hợp cực thu C với biên độ đỉnh cực đại của tín hiệu điều biến Vm(max) = Vcc. Hoạt động của mạch cũng tương tự như mạch đơn biên hình 2.8a ngoại trừ có thêm mạch cộng hưởng L1C1 tại cực thu của Q1. Bởi vì transistor hoạt động ở trạng thái bão hoà và ngưng dẫn, dòng cực thu không phụ thuộc vào điện áp điều khiển ở cực nền B. Điện áp của mạch tăng lên thông qua mạch cộng hưởng được xác định bởi thành phần AC của dòng cực thu, gây nên tính chất trễ của mạch cộng hưởng tại tần số cộng hưởng. Với sự phụ thuộc vào chất lượng của cuộn dây, dạng sóng của tín hiệu sóng mang đã được điều biến và dòng cực thu cũng giống như ở phần trước. Điện áp ra là tín hiệu AM DSBFC đối xứng với điện áp trung bình là 0V, biên độ đỉnh cực dại dương là 2Vcc, biên độ đỉnh âm cực tiểu là -2Vcc. Bán kì dương của sóng ra đươc tạo ra trong mạch cộng huởng bởi hiệu ứng “Flywheel”. Khi Q1 dẫn, tụ C1 nạp đến giá trị Vcc + Vm (giá trị cực đại là 2Vcc). Khi Q1 ngưng dẫn tụ C1 xã điện thông qua cuộn L1. Khi L1 xả C1 nạp đến giá trị cực tiểu là -2Vcc. Quá trình trên tạo ra bàn kỳ dương của bao hình AM . Tần số cộng hưởng của mạch cộng hưởng bằng tần số sóng mang và băng thông có giá trị từ fc - fm đến fc + fm. Thông thường tín hiệu điều biến là một hàm điều hòa. Khi phần trăm điều biến đạt 100% thì biên độ đỉnh của tín hiệu điều biến bằng Vcc. Cấu tạo chung của mạch được biễu diễn trên hình 2-9a. R1 là điện trở phân cực cho Q1, R1 và R2 là dạng mạch ghim để tạo nên sự phân cực trong mối nối với hàng rào thế của transistor xác định điện áp mở của Q1. Thông thường Q1 được phân cực sao cho chỉ dẫn trong bán kỳ dương của điện áp song song. Sự phân cực này tạo ra dạng sóng dòng cực thu nhỏ và nâng cao hiệu suất của mạch khuếch đại hạng C. C3 là tụ điện liên lạc, nó ngắn mạch đối với tần số tín hiệu điếu biến và ngăn tín hiệu thông tin vào nguồn cung cấp DC. Cbe là tụ dẫn tín hiệu từ cực nền đến cực thu của Q1. Tại tần số vô tuyến, những tụ dẫn tín hiệu nhỏ và trong transistor là rất quan trọng. Nếu dung tích của tụ Cbc đủ lớn thì tín hiệu cực thu có thể được phản hồi về cực nền của Q1 với biên độ vừa đủ lớn để Q1 bắt đầu dao động. Cho nên một tín hiệu bằng nhau về biên độ cũng như tần số và lệch pha nhau 1800 sẽ phản hồi về cực nền của Q1 hoặc là trung hòa giữa cực của điện dung phi hồi. CN là tụ điện trung hòa. Nhiệm vụ của nó là để tạo đường phản hồi cho tín hiệu có biên độ và tần số bằng nhau nhưng lêch pha với ngõ ra 180o được phản hồi về thông qua Cbc.

C4 là tụ điện liên lạc RF hoạt động của nó cũng tương tự như tụ C3, tại tần số sóng mang C4 xem như ngắn mạch ngăn “sóng mang rò” vào nguồn cung cấp điều chỉnh hoạt động mạch điều biến tín hiệu và được phân bố khắp trên máy phát.

Antena

Vout

Vcc

C3

C4

C1

Tín hiệu iều biến

T1=1:1

T2=1:1


Hình 2-9 : Mạch điều biến AM DSBFC công suất trung bình dùng transistor (a) Sơ đồ nguyên lý. (b) Dạng sóng trên cực thu và ngõ ra.

3 . Mạch điều hợp đồng thời cực nền và cực thu Mạch điều hợp cực thu tạo ra nhiều bao hình AM cùng một lúc hơn mạch điều hợp cực thu công suất cao. Tuy nhiên mạch điều hợp cực thu đòi hỏi tín hiệu điều biến phải có biên độ lớn hơn và nó không đạt được đầy đủ trạng thái dẫn bão hòa và ngưng dẫn đối với dao động điện áp ngõ ra. Cho nên không thể đạt được hệ số điều biên 100%. Vì vậy, để đạt được sự điều biến đối xứng, hoạt động có hiệu quả với hình bao cực đại, công suất ra lớn hơn và yêu cầu công suất điều khiển tín hiệu điều biến càng thấp càng tốt, mạch điều hợp cực phát và cực thu được sử dụng đồng thời. Hoạt động của mạch như sau:

0V

+2Vcc

-2Vcc

Vout

fc

Vc

Va 0V

0V

0,7V

Vp=Vcc

(b)

Antena

Ngõ vào sóng mang chưa điều biến

Q2

Q3

Q1

T3

C2

Cc Cc

Cc

Rb

Rb

T2 T1


Hình 2-10 : Mạch điều biến AM công suất cao dùng transistor Hình 2-10 trình bày mạch điều biến AM sử dụng cả hai mạch điều hợp cực

thu và mạch điều hợp cực phát. Tín hiệu điều biến cùng đưa vào cực thu của mạch điều biến đẩy kéo Q2 và Q3, sau đó đưa đến cực thu để điều khiển mạch khuếch đại, xảy ra điều biến cực thu tại Q1. Như vậy tín hiệu sóng mang ở cực nền của Q2 và Q3 sẳn sàng được điều biến và công suất điều biến tín hiệu có thể bị giảm. Mạch điều biến cũng không yêu cầu hoạt động trên toàn bộ đặc tuyến của nó để đạt được phần trăm điều biến 100%.

4 . Mạch điều biến AM sử dụng vi mạch tổ hợp tuyến tính

Mạch tổ hợp tuyến tính có chức năng của một máy phát tín hiệu, chỉ bố trí một loại linh kiện là transistor và FET là một loại transistor trường được sử dụng để khuếch đại tín hiệu. FET có dạng đặc tuyến lý tưởng rất phù hợp để phát sóng AM. Mạch tổ hợp không giống như những phó bản riêng biệt của chúng, dòng điện, độ lợi áp, sự biến thiên nhiệt độ có thể hoàn toàn hợp lý. Mạch tổ hợp tuyến tính biến điệu AM có hệ số ổn định cao, đặc tính điều biến đối xứng, kích thước mạch nhỏ hơn, thành phần loại trừ nhiệt độ tốt hơn, đơn giản trong qúa trình thiết kế tính toán và dễ dàng tìm hư hỏng. Điều bất lợi của mạch là công suất ra thấp, khoảng tần số có thể hoạt động được tương đối hẹp.

Timing Capacitor

Timing Resistor

OR- Output

GND

16 15 14 13 12 11 10 9

1 2 3 4 5 6 7 8

Mạch nhân & Bộ nắn dạng

Current switch

Symmetry adj

Waveform

Sync Output

Bypass

FSK Input

V+

Mult Out

AM Input I. XR -2206

VCO

+1

(a)

1,5

4V 4V

AM Input: Ngõ vào AM OR-Out: Ngõ ra OR. Mult Out: Ngõ ra đã b làm câm.


Hình 2.11 : XR 2206 (a) Sơ đồ khối (b) Đặc tuyến điện áp vào _ ra.

XR 2206 là máy phát tín hiệu đơn khối rất phù hợp với dạng sóng điều biến biên độ. Hình 2-11a vẽ dạng sơ đồ khối của XR 2206 nó bao gồm 4 khối cơ bản: khối dao động điều khiển bằng điện áp VCO, mạch nhận dạng analog, khối nắn dạng hình sin, khối khuếch đại đệm độ lợi áp và bộ dòng đóng ngắt. Tần số dao động của mạch VCO (fc) được xác định bởi tụ điện định thời bên ngoài (C1) qua chân (5) và (6) với điện trở định thời (R1) liên lạc giữa chân (7) và (8) trong đó chân (7) hoặc chân (8) được xác định mức điện áp chân (9). Nếu chân (9) được mở thông hoặc được nhận điện áp bên ngoài 32V thì chân (7) được chọn. Nếu điện áp chân 9 1V thì chân (8) được chọn, tần số dao động được xác định bởi:

fc = 11

1CR

(Hz) (2.20)

Máy phát tín hiệu Audio

1 16 2 15 3 14 4 13 5 12 6 11 7 10 8 9

Nguồn phân cực DC

4,7K

12VDC

R2=1K

4,7K

Vout

0,001F

4,7K

47K

4,7K 10F

1F

R1=10K

Vi=12VDC

0,001F

XR-


Hình 2-12: Mạch điều biến AM dùng vi mạch tổ hợp tuyến tính

Biên độ điện áp ra chân 2 có thể được điều biến bằng cách phân cực DC và tín hiệu điều biến được đưa đến chân 1. Hình 2-11b biểu diễn biên độ ra chuẩn đối với phân cực DC. Ngõ ra chuẩn của một đặc tuyến đạt đến giá trị điện áp ra cực đại. Gía trị chuẩn của 1/2 dặc tuyến đạt được khi điện áp ra bằng 1/2 giá trị điện áp cực đại. Giá trị chuẩn 0V của đặc tuyến khi không có tín hiệu ra. Hình trên biễu diễn sự dao động tuyến tính của biên độ ra với điện áp phân cực ngõ vào bằng 4V( V+/2). Khi áp vào bằng V+/2 thì biên độ ra đạt không Volt. Khi áp vào > 4V hoặc < V+/2 thì biên độ ra đạt cực đại. Hình 2-12 trình bày sơ đồ nguyên lý của mạch điều biên AM tổ hợp tuyến tính sử dụng XR-2206. Tần số ngõ ra của mạch VCO là tần số sóng mang. Tín hiệu điều biến và điện áp phân cực được đưa vào mạch nhân bên trong thông qua chân 1. Tín hiệu điều biến trộn với tín hiệu VCO tạo ra dạng sóng AM tại Vout. Dạng sóng ngõ ra là hình bao AM đối xứng chứa sóng mang, tần số biên trên và tần số biên dưới.

IV - KHẢO SÁT MÁY PHÁT AM 1 - Máy phát AM mức thấp

Hình vẽ 2-13 vẽ dạng sơ đồ khối của máy phát AM DSBFC mức thấp. Khi chúng ta truyền giọng nói con nguời hoặc âm nhạc, đó là nguồn gốc của tín hiệu điều biến. Một cách tổng quát, nó là một bộ chuyển đổi âm thanh như là microphone, băng từ đĩa CD, máy hát đĩa. Mạch tiền khuếch đại phải có độ tương đối nhạy cao, đó là mạch khuếch đại điện áp tuyến tính hạng A, với trở kháng ngõ vào cao. Chức năng của mạch tiền khuếch đại là tăng biên độ của nguồn tín hiệu thông tin ban đầu đến mức có thể sử dụng được, trong khi đó lại phát sinh nhiễu vô tuyến rất nhỏ không đáng kể đồng thời phải khắc phục nhiễu nhiệt độ sao cho càng nhỏ càng tốt. Mạch điều khiển tín hiệu điều biến cũng là mạch khuếch đại tuyến tính, mạch khuếch đại tín hiệu thông tin đơn giản nhưng chỉ có thể điều khiển được mạch điều biến. Mạch dao động tạo sóng mang RF có thể là mạch dao động config. FCC thường yêu cầu máy phát phải thật chính xác và độ ổn định cao. Do đó thường sử dụng thạch anh để tạo dao động trong mạch điện. Mạch khuếch đại đệm có hệ số khuếch đại thật thấp là mạch khuếch đại tuyến tính, ngõ vào có tổng trở cao. Chức năng của mạch là cách ly mạch dao động với mạch khuếch đại công suất cao.

Mạch điều khiển sóng

mang

Mạch khuếch đại

đệm

Mạch dao động tạo

sóng mang RF

Mạch điều biến

Mạch ghép

Mạch KĐ C S tuyến tính tầng cuối cùng

Mạch KĐ công suất tuyến tính tức thời

Mạch điều khiển tín hiệu điều

biến

Nguồn tín hiệu điều

biến

Mạch tiền khuếch đại

Antena

Hình 2.13 : Sơ đồ khối của máy phát AM DSBFC mức thấp.


Mạch đệm cung cấp một tải cố định tới mạch dao động, mạch đệm giúp làm giảm sự biến thiên tần số của tín hiệu. Mạch ghép cực phát hoặc mạch tổ hợp op amp thường được sử dụng trong mạch đệm. Mạch điều biến có thể sử dụng mạch điều hợp cực phát và cực thu. Mạch khếch công suất tức thời và mạch khuếch đại công suất tầng cuối cùng là mạch khuếch đại tuyến tính hạng A hoặc mạch khuếch đại đẩy kéo hạng B. Mạch này thường yêu cầu sử dụng đối với máy phát AM mức thấp để duy trì sự đối xứng trong hình bao AM. Hệ thống Antena phải thích ứng với tổng trở ra của mạch khếch đại công suất tầng sau cùng để đưa đến đường truyền và Antena. Máy phát AM mức thấp trình bày trên hình 2.13 được sử dụng rộng rãi những hệ thống phát công suất thấp. Những hệ thống phát công suất thấp như là hệ thống liên lạc vô tuyến, remote điều khiển, máy bộ đàm khoảng cách gần. 2 . Máy phát AM mức cao.

Hình 2.14 trình bày sơ đồ khối của máy phát AM DSBFC mức cao. Tín hiệu điều biến cũng được xử lý tương tự như trong máy phát AM mức thấp, ngoại trừ có thêm mạch khếch đại công suất. Đối với máy phát AM mức cao, công suất của tín hiệu điều biến phải cao hơn trong máy pháy phát AM lớn để xảy ra điều biến. Thông thường tín hiệu điều biến phải có biên độ thật cao để đạt được phần trăm điều biến là 100%. Antena

Hình 2.14 : Sơ đồ khối của máy phát AM DSBFC mức cao.

Mạch KĐ Công suất tín hiệu điều biến

Mạch điều khiển tín hiệu điều

biến

Nguồn tín hiệu điều

biến

Mạch tiền

khuếch đại

Mạch ghép

Mạch điều biến AM & mạch KĐ công suất

Mạch dao động tạo

sóng mang

Mạch khuếch đại đệm

Mạch điều khiển sóng

mang

Mạch KĐ công suất sóng mang


Mạch dao động tạo sóng mang RF, cũng được kết hợp với mạch đệm và bộ kích thích sóng mang giống như trong máy phát AM mức thấp. Tuy nhiên, máy phát mức cao, sóng mang RF phải được khuếch đại công suất trước khi đến tầng điều biến và mạch khuếch đại công suất sau cùng. Thông thường, mạch điều biến tổng quát ở dạng cực máng chung hoặc mạch điều hợp cực thu sử dụng mạch khuếch đại hạng C. Đối với máy phát AM mức cao, mạch điều biến có 3 chức năng chính: Đó là cung cấp mạch điện cần thiết để xảy ra điều biến, mạch khếch đại công suất sau cùng (mạch khuếch đại hạng C), tốc độ chuyển mạch cao. Bổ chuyển đổi có nhiệm vụ là chuyển tín hiệu thông tin tần số thấp sang tín hiệu sóng mang tần số cao để bức xạ tại Antena và truyền trong không gian tự do.


CHƯƠNG III MÁY THU AM

I. GIỚI THIỆU CHUNG:

Quá trình thu sóng AM là phần ngược lại của bộ phận phát sóng AM. Hiện nay máy thu đơn giản thường được sử dụng nhiều nhất là: Chuyển đổi dạng sóng AM trở lại dạng thông tin ban đầu của nó. Máy thu phải có những chức năng: thu, khuếch đại và dải điều biến AM. Nó cũng phải có khả năng giới hạn lại phổ tần số tổng đối với từng băng tần riêng biệt. Quá trình này gọi là chọn đài trong máy thu. Để hiểu rõ hơn về quá trình giải điều biến, trước tiên cần phải nắm vững, hiểu thật rõ những thuật ngữ cơ bản sử dụng trong dạng đặc tuyến của máy thu. Hình 3.1 trình sơ đồ khối đơn giản của máy thu AM tiêu biểu. Antena thu Loa

Hình 3.1 : Sơ đồ khối giản lược của máy thu AM. Phần thu RF là tầng đầu tiên và được gọi là khối cao tần của máy thu. Chức

năng chính của nó là lựa chọn, giới hạn dải thông và khuếch đại tín hiệu RF thu được.

Khối trộn/chuyển đổi tần số có nhiệmvụ là chuyền đổi tần số RF thu được thành tần số trung tần IF.

Chức năng chính của khối IF là giới hạn lại băng thông và khuếch đại tín hiệu IF.

Khối tách sóng AM có nhiệm vụ là giải điều biến dạng sóng của hình bao AM trở lại dạng tín hiệu thông tin ban đầu của nó.

Khối âm thanh có nhiệm vụ khuếch đại công suất tín hiệu thông tin đã được phục hồi và đưa ra loa. II. CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT CỦA MÁY THU AM:

Những thông số tổng quát được sử dụng để đánh giá chức năng của máy thu là giải điều biến hoàn chỉnh tín hiệu Radio. Một trong những thông số quan trọng nhất là tính chọn lựa, độ nhạy, độ trung thực.... Nó dùng để so sánh chất lượng giữa máy thu này với máy thu khác.

Khối trung tần IF

Khối tách sóng AM

Khối âm

thanh

Tầng trộn /

chuyển đổi

Khối cao

tần RF


1. Tính lựa chọn. Tính lựa chọn là một thông số của máy thu được sử dụng để đo lường chất

lượng của máy thu. Mỗi lần chọn đài máy thu chỉ thu được 1 băng tần và loại bỏ những băng tần khác. Ví dụ, đối với băng sóng thương mại AM, mỗi đài phát được chỉ định 1 băng thông 10 Khz. Như vậy, mỗi máy thu chỉ chọn được một tần số và phải được phân chia thành những kênh đơn. Trong máy thu phải giới hạn lại băng thông của nó là 10 Khz. Nếu băng thông lớn hơn 10Khz thì sẽ có nhiều kênh được chọn và giải điều biến cùng một lúc và ngược lại, nếu băng thông nhỏ hơn 10Khz thì một phần tín hiệu thông tin của kênh đó sẽ bị loại bỏ, hoặc bị khóa tại ngõ vào mạch giải điều biến và tín hiệu thông tin thường bị mất.

2. Cải tiến băng thông AM: Như đã phân tích ở trên, nhiễu do nhiệt độ gây ra luôn tỷ lệ thuận với băng

thông. Như vậy, nếu băng thông giảm thì nhiễu cũng giảm theo trong quá trình truyền. Sự suy giảm của nhiễu hoàn toàn tỷ lệ với độ suy giảm băng thông và thường được gọi là cải tiến băng thông (BI). Nếu tín hiệu truyền từ Antena đến khối RF, khối trộn/chuyển đổi, khối IF thì băng thông (BW) bị giảm. Đây là phương pháp làm giảm hệ số nhiễu 1 cách có hiệu quả của máy thu. Hệ số BI là tỷ số giữa băng thông RF với băng thông IF. Biểu thức toán học của băng thông cải tiến BI như sau:

B BB

IRF

IF (3.1)

Trong đó : BI là băng thông cải tiến. BRF là băng thông RF (Hz). BIF là băng thông IF (Hz).

Sự suy giảm hệ số nhiễu lương ứng với suy suy giảm băng thông. được gọi là cải tiến hệ số nhiễu và được diễn tả bằng biểu thứ sau: NFcải tiến = 10.log.BI (3-2)

VD 3-1: xác định sự cải tiến hệ số nhiễu của máy thu với băng thông của RF là 200 KHz, băng thông của IF là 10 KHz. Giải : Băng thông cải tiến tìm được bằng cách thay vào biểu thức 3-1

B KHzKH z

I 20010 = 20

Và hệ số nhiễu cải tiến tìm được bằng cách thay giá trị vào biểu thức 3-2 NFcải tiến =10.log.20 =13 dB

3. Độ nhạy của máy thu: Độ nhạy của máy thu là mức tín hiệu RF nhỏ nhất mà máy thu có thể thu

được tại ngõ vào của khối RF mà vẫn tạo ra tín hiệu thông tin được giải điều biến có thể sử dụng được một cách tổng quát.

Tỷ số S/N (tỷ số tín hiệu/nhiễu : Signal/Noise) và công suất của tín hiệu tại ngõ ra khối âm thanh được dùng để xác định chất lượng tín hiệu thu được, và nó có thể được sử dụng hoặc không sử dụng. Đối với máy thu đài phát sóng thương mại AM, 10 dB hoặc cao hơn tỷ số S/N là1/2W (27dB) tại ngõ ra khối âm thanh được chọn để sử dụng.


Tuy nhiên, đối với những máy thu dải sóng Viba:40dB hoặc cao hơn tỷ số S/N khoảng 5mW (7dB) của công suất tín hiệu là giá trị nhỏ nhất có thể chấp nhận được. Độ nhạy của máy thu thường được tính bằng V của tín hiệu thu được.Ví dụ độ nhạy tiêu chuẩn của đầu máy phát sóng thương mại AM là 50 V và máy thu vô tuyến di động có độ nhạy từ 1V đến 10V.

Độ nhạy thường được gọi là ngưỡng nhạy của mày thu. Độ nhạy của máy thu AM phụ thuộc vào công suất nhiễu tại ngõ vào của máy thu, hệ số nhiễu của máy thu, độ nhạy mạch tách sóng AM và hệ số BI của máy thu. Cách tốt nhất để cải tiến độ nhạy là giảm mức tín hiệu nhiễu. Điều này được thực hiện bằng cách làm giảm nhiệt độ hoặc băng thông BW của máy thu.

4. Dải rộng trong máy thu: Dải rộng của máy thu được định nghĩa là hiệu số (tính theo dB) giữa mức

tín hiệu vào nhỏ nhất và mức tín hiệu vào vượt quá mức kích thích của máy thu để không gây ra sự méo tín hiệu.

Hệ số dải rộng đơn giản là mức công suất vào mà máy thu có thể sử dụng. Mức thu nhỏ nhất là chức năng của nhiễu cao tần .Mức tín hiệu vào quá tải sẽ phát sinh méo tín hiệu là chức năng của hệ số khuếch đại máy thu. Giới hạn công suất cao của máy thu phụ thuộc vào hoạt động của tín hiệu vào ở trạng thái đơn tần hoặc đa tần.Nếu hoạt động ở dạng đơn tần thì chỉ sử dụng 1 dB “compression point” để giới hạn biên trên không có ích. 1dB “compression point” được định nghĩa là công suất ra đặc tuyến mạch khuếch đại RF là 1 dB thấp hơn đặc tuyến độ lợi tuyến tính lý tưởng.

Hình 3.2 trình bày độ lợi tuyến tính và 1dB “compression point” của mạch khuếch đại tiêu biểu. Phần độ lợi tuyến tính bị ngắt, chỉ có phần trước hoạt động bão hòa. 1dB “compression point” được đo trực tiếp tại 1 điểm mà 10dB gia tăng ở công suất vào, kết quả là tạo ra 9dB ở công suất ra.

Dải rộng 100 dB được xem là khoảng cách cao nhất có thể đạt được. Dải động thấp sẽ làm giảm độ nhạy của mạch khuếch đại RF và kết quả là làm méo biến điệu tương hỗ của tín hiệu vào mạch điện.


+40 1dB

+20 0 -20 -40 -60

-80

Hình 3-2 : Độ lợi tuyến tính 5. Độ trung thực của máy thu: Độ trung thực đo lường khả năng hệ thống thông tin được tái tạo lại ngõ ra

của máy thu. Có lặp lại chính xác nguồn tín hiệu thông tin ban đầu hay không về các thông số như : biên độ, pha, tần số. Trong dạng sóng được điều biến mà không có nguồn tín hiệu thông tin ban đầu thì xem như tín hiệu đã bị méo dạng.

Thực tế có 3 dạng méo tín hiệu làm giảm độ trung thực của hệ thống thông tin liên lạc là biên độ, pha, tần số. Trong thực tế méo pha thì không quan trọng khi truyền tín hiệu là tiếng nói con người, bởi vì tai người tương đối nhạy với biến pha. Tuy nhiên méo pha có thể làm sai lệch dữ liệu truyền. Tần số cắt của mạch lọc thường lớn hơn giá trị cực tiểu cần thiết để cho tín hiệu thông tin có tần số cao nhất đi qua (1 cách cụ thể tần số cắt trên mạch lọc thông thấp khoảng 1/3 lần giá trị cực tiểu)

Độ lệch pha tuyệt đối là tổng của các sai pha được xác định bằng 1 tín hiệu và có thể chịu được những giá trị tần số cao cùng lượng trễ pha. Sự sai lệch do dịch pha xảy ra khi sự sai lệch tần số vượt quá sự sai lệch về pha và có thể ảnh hưởng đến dạng sóng phức hợp. Đặc biệt, nếu thông tin đã được mã hóa theo pha của sóng mang với minip biến điệu dịch pha. Nếu sự lêch pha theo tần số là tuyến tính thì sự trễ pha là cố định theo tần số. Nếu tất cả các tần số không bị trễ trong cùng khoảng thời gian thì quan hệ tần số giữa tần số pha của dạng sóng thu được sẽ không chứa nguồn tín hiệu thông tin ban đầu. Và thông tin khôi phục lại có thể bị méo.

Méo biên độ xảy ra khi tần số của tín hiệu thu được tại ngõ ra của máy thu bị sai lệch biên tần so với tín hiệu thông tin ban đầu. Méo biên độ là kết quả của sự khuếch đại không đồng đều cuả mạch khuếch đại và mạch lọc.

Méo tần số xảy ra khi tần số của tín hiệu thu được không giống như nguồn tín hiệu thông tin ban đầu. Méo tần số là kết quả của méo sóng hài và méo biến điệu tương hỗ. Và nguyên nhân méo là do sự khuếch đại không tuyến tính. Hài bậc 2 (2f 1, 2f2, f1 f2) thường là 1 vấn đề trong hệ thống dải thông. Vì hài bậc 2 lọt ra ngoài dải thông của hệ thống dải hẹp.

Tuy nhiên hài bậc 3 luôn rơi vào hệ thống băng thông và gây ra méo nên được là méo sóng hài bậc 3. Phần méo sóng hài bậc 3 là trường hợp đặc biệt của méo biến điệu tương hỗ và rõ nhất là méo tần số thành phần biến điệu tương hỗ

-80 -60 -40 -20 0 +20 +40 C/S vào(dBm)

1dB compression point

Độ lợi tuyến tính

Trang thái bảo hòa Công suất ra (dBm)


sóng hài bậc 3 là tích vô hướng của những tần số được tạo ra khi sóng hài bậc 2 của tín hiệu được cộng với tần số cơ bản của tín hiệu khác (đó là 2f1 2f2 ,2f2 2f1). Méo tần số có thể phát sinh trong bộ tạo sóng vuông như FET trong khối cao tần cũa máy thu.

Bộ tạo sóng vuông sử dụng FET có nhiều thuận lợi hơn BJT là chúng chỉ tạo ra sóng hài bậc 2 và thành phần biến điệu tương hỗ.

Hình 3-2 trình bày 1 dạng đặc tuyến tiêu biểu của dạng méo sóng hài bậc 3. Cũng như chức năng của mạch khuếch đại công suất và hệ số khuếch đại.

6. Tổn hao: Tổn hao chèn vào (IL) là thống số đươc kết hợp với tần số nằm trong dải

thông của mạch lọc và được định nghĩa một cách tổng quát như sau: Tỷ số giữa công suất truyền đến tải khi có mạch lọc với công suất truyền đến tải khi không có mạch lọc trong một mạch điện. Bởi vì mạch lọc được cấu tạo từ những thành phần tiêu hao năng lượng như : Điện trở và tụ điện không hoàn chỉnh ngay cả những tín hiệu nằm trong dải thông của mạch lọc và bị hấp thu (làm giảm độ chính xác). Mạch lọc tiêu biểu của tổn hao chen vào từ 1/10 dB đến vài dB. Thực tế, tổn hao chèn vào đơn giản chỉ là tỉ số giữa công suất ra với công suất vào của mạch lọc đối những tần số nằm trong dải thông của mạch lọc và nó được xác định theo biểu thức sau (tính theo dB) IL(dB) = 10.log (Pout/Pin) (3-3)

Nhiễu nhiệt độ và sự suy giảm do nhiễu nhiệt độ: Bởi vì nhiễu nhiệt độ phát sinh do sự tác động trực tiếp của nhiệt độ nó là

trạng thái hợp lý mà nhiễu nhiệt độ được diễn tả bằng” độ” cũng giống như Watts hoặcVolt. Ta có:

T=N

K B (3-4)

Trong đó: T là nhiệt độ môi trường (oK ) N là công suất nhiễu (W) K là hằng số Boltzman = 1,38.10-23 (J/oK) B là băng thông (Hz)

Thông số nhiễu nhiệt độ (Tc) là một giả thuyết mà không thể đo lường trực tiếp được. Tc là thông số thường được sử dụng đối với nhiễu thấp. Đối máy thu vô tuyến hiện đại thì hệ số nhiễu sẽ thấp hơn. Tc chỉ sự suy giảm tỉ số S/N (signal/noise) của 1 tín hiệu khi truyền đến máy thu. Đại luợng nhiễu do nhiệt cãng thấp thì chất lượng máy thu càng tốt. Giá trị tiêu biểu của máy thu khoảng 20 oC đối máy thu không hoạt động và khoảng 1000 oC đối máy thu có tiếng ồn. Biểu thức toán học của Tc tại ngõ vào của máy thu được diễn tả như sau: Tc = T.(F-1) (3-5) Trong đó: Tc là đại lượng nhiễu nhiệt (oK) T là nhiệt môi trường (oK) F là hệ số nhiễu (không đơn vị)

III. MÁY THU AM: Có hai máy thu tiêu biểu: Nhất quán và không nhất quán. Đối loại máy thu

nhất quán hay đồng bộ. Tần số phát ra tại máy thu và sử dụng mạch giải điều biến phải đồng bộ với tần số dao động tại máy phát (máy thu phải tái tạo lại được sóng


mang và phải đồng bộ với máy phát). Đối máy thu không nhất quán hay không đồng bộ, tần số phát ra tại máy thu hoặc tần số sử dụng để giải điều biến hoàn toàn phụ thuộc vào tần số sóng mang của máy phát. Sự tách sóng không đồng bộ thường được gọi là tách sóng hình bao bởi vì tín hiệu thông tin được khôi phục lại từ dạng sóng thu được bằng cách tách dạng của hình bao được điều biến.

1. Máy thu điều hưởng tần số RF: Máy thu điều hưởng tần số vô tuyến (TRF) là một trong những loại máy thu

AM ra đời sớm nhất. Ngày nay, có lẽ máy thu TRF đuợc thiết kế đơn giản nhất trong tất cả các máy thu vô tuyến. Tuy nhiên chúng cũng có những khuyết điểm riêng là bị giới hạn bởi việc sử dụng mạch khuếch đại đăc biệt của chúng.

Hình 3-3 trình bày sơ đồ khối của máy thu TRF 3 tầng bao gồm: Tầng RF, tầng tách sóng và tầng âm thanh. Một cách tổng quát, hai hoặc ba tầng khuếch đại RF được yêu cầu để mạch lọc và mạch khuếch đại tín hiệu thu được đến mức vừa đủ để điều khiển tầng tách sóng. Mạch tách sóng chuyển đổi trực tiếp tín hiệu RF thành tín hiệu thông tin và tầng audio khuếch đại tín hiệu thông tin đến mức có thể sử dụng được.

Mặc dù máy thu TRF đơn giản và có độ nhạy tương đối cao nhưng chúng có 3 điểm bất lợi rõ rệt là hạn chế không sử dụng kênh đơn, hệ số KĐ tần thấp. Nhưng bất lợi chính là băng thông không phù hợp và có những thay đổi so với tần số trung tâm. Khi điều chỉnh đài vượt quá khoảng rộng của tần số vào, điều này gây ra hiện tượng gọi là hiệu ứng da tại tần số radio. Dòng điện bị giới hạn đến vùng ngoài cùng của dây dẫn. Như vậy tần số sẽ cao hơn, tiết diện ảnh hưởng nhỏ hơn và điện trở lớn hơn.


Hình 3.3 : Sơ đồ khối của máy thu điều hưởng tần số RF không đồng bộ Cuối cùng hệ số phẩm chất (Q = XL / R) của mạch tương đối ổn định. Khi

vượt qua khoảng tần số làm băng thông gia tăng cùng với tần số. Kết quả là độ lợi ngõ vào mạch lọc thay đổi vượt quá vùng tần số vào. Nếu băng thông đặt ở một giá trị thích hợp đối với tín hiệu RF tần số thấp, nhưng nó sẽ thừa đối với tần số cao.

Điều bất lợi thứ hai của máy thu TRF là chính là tính không ổn định bởi vì phần lớn mạch khuếch đại RF được điều hưởng cùng với tần số trong mạch dao động. Điều này có thể được giảm đi một ít bằng cách điều chỉnh từng mạch khuếch đại. Để sự sai lệch tần số kém đi, sự thay đổi biên trên hoặc biên dưới sẽ phù hợp với tần số trung tâm. Kỹ thuật này gọi là cộng hưỡng lệch.

Bất lợi thứ ba của máy thu TRF là độ lợi của nó không đều nhau trên dải tần số quá rộng. Bỡi vì,tỷ số L/C cuả biến áp tự ngẫu chứa mạch khuếch đại RF. Với sự phát triển của máy thu đổi tần, máy thu TRF chỉ còn được sử dụng cho những mục đích đặc biệt như máy thu đài độc lập, vì vậy nó không được đưa ra phân tích.

VD 3-2: Một máy thu dải sóng thương mại AM (535KHz đến 1605 KHz) với 1 ngõ vào mạch lọc có hệ số phẩm chất là 54. Hãy xác định băng thông ở 2 đầu thấp và cao phổ tần RF. Giải:

Băng thông tại tần số thấp nhất của phổ AM được xác định quanh tần số sóng mang 540 KHz

B= fQ

54054KH z

= 10 KHz

Băng thông tại tần số cao nhất của phổ AM được xác định xung quanh tần số sóng mang 1600 KHz.

B=fQ

1 6 0 05 4

K H z 3375 HZ

Băng thông 3dB tại tần số thấp nhất của phổ AM chính xác là 10KHz, đây là một giá trị phù hợp. Tuy nhiên, băng thông tại tần số cao nhất hầu hết là 30 KHz gấp 3 lần độ rộng băng thông chuẩn. Thường khi điều chỉnh đài tại tần số cao nhất của phổ tần số thì 3 đài có thể thu được cùng một lúc.

Mạch ghép

Anten

Mạch khuếch đại âm thanh

Mạch tách sóng âm thanh RF -amp RF -amp RF -amp

Antena Thu TầngRF

Loa

Tầng âm thanh

Tầng tách sóng


Để đạt được băng thông 10KHz tại tần số cao nhất của phổ thì Q = 160 là đạt yêu cầu (1600 KHz / 10KHz) với Q = 160 thì băng thông tại tần số thấp nhất là:

B=5 4 01 6 0

3375 Hz

Tất nhiên giá trị này cũng được chọn bởi vì nó xấp xỉ bằng 2 đến 3 lần băng thông của tín hiệu thông tin.

2. Máy thu đổi tần: Để khắc phục tính chọn lựa không đồng đều của TRF, máy thu đổi tần số ra

đời vào cuối chiến tranh thế giới thư nhất. Mặc dù chất lượng của máy dổi tần được cải tiến rất đáng kể, song kể từ lần thiết kế đầu tiên hình dạng cơ bản của nó không thay đôỉ nhiều và ngày nay nó vẫn được sử dụng rộng rãi trong những dịch vụ thông tin vô tuyến. Máy thu đổi tần được tồn tại đến ngày nay và hiệu suất khuếch đại của nó có đặc tuyến độ nhạy và tính chọn tốt hơn những máy thu khác. Antena Thu Tầng RF Tầng trộn Tầng trung tần IF Tầng tách chuyển đổi sóng âm tần Loa Tầng khuếch đại âm thanh

Hình 3.4 : Sơ đồ khối của máy thu đổi tần AM.

Sự phách tần số có nghĩa là trộn 2 tần số với nhau bằng 1 mạch điện không tuyến tính hoặc chuyển đổi tần số này sang tần số khác sử dụng mạch trộn không tuyến tính. Sơ đồ khối của máy thu đổi tần không đồng bộ được trình bày trên hình 3-4. Máy thu đổi tần cơ bản có 5 phần sau: Tầng RF, tầng trộn/chuyển đổi, tầng IF, tầng tách sóng âm thanh và tầng khuếch đại công suất âm thanh.

Khối RF: Khối RF tổng quát bao gồm khối tiền lựa chọn và tầng khuếch đại RF.

Chúng có thể là mạch điện rời hoặc là mạch điện tổ hợp. Mạch tiền lựa chọn có nhiệm vụ là điều chỉnh băng thông của mạch lọc

bằng cách điểu hưởng tần số trung tâm thay đổi cho phù hợp với sóng mang. Mục đích chính của mạch tiền khuếch đại là cung cấp băng thông vừa đủ để loai bỏ những tần số cao vô ích. Những tần số Radio vô ích này được gọi là tần số ảnh tại ngõ vào của máy thu. Mạch tiền khuếch đại cũng làm giảm băng thông tiếng ồn

Mạch tiền lựa chọn


Mạch tách sóng âm thanh

Mạch khuếch đại IF

Mạch lọc IF

Mạch khuếch đại RF

Mạch trộn

Mạch dao động nội


trong máy thu và tạo bước khởi đầu thuận lợi làm giảm toàn bộ băng thông của máy thu đến giá trị băng thông nhỏ nhất để cho tín hiệu thông tin truyền qua.

Mạch khuếch đại RF xác định độ nhạy của máy thu. Bởi vì mạch khuếch đại RF là tầng hoạt động đầu tiên khi tiếp xúc với tín hiệu thu được, nó là nguyên nhân gây ra nhiễu. Như vậy, thông số cần thiết phải xác định là hệ số nhiễu của máy thu.

Một máy thu có thể có 1 hay nhiều mạch khuếch đại RF hoặc không có mạch khuếcg đại RF . Điều đó hoàn toàn phụ thuộc vào độ nhạy của máy. Mạch khuếch đại RF trong máy thu đổi tần có những đặc điểm sau:

Hệ số khuếch đại lớn hơn nên độ nhạy cao hơn. Cải tiến việc loại bỏ tần số ảnh Tỷ số S / N (Signal / noise ) lớn hơn Độ nhạy cao hơn . Khối trộn / chuyển đổi. Khối trộn / chuyển đổi bao gồm tầng dao động tạo sóng Radio hay thường

gọi là dao động nội. Tầng này được gọi là tầng tách sóng đầu tiên. Mạch dao động nội thường yêu cầu tính ổn định và độ chính xác cao.

Tầng trộn được cấu tạo bởi những linh kiện phi tuyến. Mục đích của nó là chuyển đổi tần số Radio sang tần số trung tần (IF). Sự phách tần số có thể thay thế cho mạch trộn. Mặc dù tần số sóng mang và tần số biên trên được chuyển từ tần số RF sang tần số trung tần IF nhưng dạng của hình bao AM vẫn giống nhau. Vì vậy, tín hiệu thông tin ban đầu nhận được sẽ chứa hình bao không bị thay đổi. Đây là điều quan trọng cần chú ý, mặc dù sóng mang, tần số biên trên & tần số biên dưới bị thay đổi tần số, nhưng băng thông vẫn không đổi trong quá trình phách tần số. Thông thường tần số trung tần được sử dụng nhiều nhất trong máy thu AM là 455 Khz.

Khối trung tần IF: Khối IF bao gồm nhiều mạch khuếch đại trung tần và mạch lọc dải thông,

nên thường được gọi là IF strip. Hầu hết hệ số khuếch đại và độ nhạy của máy thu đạt được trong tần IF. Tần số trung tâm và băng thông của khối IF là cố định

Tần số trung tần IF luôn được chọn thấp hơn tần số RF, vì mạch khuếch đại tần số thấp dễ thực hiện hơn và kinh tế hơn mạch khuếch đại tín hiệu tần số cao. Mạch khuếch đại tấn số thấp IF cũng ít bị dao động hơn mạch khuếch đại RF. Cho nên, nó không thông dụng khi trong máy thu sử dụng đến 5 hoặc 6 tầng khuếch đại IF mà chỉ có 1 mạch khuếch đại RF hoặc không có mạch khuếch đại RF.

Khối tách sóng : Chức năng của khối tách sóng là chuyển đổi tín hiệu RF trở lại dạng tín

hiệu thông tin ban đầu. Khối tách sóng còn được gọi là mạch tách sóng âm thanh hoặc là mạch tách sóng thứ 2 trong máy thu thanh, vì tín hiệu thông tin thuộc dãy tần âm thanh. Mạch tách sóng đơn giản nhất là dùng một diode hoặc mạch phức hợp dùng vòng khóa pha hoặc mạch giải điều biên cân bằng.

Khối âm thanh: Khối âm thanh bao gồm tầng khuếch đại âm thanh và một hoặc nhiều loa.

Số mạch khuếch đại được dùng phụ thuộc vào công suất tín hiệu âm thanh. Hoạt động của khối âm thanh:


Trong suốt quá trình giải điều biến của máy thu đổi tần, tín hiệu thu được chứa 2 hay nhiều tần số chuyển đổi. Trước tiên, RF được chuyển đổi thành IF, sau đó IF được chuyển thành tín hiệu thông tin. Tín hiệu RF & IF là một hệ thống hoàn toàn phụ thuộc vào nhau và thường bị sai lệch vì chúng không chỉ ra một khoảng tần số riêng biệt cần thiết.

Ví dụ, RF của dải truyền thanh thương mại AM là dải tần số giữa 535Khz & 1605 Khz và tín hiệu IF có khoảng tần số từ 450 Khz đến 460 Khz. Máy thu sóng phát thanh thương mại FM, tần số trung tần có thể lên đến 107MHz. Tần số trung tần này còn cao hơn tần số RF của băng sóng AM.

Một cách đơn giản, tần số trung tần được zem là những tần số được sử dụng trong máy phát và máy thu. Tất cả các tần số trên đều nằm giữa tần số Radio và tần số của nguồn tín hiệu thông tin gốc.

Quá trình chuyển đổi tần số: Quá trình chuyển đổi tần số trong tầng trộn/chuyển đổi giống như quá

trình chuyển đổi tần số trong tầng điều biến của máy phát, ngoại trừ trong máy thu tần số bị giảm chứ không tăng như trong máy phát. Trong mạch trộn / chuyển đổi, tín hiệu RF được trộn với tần số dao động nội bằng những linh kiện phi tuyến bao gồm tổng và hiệu tần số giữa sóng mang RF được chọn với tần số dao động nội.

Mạch lọc IF được điều chỉnh đúng giá trị của hiệu 2 tần số. Mạch dao động nội được tính toán sao cho tần số dao động của nó luôn lớn hơn hoặc nhỏ hơn tần số sóng mang và bằng với tần số trung tần IF. Như vậy, hiệu giữa 2 tần số : tần số RF và tần số dao động nội luôn bằng IF. Điều chỉnh tần số trung tâm của mạch tiền lựa chọn và điều chỉnh tần số của mạch dao động nội được gọi là bộ điều hưởng ( bộ đồng chỉnh ).

Bộ điều hưởng có nghĩa là điều chỉnh 2 tần số cùng một lúc với nhau. Vì điều chỉnh từng phần sẽ làm sai lệch tần số trung tâm của mạch tiền lựa chọn, đồng thời cũng làm sai lệch tần số dao động nội. Khi tần số dao động nội được điều chỉnh lớn hơn tần số RF gọi là “high-side injection”. Khi dao động nội điều chỉnh thấp hơn tần số RF được gọi là “low- side injection”. Trong máy thu AM “high- side injection “ luôn được sử dụng.

Hình 3.5 :Các thông số của ví du 3.3.

Mạch lọc IF

Mạch chuyển đổi


RF



Đến mạch

450 455 460 Điềuchỉnh độ lợi

RF in fc=900 fusf=905 flsf=895

450 KHz 455 Khz 460 KHz

1355KHz

895 900 905


Biểu thức toán học của tần số dao động nội được tính như sau : Đối với high-side injection : ft0 = fRF + fIF (3.6a) Đối với low-sise injection : ft0 = fRF - fIF (3.6b)

Trong đó : ft0 là tần số dao động nội (Hz) fRF là tần số Radio (Hz) fIF là tần số trung tần (Hz) Ví Dụ 3-3:

Một máy thu đổi tần AM sử dụng “high-side injection “ có tần số dao động nội là 1355 KHz. Hãy xác định tần số sóng mang IF, tần số biên trên & biên dưới đối với sóng RF được tạo ra từ sóng mang 900 KHz, tần số biên trên 905 KHz, tần số biên dưới 895 KHz.

Giải : Dựa vào hình vẽ 3.5 ta nhận thấy : Tần số trung tần là hiệu số giữa tần số

Radio & tần số dao động nội. Thay giá trị vào biểu thức 3.6a, ta được fIF = ft0 - fRF = 1355 - 900 = 455 Khz. Tần số trung tần biên trên & biên dưới :

fIF(usf) = ft0 - fRF(lsf) = 1355 - 895 = 460 Khz. fIF(lsf) = ft0 - fRF(usf) = 1355 - 905 = 450 Khz.

Chú ý rằng, tần số biên luôn là những dải biên đảo ngược nhau trong suốt quá trình giải điều biến. Tần số biên trên của RF bị dịch chuyển xuống tần số biên dưới của IF và ngược lại tần số biên dưới của RF dịch chuyển lên tần số biên trên của IF.Quá trình này được gọi là chuyển đổi dải biên. Sự đảo ngược dãy biên không được áp dụng cho việc chuyển đổi dải biên kép AM.

Sự đồng chỉnh dao động nội : Đồng chỉnh là chức năng của mạch dao động nội trong máy thu để mạch

dao động với tần số lớn hơn hoặc nhỏ hơn tần số sóng mang Radio đã được chọn và luôn bằng với tần số trung tần trên khắp cả dải tần số Radio. Đối với “high side injection “ dao động nội nên điều chỉnh lớn hơn tần số sóng mang và đúng bằng giá trị tần số fRF + fIF. Đối với “ low- side injection “ dao động nội nên điều chỉnh nhỏ hơn tần số sóng mang và đúng bằng giá trị tần số fRF - fIF.

Hình 3.6a trình bày sơ đồ khối của mạch tiền lựa chọn và điều hưởng dao động nội trong máy thu AM. Đường thẳng nối 2 tụ điều hưởng với nhau gọi là nhóm điều hưởng. Đây chính là bộ điều hưởng trong máy thu thanh. Mạch điều hưởng trong khối tiền lựa chọn được điều hưởng từ tần số trung tâm 540KHz đến 1600 KHz và mạch dao động được điều hưởng từ 995 KHz đến 2055 KHz. Vì tần số cộng hưởng của mạch điều hưởng tỷ lệ nghịch với căn bậc hai của điện dung.


.

Hình 3.6 : Sự đồng chỉnh trong máy thu. (a) Sơ đồ nguyên lý của mạch dao động nội và mạch tiền lựa chọn. (b) Đặc tuyến đồng chỉnh

Điện dung trong mạch tiền lựa chọn phải thay đổi với hệ số là 8.8, đồng thời điện dung trong mạch dao động nội phải thay đổi với chỉ số là 4.26. Mạch dao động nội phải dao động với tần số 455 KHz lớn hơn tần số trung tâm của mạch tiền lựa chọn để phù hợp với băng thông AM. Và nên có 1 mạch đồng chỉnh riêng, việc thiết kế mạch này rất khó, cho nên, sự đồng chỉnh trên toàn bộ băng thông AM xảy ra cũng không giống nhau.

Sự khác nhau giữa tần số dao động nội thực với tần số dao động nội chuẩn gọi là quá trình đồng chỉnh sai lệch. Một cách cụ thể, đồng chỉnh sai lệch không đồng đều trên toàn bộ phổ tần RF. Đồng chỉnh sai lệch đạt tối đa là 3KHz là giá

+5- +4- +3-+2- +1- 0- -1- -2- -3- -4- -5-

3 điểm đồng chỉnh

Chỉnh dao động nội

600 1000 1400 800 1200 1600 Tần số f (KHz) (b)

(a)

Điều chỉnh mạch tiền lựa chọn

LS

Lp

Ngõ ra mạch tiền lựa chọn RF

C1 Co

C1 Co

Cp

Tần số ngõ ra của

Điều chỉnh độ lợi

Ls

Lp


trị tốt nhất có thể chấp nhận được. Trong máy thu dân dụng tần số trung tần IF là 455 KHz.

Hình 3.6b biễu diễn đường đặc tính đồng chỉnh tiêu biểu. Đồng chỉnh sai lệch +3KHz trên đặc tuyến ứng với tần số trung tâm IF là 458 KHz và đồng chỉnh -3khz trên đặc tuyến ứng với tần số trung tâm IF là 452 KHz

Đồng chỉnh sai lệch được làm giảm bằng một kỹ thuật gọi là “3 điểm đồng chỉnh”. Trên mỗi mạch tiền lựa chọn và mạch dao động nội đều có tụ tinh chỉnh C1 mắc song song với tụ điều hưởng chính C0 để bù vào sự đồng chỉnh sai lệch tại cuối dải tần số cao trong phổ AM.

Mạch dao động nội còn có thêm tụ đồng chỉnh nối tiếp Cp mắc nối tiếp với cuộn dây điều chỉnh để bù vào sự đồng chỉnh sai lệch tại dải tần số thấp trong phổ AM. Với “3 điểm đồng chỉnh “,Đồng chỉnh sai lệch được điều chỉnh đến 0Hz tại tần số : 600 KHz, 950 KHz, 1500 KHz.

Hình 3.7 : Mạch điều hưởng điện tử

VC1

VC2

C0

C0

R

R

C

C

Cc

Cc

Cp

RF out

LO out

-1VDC

-10VDC

Điều chỉnh độ lợi

Đ/C dao động nội

Điều chỉnh mạch tiền lựa chọn

Điện áp phân cực ngược -1 đến-10V

Điều chỉnh tần số RF

L

L


Với “low-side injection “ mạch dao động nội phải đươc điều hưởng từ 85 KHz đến 1145 KHz thường thì điện dung phải thay đổi đến 1 hệ số = 182 giá trị chuẩn của tụ điện ít khi điều chỉnh vượt qua khoảng từ 1 đến 10. Điều này nói lên tại sao với “low-side injection” thực tế không sử dụng với máy thu thương mại AM. Với “high-side injection”, tần số dao động nội phải được điều hưởng từ 955 KHz đến 2055 KHz trên đặc tuyến, tỷ số điện dung chỉ là : 4,63 đến 1.

Tụ điện tương đối lớn đắt tiền không chính xác, bù lại chúng cũng có 1 số nhược điểm như trên. Ngày nay chúng được thay thế bằng mạch điều hưởng sử dụng linh kiện bán dẫn. Mạch điều hưởng vi điện tử nhỏ hơn, rẻ hơn, chính xác hơn, ít bị ảnh hưởng bởi sự thay đổi của môi trường hiệu chỉnh dễ dàng hơn. Hình 3-7 trình bày sơ đồ nguyên lý của mạch điều hưởng tiền lựa chọn điện tử và mạch điều hưởng dao động nội điện tử.

3. Sơ đồ mạch điện trong máy thu AM : a - Mạch khuếch đại RF: Mạch khuếch đại RF có hệ số khuếch đại cao, hệ số nhiễu thấp là mạch

khuếch đại điều hưởng được. Khi sử dụng, đây là tầng hoạt động đầu tiên khi tiếp xúc với tín hiệu thu được. Chức năng chính của tầng RF là lựa chọn, khuếch đại và là thay đổi độ nhạy. Như vậy khuếch đại RF có những đặc điểm ch1nh như sau:

Nhiễu nhiêt độ thấp Hệ số nhiễu thấp Hiệu suất khuếch đại vừa đủ lớn

Hai thông số quan trọng nhất của máy thu là hiệu suất khuếch đại và hiệu suất nhiễu. Cả 2 đều phụ thuộc vào tầng RF. Mạch giải điều biến AM (đôi khi còn được gọi là mạch tách sóng) tách lấy biên độ của sóng đã đưọc điều biến và chuyển chúng thành dạng sóng có biên độ thay đổi được ở ngõ ra. Thường biên độ tín hiệu do nhiễu sinh ra cũng được giải điều biến, cho nên dẫn đến sự dao động tại ngõ ra của mạch điều giải và chất lượng của tín hiệu được giải điều biến bị giảm. Hiệu suất khuếch đại tín hiệu thư nghiệm lớn hơn và rõ hơn đưọc truyền đến máy thu và bị làm thay đổi biên độ tại ngõ vào của mạch giải điều biến, sự thay đổi này do nhiễu gây. Biểu thức Vn= 4RTKB ta thấy rằng điện áp nhiễu truyền đi tỷ lệ thuận với căn bậc hai của nhiệt độ, băng thông và độ cảm trở nhiễu, cho nên nếu 3 thông số này đạt cực tiểu thì nhiễu nhiệt độ sẽ giảm.

Nhiệt độ của tầng RF được làm giảm bằng cách làm nguội khối cao tần của máy thu bằng quạt gió hoặc ngay cả chất “helium” trong những máy thu đắt tiền. Băng thông được làm giảm bằng cách sử dụng mạch khuếch đại và mạch lọc điều hưởng được. Đại lượng cảm nhiễu được làm giảm bằng cách sử dụng thành phần cấu trúc đặt biệt của chất bán dẫn đối với những linh kiện tích cực. Đo lường hệ số nhiễu bằng cách cộng thêm tiếng ồn vào mạch khuếch đại. Như vậy, hệ số nhiễu được cải tiến (được làm giảm) bằng cách làm giảm nhiễu đâu ra của mạch khuếch đại RF.

Méo biến điệu tương hổ và méo sóng hài cả 2 đều là méo phi tuyến, nó làm tăng hệ số nhiễu bằng cách cộng thêm nhiễu tương ứng với quang phổ tổng của nhiễu. Hoạt động của mạch trở nên tuyến tính hơn giảm tần số ảnh bằng cách kết hợp mạch khuếch đại RF với sự giảm tần số ảnh của mạch tiền lựa chon để làm giảm băng thông vào máy thu, ngăn được tần số ảnh đi vào tầng trộn/chuyển đổi.


Hình 3-8 trình bày các mạch khuếch đại RF thường được sử dụng. Khuếch đại RF là một thông số tương đối đơn giản. Có nghĩa là tín hiệu phải có tần số vừa đủ lớn để được bức xạ bởi Anten và được lan truyền trong không gian tự do dưới dạng sóng điện từ. Tần số RF của băng sóng AM nằm giữa dải tần số 53 KHz và 1605 KHz. Tần số RF của sóng viba khoảng 1 Ghz. Thông thường tần số trung tần được sử dụng trong máy thu FM là 10,7 Mhz.Tần số trung tần này cao hơn tần số RF của băng sóng AM. Tần số RF là tín hiệu được bức xạ đi, tín hiệu thu được IF là tín hiệu trung tần trong máy phát và máy thu. Hình 3.8a trình bày sơ đồ nguyên lý của mạch khuếch đại RF dùng transistor lưỡng cực Ca,Cb,Cc và L1 là dạng mạch ghép Anten. Q1 được phân cực làm viêc ở chế độ A để làm giảm méo phi tuyên. Mạch cực thu để ghép biến áp với mạch trộn / chuyẻn đổi thông qua T1. T1 điều hưởng kép để tăng tính lựa chọn, Cx,Cy là tụ thoát tín hiệu RF. Hình dạng đặc biệt của chúng cho thấy rằng chúng được cấu tạo giống như tụ “feedthrough”. Tụ feedthrough có độ tự cảm thấp nó ngăn một phần tín hiệu khỏi bức xạ tại ngõ ra của chúng. Cn là tụ trung hòa một phần tín hiệu ở mạch thu được phản hồi về cực nền của mạch để bù vào tín hiệu phản hồi từ cực thu đến cực nền thông qua tụ tại đầu ra để ngăn chặn dao động xảy ra. Tụ C4 liên lạc với tụ Cn bằng tín hiệu AC để điều khiển tín hiệu phản hồi. Dạng trung hòa này gọi là dạng trung hòa không nối đất.

Hình 3-8b trình bày mạch khuếch đại sử dụng transistor hiệu ứng trường 2 cực cổng. Mạch này sử dụng DEMOS-FET. Đặc điểm của FET là tổng ngõ vào cao và nhiễu thấp. FET là linh kiện hoạt động theo nguyên lý góc vuông. FET chỉ tạo ra sóng hài bậc 2 và thành phần méo biến điệu tương hỗ. Vì vậy méo phi tuyến thấp hơn transistor lưỡng cực. Q1 được phân cực khuếch đại ở chế độ A nên hoạt động tuyến tính. T1 đều hưởng được để chọn tần số sóng mang thích hợp đồng thời làm tăng độ nhạy của máy thu và cải tiến hệ số IFRR, L5 là cuộn cảm cao tần và liên lạc với tụ C5 băng tín hiệu RF.

Hình 3-8c trình bày sơ đồ nguyên lý của mạch khuếch đại đặc biệt được gọi là mạch khuếch đại cascode. Mạch khuếch đại cascode có hiệu suất cao hơn và nhiễu thấp hơn.


(a)

(b)

Từ Anten đến

L2

C Ca

Q1 Cc

Cc L3

Cc CB L1

R1 C1

R2 Cy

Cx

Đến mạch

L1

L5

L2

Vcc

Vcc

Cc R2

Cpb R3

Q1 Cc

C5 C2

R1 R4

C1

Từ Antena đến

Đến mạch trộn / chuyển đổi

VDD

L L

R R

C2 C C

Cc Đến mạch trộn /


Hình 3-8 : Các dạng mạch khuếch đại RF (a) Mạch khuếch đại RF dùng transistor lưỡng cực (b) Mạch khuếch đại RF dùng DEMOS-FET (c) Mạch khuếch đại dùng mạch cascode

thấp hơn mạch cascode chuẩn. Những linh kiện trong mạch hoạt động tích cực hơn transistor lưỡng cực hoặc FET. Q1và Q2 có chung một nguồn nuôi và ngõ ra mạch khuếch đại được phối hợp tổng trở. Bởi vì,tổng trở ngõ vào của Q1,Q2 thấp nên không cần phải trung hòa. Tuy nhiên, sự trung hòa sẽ làm giảm hệ số nhiễu rất đáng kể. Cho nên, L2, R1 và C2 được mắc thêm vào để tạo đường phản hồi cho sự trung hòa. Q2 khuếch đại cực gate chung vì yêu cầu tổng trở vào của Q2 thấp để không bị trung hòa.

Mạch khuếch đại có hệ số nhiễu thấp: Đi với máy thu viba chất lượng cao yêu cầu mạch khuếch đại phải có hệ số

nhiễu thấp (LAN) nhưng đầu vào RF phải có hệ số nhiễu là tối ưu. Tầng đầu tiên của mạch khuếch đại phải có nhiễu thấp, hiệu suất khuếch đại

phải cao. Điều này rất khó thực hiện đối với mạch khuếch đại đơn. Cho nên, LAN chỉ có ở tầng thứ 2 của khối khuếch đại, với sự phối hợp tổng trở để nâng cao chất lượng của mạch. Tầng đầu tiên có hệ số khuếch đại thật cao đồng thời phải hạn chế nhiễu.

Mạch khuếch đại có hệ số thấp được phân cực làm việc ở chế độ A sử dụng transistor silic luỡng cực hoặc transistor hiệu ứng trường hoạt động với tần số khoảng 2 GHz và lớn hơn khoảng tần số này đối với FET GaAs. Loại đặc biệt của FET.

GaAs thường được sử dụng nhất MESFET. MESFET là FET sử dụng mối nối bán dẫn kim loại tại cực gate của linh kiện,gọi là lớp chắn shottky.

Mạch khuếch đại RF sử dụng vi mạch tổ hợp tuyến tính: NE/SA 5200 (hình 3-9) loại dải rộng, ổn định, công suất thấp. Mạch khuếch

đại RF tổ hợp tuyến tính RF độ lợi kép được chế tạo bởi signetic corparation. NE/SA 5200 hoạt động với nguồn nuôi DC, tần số làm việc khoảng 1200 MHz và có hệ số nhiễu thấp. NE/SA 5200 thừa huởng những ưu điểm của những mạch so sánh rời rạc, nó không cần thành phần cơ bản bên ngoài như điện trở, tụ điện. Nó


chiếm khoảng không gian nhỏ trên mạch in. NE/SA5200 cũng được thiết kế với công suất thấp để giảm công suất tiêu thụ trong quá trình sự dụng.

Sơ đồ khối của NE/SA5200 được trình bày trên hình 3-9a và sơ đồ nguyên lý được vẽ trên hình 3-9b. Chú ý rằng hai mạch khuếch đại dải rộng được phân cực với cùng một nguồn nuôi. Mỗi tầng khuếch đại có hệ số nhiễu 3,6dB và hệ số khuếch đại khoảng 11dB. NE/SA5200 có thể xem như một mạch khuếch đại cascode, chân Enable có thể sử dụng dải rộng cải tiến của máy thu. Mức tín hiệu ngõ vào cao có thể làm NE/SA5200 ngưng hoạt động. Khi bị ngưng hoạt động tín hiệu vào âm thanh khoảng 13 dB ngăn chặn sự quá tải của máy thu

AMP1

AMP2

Vcc OUT2 GND2 IN2

OUT1 IN1 ENNABLE GND1

4 3 2 1

8 7 6 5

(a)

NE/SA 5200


Hình 3.9 : Tầng RF sử dụng NE/SA5200 hệ số khuếch đại kép. (a) Sơ đồ khối. (b) Sơ đồ nguyên lý giản lược. 2. Mạch trộn / chuyển đổi. Chức năng cuả tầng trộn/ chuyển đổi là đổi từ tần RF xuống tần số trung

tần IF. Quá trình này được thực hiện bởi mạch trộn tín hiệu tần số RF với tần số dao động nội bằng mạch trộn không tuyến tính.

Thực chất đây chính là quá trình đổi tần số. Mạch khuếch đại không tuyến tính giống như mạch điều biến, ngoại trừ tín hiệu ngõ ra là tín hiệu giữa

Hình 3.10 : Sơ đồ khối của mạch trộn / chuyển đổi tần số RF và tần số dao động nội. Hình 3-10 trình bày sơ đồ khối của tầng trộn/ chuyển đổi. Ngõ ra của bộ trộn cân bằng là kết quả của tín hiệu tân số RF và tần số dao động nội được minh họa bằng biểu thức sau:

Vout = Sin2fRF.t x Sin2flo .t Trong đó : fRF là tần số radio vào flo là tần số dao động nội Như vậy, sử dụng phép đồng nhất biểu thức lượng giác sẽ tạo ra dạng sóng

sin tại ngõ ra của mạch trộn.

Đến mạch KĐ IF Mạch trộn BPF

Mạch KĐ đệm


Sin 2fRF.t Sin 2fc.t

Sin 2fc.t

Từ mạch KĐ RF

Nguồn phân cực

4 Vcc

ENABLE GND1

Rc Rc RF RF

OUT1

IN2 IN1

RE RE

GND1 GND2

II. AIII. A

OUT2

(b)

IV. NE/SA5200

3

2 7

6 1

8

5


Vout =1/2 cos[(2( fRF - flo)] - 1/2cos[2 ( fRF+ flo)] Mặc dù mạch trộn sử dụng những linh kiện phi tuyến, nhưng một cách tổng

quát có thể xem transistor hoăc FET là những diode đơn giản vì chúng cũng có khả năng khuếch đại. Tuy nhiên,tín hiệu ra thực tế của mạch trộn là tích vô hướng của tần số, ngoài ra còn có sự tổn hao năng lượng của tín hiệu.Tổn hao này được gọi là trổn hao chuyển đổi (hay độ lợi chuyển đổi). Bởi vì sự chuyển đổi tần số xảy ra cùng lúc, biên độ tín hiệu ra IF thấp hơn biên độ tín hiệu vào RF. Tổn hao chuyển đổi này khoảng 6dB. Độ lợi chuyển đổi là tín hiệu giữa mức tín hiệu ra IF với mức tín hiệu vào RF.

Hình 3-11 trình bày sơ đồ khối của mạch trộn/ chuyển đổi đơn giản nhất thông dụng. Hình 3-11a trình bày một dạng của mạch trộn đơn giản nhất thường được sử dụng, ngoại trừ đối với máy thu thanh rẽ tiền. Tín hiệu RF từ Antena vào được lọc bởi mạch tiền lựa chọn (L1,C1) và sau đó đến biến áp ghép cực nền của Q1.Hoạt động của Q1 trong mạch cũng có chức năng khuếch đại tần số dao động nội.Mạch này thường được gọi là mạch trộn tự kích,vì mạch trộn được kích thích bởi năng lượng phản hồi từ mạch dao động nội gồm C2,R2 đến hỗ trợ cho mạch dao động.

Khi được cung cấp nguồn Q1 khuếch đại cả tín hiệu nhiễu hiện tại và cung cấp cho mạch dao động một năng lượng đủ lớn để mạch dao động bắt đầu hoạt động. Tần số dao động chính là tần số cộng hưởng của mạch. Sự phân chia năng lượng cộng hưởng của mạch được thực hiện thông qua L2 và L5 tại cực phát của Q1. Tín hiệu này điều khiển Q1 hoạt động trong vùng không tuyến tính sinh ra tổng và hiệu tần số tại các cực thu của Q1. Hiệu tần số là IF. Ngõ ra của mạch (L3,C3) được điều chỉnh đúng bằng tần số trung tần IF. Như vậy tín hiệu IF sẽ đi qua biến áp ghép tại ngõ vào đầu tiên của mạch khuếch đại IF. Quá trình phục hồi lâu dài tín hiệu RF. Tụ điện điều chỉnh trong mạch RF và mạch dao động nội là một bộ tụ đồng chỉnh tín hiệu vào. Cp và CL là mạch 3 điểm đồng chỉnh. Mạch này có tính lựa chọn thấp và tần số đơn ảnh cũng thấp, vi không điều chỉnh được mạch khuếch đại tín hiệu tần số RF và chỉ lựa chọn được tín hiệu RF trong mạch tiền lựa chọn. Thêm vào đó, không có hệ số khuếch đại RF nhất định và transistor hoạt động không tuyến tính nên sinh ra sóng hài và thành phần biến điệu tương hỗ có thể nằm trong dải thông của IF.

Mạch trộn chuyển đổi trình bày trên hình 3-11b là mạch trộn có sự kích thích bên ngoài.Về bản chất hoạt động cũng giống như mạch trộn tự kích, ngoại trừ mạch dao động nội và mạch trộn phải có những linh kiện có hệ số khuếch đại riêng của chúng. Mạch trộn tự kích dùng FET. FET có đặc tuyến không tuyến, đặc tuyến này tốt hơn đặc tuyến của transistor lưỡng cực đối với sự chuyển đổi IF. Tín hiệu phản hồi từ L2 & L3 của biến áp nguồn Q1.Mạch này thường sử dụng cho máy thu có tần số cao hoặc rất cao.

Mạch chuyển đổi ( trộn ) vẽ trên hình 3-11c là mạch trộn chỉ sử dụng một diode, mạch này hoặt động khá đơn giản. Tín hiệu RF và dao động nội được đưa vào diode, mà diode là linh kiện phi tuyến. Cho nên xảy ra mạch trộn

L3 L6 Antena

C3

Q1 C C1

Ngõ ra IF đến tần

KĐ IF đầu tiên



Hình 3.11 : Một số dạng mạch trộn / chuyển đổi. (a) Mạch trộn tự kích. (b) Mạch trộn có sự kích thích bên ngoài. ( c) Mạch trộn dùng diode (d) Mạch trộn dùng diode cân bằng.

không tuyến tính, tổng và hiệu tần số được tạo ra, ngõ ra của mạch ( L3 và C3) được điều chỉnh để thu được hiệu tần số là giá trị của IF. Mạch trộn sử dụng một diode không hiệu quả vì tổn hao công suất lớn. Tuy nhiên mạch trộn dùng một diode thường được sử dụng để tách sóng âm thanh trong máy thu AM và tạo ra sóng mang thứ cấp trong máy thu hình. Hình 3-11được trình bày sơ đồ khối của mạch trộn dùng mạch diode cân bằng. Ngày nay mạch trộn cân bằng là một trong những mạch quan trọng nhất được sử dụng trong hệ thống truyền thông. Mạch trộn cân bằng cũng được gọi là mạch điều biên cân bằng, mạch điều biên thành phần hay mạch tách sóng thành phần.

L2 L1

L3 RF out

RF in

LO in D1

Ce

C3

C1

C R

RF in

RF out

LO in

(c) (d)

R

L5

L1

L4

L2

Antena IF out

Vcc

Q1 Q2

Cpb

C4 C5

C2

C1

Ct

Ct

C

R R

R

R

(b)


Mạch tách pha sử dụng vòng khóa pha là một dạng mạch của điều biên cân bằng. Mạch trộn cân bằng trong máy thu và máy phát AM - FM và nhiều mạch điều biên dùng kĩ thuật số như PSK, QAM. Mạch trộn cân bằng thừa hưởng những ưu điểm của các loại mạch trộn khác như giảm nhiễu, loại bỏ sóng mang.

Mạch trộn ( chuyển đổi) dùng vi mạch tổ hợp tuyến tính: (a) (b) (c) Hình 3-12: Sơ đồ khối mạch dao động và mạch trộn cân bằng kép NE/SA 602A

(a) Một ngõ vào hoàn toàn điều chỉnh được. (b) Ngõ vào cân bằng. (c) Ngõ vào hoàn toàn không điều chỉnh được.

Hình 3-12 trình bày sơ đồ khối của signetic NE/SA 602A: mạch trộn và mạch dao động cân bằng kép. NE/SA 602A là dạng mạch trộn cân bằng kép đơn khối, hoặc động trong dãi tần VHF, mạch khuếch đại ngõ vào công suất thấp, có nguồn điện áp điều chỉnh được. Nó được phân bố sử dụng trong những hệ thống truyền thông chất lượng cao, công suất thấp. Đặc biệt nó sử dụng rất tốt trong hệ thống “ cellular radio”. Mạch trộn là dạng mạch nhân” gilbert cell”, đặc điểm của mạch là cung cấp độ lợi 18dB tại tần số 45MHz. “Gilbert cell” là dạng mạch khuếch đại rất đặc biệt mà những linh kiện là những bộ ngắt dẫn cân bằng.

Tầng ngõ vào đặc biệt này sẽ cung cấp hệ số khuếch đại, hệ số nhiễu và điều khiển chất lượng tín hiệu thông tin của hệ thống. Mạch dao động hoạt động với

Nguồn điện áp đ/c được

Mạch dao động

8 7 6 5

4 3 2 1

GND

V. NE/S

1 1

1

VI. 60

VII. 60

VIII. 60

Input

2 2 2


tần số trên 200 MHz, và có hình dạng giống như thạch anh. Mạch dao độn LC mắc bên ngoài để điều chỉnh tần số dao động của mạch dao động bên trong. Hệ số nhiễu của NE/ SA 602A tại tần số 45MHz nhỏ hơn 5 dB. Mạch khuếch đại làm việc ở chế độ sao cho ngăn chặn phát sinh hài bậc ba, công suất tiêu thụ thấp, chất lượng cao, hoạt động được với nguồn pin. Ngõ ra của mạch trộn RF và mạch dao động sẽ làm thay đổi dạng sóng ngõ vào. Ngõ vào tín hiệu RF ( chân 1 và 2) được phân cực bên trong và có tính đối xứng.

Hình 3-12 trình bày ba dạng mạch vào tiêu biểu. Một ngõ vào điều chỉnh được, ngõ vào cân bằng và ngõ vào không điều chỉnh được

3. Sơ đồ mạch khuếch đại IF :

Hình 3.13 : Khối IF với 3 tầng khuếch đại Mạch khuếch đại tần số trung tần IF là dạng mạch có hệ số khuếch đại

tương đối cao và rất giống mạch khuếch đại RF, ngoại trừ mạch khuếch đại IF hoạt động trên dải băng tần cố định tương đối hẹp. Thường mạch khuếch đại trung tần IF hoạt động rất ổn định. Các mạch khuếch đại được ghép cảm ứng liên tiếp với mạch điều chỉnh kép. Mạch điều chỉnh kép là cả hai cuộn sơ cấp và thứ cấp của biến áp được điều chỉnh cùng lúc. Như vậy mạch dễ dàng đạt được hệ số khuếch đại tối đa và tính lựa chọn tốt. Hầu hết độ lợi, tính chọn lọc của máy thu đạt được trong tần khuếch đại IF. Một tần IF thường có từ 2 đến 5 mạch khuếch đại. Hình 3.13 trình bày sơ đồ nguyên lý của khối IF với 3 tầng khuếch đại. T1 & T2 là biến áp điều chỉnh kép. L1, L2, L3 được kết nối với nhau để làm giảm ảnh hưởng của tải. Cực nền của Q3 được nối với 2 tụ C9 & C10, C1 & C6 là những tụ trung hòa.

Rút gọn băng thông: Khi mạch khuếch đại điều hưởng được mắc cascade với nhau thì đặc tuyến

tổng bằng tổng các đặc tuyến riêng biệt của mạch khuếch đại. Hình 3-14a biểu diễn đường đặc tuyến của mạch khuếch đại điều hưởng. Độ lợi tại f1 và f2 là 0,707 độ lợi tại f0. Nếu hai mạch khuếch đại điều hưởng ghép cascade thì độ lợi tại f1 và f2 giảm xuống 0,5(0,707 x 0,707). Nếu ghép ba tầng cascade độ lợi tại f1 và f2 giảm xuống 0,353. Thông thường mạch khuếch đại cascade được thêm vào để cho dạng đường cong của đặc tuyến thu hẹp lại và băng thông được giảm xuống. Sự thu hẹp băng

Từ mạch trộn đến

T1 T2

Q2

Q3

Q1

R4

R3 R2 R1 R6 R5

C9 C5

C8 C6

C2 C10

C7 C4

C1 C3

Đến mạch tách sóng

Vcc


thông này được biễu diễn trên hình 3-14b và 3-14c. Biễu diễn toán học của toàn băng thông n tầng điều hợp được tính như sau: Bn = B1 2 11/n (3-7) Trong đó: Bn là băng thông của n tầng điều hợp đơn B1 là băng thông của một tầng điều hợp đơn n là số tầng ghép( n là số nguyên dương)

Hình 3.14 : Độ suy giảm suy giảm băng thông (a) Tầng điều hợp đơn (b) Ghép hai tầng cascade (c) Ghép ba tầng cascade Băng thông của n tầng điều hợp kép: Bndt = B1dt ( 21/n -1 )1/4 (3-8) Trong đó: Bndt là toàn bộ băng thông của n tầng điều hợp kép B1dt là băng thông của một tầng điều hợp kép. n là số tầng ghép ( n là số nguyên dương)

VD 3-4: Xác định độ băng thông: (a) Hai tầng điều hợp đơn với BW của mỗi tầng là 10 Khz (b) Ba tầng khuếch đại điều hợp đơn với BW của mỗi tầng là 10 Khz (c) Bốn tầng khuếch đại điều hợp đơn với BW của mỗi tầng là 1 Khz (d) Mạch khuếch đại điều hợp kép với hệ số ghép tối ưu, hệ số ghép tới hạn là 0,02, tần số cộng hưởng 1 Mhz (e) Lập lại phần (a,b, c) với mạch khuếch đại điều hợp kép ở phần trên Giải Tất cả áp dụng từ biểu thức 3-7

(a) B2 = 10 2 11 2/ = 6436 Hz (b) B3 = 10 2 11 3/ = 5098 Hz (c) B4 = 10 2 11 4/ = 4350 Hz (d) Ta có K0pt = 1,5Kc

Kopt = Hệ số ghép tối ưu( optimum coupling) Kc hệ số ghép tới hạn (critical coupling)

Kc = 1QpxQs

Qp, Qs không phải là giá trị ghep Kopt = 1,5 x 0,02 = 0,03 Bdt = k. Fc = 0,03 x 1 MHz= 30 KHz

V V V 0,707V

0,707V 0,5 V 0,5 V

0,353 V 0,353 V

f f f f2 f2 f2 f0 f1 f0 f1 f0 f1

(c) (a) (b)


(e) Từ biểu thức 3-8. Ta có n B(Hz) 2 24,067 3 21,042 4 19,756

Mạch khuếch đại IF sử dụng vi mạch tổ hợp tuyến tính: Trong những năm gần đây, mạch khuếch đại IF được sử dụng trong nhiều hệ thống thông tin di động như: thông tin vô tuyến hai chiều, mạch tổ hợp có rất nhiều ưu điểm như: kích thước mạch nhỏ, công suất tiêu tán thấp. Một trong những mạch khuếch đại trung tần dùng IC phổ biến nhất là: CA 3028A. CA 3028A là mạch khuếch casade được chế tạo để sử dụng trong truyền thông và những thiết bị điện công nghiệp như mạch khuếch đại IF, RF tại tần số khoảng 120 Mhz. CA 3028A có đặc điểm là điều khiển được ngõ vào dịch chuyển điện áp, chuyển dịch dòng điện và dòng phân cực ngõ vào. Hoạt động của nó không giống như mạch khuếch đại cân bằng, điều khiển được nguồn dòng cố định và có thể được sử dụng đối với cả sự hoạt động đơn lẫn hoạt động kép. CA 3028A có công suất AGC cân bằng và có dòng hoạt lớn.


Hình 3.15 : Mạch tổ hợp tuyến tính vi sai / Mạch khuếch đại Cascode.

(a) Sơ đồ nguyên lý. (b) Cấu trúc mạch khuếch đại Cascode.

Hình 3-15a trình bày sơ đồ nguyên lý của CA 3028A. Hình 3-15b trình bày cách sử dụng CA 3028A, hoạt động của nó giống như mạch khuếch đại cascode.Ngõ vào tín hiệu IF đưa đến chân 2. Ngõ ra IF lấy từ chân 6.

Khi điện áp AGC trên chân 1 bằng với điện áp chuẩn trên chân 5. Dòng cực thu chảy vào Q1 và Q2 bằng nhau và mạch khuếch đại có hệ số khuếch đại lớn nhất. Nếu điện áp AGC trên chân 1 tăng thì dòng qua Q2 giảm, làm giảm hệ số khuếch đại của mạch.

4. Mạch tách sóng AM:

1

2

4

Q2 Q1 5

R1

Q3

R3 R2

6 8

3

7

(a)

Đến mạch KĐ IF

1

2

4

Q2 Q1 5

R1

Q3

R3 R2

6 8

3

7

L

Vcc RF

Cbp

Cbp

Cbp

C1

Cc

Điện áp AGC vào Đến mạch AGC

Ngõvào t/h IF

(b)


Nhiệm vụ của mạch tách sóng AM là giải điều biến tín hiệu AM và khôi phục hoặc tái tạo lại nguồn tín hiệu thông tin ban đầu. Tín hiệu được khôi phục lại phải có cùng tần số với tín hiệu thông tin ban đầu và cùng quan hệ đặc tuyến biên độ. Mạch trộn (chuyển đổi ) gọi là mạch tách sóng thứ nhất vì nó là mạch tiền tách sóng AM.

Mạch tách sóng đỉnh: Hình 2-16a trình bày sơ đồ nguyên lý của mạch tách sóng AM không đồng

bộ đơn giản. Mạch này thường được gọi là mạch tách sóng đỉnh. Bởi vì diode là một linh kiện phi tuyến cho nên sự trộn không tuyến tính xảy ra bên trong diode D1. Khi hai hay nhiều tín hiệu cùng đưa đến ngõ vào của nó. Tại ngõ ra của mạch bao gồm những thành phần tín hiệu sau: tần số tín hiệu vào ban đầu, các sóng hài và những thành phần giao chéo của nó.

Nếu sóng mang hình sin có tần số 300 Khz, điều biến với tín hiệu có tần số 2 Khz thì sóng được điều biến bao gồm: tần số biên dưới, tần số biên trên, tần số sóng mang 298Khz, 302 khz, 300 Khz.Nếu các tín hiệu này đưa đến ngõ và mạch tách sóngAM thì ngõ ra sẽ bao gồm : ba tần số ngõ vào, các dạng sóng hài của các tần số cơ bản và thành phần giao chéo của sự kết hợp ba tần số, các dạng sóng hài của chúng. Biểu thức toán học tại ngõ ra được mô tả như sau:

Vout = các tần số vào + các dạng sóng hài + tổng và hiệu các tần số Vì mạng RC là mạch lọc qua thấp, chỉ cho hiệu các tần số truyền qua đến khối âm tần. Cho nên ngõ ra chỉ đơn giản là: Vout = 300 - 298 = 2 Khz = 302- 300 = 2 Khz = 302 - 298 = 2 Khz

Mạch tách sóng diode được xem như một dạng mạch trộn đơn giản nhất. Thực chất sự khác nhau giữa mạch điều biến AM và mạch giải điều biến AM là mạch điều biến có ngõ ra điều hưởng được đến tần số tổng (mạch chuyển đổi tần số cao). Trong khi đó ngõ ra của mạch giải điều biến điều hưởng được đến giá trị hiệu tần số (mạch chuyển đổi tần số thấp). Mạch giải điều biến trên hình 3-16a được gọi là mạch tách sóng dùng diode hoặc mạch tách sóng đỉnh vì


Hình 3-16 :Mạch tách sóng đỉnh

(a) Sơ đồ nguyên lý (b) Dạng sóng AM ngõ vào (c) Dạng sóng dòng điện trên diode (d) Dạng sóng điện áp ngõ ra

nó lấy đỉnh của hình bao ngõ vào hoặc mạch tách sóng hình bao, vì nó tách lấy hình dạng của hình bao ngõ vào. Thực tế diode nhận tín hiệu sóng mang và buộc nó phải ngắt dẫn ( chỉnh lưu) đồng bộ ( tần số và pha). Như vậy tần số biên trên trộn với tần số sóng mang và tín hiệu dải gốc ban đầu được khôi phục lại.

Hình 3-16b, c, d, vẽ dạng sóng điện áp vào của mạch tách sóng đặc tuyến dòng điện của diode và dạng sóng điện áp ra của mạch tách sóng. Tại thời điểm ( t0) diode bị phân cực ngược và ngưng dẫn ( Id = 0V) tụ điện được xã hoàn toàn (Vc = 0V) và áp ra là 0V. Diode tiếp tục ngưng dẫn cho đến khi điện áp vào đạt đến điện áp ngưỡng của diode ( khoảng 0,6V). Khi Vin đạt 0,6V diode bắt đầu dẫn và có dòng chảy qua diode, tụ điện bắt đầu nạp cho đến khi điện áp trên tụ bằng 0,6V thấp hơn điện áp vào, trong khi đó Vin đạt gía trị đỉnh của nó.

Khi điện áp vào bắt đầu giảm, diode ngưng dẫn dòng Id = 0A (t2). Tụ điện bắt đầu xã thông qua điện trở, nhưng thời hằng RC tương đối dài, Vì vậy tụ điện không thể xã nhanh. Khi Vin giảm diode ngưng dẫn cho đến chu kỳ tiếp theo. Khi Vin= 0,6V dương hơn Vc (t3) lúc này diode dẫn trở lại, có dòng chảy qua diode và tụ điện bắt đầu nạp. Tụ điện xã tương đối dễ dàng đến một giá trị mới vì thời hằng xã RC của mạch là RdC Rd là điện trở của diode lúc dẫn, giá trị điện trở này rất nhỏ.

(b)

(c)

(d)

Ngõ ra tín hiệu âm thanh

D1

Ngõ vào IF

C R

(a)


Qúa trình này tự nó lặp lại cho những bán kỳ dương tiếp theo của Vin và điện áp trên tụ sẽ thay đổi theo giá trị đỉnh dương của Vin.

Hình 3-17: Mạch tách sóng đỉnh dương (a) Dạng sóng ngõ vào (b) Dạng sóng ngõ ra

Dạng sóng ở ngõ ra cũng có dạng giống như hình bao ngõ vào.( gọi là mạch tách sóng hình bao). Dạng sóng ra có tần số gợn sóng cao và bằng với tần số sóng mang. Đó là do diode dẫn trong suốt bán kỳ dương của hình bao. Tần số gợn sóng này được loại bỏ dễ dàng bởi mạch khuếch đại công suất âm thanh. Vì tần số sóng mang cao hơn rất nhiều so với tần số cực đại của tín hiệu điều biến.

Đặc tuyến vẽ trên hình 3-16 chỉ là bán kỳ dương của Vin, cho nên được gọi là mạch tách sóng đỉnh dương. Bằng cách thay đổi cách mắc diode thì mạch trên sẽ trở thành mạch tách sóng đỉnh âm. Điện áp ra đạt biên độ đỉnh dương tại cùng thời điểm với hình bao ngõ vào đạt giá trị đỉnh dương cực đại (Vmax) và điện áp ra đạt gí trị đỉnh âm cực tiểu tại cùng thời điểm với điện áp vào đạt gía trị cực tiểu ( Vmin). Khi điều biến 100% thì Vout dao động từ 0V đến Vmax - 0,6V.

Hình 3-17 vẽ dạng sóng và ra của mạch tách sóng đỉnh với phần trăm điều biến thay đổi. Khi không có tín hiệu điều biến thì mạch tách sóng đỉnh đơn giản chỉ là mạch lọc chỉnh lưu của nửa sóng mang và điện áp ra xấp xỉ bằng điện áp đỉnh vào trừ 0,6V ( Vmax - 0,6V).

Phần trăm điều biến thay đổi làm điện áp ra cũng thay đổi theo dạng sóng ngõ ra có dạng giống như hình bao AM. Tuy nhiên có thể quan tâm đến sự điều biến hiện tại hoặc không, gía trị trung bình của điện áp ra gần bằng với giá trị đỉnh của sóng mang chưa điều biến.

5. Mạch tự động điều chỉnh độ lợi AGC ( Automatic Gain Control): Mạch tự động điều chỉnh độ lợi (AGC) chỉ làm thay đổi một phần nhỏ mức

tín hiệu RF thu được. Mạch AGC tự động tăng độ lợi của máy thu khi tín hiệu RF vào yếu và tự động giảm độ lợi của máy thu. Khi tín hiệu RF thu được mạnh. Tín

Sóng mang chưa điều

biến

Sóng mang chưa điều

biến

+Vp

0V

-Vp

(a) Vtrung bình

Vp-0,3

0V

(b)


hiệu yếu có thể bị tác động bởi nhiễu trong máy thu, thường không thể tách ra được. Tín hiệu mạnh có thể vượt qua mức kích thích của mạch khuếch đại RF và IF và phát sinh méo phi tuyến ngay cả trạng mạch bão hoà. Có nhiều loại mạch AGC như: AGC trực tiếp, AGC đơn giản, AGC trễ, AGC thuận,..

AGC đơn giản:

Hình 3.18 : Sơ đồ khối của máy thu AM với mạch AGC đơn giản. Mạch AGC điều chỉnh mức tín hiệu RF thu được và phản hồi trở về mạch

khuếch đại RF và IF để điều chỉnh độ lợi giữa các tầng RF vá IF một cách tự động. AGC là một hình thức tái tạo lại hoặc phản hồi âm mức tín hiệu. Nhiệm vụ của AGC là cho phép máy thu tách và giải điều biến tín hiệu bằng với tín hiệu phát từ nhiều đài phát khác nhau. Công suất ra loa, khoảng cách thu sóng thay đổi theo từng máy thu khác nhau. Ví dụ máy thu đặt trong xe không

Loa

Mạch tiền lựa chọn &

KĐ RF




IF

Mạch trộn /chuyển đổi


AGC

Antena thu


Hình 3.19 : Mạch AGC đơn giản. thể thu được những tín hiệu khác nhau từ tất cả các đài phát trong vùng hoặc đối với các “master” phát tin, khi điện thoại di động đang di chuyển. Mạch AGC tạo ra một giá trị điện ápVAGC và giữ cho công suất sóng mang IF tại ngõ vào mạch tách sóng AM ở một mức tương đối ổn định. Mạch AGC không phải là mạch tự động điều chỉnh volume AVC (Automatic Volume Control). AGC là mạch giải điều biến độc lập và không bị ảnh hưởng bởi những thay đổi thông thường trong biên độ tín hiệu điều biến.

Hình 3.19 trình bày sơ đồ nguyên lý của mạch AGC đơn giản, thực chất mạch AGC này là mạch tách sóng đỉnh. Trong thực tế điện áp điều chỉnh độ lợi thường bị mất tại ngõ ra của mạch tách sóng âm thanh. Nếu biên độ sóng mang tăng thì điện áp AGC tăng và ngược lại nếu biên độ sóng mang giảm thì điện áp AGC cũng giảm. Mạch điện vẽ trên hình 3.19 là mạch tách sóng đỉnh âm và tạo điện áp âm tại ngõ ra của nó.

Biên độ sóng mang vào càng lớn thì điện áp ngõ ra càng âm. Điện áp âm từ mạch tách sóng AGC được phản hồi trở về tầng IF. Tại đây nó sẽ điều khiển điện áp phân cực trên cực B của Q1. Khi biên độ sóng mang tăng thì điện áp trên cực B của Q1 trở nên ít dương hơn, làm dòng cực phát giảm. Độ lợi giảm làm cho biên độ sóng mang giảm theo. Khi biên độ sóng mang giảm điện áp AGC trở nên ít âm hơn, dòng cực thu tăng, Rc giảm làm độ lợi mạch KĐ tăng.Tụ C1 là tụ thoát âm thanh, ngăn chặn sự thay đổi điện áp AGC, vì quá trình điều biến ảnh hưởng đến độ lợi của Q1.

Mạch AGC trễ: Mạch AGC đơn giản được sử dụng hầu hết trong các máy thu rẻ tiền. Tuy nhiên, với AGC đơn giản, điện áp AGC bắt đầu tăng khi mức tín hiệu thu được chịu tác động cuả nhiễu nhiệt độ trong máy thu. Điều này làm cho máy thu kém nhạy hơn ( mạch này còn gọi là mạch tự động làm giảm độ nhạy). Mạch AGC trễ ngăn điện áp AGC phản hồi từ mạch khuếch đại RF và IF trong khi mức tín hiệu RF đã được xác định trước. Khi tín hiệu sóng mang đạt được mức ngưỡng thì điện áp AGC trễ tỷ lệ với tín hiệu sóng mang.

Mức tín hiệu IF vào

Không cóAGC

AGC đơn giản

60 50 40 30 20 10

AGC trễ

AGC đ n gi n

Độ lợi (dB)

Ngõ ra IF Vcc

Đến mạch KĐ âm thanh

Ngõ vào IF

Ngõ vào IF

Điện áp phản hồi AGC

T1 D1

R1

Cc

C3 R4 Q1

R2 C2 R3

R5

C1


Hình 3.20 : Tự động điều chỉnh độ lợi (AGC). (a) Hình dạng đặc tuyến. (b) Quan hệ giữa độ lợi IF với mức tín hiệu vào RF.

Hình 3.20a trình bày đặc tuyến của AGC đơn giản và AGC trễ. Mạch AGC đơn giản xem như mạch AGC trễ và nó không ảnh hưởng đến độ lợi của máy thu khi mức ngưỡng AGC vượt quá lớn. Nhưng đối với AGC đơn giản sẽ làm ảnh hưởng tức thời đến độ lợi của máy thu.AGC trễ thường sử dụng trong những máy thu hiện đại.

Hình 3.20b vẽ đặc tuyến độ lợi IF với mức tín hiệu RF của AGC đơn giản và AGC trễ.

Mạch AGC thuận : Do thừa hưởng các đặc điểm của AGC đơn giản AGC trễ nên thực tế AGC thuận có dạng “Post-AGC”. Với Post-AGC mạch giảm sát mức tín hiệu sóng mang và cung cấp đúng điện áp AGC đặt sau mạch khuếch đại IF. Như vậy điện áp AGC chỉ thay đổi khi nó quá trễ (mức sóng mang sẵn sàng thay đổi và được truyền đến máy thu). Cho nên AGC trễ có thể cảm nhận được sự thay đổi nhanh chóng của biên độ sóng mang. Mạch AGC thuận cũng giống như sự chuyển đổi AGC, ngoại trừ tín hiệu thu giám sát kỹ tầng RF của máy thu và mức điện áp đúng được đưa vào mạch khuếch đại IF. Thông thường, khi mức tín hiệu thay đổi sẽ bị tách ra, những thay đổi này được hiệu chỉnh ngay trong tầng kế tiếp. Hình 3-21 Trình bày sơ đồ khối của máy thu thanh đổi tầng với mạch AGC thuận.


Hình 3-21 : Mạch AGC thuận (Forward AGC )

Mạch triệt nhiễu :

Hình 3.22 : Sơ đồ nguyên lý mạch triệt nhiễu. Chức năng của mạch triệt nhiễu là làm cho máy thu không bị ồn khi nhận

được tín hiệu sóng mang. Nếu máy thu AM được điều chỉnh đến một vị trí nào đó trong phổ tầng RF mà không có tín hiệu KF thì mạch AGC điều chỉnh độ lợi của máy thu đến giá trị nhỏ nhất. Trong hệ thống AM nội hạt, mỗi đài phát sẽ phát sóng mang liên tục không để ý đến tín hiệu đều biến có hay không.

Tuy nhiên, trong hệ thống radio 2 chiều, sóng mang trong máy đựơc làm tắt đi trừ khi có tín hiệu điều biến hiện diện. Như vậy trong suốt thời gian truyền không có tín hiệu thông tin, máy thu chỉ khuếch đại và giải điều biến nhiễu. Mạch triệt nhiễu giữ cho khối âm tần của máy thu im lặng hoặc bị câm khi không có tín hiệu thông tin. Bất lợi của mạch triệt nhiễu là làm yếu tín hiệu RF hoặc không nhận được tín hiệu âm thanh tại ngỏ ra.

Mạch tiền lựa chọn & KĐ RF

Mạch trộn & chuyển

đổi


IF



Tách sóng AGC


Loa

Điện áp điều khiển mạch AGC thuận

Antena Thu

Ngõ ra IF

Ngõ vàoIF

Điện áp thực điều khiển mạch AGC

Ngõvào Ngõ ra

Vcc

Vcc

Cc R1

Q1(Khuếch đại IF)

R2 C2 Re

R4

R3 Q1

C3


Hình 3-22 Trình bày sơ đồ nguyên lý của mạch triệt nhiễu tiêu biểu. Mạch này dùng điện áp AGC giám sát mức tín hiệu RF thu được. Khi điện áp AGC lớn hơn thì tín hiệu RF nhanh hơn. Khi điện áp AGC giảm xuống thấp hơn mức điện áp đặt trước thì mạch triệt nhiễu hoạt động và làm vô hiệu hóa khối âm thanh của máy thu. Mạch điện hình 3-22 là một bộ triệt nhiễu dùng biến trở chia áp để giám sát điện áp AGC. Khi tín hiệu RF thấp hơn ngưỡng triệt nhiễu Q2 dẫn và tắt mạch KĐ âm thanh. Khi tín hiệu RF tăng cao hơn ngưỡng triệt nhiễu điện áp AGC trở nên âm hơn, Q2 ngưng dẫn và cho phép mạch khuếch đại âm thanh hoạt động. Ngưỡng triệt nhiễu có thể điều chỉnh bằng R3

6. Mạch dao động nội: Mạch dao động nội thường sử dụng phổ biến trong máy thu là mạch dao động Hartley và mạch dao động Colpitts Mạch dao động Hartley :

Hình 3-23a vẽ sơ đồ nguyên lý của mạch dao động Hartley. Transtor khuếch đại Q1 cung cấp sự khuếch đại cần thiết cho độ lợi áp vòng tại tần số cộng hưởng. Tụ ghép (Cc) tạo đường phản hồi âm. La, Lb, C1 để xác định các thành phần tần số. Vcc là nguồn cung cấp điện áp DC. Hình 3-23b trình bày hoạt động của mạch với thành phần điện áp DC. Cc là tụ điện chắn, nó cách ly điện áp phân cực DC của cực nền và ngăn nó ngắn mạch với “mass” thông qua Lb.C1 cũng là tụ điện chắn (blocking capacitor) nó ngăn điện áp cung cấp cực thu ngắn mạch với “mass” thông qua La.Cuộn cảm cao tầng (RFC) ngắn mạch thành phần DC. Hình 3-23c trình bày hoạt động của mạch điện với thành phần AC. Cc là tụ điện giúp thành phần AC và tạo đường phản hồi từ mạch dao động đến cực nền của Q1. C2 liên lạc tín hiệu AC từ cực thu Q1 tới mạch dao động RFC xem như hở mạch đối với thành phần AC, thường nó cách ly nguồn cung cấp DC với mạch dao động AC. Mạch dao động Hartley hoạt động như sau: Tại cực thu Q1 xuất hiện rất nhiều tần số và được ghép thông qua C2 trong mạch dao động. Ban đầu nhiễu sẽ cung cấp năng lượng cần thiết để nạp tụ C1.

Vcc

RFC ngắn mạch

Vout R1

La Q1

R2 Lb

C2 Hở mạch

C1 Hở mạch

Cc Hở mạch

(b)

Vcc

RFC

Vout C2 R1

La Q1

R2 Lb Cc

(a)

Vcc

RFC hở mạch

C1


Hình 3-23:Mạch dao động Hartley. (a) Sử dụng nguyên lý (b) Hoạt động của mạch với thành phần DC (c) Hoạt động của mạch vợi thành phần AC. Khi tụ C1 được nạp thì mạch dao động bắt đầu hoạt động. Mạch dao động chỉ dao động tại tần số dao động của nó. Trước tiên điện áp mạch dao động được đặt trên Lb và phản hồi trở về cực nền Q1,tại đây nó sẽ được khuếch đại lên. Tín hiệu đã được khuếch đại xuất hiện tại cực thu không bị lệch pha 1800 so với cực nền, sau đó dịch pha thêm 1800 khi đi ngang qua L. Như vậy,tín hiệu phản hồi về cực nền của Q1 được khuếch đại bị dịch pha 3600. Cho nên mạch sẽ tự dao động mà không cần tín hiệu bên ngoài đưa vào. Năng lượng dao động được phản hồi về cực nền của Q1 được xác định, bởi tỷ số giữa trở kháng của Lb với trở kháng tổng (La + Lb). Nếu năng lượng phản hồi quá yếu thì mạch dao động sẽ tắt dần. Nếu năng lượng phản hồi quá mạnh thì transistor sẽ vẫn bão hòa. Cho nên, vị trí của chổi quét trên L phải được điều chỉnh sao cho năng lượng phản hồi vừa đủ để mạch tiếp tục dao động Tần số dao động của mạch dao động Hartley được xác định theo biểu thức sau:

fLC0

12

Trong đó : L = La + Lb C = C1

. Mạch dao động Colpitts:

Vcc

RFC ngắn mạch C2

hở mạch

C1a hở mạch

L1 ngắn mạch C1b

hở mạch Cc

hở mạch

Vout R1

Q1

R2

(b) (a)

Vcc

RFC

Vout C2 R1

Q1

R2

C1a

L1

C1b Cc


Hình 3-24 : Mạch dao động Colpitts. (a) Sơ đồ nguyên lý. (b) Mạch điện hoạt động với thành phần DC. (c) Mạch điện hoạt động với thành phần AC.

Hoạt động của mạch cũng tương tự như mạch dao động Hartley, ngoại trừ bộ chia điện dung thay cho đầu nối của cuộn dây. Q1 có nhiệm vụ khuếch đại, Cc tạo đường phản hồi L1,C1a,C1b là những thành phần xác định tần số dao động,Vcc nguồn cung cấp điện áp DC. Hình 3-24b trình bày nguyên lý hoạt động của mạch với thành phần DC. C2 là tụ điện chắn ngăn chặn điện áp một chiều tại cực thu xuất hiện tại ngõ ra. RFC ngắn mạch đối với thành phần DC. Hình 3-24c trình bày nguyên lý hoạt động của mạch với thành phần AC. Cc là tụ điện ghép thành phần AC và tạo đường phản hồi từ mạch dao động tới cực nền của Q1. RFC hở mạch đối với thành phần AC và ngăn sự dao động đối với nguồn nuôi DC.

Mạch dao động Colpitts hoạt động như sau : Đầu tiên, tín hiệu nhiễu xuất hiện tại cực thu của Q1 và cung cấp năng

lượng cho mạch dao động và mạch bắt đầu hoạt động. C1a,C1b tạo thành bộ phận áp AC. Điện áp rơi trên C1b được phản hồi trở về cực nền của Q1 thông qua tụ Cc. Có một sự dịch pha 1800 từ cực nền đến cực thu của Q1 bị dịch pha thêm 1800 khi đi ngang qua C1a. Như vậy, sự dịch pha tổng cộng là 3600 và tín hiệu phản hồi được tái tạo lại. Tỷ số C1a với C1a + C1b xác định biên độ của tín hiệu phản hồi.

Tần số dao động của mạch dao động Colpitts được xác định như sau:

Trong đó : L = L1

RFC hở mạch

Vout

Vcc

R1

Q1

R2

C1a

L1

C1b

C2 Ngắn mạch

Cc Ngắn mạch

(c)


C C CC C

a b

a b

1 1

1 1

7. Máy thu AM sử dụng vi mạch tổ hợp tuyến tính : Mạch tổ hợp tuyến tính có những thông số do nhà chế tạo quy định, nó có đầy đủ tính năng của máy thu. Ngoại trừ mạch lọc RF & IF, mạch điều chỉnh volume trên một chóp đơn. Hình 3-25 vẽ sơ đồ nguyên lý của máy thu AM sử dụng một chip radio AM tổ hợp tuyến tính National semicondctor corporation LM1820 có board khuếch đại RF, mạch trộn, mạch dao động nội, tầng khuếch đại IF. Tuy nhiên, tính chọn lọc RF và IF hoàn toàn điều chỉnh được bằng cuộn dây điều chỉnh bên ngoài. Kết nối với mạch điều hưởng bên trong. Chỉ cần thêm mạch khuếch đại âm thanh như : (M386 và loa là hoàn thành chức năng của một máy thu ).

Hình 3.25 : Hệ thống Radio AM sử dụng vi mạch tổ hợp tuyến tính LM1820

Audio out

Antena

Mạch dao động

Mạch trộn

IF ampp

RF ampp

2 3 7 13 1 14

11

12

10 9 5 4 8 6

Vcc Cuộn tinh chỉnh

Diode tách sóng AGC IX. L


CHƯƠNG IV MÁY PHÁT SÓNG ĐIỀU BIẾN GÓC (PM và FM)

I- GIỚI THIỆU CHUNG:

Ba thông số cơ bản của tín hiệu analog có thể thay đổi được là: biên độ, tần số và pha. Trong phần trên đã phân tích quá trình biến điệu biên độ (AM). Trong phần này ta sẽ phân tích quá trình biến điệu tần số (FM) và điều biến pha (PM). Biến điệu tần số và biến điệu pha đều là một dạng của điều biến góc. Hai dạng của điều biến góc đều là biến điệu tần số mặc dù có sự khác nhau giữa hai loại điều biến. Sử dụng điều biến góc có nhiều thuận lợi hơn điều biến biên độ AM như giảm nhiễu, điều quan trọng nhất đó là mở rộng được băng thông, mạch điện phức tạp phức tạp hơn trong máy phát và máy thu.

Điều biến góc được phát minh vào năm 1931 và nó thay thế cho biến điệu biên độ. Dạng sóng điều biến góc ít bị ảnh hưởng bởi nhiễu hơn điều biến AM và cải tiến được chất lượng của thông tin vô tuyến. Major E.H Armstrong đã chế tạo thành công hệ thống radio FM đầu tiên 1936, tháng 7 năm 1939 chương trình phát sóng hợp pháp FM đầu tiên ở Alpine, New yersey... Ngày nay, điều biến góc được sử dụng để phát sóng vô tuyến thương mại, phát tín hiệu âm thanh trong TV, thông tin di động hai chiều, hệ thống thông tin vệ tinh và truyền sóng viba.

Mục đích của phần này là giới thiệu nội dung cơ bản của điều biến pha, tần số và trình bày các dạng mạch điện thông dụng để tạo sóng điều biến góc và so sánh đặc điểm của sóng điều biến góc với điều biến biên độ. II- ĐIỀU BIẾN GÓC:

Kết quả của điều biến góc làm cho góc pha của sóng sine thay đổi theo thời gian. Sóng điều biến góc được minh họa bằng biểu thức toán học sau: m(t) = Vc cos(c t +(t)) Trong đó: m(t) là sóng điều biến góc Vc là biên độ đỉnh của sóng mang c là tần số góc của sóng mang (t) là độ lệch pha tức thời ( radian)

Sự khác nhau giữa điều biến tần số và điều biến pha đề nằm trong đặc tính của sóng mang là thay đổi trực tiếp hoặc gián tiếp bởi tín hiệu điều biến. Khi tần số sóng mang thay đổi thì pha của thay đổi theo. Như vậy FM và PM xảy ra bất kỳ lúc nào khi sóng điều biến góc hoạt động. Nếu tần số sóng mang thay đổi trực tiếp theo tín hiệu điều biến thì gọi là điều biến tần số (FM). Như vậy, Nếu FM thay đổi trực tiếp thì PM thay đổi gián tiếp và ngược lại. Điều biến pha và điều biến tần số được định nghĩa như sau:

Điều biến tần số trực tiếp (FM): Sự thay đổi tần số của sóng mang có biên độ cố định tỷ lệ trực tiếp với biên độ của tín hiệu điều biến theo tỷ lệ bằng với tần số của sóng mang.

Điều biến pha trực tiếp (PM): Sự thay đổi pha của sóng mang có biên độ cố định tỷ lệ trực tiếp với biên độ của tín hiệu điều biến theo tỷ lệ bằng với tần số của tín hiệu điều biến.

1. Phân tích toán học:


Sự khác nhau giữa PM và FM được biễu diễn đơn giản bằng định nghĩa của bốn thông số với biểu thức chuẩn như sau:

* Độ lệch pha tức thời: độ lệch pha tức thời là sự thay đổi tức thời pha của sóng mang tại thời điểm mà pha của sóng mang thay đổi so với pha chuẩn của nó. Độ lệch pha tức thời được minh họa bằng biểu thức toán học sau:

Độ lệch pha tức thời = (t) rad ( 4-2) * Pha tức thời: Pha tức thời là pha đúng của sóng mang tại thời điểm được

biểu diễn bằng biểu thức toán học sau: Pha tức thời = c t + (t) (4-3) Trong đó c t là pha chuẩn của sóng mang c(t) là 2pfc(t) fc là tần số của sóng mang (t) là độ lệch pha tức thời

* Độ dịch tần tức thời: là sự thay đổi tần số tức thời của sóng mang và được định nghĩa là đạo hàm bậc nhất theo thời gian của độ lệch pha tức thời là tích phân một lớp của độ dịch tần số. Độ dịch tần tức thời được minh họa bằng biểu thức sau: Độ dịch tần tức thời = ' ( )t rad/s (4-4)

=

' ( ) //

( )t Rad sRad chuky

chukys

Hert Hz2

* Tần số tức thời: là tần số đúng của sóng mang tại một thời điểm và được định nghĩa là đạo hàm bậc nhất theo thời gian của pha tức thời. Tần số tức thời được mô tả bằng biểu thức sau:

Tần số tức thời = i (t) =ddt

( c t + (t))

=c + ‘(t) rad/s (4-5) Thay c= 2pfc vào ta được tần số tức thời: fi(t) = 2pfc + ‘(t) Rad/s

22

2

Điều biến pha có thể được định nghĩa như điều biến góc mà độ dịch pha tức thời

(t) tỷ lệ với điện áp của tín hiệu điều biến. Tương tự, điều biến tần số là dạng của điều biến góc mà độ dịch tần số tức thời (t) tỷ lệ với điện áp của tín hiệu điều biến.

Đối với tín hiệu điều biến Um(t) thì điều biến pha và tần số là: Điều biến pha = (t) = K.Um(t) rad (4-6) Điều biến tần số = ‘(t) = K1.Um(t) rad/s (4-7)

Trong đó : K, K1 là những hằng số mà có sự phân bố độ nhạy phụ thuộc vào mạch điều biến pha và tần số. Sự phân bố độ nhạy di chuyển từ ngõ ra đến ngõ vào của mạch điều biến. Sự phân bố độ nhạy của mạch điều biến pha là: K = rad/s


Và của mạch điều biến tần số là: K1 =rad s

v/ = rad

vs

Điều biến pha là tích phân đơn của điều biến tần số nên: Điều biến pha ( ) ' ( ). ( )t t d t

= K Um t dt1. ( ) = K1 Um t dt( ) ( 4-8)

Thay tín hiệu điều biến Vm(t) = Vm cos(m. t) vào biểu thức (4-1) Đối với điều biến pha:

V(t) = Vc{cos(ct + (t))} =Vc cos{ c t + K.Umcos(m. t)}

Đối với điều biến tần số: V(t) = Vc cos{c t + ' ( )t }

=Vc cos{c.t + dt)t(UK m1 }

=Vc cos{c.t + K1 dt)t(Um }

= Vc cos{c.t + m

mUK1 sin(m.t)}

Mối liên hệ giữa các biểu thức trên được tóm lược trong bảng dưới đây. Đồng thời cũng diễn tả sóng FM và PM khi tín hiệu điều biến là dạng sóng sine đơn tần:

Dạng điều biến Tín hiệu điều biến Dạng sóng điều biến góc

Pha Um(t) Vc cos{c.t + KUm(t)} Tần số Um(t) Vc cos{c.t + K1 Um t dt( ) }

Pha Um cos(m.t) Vc cos{c.t + K1Um cos(m.t)} Tần số - Um sin (m.t) Vc cos {c.t + )t.cos(UK

mm

m 1 }

Tần số Um cos(m.t) Vc cos{ c.t + )t.sin(UKm

m

m 1

2. Dạng sóng điều tần FM và điều pha PM:

Độ lệch tần

cực tiểu Độ lệch tần

cực đại

Độ lệch tần cực tiểu

Sóng mang chưa điều biến Sóng mang

chưa điều biến

(a)

(b)

(c)


Hình 4-1: Quá trình điều biến pha và tần số của dạng sóng mang hình sine với tín hiệu hình sine

(a) sóng mang chưa điều biến (b) Tín hiệu điều biến (c) Dạng sóng biến điệu tần số (d) Dạng sóng biến điệu pha

Hình 4-1 minh họa dạng sóng điều biến pha và tần số của sóng mang hình sine với một tín hiệu điều biến đơn tần hình sine. Dạng sóng FM và PM có thể được xem là như nhau ngoại trừ quan hệ về thời gian của chúng. Như vậy có thể phân biệt được dạng sóng PM và FM khi không biết đặc tính động của tín hiệu điều biến.

Với tín hiệu điều biến FM độ lệch tần số cực đại xảy ra trong suốt biên độ đỉnh cực đại dương và âm của tín hiệu điều biến (Độ lệch tần số tỷ lệ thuận với biên độ của tín hiệu điều biến).Với điều biến PM độ lệch tần số lớn nhất xảy ra tại mức zero của tín hiệu điều biến (Độ lệch tần số tỷ lệ với độ dốc hoặc đạo hàm bậc nhất của tín hiệu điều biến). Đối với điều biến pha và tần số tỷ lệ xảy ra sự biến đổi tần số thì bằng với tần số của tín hiệu điều biến.

Cách để nhận dạng PM và FM: Nếu (t) = K.Um(t) đó là điều biến pha. Nếu ‘(t) = K1.U(t) thì đó là điều biến tần số. Một cách khác; Nếu tần số tức thời tỷ lệ trực tiếp với tín hiệu điều biến thì đó là điều biến tần số và nếu pha tức thời tỷ lệ trực tiếp với biên độ của tín hiệu điều biến thì đó là điều biến pha.

3. Độ lệch pha,độ lệch tần số và hệ số điều biến: Khi tín hiệu điều biến là dạng sóng sine đơn tần thì biểu thức (4-1) có thể

được viết dưới dạng sau: mc(t) = Vc cos {c.t + m cos(m.t)} (4-9) Trong đó : mcos(m.t) chính là độ lệch pha tức thời (t), m là độ lệch pha đỉnh tính theo rad của sóng mang điều biến pha. Độ lệch pha đỉnh m còn được gọi là chỉ số điều biến( hay hệ số diều biến). Sự khác nhau cơ bản giữa điều biến pha và tần số là cách định nghĩa chỉ số điều biến. Đối với PM, chỉ số điều biến tỷ lệ với biên độ của tín hiệu điều biến và độc lập với tần số. Hệ số điều biến của sóng mang điều biến pha được mô tả bằng biểu thức toán học sau: m = K. Um (rad) (4-10) Trong đó : Um là biên độ đỉnh của tín hiệu điều biến(V) KUm là độ lệch pha đỉnh (Rad) K : Sự phân bố độ nhạy (Rad/V)


Đối với dạng sóng mang điều biến tần số, hệ số điều biến tỷ lệ thuận với biên độ của tín hiệu điều biến và tỷ lệ nghịch với tần số của nó và được mô tả bằng công thức toán học sau:

m =m

m

fUK21 (4- 11)

Trong đó K1Um là độ di tần ( rad/s) K1Um/2p là độ di tần (hz) K1 : Sự phân bố độ nhạy ( rad/v.s)

Từ biểu thức 4-11 ta thấy rằng m là một thông số không đơn vị và chỉ được sử dụng để mô tả quá trình điều biến theo chiều sâu của biên độ và tần số tín hiệu điều biến. Độ lệch tần số tức là xảy ra sự thay đổi tần số của sóng mang khi hoạt động với tín hiệu điều biến. Độ lệch tần số chính là sự dịch tần số đỉnh tính theo Hz. Sự dịch tần số đỉnh còn được gọi là “dao động sóng mang”.

Đối với mạch điều biến FM. Sự phân bố độ nhạy tính theo Hz/Volt. Cho nên, hiểu một cách đơn giản nhất là độ lệch tần số là thành phần của sự phân bố độ nhạy và điện áp tín hiệu điều biến. Cũng với mạch điều biến FM, hệ số điều biến thường được diễn tả bằng tỷ số giữa độ lệch tần số đỉnh với tần số của tín hiệu điều biến:

m =mff ( tỷ số không đơn vị) (4-12)

Trong đó: f = 2

1 mUK (Hz) Độ lệch tần số đỉnh

Với điều biến PM, hệ số điều biến tỷ lệ thuận với biên độ của tín hiệu điều biến và không bị ảnh hưởng bởi tần số. Với điều biến FM, hệ số điều biến tỷ lệ thuận với biên độ của tín hiệu điều biến và tỷ lệ nghịch với tần số của nó.

Hình 4.2 : Quan giữa độ lệch tần số với tín hiệu điều biến. (a) Biên độ của tín hiệu điều biến. (b) Tần số của tín hiệu điều biến

Hình 4-2 minh họa mối quan hệ giữa độ lệch tần tần số sóng mang với biên độ và tần số của tín hiệu điều biến. Quan hệ giữa các biểu thức trên được tóm tắt lại trong bảng sau:

fm

PM và FM

f f

PM

FM

Vm

(a) (b)


FM PM Dạng sóng được điều biến

m(t) = Vc cos{c.t + )t.sin(fUK

mm

m 1

m(t) = Vc cos{ c.t + m sin(m.t)}

m(t) = Vc cos{ c.t + )t.sin(f

fm

m

}

m(t) = Vc cos {c.t + KUm cos(m.t)}

m(t) = Vc cos{c.t + m cos(m.t)}

m(t) = Vc cos {c.t + cos(m.t)}

Độ nhạy K1 = Hz/V K rad/s Độ lệch tần số

f = K1Um (Hz) = KUm (rad)

Hệ số điều biến m =

m

m

fUK1 =

mff m = KUm (rad) = (rad)

Tín hiệu điều biến

Vm(t) = Vm sin(m.t) Vm(t) = Vm cos(m t)

Tần số điều biến

m = 2 fm (Hz) m = 2 fm (Hz)

Tín hiệu sóng mang

Vc cos(c.t) Vc cos (c.t)

Tần số sóng mang

c (rad/s) c/ 2= fc (Hz)

c (rad/s) c/2 = fc ( Hz)

Phần trăm điều biến: Phần trăm điều biến của sóng điều biến góc được xác định theo một cách

khác với sóng điều biến AM. Phần trăm điều biến đơn giản chỉ là tỷ số giữa độ lệch tần số thực tế với độ lệch tần số cực đại cho phép. Biểu thức toán học của phần trăm điều biến được xác định như sau:

% điều biến =

f thucf

x( )(max)

100% (4.13)

Ví dụ theo FCC của Mỹ giới hạn độ lệch tần số của đài phát sóng FM thương mại là 75Khz nên phần trăm điều biến là:

% điều biến = 5075

100%( )( )khzkhz

= 67%

Với độ lệch tần số thực tế của tín hiệu điều biến là 50 Khz. 4. Phân tích tần số của sóng điều biến góc:

Với mạch điều biến góc, các thành phần tần số của sóng điều biến phức tạp hơn nhiều so với thành phần tần số tín hiệu điều biến và phức tạp hơn cả điều biến biên độ. Trong mạch điều biến tần số và pha, một tín hiệu điều biến đơn tần sẽ tạo ra vô số cặp tần số biên. Như vậy sẽ có vô số băng thông. Mỗi tần số biên được tạo ra từ sóng mang bằng cách nhân tổ hợp tần số tín hiệu điều biến. Tuy nhiên, đa số tần số biên có biên độ nhỏ không đáng kể và có thể bỏ qua.

Điều biến tín hiệu hình (sine đơn tần): Phân tích tần số của tín hiệu điều biến góc bằng tín hiệu hình (sine đơn tần

để tạo ra sự lệch pha đỉnh ( tính theo rad). Ta được: m(t) = Vc cos{c.t + m cos(m.t)}


Ứng dụng hàm đồng nhất Bessel để khai triển biểu thức như sau:

cos( x + m cos ) = Jn m n nbn x

x

( ) cos( / ) 2 (4-14)

Jn(m) là hàm Bessel. Nếu đồng nhất biểu thức 4-14 với biểu thức 4-10 thì m(t) được viết lại như sau:

m(t) = Vc

x

xnmc }/nt.nt.cos{)m(Jn 2 (4-15)

=Vc {J0(m) cosc.t + J1(m)cos{(c + m)t + 2

} - J1(m) cos{(c-m)t -

2

} + J2(m) cos(c+ 2m)t - J2(m)cos (c- 2m)t +..... (4-16)

Biểu thức (4-15) và (4-16) cho thấy rằng với quá trình điều biến góc của một tín hiệu điều biến đơn tần sẽ tạo ra vô số tần số biên, mỗi tần số biên được nhân lên từ tần số sóng mang. Một dải biên bao gồm vô số tần số biên trên và biên dưới (fc fm, fc 2fm,......,fc nfm). Các dải biên tiếp theo sau gọi là dải biên thứ nhất, dải biên thứ hai,...... và những thông số của chúng được xác định bằng Jn(m) phụ thuộc vào biên độ sóng mang chưa điều biến.

5. Yêu cầu băng thông của sóng điều biến góc: Năm 1922 JR Carson đưa ra công thức toán học biểu diễn băng thông của

một tín hiệu tần số sóng mang, dạng sóng điều biến FM không thể thích ứng với băng thông hẹp như sóng điều biến AM. Băng thông trong sóng điều biến góc là một hàm theo tần số của tín hiệu điều biến và hệ số điều biến. Với mạch điều biến góc sinh ra bộ nhân dải biên và băng thông rộng hơn rất nhiều so với điều biến biên độ. Khi có cùng một tín hiệu điều biến. Dạng sóng ngõ ra mạch điều biến yêu cầu băng thông phải đủ lớn để sóng mang và những tần số biên có nghĩa truyền qua được. Mạch AM chuyển đổi dải biên kép chỉ yêu cầu băng thông 2Khz, với hệ thống đơn biên chỉ cần BW = 1Khz. Dạng sóng điều biến được phân loại theo hệ số cao, trung bình và thấp. Trường hợp chỉ số thấp là hệ số điều biên nhỏ hơn 1 và trường hợp chỉ số cao xảy ra khi hệ số điều biên lớn hơn 10. Hệ số điều biên lớn hơn 1 và nhỏ hơn 10 được gọi là chỉ số trung bình. Đối với điều biến chỉ số thấp, tín hiệu thông tin hầu như được mang trên dải biên thứ nhất, yêu cầu băng thông nhỏ nhất gần bằng 2 lần tín hiệu điều biến cao nhất. Những hệ thống FM hệ số thấp đôi khi còn được gọi là FM dải hẹp. Đối với những tín hiệu chỉ số cao, phương pháp xác định băng thông gọi là phương pháp “tựa dừng” (quasi - stationary). Giả sử rằng tín hiệu điều biến thay đổi rất chậm.

Như vậy điều biến chỉ số thấp, phổ tần số giống như AM dải biên kép và băng thông nhỏnhất gần bằng:

BW = 2fm (4-17) Với điều biến chỉ số cao băng thông nhỏ nhất xấp xỉ bằng: BW = 2 f (4-18) Băng thông thực tế để truyền tất cả các dải biên có nghĩa đối với sóng điều

biến góc bằng nhau lần tần số tín hiệu điều biến cực đại và số lượng dải biên có nghĩa được xác định từ bảng Bressel biểu thức toán học xác định băng thông nhỏ nhất của sóng điều biến góc: BW = 2n x fm (Hz) (4-19)


Trong đó: n là số lượng dải biên có nghĩa f là tần số tín hiệu điều biến(Hz).

Năm 1939 Carson đã thiết lập một quy luật chung để xác định băng thông của tất cả các hệ thống điều biến góc mà không quan tâm đến hệ số điều biến. Quy luật này gọi là luật Carson. Luật Carson xác định băng thông nhỏ nhất của sóng điều biến góc bằng hai lần tổng độ lệch tần số đỉnh và tần số tín hiệu điều biến cực đại. BW = 2(f + fmax) ( Hz) (4-20) Trong đó: f lả độ lệch tần số đỉnh ( Hz). fmax là tần số tín hiệu điều biến cực đại(Hz)

Đối với hệ số điều biến thấp fmax lớn hơn f rất nhiều và biểu thức (4-20) trở thành BW = 2fmax giống biểu thức (4-17).

Đối với hệ số điều biến cao f lớn hơn fmax rất nhiều biểu thức (4-20) trở thành BW = 2 f giống như biểu thức (4-18).

Luật Carson được định nghĩa là băng thông giảm xấp xỉ 98% tổng công suất điều biến. Băng thông thực tế cần thiết là một hàm của dạng sóng tín hiệu điều biến và chất lượng truyền.

6. Công suất trung bình của sóng điều biến góc: Một trong những điều khác nhau cơ bản giữa điều biến góc và điều biến

biên độ là sự phân bố công suất trong dạng sóng điều biến. Không giống như AM, công suất tổng trong sóng điều biến góc bằng công suất sóng mang chưa điều biến. Cho nên với điều biến góc, công suất ban đầu của sóng mang chưa điều biến được phân bố lại giữa sóng mang và các dải biên của nó. Công suất trung bình sóng mang chưa điều biến là:

Pc =V

R

2

2 (4- 21)


Trong đó: Pc là công suất sóng mang ( Watt). V là điện áp đỉnh của sóng điều biến góc ( Volt). R là điện trở tải ( ).

Tổng công suất tức thời của sóng điều biến góc:

Pi = m tR( ) 2

( Watts)

= VR

2

2cos [ . ( )]2 Wc t t

= VR

2

2{ 1

2 + 1

2cos[ 2c.t + 2 (t)]} (4-22)

Trong biểu thức (4-22) số hạng thứ hai bao gồm nhiều thành phần tần số dạng hình (sine và có tần số bằng hai lần tần số sóng mang 2c). Thông thường giá trị trung bình của số hạng thứ hai là zero và công suất trung bình của sóng điều biến giảm là:

Pd = VR

2

2 (W) (4-23)

Chú ý biểu thức (4-21) giống như (4-23) vì công suất trung bình của sóng mang điều biến.

Công suất trung bình của sóng mang điều biến là tổng công suất của sóng mang và thành phần tần số biên. Do đó tổng công suất điều biến là: Pt = Po + P1 + P2 +.. + Pn

= VRc2

2 + 2

212V

R + 2

222V

R +..... + 2

2

2VRn

= 1R

( VC2

2 +V1

2 + V22 +.... +Vn

2 ) (4-24)

Trong đó: Pt là công suất tổng. Po là công suất sóng mang điều biến. P1là công suất tần số biên thứ nhất. Pn là công suất tần số biên thứ n.

7. Mạch tiền nhấn và giải nhấn: Đối với mạch điều biến FM có sự phân bố nhiễu không đồng đều, nhiễu tại

tần số tín hiệu điều biến cao vốn có biên độ lớn hơn nhiễu tại tần số thấp, bao gồm cả nhiễu đơn tần lẫn nhiễu nhiệt độ. Cho nên tín hiệu thông tin sẽ có mức tín hiệu đồng đều, sinh ra tỷ số S/N không đồng đều. Tín hiệu điều biến có tần số cao tỷ số S/N thấp hơn tín hiệu tần số thấp. Điều này được minh họa trên hình (4-3a). Tỷ số S/N thấp nhất tại tần số cao của tam giác. Để bù vào điều này, tín hiệu điều biến tần số cao phải được tiền nhấn hoặc khuếch đại biên độ trong máy phát sóng điều biến. Để bù vào sự khuếch đại này, tín hiệu tần số cao phải được suy giảm hoặc giải nhấn trong máy thu sau khi giải điều biến dạng sóng. Mạch giải nhấn là quá trình ngược lại với mạch tiền nhấn.

Như vậy đặc tuyến biên tần của tín hiệu thông tin sẽ được khôi phục. Thực chất, mạch tiền nhấn cho phép tín hiệu điều biến tần số cao đến điều biến với sóng mang với mức cao hơn và sinh ra độ lệch tần số lớn hơn so với biên độ gốc của


chúng. Hình ((4-3b) biễu diễn ảnh hưởng của mạch tiền nhấn và giải nhấn đến tỷ số S/N. Hệ số biểu diễn mạch tiền nhấn và giải nhấn tạo ra nhiều tỷ số đều nhau thông qua phổ tần số điều biến.

Mạch tiền nhấn là mạch lọc dải cao (lấy vi phân) và mạch giải nhấn là mạch lọc qua thấp( lấy tích phân). Hình ((4-4a) trình bày sơ đồ nguyên lý của mạch tiền nhấn tích cực và mạch giải nhấn thụ động. Dạng đặc tuyến tần số của chúng được vẽ trên hình ((4-4b). Mạch tiền nhấn làm gia tăng biên độ cố định của tín hiệu điều biến cùng với sự gia tăng tần số. Đối với mạch FM, sử dụng mạch tiền nhấn và giải nhấn xấp xỉ 12dB để cải tiến đặc tính nhiễu. Tần số gãy được xác định bằng thời hằng RC hoặc L/R của mạch. Tần số gãy xảy ra tại tần số mà Xc hoặc XL bằng với R.

fb = RC21 (4-25a)

hoặc fb = R

L21 =

LR2

(4-25b)

Sơ đồ vẽ trên hình ((4-4) là sử dụng cho băng sóng FM với thời hằng 75 s. Như vậy tần số gãy gần bằng:

fb = 12 75 s

= 2,12 Khz.

Hình 4-3 :Tỷ số S/N của điều biến FM. (a) Không có mạch tiền nhấn. (b) Có mạch tiền nhấn.

Mức nhiễu luôn thay đổi


S/N thay đổi

fc

(b)

S/N max

S/N min


fc

(a)

(a)

R= 75K Ngõ vào

Ngõ ra

C = 1nF

R.C =75s

L L=750 mH

R= 10K

Ngõ vào Ngõ ra

Q L/R =75s

Vcc


fRC

KHzc 1

22 12

,

Hình 4-4: Mạch tiền nhấn và mạch giải nhấn

(a) Sơ đồ nguyên lý. (b) đặc tuyến suy giảm.

III- QUÁ TRÌNH TRUYỀN SÓNG ĐIỀU TẦN FM:

1. Mạch điều biến FM trực tiếp: Mạch điều biến FM trực tiếp là quá trình điều biến góc mà tần số sóng

mang thay đổi trực tiếp bởi tín hiệu điều biến. Hình ((4-5) là sơ đồ nguyên lý đơn giản của máy phát FM trực tiếp, mạch bao gồm L và Cm. L và Cm là khối xác định tần số chuẩn của mạch dao động LC. Tụ điện, microphone là bộ chuyển đổi mà nó biến đổi năng lượng âm thanh thành năng lượng cơ học, năng lượng cơ học này được sử dụng để làm thay đổi khoảng cách giữa các bản cực của Cm và làm thay đổi điện dung của nó. Khi Cm thay đổi tần số cộng hưởng.

+17dB

Tiền nhấn +3dB

0dB

Giải nhấn -3dB

-17dB

(b)


Hình (4-5: Mạch điều biến FM trực tiếp đơn giản. Như vậy tần số ngõ ra của mạch dao động sẽ thay đổi trực tiếp theo nguồn

âm thanh bên ngoài. Quá trình này gọi là điều tần trực tiếp do tần số mạch dao động thay đổi trực tiếp bởi tín hiệu điều biến và sự thay đổi tần số tỷ lệ với biên độ tín hiệu điều biến.

Mạch điều biến dùng diode varactor:

Hình 4-6 : Mạch điều biến FM trực tiếp dùng diode varactor Hình 4-6 là sơ đồ nguyên lý thực tế của máy phát FM trực tiếp sử dụng

diode varactor để thay đổi tần số của mạch dao động thạch anh. R1 và R2 phân áp DC và phân cực ngược diode varactor VD1 và xác định tần số tĩnh của mạch dao động. Điện áp tín hiệu điều biến bên ngoài biến thiên từ dương đến âm, thiên áp DC làm thay đổi điện dungcủa diode và làm thay đổi tần số dao động của mạch. Bán kì dương của tín hiệu điều biến gia tăng làm phân cực ngược VD1 đồng thời làm giảm điện dung của VD1 sẽ làm tăng tần số dao động. Ngược lại ở bán kì âm của tín hiệu điều biến làm giảm tần số dao động. Mạch điều biến dùng diode varactor hiện nay rất thông dụng vì nó hoạt động đơn giản, độ tin cậy cao và có sự ổn định của mạch dao động thạch anh. Tuy nhiên do sử dụng mạch dao động thạch anh nên độ lệch tần số đỉnh bị giới hạn đến giá trị tương đối nhỏ. Thường chúng được ứng trong những mạch điều biến chỉ số thật thấp như thông tin vô tuyến di động hai chiều.

Hình ((4-7) là sơ đồ nguyên lý đơn giản của mạch dao động điều khiển bằng điện áp (VCO) trong máy phát FM. Diode varactor lại được sử dụng làm biến đổi biên độ tín hiệu điều biến để làm thay đổi tần số. Tần số trung tâm của mạch dao động được xác định như sau:

L

RFC

RFC RFC

R1 Cc

Cc

Cc Cc

R3 R2 VD1

Q1

Thạch anh

Vcc

Ngõ vào t/h điều biến

Ngõ ra FM

L

Mạch dao động

Nguồn tín hiệu âm thanh

Ngõ ra

Microphone

Cm


fc =LC2

1 (Hz) (4-26)

Trong đó: L : Điện cảm cuộn sơ cấp của T1 (H). C : Điện dung của diode varactor (F).

Khi có một tín hiệu điều biến đặt vào thì tần số là :

f =CC(L 2

1 (Hz) (4-27)

Trong đó: f: Tần số mới của mạch dao động. C : Sự thay đổi điện dung của diode varactor theo tín hiệu điều biến.

Sự biến đổi tần số là: f = fc -f (4-28)

Hình 4-7: Mạch điều biến FM với mạch dao động VCO sử dụng diode

varactor. Mạch điều biến FM dùng trở kháng: Hình 4-8 trình bày sơ đồ nguyên lý của mạch điều biến trở kháng sử dụng

FET là một linh kiện tích cực. Dạng mạch này được gọi là mạch điều biến trở kháng, vì FET cũng giống như mạch LC làm thay đổi trở kháng của tải. Tín hiệu điều biến làm thay đổi trở kháng của Q1, điện kháng này làn thay đổi tần số cộng hưởng của mạch dao động.

Hình 4-8b vẽ mạch tương đương AC,R1, R3, R4, Rc phân cực DC xoay chiều của mạch. Mạch điện hoạt động như: giả sử FET là lý tưởng (dòng cực cổng ig = 0). Vg = ig R

ig =V

R jXc

Vg = VR jXc

R

Dòng cực máng của JFET là :

id = gmVg = gm VR jXc

R

Trong đó: gm : Độ hổ dẫn của JFET.

Vcc Cc Cc Cb0

T1

VD1

Q1

Ngõ ra FM

Ngõ vào t/h điều biến


Trở kháng giữa cực drain và đất là : Zd = Vid

Zd = R jX

m

C

g R

= 1 1g

jXRm

C( )

Giả sử R Xc ta được Zd = -j XR

C = -jRCgf mm2

1

g Rm C là đại lượng làm thay đổi điện dung và tỷ lệ nghịch với điện trở R, vận tốc góc của tín hiệu điều biến ( 2 mf ) và độ hổ dẫn ( gm ) của Q1.

Hình 4-8: Mạch điều biến trở kháng dùng JFET. (a) Sơ đồ nguyên lý. (b) Mạch điện tương đương AC.

Sự biến đổi điện dung làm thay đổi điện áp gate- source. Khi tín hiệu điều biến đưa vào đầu cuối của R3 làm điện áp gate - source thay đổi và tỷ lệ với sự thay đổi của gm. Kết quả Zd của mạch là một hàm tín hiệu điều biến. Cho nên tần số cộng hưởng của mạch dao động là một hàm theo biên độ của tín hiệu điều biến, tỷ lệ này thay đổi bằng với fm. Thay thế R và C bằng trở kháng biến đổi sẽ cảm ứng tốt hơn dung tính nhưng không làm ảnh hưởng đến dạng sóng FM tại ngõ ra. Độ lệch tần số cực đại thu được từ mạch điều biến cảm kháng khoảng 5 Khz.

Mạch điều biến FM trực tiếp sử dụng vi mạch tổ hợp tuyến tính: Mạch dao động điều khiển bằng điện áp (VCO) được sử dụng trong mạch

tổ hợp tuyến tính và máy phát chức năng có thể tạo ra dạng sóng FM trực tiếp tương đối ổn định, chính xác và tỷ lệ thuận với tín hiệu điều biến ngõ vào. Khuyết điểm khi sử dụng các vi mạch tuyến tính và máy phát chức năng của mạch điều biến FM là công suất ra thấp là phải có thêm những thành phần bên ngoài như : điện trở, tụ điện định thời để xác định tần số và nguồn cung cấp.

fm=N(fc+f ) Mạch khuếch đại công suất

Mạch sửa dạng sóng sine

Mạch nhân Analog Xn

Mạch VCO f0 KHz/V

Ngõ vào tín hiệu điều biến

R C

id

(b) (a)

Ce

L1


Ngõ vào mạch dao động

Q1 JFET

C

C1

VDD

R4 R1 Rc

Re R3 R

ig C

Q1 V

Vg R


Hình 4-9: Sơ đồ nguyên lý đơn giản của máy phát FM trực tiếp LIC Hình 4-9 vẽ sơ đồ khối giản lược của máy phát chức năng đơn khối tổ hợp

tuyến tính có thể được sử dụng để phát FM trực tiếp, tần số trung tâm VCO được xác định bằng tụ điện và điện trở định thời bên ngoài (R và C). Tín hiệu điều biến ngõ vào kết hợp với tần số VCO để tạo dạng sóng FM ngõ ra. Mạch nhân analog và bộ nắn hình (sine sẽ chuyển tín hiệu VCO dạng sóng vuông ở ngõ ra thành dạng sóng sine và qua mạch khuếch đại lần nữa để đệm sóng ra. Tần số ra của mạch điều biến là: f = ( f f NC ) Trong đó: N : Cônhg suất nhiễu f : Độ lệch tần số đỉnh bằng biên độ đỉnh của tín hiệu điều biến nhân với độ nhạy của mạch VCO. Máy phát chức năng sử dụng mạch tổ hợp tuyến tính và mạch dao động điều khiển bởi điện áp VCO thường được sử dụng để quét tần số, biến điệu dịch tần và phát FM trực tiếp.


Hình 4-10 : Máy phát FM dùng LIC MC1376. (a) Sơ đồ nguyên lý (b) Đáp tuyến tần số vào - ra.

Hình 4-10a là sơ đồ nguyên lý của máy phát FM đơn khối MC 1376 của hãng Motorola. MC1376 là mạch điều biến FM, mạch được tích hợp trên một chip đơn gồm 8 chân. MC1376 có thể hoạt động với tần số sóng mang từ 1,4Mhz đến 14Mhz và thường được sử dụng để phát FM trực tiếp đối với những ứng dụng có công suất thấp như điện thoại không dây (điện thoại vô tuyến). Khi transistor được kết nối với nguồn cung cấp 12V thì công suất ra đạt được khoảng 600mW.

Hình 4-10b vẽ đặc tuyến giữa áp vào và tần số ra của mạch VCO bên trong. Trên hình vẽ đường cong tuyến tính giữa 2V và 4V, đạt được độ lệch tần số đỉnh gần bằng 150 Khz.

2. Mạch điều biến FM gián tiếp :

V(VDC)

21 19 17 15 13

0 1 2 3 4 5 6 7

f(MHz)

Vcc=12V

Vcc=5-9V

(b)

MPS6601

Antena

VCO

1K 47pF 1,8K

55K

270pF 470pF

33H

0,001F

1F Ngõ vào tín hiệu âm thanh

MC1376

Vcc

8

7 2

3

6

5

4 1

(a)

L

Đến mạch KĐ & mạch nhân

Mạch dao động tạo sóng mang

R2 R1

C1

C2

C3 R1

VD1 L1


Hình 4-11 :Sơ đồ nguyên lý của mạch điều biến FM gián tiếp. Điều biến FM gián tiếp là một dạng của điều biến góc, tần số sóng mang

thay đổi theo tần số tín hiệu điều biến. Điều biến FM gián tiếp tương đương với sự biến đổi pha trực tiếp của sóng mang và như vậy nó là một dạng của điều biến pha trực tiếp, pha tức thời của sóng mang tỷ lệ thuận với tín hiệu điều biến.

Hình 4-11 trình bày sơ đồ nguyên lý của mạch điều biến FM gián tiếp. Mạch điều biến sử dụng diode varactor VD1 mắc nối tiếp với mạng cảm ứng (cuộn dây điều hưởng được L1 và R1). Sự kết hợp mạng nối tiếp - song song sẽ hình (thành mạch cộng hưởng nối tiếp để tạo ra tần số từ mạch dao động thạch anh. Tín hiệu điều biến đưa đến VD1 làm thay đổi điện dung của VD1. Trở kháng góc pha nhìn thấy được bằng cách thay đổi sóng mang, kết quả là hình (thành đặc tuyến dịch pha sóng mang. Sự dịch pha tỷ lệ thuận với biên độ của tín hiệu điều biến. Những ưu điểm của mạch điều biến FM gián tiếp là sử dụng mạch dao động thạch anh để tăng cường tính ổn định của nguồn tạo sóng mang. Thông thường máy phát FM gián tiếp có tần số ổn định hơn điều biến FM trực tiếp.

Điều bất lợi của mạch điều biến FM gián tiếp là đặc tuyến điện áp - điện dung của diode varactor là không tuyến tính. Trong thực tế, chúng giống như một hàm của căn bậc hai, độ méo của dạng sóng điều biến là nhỏ nhất. Biên độ tín hiệu điều biến được giữ khá bé, điều này làm hạn chế độ lệch pha đến mức thấp nhất. Chúng thường được ứng dụng trong những mạch điều biến chỉ số thấp, dải hẹp.

3. Máy phát FM trực tiếp :

Máy phát FM trực tiếp tạo dạng sóng ra có độ lệch tần số tỷ lệ thuận với tín hiệu điều biến. Thông thường mạch dao động tạo sóng mang phải được điều chỉnh trực tiếp. Như vậy đối với hệ thống phát FM chỉ số vừa và cao, mạch dao động không thể sử dụng thạch anh vì tần số dao động của thạch anh thay đổi không đáng kể. Kết quả là tính ổn định của mạch dao động trong máy phát FM trực tiếp không đáp ứng được yêu cầu kỹ thật của FCC.

Để bù vào vấn đề này, mạch tự động điều chỉnh tần số (AFC) được sử dụng để làm tăng tính ổn định của máy phát. Mạch AFC so sánh tần số của mạch dao động tạo sóng mang không sử dụng thạch anh. Với mạch dao động tạo sóng mang chuẩn sử dụng thạch anh, sau đó tạo ra một tỷ số điện áp phù hợp là hiệu số giữa hai tần số trên, giá trị điện áp này được phản hồi về mạch dao động tạo sóng mang để điều chỉnh một cách tự động sự trôi tần số đã xảy ra.

Máy phát FM trực tiếp Crosby:


Máy phát FM trực tiếp Crosby bao gồm một mạch vòng AFC, mạch nhân tần, mạch điều biến tần số. Mạch điều biến tần số có thể sử dụng mạch điều biến điện cảm hoặc mạch dao động điều khiển bằng điện áp.

Đối với máy phát FM như hình 4-12, tần số trung tâm của mạch dao động chủ là 5,1Mhz, tần số này được nhân lên 18 lần và qua ba tầng nhân khác nhau để tạo ra sóng mang sau cùng của máy phát là 91,8Mhz.

Nên chú ý sự chuyển đổi tần số của ba tầng, lần thứ nhất khi tần số sóng mang đã điều biến được nhân lên thì tần số và độ lệch pha của nó cũng được nhân theo, lần thứ hai tần số sóng mang bị làm lệch (là do tần số tín hiệu điều biến fm) không ảnh hưởng đến quá trình nhân tần, cho nên hệ số điều biến cũng được nhân lên. Lần thứ ba, khi sóng mang điều biến góc được phách với những tần số khác trong mạch trộn phi tuyến, sóng mang có thể bị chuyển đổi xuôi hoặc ngược, phụ thuộc vào dải thông của mạch lọc ngõ ra.

Tuy nhiên, tỷ lệ độ lệch tần số, độ lệch pha thay đổi không ảnh hưởng đến quá trình phách. Đối với máy phát FM trên hình 4-13 độ lệch tần số và pha tại ngõ ra của mạch điều biến cũng được nhân lên 18 lần. Để đài phát sóng FM đạt được độ lệch tần cho phép lớn nhất tại Antena (75Khz) thì độ lệch tại ngõ ra phải là:

f Khz Hz 75

184166 7,

Và hệ số điều biến là: m = 4166 7, Hzf m

Nếu tần số tín hiệu điều biến cho phép lớn nhất là:fm = 15Khz thì

m = 4166 715000

0 2778, ,

Như vậy hệ số điều biến tại Antena là m = 0,2778 x 18 = 5 Hệ số điều biến là tỷ số giữa độ lệch tần số máy phát sóng thương mại FM

với tần số cuả tín hiệu điều biến. Hoạt động của vòng AFC :

T/h điều biến vào

Antena

Mạch điều tần &mạch dao động chủ fc=5,1MHz

Power Amp

N3 X3

N2 X2

N1 X3

LPF

Mạch nhận dạng tần số 2

MHz Mạch trộn

BPF

Mạch đệm & Mạch nhân X2

Mạch dao động chuẩn dùng thạch anh 14,3

MHz

Vòng AFC fm=2MHz

f=28,6MHz

Mạch điều tần Mạch nhân tần

f3=9,81M f2=30,6M

f1 fc

Hình 4-12 : Máy phát FM trực tiếp Crosby.


Chức năng của AFC là đạt được tính ổn định của máy phát tần số sóng mang không sử dụng thạch anh trong mạch dao động tạo sóng mang. Với mạch AFC, tín hiệu sóng mang được trộn với tín hiệu ra của mạch dao động thạch anh chuẩn trong mạch điện không tuyến tính, sự chuyển đổi ngược tần số, và sau đó phản hồi trở về ngõ vào của mạch nhận dạng tần số.Mạch nhận dạng tần số là mạch lựa chọn tần số mà điện áp ra tỷ lệ với hiệu số giữa tần số vào và và tần số cộng hưởng của nó.

Đối với máy phát trên hình 4.12, tần số tại ngõ ra của mạch được phân đôi f2 =30.6MHz tần số này được trộn với tần số chuẩn điều khiển bởi thạch anh fr = 28.6MHz để tạo ra hiệu số tần số fd = 2Mhz. Mạch nhận dạng là mạch điều hưởng được có hệ số phẩm chất Q tương đối cao, có tần số gần bằng tần số trung tâm của nó (2MHz).

Vì vậy đáp tuyến của mạch nhận dạng có những số hạng lớn, sự biến đổi tần số thấp trong tần số mang trung tâm là do sự trôi tần số trong mạch dao động chủ.Và vì mạch lọc qua thấp không thể thích ứng với độ lệch tần số được tạo ra bởi tín hiệu điều biến. Nếu mạch nhận dạng đáp ứng được độ lệch tần số thì vòng phản hồi sẽ bỏ độ lệch. Như vậy, sẽ loại bỏ được sự điều biến từ sóng FM. Điện áp DC thích hợp được cộng thêm vào tín hiệu điều biến để tự điều chỉnh tần số trung tâm của mạch dao động nội đối với sự trôi tần số thấp.

Mạch tự điều chỉnh tần số AFC (Automatic Frequency Control): Vì máy phát Crosby sử dụng mạch VCO, mạch dao động điện cảm hoặc

mạch dao động tổ hợp tuyến tính để tạo tần số sóng mang. Tần số của nó dễ bị trôi khi nhiệt độ thay đổi. Tính ổn định của mạch được tính bằng phần triệu của độ bách phân (ppm).

Máy phát trên hình 4.12, tính ổn định của mạch dao động có độ trôi tần số trên độ bách phân 40ppm tương ứng với tần số 204Hz tai ngõ ra của mạch dao động chủ. Tương ứng với độ trôi tần số 3672 Hz tại Antena (18 x 204) FCC quy định độ trôi tần số của đài phát sóng thương mại FM lớn nhất là 2Khz. Mặc dù mạch AFC không hạn chế được độ trôi tần số tổng nhưng nó làm giảm độ trôi tần số một cách đáng kể.

Giả sử mạch dao động thạch anh chuẩn ổn định và điều hưởng được sự trôi tần số một cách hoàn chỉnh tại ngõ ra của mạch nhân thứ 2 không có phản hồi.

Độ lệch vòng hở = df0l = N1.N2. dfc (4.29) Độ lệch vòng kín = dfcl = df0l - N1.N2.kd. k0.dfcl (4.30) Như vậy : df0l = dfcl + N1.N2.k0.kd.dfcl. df0l = dfcl (1 + N1.N2.k0.kd).

dfN N k kcl

d

11 1 2 0. . . (4.31)

Trong đó : kd là hàm truyền bộ tách sóng (V/Hz) k0 là hàm truyền mạch dao động chủ (Hz/V). Từ biểu thức (4.31) ta thấy độ trôi tần số tại ngõ ra của mạch trộn thứ hai và

tại ngõ vào của mạch nhận dạng đều bị giảm theo hệ số 1+ N1.N2.k0.kd. Khi vòng AFC đóng kín độ trôi tần số sóng mang được nhân bởi vòng AFC lần nữa và phản hồi về mạch dao động chủ bằng giá trị điện áp thực. Sự sai lệch tần số tổng không


được loại trừ vì không có sự sai lệch điện áp tại ngõ ra của bộ nhận dạng phản hồi về mạch dao dộng chủ. Sự trôi tần số tại Antena giảm xuống từ 18.360 Hz đến 153 Hz, tần số này nằm trong khoảng tần số yêu cầu của FCC là 2 Khz.

Đặc tuyến của sự trôi tần số tiêu biểu của mạch nhận dạng là 100ppm. Có lẽ bây giờ, chúng ta thấy tại sao tần số ra của mạch nhân thứ hai được trôi để làm giảm tần số đến giá trị tương đối thấp (2 Khz) trước khi phản hồi về mạch dao động chủ. Bộ nhận dạng điều hưởng được đến 2 Mhz với độ ổn định 200ppm. Sự trôi tần số lớn nhất của bộ nhận dạng là :

dfd = 100ppm x 2 Mhz = 200Khz. Nếu tín hiệu 30,6 Mhz được phản hồi trực tiếp vào bộ nhận dạng thì độ lệch

tần số cực đại là: dfc = 100ppm x 30,6 Mhz = 3060 Hz. Sự trôi tần số là do độ ổn định của mạch nhận dạng được nhân lên bằng

mạch độ lợi vòng hở AFC. Như vậy, sự thay đổi tần số ngõ ra của mạch nhân thứ hai là do độ trôi tần số của mạch nhận dạng.

df2 = dfd x N1.N2. k0.kd (4.32) Một cách tương tự, mạch dao động thạch anh chuẩn có thể bị trôi tần số và

góp phần làm trôi tần số tổng tại ngõ ra của mạch nhân thứ hai. Sự trôi tần số là do tính ổn định của thạch anh được nhân lên 2 lần trước khi vào mạch trộn phi tuyến, cho nên:

df0 = N4. df0. N1. N2. K0.kd (4.33) Độ lệch tần số vòng hở cực đại tại ngõ ra của mạch nhân thứ 2 là : Df (tổng) = N1.N2. (dfc + k0.kd.fd + k0.kd.N4.df0) (4.34). Máy phát FM trực tiếp dùng vòng khóa pha (PLL): Hình (4.13) trình bày sơ đồ khối của máy phát FM dải rộng sử dụng PLL để

đạt được độ ổn định của thạch anh từ mạch dao động chủ VCO và tại cùng một thời điểm phát ra tín hiệu FM dải rộng hệ số cao.

Hình 4.13: Máy phát FM sử dụng vòng khóa pha PLL. Tần số ra của mạch VCO được phân chia bởi N và phản hồi trở về mạch so

pha PLL. Tại đó nó được so sánh với tần số thạch anh chuẩn ổn định. Mạch so pha

Mạch dao động thạch anh chuẩn

Mạch so pha

Mạch VCO

Mạch chia N

Mạch lọc qua thấp

Mạch tổng

PLL

Nf0 f0 Ngõ ra FM


Điện áp đúng DC


tạo ra một điện áp thích hợp sẽ cộng với tín hiệu điều biến và đưa vào mạch VCO. Điện áp thực này sẽ điều khiển tần số trung tâm của mạch VCO đến giá trị thích hợp nhất.

Mạch lọc qua thấp lại chặn sự biến thiên tần số ra của mạch VCO. Vì tần số điều biến được đổi thành điện áp để phản hồi về mạch VCO. Mạch lọc qua thấp cũng chặn được những tần số biên trên.

Giới thiệu một mạch vòng khóa pha tổ hợp tuyến tính (IC XR-215):


Hình 4-14: Sơ đồ khối của vòng khóa pha XR-215. XR-215 là một hệ thống PLL đơn khối được chế tạo bởi hãng EXAR

Corporation. Nó được ứng dụng rộng rãi trong hệ thống truyền thông Analog và Digital. Đặc biệt nó được sử dụng để điều chế FM và điều chế FSK. XR-215 có thể hoạt động với tần số từ : 0,5Hz đến 35 Mhz và điện áp Analog vào từ 300V đến 3V. XR-215 thuộc họ logic DTL, TTL,ECL.

Sơ đồ khối của XR-215 được vẽ trên hình (4-14) bao gồm 3 phần chính :Mạch so pha cân bằng, mạch dao động điều khiển bằng điện áp (VCO) độ ổn định cao, mạch khuếch đại hoạt động với tần số cao (Op-amp).

Ngõ ra của mạch so pha được nối đến ngõ vào mạch VCO và của mạch khuếch đại op-amp. Hệ thống PLL hoạt động tự kích bằng cách ghép AC ngõ ra mạch VCO với ngõ vào bộ so pha và ngõ vào mạch lọc qua thấp với ngõ ra của bộ so pha.

Mạch VCO tạo ra tần số quét, tần số này có độ ổn định cao và được xác định bằng tụ điện bên ngoài. Op-amp được sử dụng làm mạch tiền khuếch đại ứng dụng trong mạch tách sóng FM hoặc khuếch đại tốc độ cao trong điều chế FSK.

4. Máy phát FM gián tiếp:

Máy phát FM gián tiếp tạo dạng sóng có độ lệch pha tỷ lệ thuận với tín hiệu điều biến. Thông thường mạch dao động tạo sóng mang không được làm lệch trực tiếp. Cho nên mạch dao động taọ sóng mang thường sử dụng thạch anh vì mạch tự dao động không phải là mạch điều biến. Kết quả là tính ổn định của mạch dao động trong máy phát FM gián tiếp theo quy định của FCC là không sử dụng mạch AFC.

Máy phát FM gián tiếp Armstrong: Với máy phát FM trực tiếp, tín hiệu điều biến trực itếp làm lệch pha sóng

mang nhưng gián tiếp làm thay đổi tần số. Hình (4.15) trình bày sơ đồ khối của máy phát FM gián tiếp Armstrong dải rộng. Nguồn tạo sóng mang là thạch anh. Cho nên,

16 15 14 13 12 11 10 9

1

2

3

4

5

6

7

8

Mạch so pha

Op amp

VCO

Vcc

VCO out

Phase Caparator output

VCO Timing Capacitor Phase

Comparator Input

Phase Comparator Bias

Phase Comparator Input

Op-amp Compensation

Op-amp Output

Op-amp Input

VCO sweep Input

VCO gain Control

Range select

-VEE

XR-215 Chú thích: Op-amp Input: Ngõ vào Op-

amp. Phase Caparator

output:Ngõ ra mạch so pha. Phase Caparator

Input: Ngõ vào mạch so pha. Phase

Comparator Bias:Phân cực mạch so pha.

Op-amp Compensation:Nguồn cung cấp cho Op-amp.

Op-amp Output:Ngõ ra Op-amp.

VCO Timing Capacitor:Tụ điện định thời VCO

VCO sweep Input:Ngõ vào điều khiển VCO

VCO gain control: Điều khiển VCO.


độ ổn định tần số sóng mang đạt yêu cầu của FCC mà không cần sử dụng vòng AFC.

Hình 4-15 : Máy phát FM gián tiếp Armstrong.

Đối với máy phát Armstrong, tần số sóng mang phụ (fc) tương đối thấp bị dịch pha 900 ( f c

' ) và đưa vào mạch điều biên cân bằng. Tại đây nó được trộn với tín hiệu điều biến vào (fm). Ngõ ra của mạch điều biên cân bằng là dải biên kép đã được loại bỏ sóng mang, nó được phối hợp với sóng mang ban đầu trong một mạng phối hợp để tạo ra dạng sóng điều pha có hệ số thấp.

Hình (4-16a) vẽ dạng pha của của sóng mang gốc (Vc). Hình (4-16b) vẽ dạng pha của những thành phần tần số biên đã được loại bỏ sóng mang Vusf và Vlsf. Bởi vì, điện áp sóng mang bị loại bỏ (V c

' ) dịch pha 900 so với Vc.Dải biên trên và dải biên dưới kết hợp với nhau tạo thành phần Vm. Hình (4-16c) biễu diễn cấp số cộng dạng pha Vc, Vusf,Vlsf thông qua tần số f, có thể xem ngõ ra của dạng sóng phối hợp là một tín hiệu mà pha của nó đã bị thay đổi theo tỷ lệ bằng với fm và các thông số của nó tỷ lệ thuận với các thông số của Vm .

m acr VV

m

c

tan (4-35a).

Khi góc có giá trị nhỏ thì tg của góc xấp xỉ bằng giá trị của góc đó, cho nên: m

VV

m

c

(4-35b)

Từ sơ đồ pha vẽ trên hình (4-16) ta có thể thấy biên độ sóng mang bị thay đổi, sự thay đổi này không làm ảnh hưởng đến sự biến điệu biên độ của dạng sóng ra và Vc(max) xảy ra khi Vusf và Vlsf cùng pha với nhau và cùng pha với Vc. Độ lệch pha cực đại có thể được tạo ra bởi loại mạch điều biến có góc lệch pha xấp xỉ 1,67 triệu Radian. Cho nên, độ lệch tần số cực đại khi tín hiệu điều biến fm(max) = 15Khz là:

Mạch dao động tạo sóng mang dùng thạch anh

200Khz

Mạch ghép

Mạch nhân x72

Mạch nhân x72

Mạch trộn

Mạch KĐ CS

Mạch KĐ đệm

Mạch KĐ đệm

Mạch dao động thạch anh 13,15Khz

Mạch điều biên cân bằng

Mạch dịch pha 900

Ngõ vào tín hiệu điều biến fm

Vc

Vc

fm

ft

ft

f2

f1

f0

f0

Vm=Vlsf+Vusf

Antena


fmax = 0,00167 x 15.0000 = 25Hz

Hình 4.16 : Sơ đồ pha của Vc, Vusf, Vlsf.

(a) Pha của sóng mang. (b) Pha của dải biên. (c) Sơ đồ cộng pha của (a), (b).

Vc=10V

Vlsf = 0,0048V

Vc = 0V

Vm =2 x 0.0048=0.0096V

Vusf=0,0048V

Vm Vc

Vc Vm

Vlsf

Vusf

(a) (c) (b)


CHƯƠNG V

HỆ THỐNG MÁY THU SÓNG ĐIỀU BIẾN GÓC

I- GIỚI THIỆU CHUNG: Máy thu sử dụng điều biến góc cũng giống như máy thu được sử dụng đối

với sự quy ước AM hoặc máy thu SSB; ngoại trừ phương pháp khai thác thông tin âm tần từ sóng IF toàn phần. Trong máy thu FM điện áp tại ngõ ra của mạch tách sóng âm thanh tỷ lệ thuận với độ lệch tần số tại ngõ vào. Đối với máy thu PM, điện áp tại ngõ ra của mạch tách sóng âm thanh tỷ lệ thuận với độ lệch pha tại ngõ vào của nó. Vì cả hai dạng sóng điều biến pha và tần số đều là một dạng của hệ thống điều biến góc. Những tín hiệu của máy thu FM có thể được giải điều biến bởi máy thu PM và ngược lại.

Đối với máy thu sóng AM thương mại, tín hiệu điều biến được chở trên sóng mang là một dạng của biến điệu biên độ. Tuy nhiên nhiễu xảy ra trong hệ thống cũng làm thay đổi biên độ của hình bao. Cho nên nhiễu không thể bị loại bỏ từ dạng sóng toàn phần trong mạch loại trừ ở phần trước của tín hiệu thông tin. Đối với hệ thống điều biến góc, tín hiệu thông tin được chở trên sóng mang là dạng mạch biến điệu tần số và pha. Với máy thu sóng điều biến góc, sự cải tiến tỷ số S/N được thực hiện trong suốt quá trình giải điều biến. Vì vậy chất lượng của hệ thống được cải tiến rất đáng kể so máy thu AM.


Hình (5-1) Sơ đồ khối của máy thu đổi tần kép. Mục đích của chương này là giới thiệu những dạng máy thu và những mạch

điện cơ bản để thu và giải điều biến tín hiệu FM và PM. Mô tả cách vận hành của máy và sự khác nhau cơ bản giữa máy thu FM và AM thương mại hoặc máy thu dải biên đơn.

II- MÁY THU FM : Hình 5-1 trình bày sơ đồ khối giản lược của máy thu FM đổi tần kép. Nó

cũng giống như máy thu AM thương mại chuyển đổi kép. Tầng RF, mạch trộn và tầng IF hầu như cũng giống như máy thu AM, mặc dù máy thu FM có rất nhiều mạch khuếch đại trung tần hơn. Do đặc tính loại trừ nhiễu vốn có trong máy thu FM nên không yêu cầu nhiều mạch khuếch đại RF. Tuy nhiên, tầng tách sóng âm thanh trong máy thu AM. Mạch tách sóng hình bao máy thu AM đươc thay bằng mạch giới hạn, mạch giải điều tần và mạch tiền nhấn. Mạch giới hạn và mạch tiền nhấn đưọc phân bố để cải tiến tỷ số S/N nó được đặt trong tầng giải điều biến.

Trong máy thu sóng FM, tầng IF đầu tiên có tần số tương đối cao khoảng 10,7Mhz để loại bỏ tần số ảnh và tầng IF thứ hai có tần số tương đối thấp (thường là 455Khz) để cho phép mạch khuếch đại IF làm việc với độ lợi tương đối cao mà không ảnh hưởng đến mạch dao động.

1. Mạch giải điều tần FM: Mạch giải điều tần FM có mạch điện phụ thuộc vào tần số để tạo ra điện áp

ra tỷ lệ thuận với tần số trung tần tại ngõ vào của nó. (Vout = f K). Trong đó K là hàm truyền của mạch giải điều tần tính bằng Volt/Hz, f là hiệu số giữa tần số vào và tần số trung tâm của mạch giải điều tần. Mạch điện tổng quát được dùng để giải điều tần tín hiệu FM thông thường là mạch tách sóng độ dốc, bộ tách sóng biến điệu tần số Foster - seeley, bộ tách sóng tỷ lệ. Mạch giải điều biến PLL, bộ tách sóng


Mạch KĐ RF

Mạch KĐ IF Mạch giới hạn

Mạch nhận dạng

Mạch trộn thứ hai

Mạch trộn thứ nhất

Mạch đệm Mạch KĐ âm

thanh Mạch giải

nhấn

Mạch đệm

Mạch dao động nội thứ

hai

Mạch dao động nội thứ

nhất

Tầng tách sóng âm thanh AGC

Antena thu

Loa

2ndIF 1stIF


biến điệu tần số Foster seeley và bộ tách sóng tỷ lệ tất cả đều là một dạng của mạch tách sóng biến điệu tần số điều hưởng được chuyển đổi FM thành AM và sau đó giải điều biến hình bao AM theo quy định của bộ tách sóng đỉnh. Hầu hết mạch tách sóng biến điệu tần số yêu cầu dịch pha 1800.

Mạch tách sóng độ dốc: Hình (5-2a) trình bày sơ đồ nguyên lý của mạch tách sóng độ dốc hoàn toàn

điều chỉnh được. Đây là dạng mạch đơn giản nhất của bộ tách sóng biến điệu tần số điều hưởng được. Bộ tách sóng độ dốc (single - ended) có dạng đặc tuyến điện áp tần số gần như là không tuyến tính và vì thế nó ít được sử dụng. Tuy nhiên hoạt động của mạch này là nền tảng cho tất cả những mạch biến điệu tần số khác.

Hình 5-2 : Mạch tách sóng độ dốc (a) Sơ đồ nguyên lý (b) Đường đặc tuyến điện áp tần số.

Ở hình (5-2a), mạch điều hưởng bao gồm La, Ca tạo ra một điện áp tại ngõ ra, Vout tỷ lệ với tần số vào. Điện áp ngõ ra đạt cực đại tại tần số cộng hưởng của mạch cộng hưởng. Mạch điện được tính toán sao cho tần số trung tâm của IF rơi vào giữa đường đặc tuyến điện áp - tần số như hình (5-2b). Khi độ lệch tần số trung tần IF lớn hơn fc, điện áp ngõ ra sẽ tăng và ngược lại khi độ lệch tần số trung tần nhỏ hơn fc điện áp ngõ ra sẽ giảm. Cho nên mạch chuyển đổi tần số điều hưởng được làm thay đổi biên độ điều biến (chuyển từ FM sang AM). D1, C1, R1 tạo thành mạch tách sóng đỉnh đơn giản để chuyển đổi biên độ điều biến thành điện áp ngõ ra, thay đổi theo tỷ lệ bằng với sự thay đổi tần số ngõ vào và biên độ tỷ lệ với giá trị của tần số bị thay đổi.

Mạch tách sóng độ dốc cân bằng Mạch tách sóng độ dốc “ single - ended” là một dạng của mạch tách sóng

biến điệu tần số điều hưởng được và mạch tách sóng độ dốc cân bằng là hai mạch tách sóng độ dốc “ 2 single - ended” đơn giản được kết nối song song với nhau và lệch pha 1800. Sự đảo pha được thực hiện bằng cách lấy đầu ra ở giữa cuộn thứ cấp

Vout

f

V

f0

f1

(b)

f f

Vout

D1

La

Ngõ vào FM R1 C1 Ca

(a)


điều hưởng được của biến áp T1. Trên hình (5-3a), mạch điều hưởng gồm, La, Ca và Lb, Cb để chuyển đổi FM thành AM và bộ tách sóng đỉnh cân bằng gồm D1, C1, R1 và D2, C2, R2 để loại tín hiệu thông tin từ hình bao AM. Phần trên của mạch điều hưởng gồm La, Ca được điều chỉnh đến một tần số fa mà tần số fa này lớn hơn tần số trung tâm fc của IF và gần bằng 1,33 xf . ( Đối với băng sóng FM = 1,33 x 75Khz). Mạch điều hưởng phần dưới gồm Lb, Cb đươc điều chỉnh ở tần số fb , fb nhỏ hơn tần số trung tâm fc của IF.

D1

Vout L

T1

Ca C1 R1 La

Lb C2 Cb R2

D1 (a)

Ngõ vào FM


Hình 5-3: Mạch tách sóng độ dốc cân bằng.

(a) Sơ đồ nguyên lý. (b) Đặc tuyến điện áp tần số.

Hoạt động của mạch này đơn giản, điện áp tại ngõ ra của mỗi mạch điều hưởng thì tỷ lệ với tần số vào, mỗi ngõ ra được chỉnh lưu bởi mạch tách sóng đỉnh, mạch ngắt tần số vào là mạch cộng hưởng tần số, điện áp ngõ ra mạch cộng hưởng lớn hơn. Tần số trung tâm của IF điện áp ngõ ra của mạch điều hưởng bằng về biên độ nhưng ngược nhau về cực tính. Điện áp ngõ ra được chỉnh lưu thông qua R1 và R2, nên khi cộng hưởng lại sẽ tạo nên sự bù trừ khi điện áp tại ngõ ra Vout = 0V. Khi độ lệch tần số trung tâm của IF lớn hơn tần số cộng hưởng, mạch điều hưởng phần trên sẽ tạo ra điện áp Vout lớn hơn Vout của mạch điều hưởng phần dưới và điện áp ra Vout mang giá trị dương. Ngược lại, khi độ lệch tần số trung tâm của IF nhỏ hơn tần số cộng hưởng điện áp ra của mạch điều hưởng mang giá trị âm. Đặc tuyến điện áp tần số được vẽ trên hình (5-3b).

Mạch tách sóng độ dốc cân bằng được điều chỉnh bằng cách thêm vào một tần số bằng với tần số trung tâm fc của IF và điều chỉnh Ca, Cb đạt 0V tại ngõ ra sau khi tần số bằng fa và fb thì Ca, Cb tiếp tục được điều chỉnh sao cho điện áp ra cực đại và bằng với điện áp cực đại theo chiều ngược lại.

f

Vout

fb

fa

(b)

fc

f f


Bộ tách sóng biến điệu tần số Foster - seeley:

Hình 5-4 :Bộ tách sóng biến điệu tần số Foster - seeley: (a) Sơ đồ nguyên lý. (b) Sơ đồ vector fin = fo. (c) Sơ đồ vector fin > fo. (d) Sơ đồ vector fin < fo.

Bộ tách sóng biến điệu tần số Foster - Seeley là một dạng mạch của mạch tách sóng điều biến tần số điều hưởng được mà hoạt động của nó cũng tương tự như mạch tách sóng độ dốc cân bằng. Giá trị điện dung của Cc, C1,C2 được chọn sao cho chúng ngắn mạch đối với tần số trung tâm của IF. Cho nên tín hiệu IF đưa trực tiếp ngang qua L3.

Tại đầu vào của IF được biến đổi đảo pha 1800 bằng biến áp T1 và chia đều cho La, Lb. Tại tần số cộng hưởng của mạch cộng hưởng bên thứ cấp (tần số trung tâm IF) dòng thứ cấp Is cùng pha với điện áp tổng thứ cấp Vs và lệch pha 1800 so với VL3.

Do tính chất ghép lỏng, sơ cấp của T1 hoạt động như một cuộn cảm và dòng sơ cấp Ip lệch pha 900 so với Vin. Vì cảm ứng từ phụ thuộc vào dòng sơ cấp Ip nên điện áp bị giảm trong cuộn thứ cấp và lệch pha 900 so với Vin. Cho nên VLa và VLb lệch pha 1800 so với những thành phần khác hoặc lệch pha 900 so với VL3.

Điện áp rơi trên D1 là tổng vector của VL3 và VLb. Đặc tuyến sơ đồ vector được vẽ trên hình (5-4b), điện áp của D1 và D2 bằng nhau. Vì vậy tại tần số cộng hưởng I1 và I2 bằng với điện tích của C1 và C2 và giá trị điện áp rơi trên chúng bằng nhau nhưng trái dấu nhau. Vout = Vc1 -Vc2 = 0V.

Khi tần số trung tâm IF lớn hơn tần số cộng hưởng thì trở kháng của mạch cộng hưởng trở thành cảm kháng và dòng thứ cấp trễ hơn điện áp thứ cấp một góc

Vin Vin

Vin

VD2 VD2

VD2

VD1

VD1

VD1

VLb VLb

VLb

VLa

VLa

VLa

Is Is

Is

Vs Vs

Vs

(d) (c) (b)

(a)

Vout + Vp -

D1

T1

Cc

Ca Cp

I1 C1

I2

R1 La

Lb C2 Cb R2

D2

Ngõ vào FM

L3


là , tỷ lệ với độ lệch tần số. Đặc tuyến sơ đồ pha vẽ trên hình (5-4c): cho thấy vecter tổng của VD1 lớn hơn vecter tổng VD2. C1 nạp điện khi C2 xả điện nên Vout mang giá trị dương. Khi tần số trung tâm IF nhỏ hơn tần số cộng hưởng thì dòng thứ cấp sớm pha hơn điện áp thứ cấp một góc , cũng tỷ lệ với sự thay đổi tần số.

Hình 5-5: Đường cong đáp ứng tần số điện áp của mạch tách sóng biến điệu tần số.

Đặc tuyến pha vẽ trên hình (5-4d) cho thấy vector tổng của VD2. C1 xả điện C2 nạp điện nên Vout mang giá trị âm. Mạch tách sóng biến điệu tần số Foster - Seeley được điều hưởng bằng cách thêm vào một tần số bằng với tần số trung tâm IF và điều chỉnh C0 sao cho ngõ ra đạt 0V. Qua quá trình phân tích trên hình (5-4) ta có thể thấy rằng điện áp tại ngõ ra của mạch tách sóng biến điệu tần số tỷ lệ thuận và cùng chiều với độ lệch tần số. Hình (5-5) biểu diễn đặc tuyến điện áp - tần số của mạch tách sóng biến điệu tần số Foster-Seeley tiêu biểu nó được gọi là dạng sóng cong “S”. Đặc tuyến điện áp tần số ra tuyến tính hơn đặc tuyến của mạch tách sóng độ dốc. Vì chỉ có một mạch cộng hưởng nên nó dể dàng điều chỉnh hơn.

Để cho quá trình điều biến không bị méo dạng, độ lệch tần số được giới hạn đến mức trở thành đoạn thẳng trên đường cong đáp ứng tần số của mạch điều hưởng thứ cấp. Đối với mạch tách sóng độ dốc, mạch tách sóng biến điệu tần số Foster Seeley đáp ứng biên độ càng tốt càng làm thay đổi tần số. Như vậy trước nó phải có một mạch giới hạn riêng biệt.

Mạch tách sóng tỷ lệ:

f

Vout

f1

f2

BW f f 1 2

f f f0

Cc

Điện áp dương cực đại

Điện áp dương trung bình fm < f0

+ L -

D1

T1

C0

Vout

C1

Cs

Rs La

Lb C2

D2 (a)

Ngõ vào FM


Hình 5-6: Mạch tách sóng tỷ lệ. (a) Sơ đồ nguyên lý. (b) Đường cong đáp ứng tần số điện áp.

Mạch tách sóng tỷ lệ có một ưu điểm so với mạch tách sóng độ dốc và mạch tách sóng biến điệu tần số Foster Seeley trong giải điều biến FM là loại trừ được sự thay đổi biên độ trong tín hiệu vào của nó.

Hình (5-6a) là sơ đồ nguyên lý của mạch tách sóng tỷ lệ, cũng giống như mạch tách sóng biến điệu tần số Foster Seeley, mạch tách sóng tỷ lệ cũng có mạch điều hưởng đơn bên thứ cấp của biến áp. Cho nên, hoạt động của nó cũng giống như mạch Foster Seeley.

Tuy nhiên trong mạch tách sóng tỷ lệ có một diode mắc ngược (D2) và dòng Id chỉ có thể chạy ở vòng ngoài của mạch. Vì thế sau nhiều chu kì của tín hiệu vào, tụ Cs nạp điện đến một giá trị gần bằng điện áp đỉnh thông qua cuộn thứ cấp của T1.

Điện kháng của Cs và Rs tạo đường dẫn DC cho dòng của diode. Cho nên thời hằng của Rs và Cs vừa đủ lớn để tụ nạp nhanh chóng đến giá trị gần bằng với biên độ vào. Nhiễu nhiệt độ hoặc các nhiễu khác được nối đất nên không ảnh hưởng đến điện áp trung bình của Cs. C1 và C2 nạp xả tỷ lệ với sự biến thiên tần số tín hiệu vào và không bị ảnh hưởng đến sự thay đổi biên độ. Tại tần số cộng hưởng điện áp ra Vout được chia đều cho C1 và C2 đồng thời phân phối lại tần số và sao cho phù hợp, có thể lớn hoặc nhỏ hơn tần số cộng hưởng. Cho nên Vout thay đổi là do sự thay đổi tỷ số điện áp của C1 và C2 trong khi điện áp tổng được ghim bởi tụ Cs.

Hình (5-6b) biểu diễn đường cong đáp ứng tần số ngõ ra của mạch tách sóng tỷ lệ. Tại tần số cộng hưởng Vout 0V và bằng 1/2 điện áp trên cuộn thứ cấp của T1. Bởi vì mạch tách sóng tỷ lệ không ảnh hưởng đến sự thay đổi biên độ, nó thường được chọn lớn hơn mạch tách sóng Foster Seeley. Tuy nhiên mạch tách sóng biến điệu tần số tạo ra đường cong đáp ứng tần số điện áp tuyến tính hơn.

Mạch giải điều tần FM dùng vòng khoá pha PLL:

Mạch tách pha Kd

Mạch lọc qua thấp

Mạch khuếch đại Ka

Mạch VCO

Ngõ vào FM

Vd

f0

Vout

(a)



Hình 5-7 : (a) Sơ đồ khối mạch giải điều tần dùng PLL. (b) Mạch giải điều tần FM PLL sử dụng vòng khóa pha XR-2212.

Điện trở phản hồi

Tụ điện định thời C0

Ngõ vào mạch tách pha

Điện trở định thời C0

R0

Rx

Cpb

16 15 14 13 12 11 10 9

1

2

3

4

5

6

7

8

Mạch tách pha

Mạch lấy mẫu

Vcc

Ngõ vào t/h FM

XR-2212

VCO out

VCO out VCO GND

VCO out

Pre amp

amp

op-amp

Điện trở định thời C0

V+

Vref

Ngõ ra mạch tách pha

30pF

RF

-

R

+

0,1F

R1

Cpb 0,1F

Cpb

Ngõ ra op-amp

Ngõ ra tín hiệu giải điều tần


Từ sự phát triển của vi mạch tổ hợp tuyến tính LSI, quá trình giải điều tần FM được thực hiện khá đơn giản với mạch vòng khoá pha PLL. Mặc dù hoạt động của mạch PLL khá phức tạp nhưng bù lại hoạt động của mạch giải điều tần FM sử dụng PLL dễ hiểu và đơn giản hơn. Mạch giải điều tần FM sử dụng PLL không yêu cầu mạch điều hưởng và mạch bù tự động khi tần số sóng mang biến đổi vì tính bất ổn ở mạch dao động phần phát. Hình (5-7a) là sơ đồ khối giản lược của mạch giải điều tần FM sử dụng PLL.

Mạch PLL được đặt sau khóa tần số để tạo ra mạch VCO làm biến thiên những khe tần số của tín hiệu vào bằng cách duy trì sự sai pha tại ngõ vào mạch so pha. Vì vậy, nếu ngõ vào PLL bị sai lệch so với tín hiệu FM và tần số dao động của VCO bằng với tần số trung tâm IF thì sẽ phát sinh một giá trị điện áp thích hợp tại ngõ ra mạch so pha và phản hồi về ngõ vào mạch VCO, đồng thời tỷ lệ với độ lệch tần số và như vậy tín hiệu thông tin đã được giải điều biến. Nếu biên độ của IF được giới hạn vừa đủ trước khi đưa tới mạch PLL và được bù hoàn toàn thì độ lợi vòng PLL là hằng số Kv. Cho nên tín hiệu được giải điều biến được lấy trực tiếp từ ngõ ra của mạch đệm ở bên trong. Công thức toán học được mô tả như sau:

Vout =fK KD V (5-1) Hình (5-7b) trình bày sơ đồ nguyên lý của mạch giải điều biến FM sử dụng

XR-2212. R0 và C0 điều chỉnh tần số làm việc tự do của mạch VCO. Rx dùng để điều chỉnh đài, RF và Rc dùng để cài đặt độ lợi áp của op-amp bên trong (Ka). Đáp ứng tần số của vòng khóa pha PLL được bù vào sự suy giảm cho phép của mạch giải điều biến sao cho phù hợp với băng thông của tín hiệu thông tin. Mạch đệm op -amp của mạch PLL cung cấp độ lợi áp và dòng điều khiển tính ổn định của mạch.

.Mạch giải điều tần dạng cầu phương : Hình 5-8 :Mạch giải điều tần FM dạng cầu phương.

Mạch giải điều tần dạng cầu phương tái tạo tín hiệu thông tin ban đầu từ dạng sóng IF toàn phần bằng cách nhân hai tín hiệu cầu phương sử dụng mạch dịch pha 900, một mạch điều hưởng đơn và mạch tách sóng thành phần để giải điều biến tín hiệu FM. Mạch dịch pha 900 tạo một tín hiệu bằng 4 lần tín hiệu IF thu được. Mạch điều hưởng chuyển đổi sự biến thiên tần số thành sự biến thiên về pha, mạch tách sóng thành phần nhân tín hiệu IF thu được bằng cách dịch pha tín hiệu IF.

Hoạt động của mạch như sau: Ci là tụ điện có giá trị điện dung lớn để khi mắc nối tiếp với mạch cộng hưởng gồm R0, L0, C0 sẽ tạo nên sự lệch pha 900 tại tần số trung tâm IF và tạo ra góc lệch pha tỷ lệ với độ lệch tần số. Tín hiệu vào IF (Vi) được nhân lên 4 lần (V0) vào, mạch tách sóng thành phần và tạo ra tín hiệu tỷ

L0

Khối tách sóng

Ngõ vào FM Vin Rx

Ci

V0 Cx

C0 R0

Ngõ ra mạch giải điều tần


lệ và tỷ lệ với độ lệch tần số. Tại tần số cộng hưởng, tổng trở mạch cộng hưởng là điện trở. Tuy nhiên độ lệch tần số của tín hiệu IF tạo ra độ lệch pha dương và âm, vì thế điện áp ra của mạch tách sóng thành phần tỷ lệ với hiệu số pha giữa hai tín hiệu vào, được minh họa bằng biểu thức sau: Vout = Vi – V0 ={Vi sin(i.t + )}{Vo cos0.t}

= V VI O

2{sin(2i.t + ) + sin }

Hài bậc hai(2i) được lọc bỏ nên:

Vout = V VI O

2sin

Trong đó: = tan-1( )

2

0

ff

Q là hệ số phẩm chất của mạch cộng hưởng. 2. Mạch hạn biên:

Ngõ vào IF

Ngõ ra mạch giới hạn FM C2

R1

Q1

R2 R3

Vcc

C1

(a)


Hình 5-9: Mạch hạn biên điều hưởng đơn tần (a) Sơ đồ nguyên lý. (b) Hoạt động của mạch hạn biên.

Hình (5-9a) là sơ đồ nguyên lý của mạch hạn biên đơn tần với một mạch lọc ngõ ra. Dạng mạch lọc này thường được gọi là mạch giới hạn dải thông hoặc mạch khuếch đại BPL. Thực chất BPL là mạch khuếch đại điều hưởng cực nền loại A. Để mạch hạn biên và mạch FM tĩnh hoạt động yêu cầu tín hiệu IF vào vừa đủ lớn để điều khiển mạch hoạt động ở trạng thái bão hòa và ngưng dẫn. Mạch cộng hưởng ngõ ra được điều khiển bằng tần số trong tầng IF. Mạch lọc để loại bỏ sóng hài và méo biến điệu biên độ tương hổ hiện tại trong xung tam giác. Vì “hard counting” ảnh hưởng của mạch lọc được biểu diển ở hình (5-10).

Nếu R2 được chọn hợp lý thì mạch khuếch đại được phân cực hoạt động ở chế độ C. Mạch hoạt động ở chế độ C cũng phù hợp với loại mạch này nhưng yêu cầu mạch lọc tốt hơn. Đối với tín hiệu nhỏ mạch hạn biên không hoạt động. Khi Vin = Vngưỡng mạch giới hạn bắt đầu hoạt động và khi Vin lớn hơn Vmax thì Vout giảm khi Vin tăng. Đó là do mức tín hiệu vào cao nên dòng điện xung cực thu quá nhỏ sẽ làm giảm công suất mạch cộng hưởng. Vấn đề kích thích quá mức mạch hạn biên có thể được làm giảm bằng cách phối hợp với mạch AGC trong sơ đồ mạch điện. Hình 5-10: Ngõ ra của mạch lọc hạn biên.

Khi sử dụng mạch hạn biên có hai tầng được gọi là mạch hạn biên kép, ba tầng được gọi là mạch hạn biên bội ba. Hình (5-11a) vẽ mạch hạn biên cascade ba tầng không có mạch lọc ngõ ra. Dạng mạch hạn biên này theo sau nó phải là mạch lọc gốm hoặc thạch anh để loại bỏ thành phần méo phi tuyến. Mạch hạn biên ở trên có ba mạch RC để ghép ba tầng hạn biên với nhau, thành phần DC được mắc nối tiếp để làm giảm dòng cực máng. Mạch khuếch đại Cascade có những ưu điểm của mạch E chung và mạch gate chung. Mạch Cascade cũng làm giảm mức ngưỡng và như vậy sẽ cải tiến được đặc tính tĩnh của các tầng. Anh hưởng của mạch hạn biên kép và bộ ba được biểu diễn trên hình (5-11b) bởi vì máy thu FM có độ lợi đủ lớn để mạch hạn biên hoạt động ở xa vùng bão hòa một khoảng tương đối lớn so với

Vin VNgưỡng

Vout

Vmax

Giới hạn

(b)


mức tín hiệu RF vào. Mạch AGC thường không cần thiết, trong thực tế mạch AGC làm ảnh hưởng chất lượng máy thu. Hình 5-11: Mạch hạn biên.

(a) Mạch hạn biên ba tầng (b) Đường đặc tuyến mạch hạn biên.

III- MÁY THU FM DÙNG VI MẠCH TỔ HỢP TUYẾN TÍNH Trong những năm gần đây các hãng sản suất linh kiện như: Signetics, RCA,

Motorola… đã chế tạo ra nhiều mạch tổ hợp có độ tin cậy cao, mạch tổ hợp công suất thấp. Hầu hết chúng được sử dụng trong tất cả các loại máy thu, đối với cả hai hệ thống truyền thông AM và FM. Dạng mạch tổ hợp này có những ưu điểm sau : độ tin cậy cao, kích thước nhỏ, là linh kiện tích cực, dễ chế tạo. Sự phát triển của những vi mạch tổ hợp này đã thay thế toàn bộ hệ thống thông tin FM hai chiều đơn giản và hệ thống truyền thông vô tuyến hình mạng đã được sử dụng trong những năm trước đây.

1. Hệ thống trung tần IF của máy thu FM sử dụng vi mạch tổ hợp tuyến tính công suất thấp.

NE/SA614A là một IC trung tần IF đơn khối công suất thấp của máy thu FM được chế tạo bởi hãng Sinetic Corporation. NE/SA 614A là linh kiện có hệ số khuếch đại lớn, hoạt động ở tần số cao có công suất tiêu thụ thấp, dòng ngõ vào khoảng 3,3 mA, độ nhạy rất cao (1,5V tại chân vào của nó) tại tần số 455Khz.

Vout

Vin

3 tầng giới hạn



(b)

Ngõ vào IF

Q3 Q2 Q1

Vcc

Đến mạch lọc

Mạch giới hạn 3



(a)


NE/SA 614A có 2 ngõ ra âm thanh (1 ngõ bị làm câm và 1 ngõ không). NE/SA 614A không yêu cầu nhiều linh kiện bên ngoài và đáp ứng được yêu cầu kỹ thuật của Radio hình mạng (Radio Cellular). NE/SA614A được ứng dụng trong những lĩnh vực sau đây:

Máy thu sóng vô tuyến FM hình mạng. Máy thu sóng FM chất lượng cao. Mạch khuếch đại IF và mạch tách sóng trên 25 Mhz. Đồng hồ đo cường độ tín hiệu RF Ưng dụng trong máy phân tích quang phổ. Thu-phát dữ liệu Sơ đồ khối của NE/SA614A được vẽ trên hình (5-12). NE/SA614A bao

gồm 2 mạch khuếch đại trung tần giới hạn, mạch tách sóng vuông góc FM, mạch làm câm tín hiệu âm thanh, mạch chỉ báo logic cường độ tín hiệu thu được và một bộ ổn áp. NE/SA614A có hệ thống xử lý tín hiệu trung tần IF đối với những tần số rất cao 21,4 Mhz.


Hình 5-12: Sơ đồ khối của mạch tổ hợp NE/SA 614A. Mạch khuếch đại trung tần IF: Hình 5-13 vẽ sơ đồ mạch tương đương của NE/SA614A. Khối khuếch đại

IF bao gồm 2 mạch khuếch đại logic giới hạn. Tầng đầu bao gồm 2 mạch khuếch đại vi sai có độ lợi 39 dB và băng thông tín hiệu nhỏ AC là 41 Mhz được điều chỉnh bằng biến trở 50. Ngõ ra của mạch giới hạn thứ nhất có một bộ lặp lại tổng trở thấp với điện trở tương đương nối tiếp 1K. Tầng giới hạn thứ hai bao gồm 3 mạch khuếch đại vi sai với độ lợi tổng là 62 dB và băng thông tín hiệu nhỏ AC là 28 Mhz. Ngõ ra của mạch khuếch đại vi sai cuối cùng được đệm bởi mạch tách sóng vuông góc bên trong. Một ngõ ra dùng để điều khiển tụ điện dịch pha và mạch dịch pha L,C. Cả 2 tần giới hạn đều được phân cực DC có phản hồi.

Mạch đệm ngõ ra của mạch khuếch đại vi sai cuối cùng trong mỗi tầng được phản hồi trở về ngõ vào của tần số đó thông qua biến trở 41K. Vì mạch giới hạn có hệ số khuếch đại cao, băng thông rộng, trở kháng vào lớn nên các tầng hạn biên có điện thế không ổn định tại tần số trung tần IF lớn hơn 455Khz. Tính ổn định có thể được cải thiện bằng cách giảm hệ số khuếch đại của mạch. Điều này được thực hiện bằng cách mắc thêm bộ suy giảm giữa các tầng khuếch đại. Mạch khuếch đại IF cũng có độ lệch pha thấp (khoảng vài độ trên khoảng rộng của tần số vào).

Mạch tách sóng vuông góc:

16 15 14 13 12 11 10 9

1 2 3 4 5 6 7 8

Cường độ tín hiệu Bộ nguồn ổn

áp X

X

GND IF amp

GH

Vcc

GND


Hình 5-14: Sơ đồ khối mạch tách sóng vuông góc Mạch tách sóng vuông góc trong NE/SA614A trên hình (5-14) là một bộ

nhân cũng tương tự như mạch trộn nhưng thay vì trộn 2 tần số khác nhau, mạch tách sóng vuông góc trộn 2 tín hiệu cùng tần số nhưng khác nhau về pha. Một tín hiệu có biên độ cố định được đưa đến ngõ vào của bộ nhân, tín hiệu này cũng được đặt vào đầu cuối của tụ điện bên ngoài kết nối với chân (9) của NE/SA 614A tạo nên sự lệch pha 900 thông qua 2 bản cực của tụ điện. Tín hiệu được làm lệch pha này sẽ đặt vào đầu dương của bộ nhân chân (8). Mạch dịch pha ( mạng LC mắc song song ) cho phép lựa chọn những tần số đang bị dịch pha tại tần số IF. Mạch tách sóng vuông góc tạo 1 tín hiệu ra mà biên độ tỷ lệ với giá trị của độ lệch tần số của tín hiệu FM vào.

Ngõ ra âm thanh : NE/SA614A có 2 ngõ ra âm thanh, cả 2 đều có transistor PNP chuyển đổi

dòng thành áp với một điện trở tải danh định 55K bên trong. Ngõ ra không bị làm câm luôn hoạt động để cho phép sử dụng những tín hiệu âm thanh như vô tuyến hình mạng. Ngõ ra còn lại bị làm câm với sự suy giảm đặc trưng là 70 dB. Hai ngõ ra có hiệu số pha 1800, vì thế có thể đưa đến ngõ vào vi sai của mạch khuếch đại op-amp hoặc mạch so sánh. Một giá trị ngưỡng của tần số chuẩn chưa được ổn định nên biên độ của 2 ngõ ra sẽ dịch pha theo hướng ngược lại so với sự dịch tần số vào.

2. Hệ thống trung tần IF với mạch trộn chất lượng cao, điện áp thấp: NE/SA616 là một hệ thống trung tần FM đơn khối chất lượng cao. Điện áp

thấp cũng tương tự như NE/ SA 614A ngoại trừ có thêm mạch trộn / mạch dao động. NE/SA616 hoạt động tại những tần số lớn hơn 150 Mhz với nguồn nuôi thấp hơn 2,7VDC. NE/SA616 có ưu điểm là tiêu thụ công suất thấp, hệ số khuếch đại công suất của mạch trộn / chuyển đổi là 17dB tại tần số 45Mhz. Hệ số khuếch đại của mạch khuếch đại IF / mạch ghim là 102 dB, băng thông tín hiệu nhỏ AC của mạch khuếch đại IF và mạch giới hạn là 2 Mhz. NE/SA616 được ứng dụng trong những lĩnh vực sau :

Vô tuyến hình mạng FM xách tay. Điện thoại không dây.

20 19 18 17 16 15 14 13 12 11

RSSI Mạch dao

IF-amp G.hạn

X Mạch trộn T.S vuông góc

X

42K

40K

40K

30K

V+

9

11

12

10 8


Hình 5-15: Sơ đồ khối của signetic NE/ SA 616 đơn khối dùng trong hệ

thống trung tần của máy thu FM. Hệ thống truyền thông không dây.

Máy đo cường độ tín hiệu RF.

Ưng dụng trong máy phân tích quang phổ.

Mạch thu - phát dữ liệu.

Mạch khuếch đại logaric

Máy thu VHF đổi tần đơn.

Sơ đồ khối của NE/ SA616 được vẽ trên hình 5-15. Nó cũng tương tự như NE/SA614A nhưng có thêm tầng trộn và tầng dao động nội. Đặc tính tiêu biểu của mạch trộn gồm: Hệ số nhiễu 6,2 dB, hệ số khuếch đại chuyển đổi 17dB, ngõ vào chặn thứ ba là 9dB. Mạch dao động sẽ làm việc trong khoảng tần số 200Mhz đối với mạng cộng hưởng LC. Trở kháng ngõ ra của mạch trộn là điện trở 15K cho phép liên lạc trực tiếp với mạch lọc gốm 455Khz. Mạch khuếch đại IF có hệ số khuếch đại là 43dB và băng thông là 5,5Mhz. Mạch giới hạn IF có hệ số khuếch đại là 60dB và băng thông là 4,5Mhz. Mạch tách sóng cũng sử dụng nguồn pin Gilbert, một cực của pin được điều khiển bởi nguồn tín hiệu IF bên trong và ngõ ra còn lại của IF được nối trực tiếp AC với mạng dịch pha điều hưởng được. Tại đây nó được dịch pha 900 trước khi phản hồi về cực còn lại của pin. Ngõ ra của mạch giải điều biến của mạch tách sóng vuông góc để điều khiển op-amp bên trong, op-amp giống như một mạch khuếch đại đệm có hệ số khuếch đại bằng 1 hoặc hệ số khuếch đại đồng thời đối với mạch lọc và thành phần nhiệt độ ở tầng thứ hai nếu cần thiết.

3. Hệ thống vô tuyến FM sử dụng vi mạch: TDA7000 là mạch tổ hợp đơn khối của hệ thống vô tuyến FM, TDA7000 là

máy thu radio FM hoàn chỉnh trên một mạch tổ hợp đơn chip. TDA7000 có đặc điểm là kích thước nhỏ dễ tích hợp, tiêu thụ công suất thấp. Bên ngoài IC chỉ có mạch cộng hưởng LC điều hưởng được để làm mạch dao động nội. TDA7000 được ứng dụng trong những thiết bị như: điện thoại không dây, các mạch điều khiển vô tuyến hoặc những kênh âm thanh trong máy thu hình.


Sơ đồ khối của TDA700 được vẽ trên hình (5-16), TDA7000 bao gồm những khối chức năng sau: tầng RF, mạch trộn, mạch dao động nội, mạch khuếch đại, mạch hạn biên IF, mạch giải điều biến pha, mạch tách sóng và các công tắc. TDA7000 có vòng khóa tần số FLL có tần số trung tần là 70Mhz. FLL được sử dụng để làm giảm méo sóng hài tổng (THD) bằng cách nén sự biến thiên tần số IF. Tức là nén độ lệch tần số 75Khz xuống còn khoảng 15Khz. Điều này làm hạn chế méo sóng hài tổng đến 0,7% với độ lệch tần số là 21,5Khz và đến 3,3% khi độ lệch tần là 75Khz. Tính chọn lựa của IF phụ thuộc vào hoạt động của mạch lọc RC Sallen - Key.

Hình 5-16: Sơ đồ khối của mạch tổ hợp radio FM signetic TDA7000 IV- QUÁ TRÌNH TRUYỀN ÂM THANH LẬP THỂ : Hình 5-17 phổ tần số FM dải gốc bao gồm những kênh âm thanh từ 50Hz

đến 15Khz, thêm vào đó là những kênh âm thanh FM stereo được đa hợp phân tần trống thành những tín hiệu dải gốc. Với sóng chủ có tần số 19Khz. Trong truyền âm thanh stereo có ba kênh âm thanh:

- Kênh âm thanh (Audio channel): trái(L) + phải(R) gọi chung là kênh stereo L+R

- Kênh Audio trái (L) _(R): gọi chung là kênh stereo L - R - Sóng mang phụ SCA được kết hợp với những biên dải của nó.

L - R LSB

SCA L - R USB

L + R

Kênh stereo L+R

Sóng chủ stereo

Sóng mang phụ kênh SCA

Sóng mang phụ kênh stereo L-R

50Hz 19khz 38khz 60khz 74khz 15khz 23khz 53khz 67khz


Hình 5-17: Phổ tần số FM dải gốc. Kênh L+R chiếm dải thông từ 0Hz đến 15Khz. Biên độ kênh audio L-R

được điều biến với sóng mang phụ 38Khz để tạo thành kênh L-R. Kênh L-R là dải biên kép đã được loại bỏ tín hiệu sóng mang và có dải thông từ 23Khz đến 53Khz, nó chỉ được sử dụng để truyền sóng FM stereo. Phổ tần số sóng mang phụ nằm trên dải thông từ 60Hhz đến 74Khz. Những tín hiệu thông tin chứa trong dải kênh stereo L+R và L-R thì đồng nhất với nhau ngoại trừ pha của chúng là khác nhau. Trong máy thu mono, có thể giải điều biến toàn bộ phổ tín hiệu dải gốc nhưng chỉ có kênh L+R tần số từ 50 đến 15Khz được khuếch đại và đưa ra loa. Vì vậy trong mỗi loa sẽ tái tạo lại toàn bộ phổ âm thanh gốc. Đối với những máy thu stereo, chỉ giải điều biến những kênh stereo có tần số từ 23Khz đến 53Khz và tách rời những kênh phải và trái sau đó đưa chúng đến từng loa riêng biệt. Sóng mang phụ được giải điều biến trong tất cả các máy thu FM mặc dù chỉ có những thiết bị SCA thật tốt mới giải điều biến được sóng mang phụ để tạo thành mhững tần số âm thanh.

Với phương pháp truyền stereo, độ di tần cực đại vẫn là 75Khz. Trong đó 7,5Khz (10%) được dành riêng để truyền sóng mang phụ và 7,5Khz (10%) khác được dành riêng cho sóng chủ 19Khz. Trong thực tế phải giảm độ di tần đến tần số 60Khz để máy thu stereo thu được những kênh stereo L-R và L+R. Tuy nhiên những kênh stereo L-R, L+R không cần thiết phải giới hạn độ di tần đến tần số 30Khz.

1. Phát thanh thanh lập thể FM:

f(Hz)

Ngõ vào kênh R

Mạch ghép hợp tuyến tính

Mạch điều biên cân bằng

Mạch trễ (delay)

Mạch cộng L+R

Mạch tiền nhấn

Mạch trừ L-R

Mạch tiền nhấn

Ngõ vào kênh L

Mạch dao động 19 Khz

Mạch nhân X2

Đến máy phát FM

T/h dãy gốc toàn phần

60-74khz

Sóng chủ 19Khz

38 Khz

23-53 Khz

L+R L+R

L-R L-R

50Hz-15 Khz

50Hz-15 Khz

Kênh stereo L+R và L-R

Kênh Audio L và R

Kênh Audio L+R và L-R


Hình 5-18: Máy phát FM stereo sử dụng mạch đa hợp phân tần.

Hình 5-18 là sơ đồ khối của máy phát FM stereo, những kênh L, R được kết hợp với nhau trong một mạng ma trận để tạo thành những kênh stereo L-R, L+R. Kênh L-R điều biến với tần số sóng mang phụ 38Khz, để tạo ra kênh L-R có tần số từ 23Khz đến 53Khz. Vì thế thời gian trễ trong đường dẫn tín hiệu L-R nên nó được đưa vào mạch điều biên cân bằng sau đó mới ổn định tần số từ 23Khz đến 53Khz. Kênh L+R phải được làm lệch pha so với kênh L-R nhằm thuận trong quá trình giải điều biến. Sóng chủ 19Khz truyền tốt hơn sóng mang phụ 38Khz vì sóng mang phụ 38Khz rất khó tái tạo lại trong máy thu. Tín hiệu dải gốc toàn phần đưa vào máy phát FM, tại đây nó được điều biến với sóng mang chính.

Quá trình chèn kênh L -R, L+R : Hình 5-19 triển khai dạng sóng tín hiệu stereo toàn phần, những kênh L và

R có biên độ tín hiệu bằng nhau. Kênh L-R không xuất hiện trong dạng sóng toàn phần, kênh L-R điều biến với sóng mang phụ 38Khz trên những dải biên stereo L-R, mà dải biên L-R là một phần của tín hiệu dải gốc toàn phần.

Trong mạch điều tần FM, giả sử rằng10V biên độ tín hiệu dải gốc sẽ tạo ra độ di tần là 75Khz, đối với sóng mang chính thì sóng mang phụ và sóng chủ 19Khz có độ di tần cực đại. Kênh L,R được giới hạn với giá trị cực đại là 4V, 1V dành cho sóng mang phụ, 1V dành cho sóng chủ 19Khz, cho nên 8V còn lại dành cho những kênh stereo L-R và L+R, sóng mang phụ và sóng chủ 19Khz và dạng sóng stereo toàn phần. Từ hình vẽ ta thấy kênh L-R, L+R chèn vào không bao giờ tạo ra được biên độ tổng lớn hơn 8V. Vì vậy không bao giờ tạo ra độ di tần lớn hơn 60Khz. Tổng biên độ tín hiệu dải gốc toàn phần không bao giờ vượt quá 10V ứng với độ di tần 75Khz.

+4V

0V

-4V

+4V

0V

-4V

+8V

+4V

0V -4V

-8V

+8V +4V

0V

-4V

-8V +2V

-2V

+10V

(a)

(b)

(c)

(d)

(e)


Hình 5-19: Tín hiệu stereo toàn phần có biên độ của tín hiệu L, R bằng nhau.

(a) Tín hiệu kênh L. (b) Tín hiệu kênh R. (c) Tín hiệu kênh L+R. (d) Tín hiệu kênh L-R. (e) Sóng mang chủ 19 Khz và sóng mang phụ SCA. (f) Dạng sóng tín hiệu toàn phần.

Hình 5-20 : Tín hiệu stereo toàn phần có biên độ của tín hiệu audio L, R không bằng nhau.

(a) Tín hiệu kênh L. (b) Tín hiệu kênh R. (c) Tín hiệu kênh L+R. (d) Tín hiệu kênh L-R. (e) Sóng mang chủ19 Khz và sóng mang phụ SCA. (f) Dạng sóng tín hiệu toàn phần.

Hình 5-20 là dạng sóng toàn phần mà những tín hiệu audio L,R có biên độ khác nhau. Từ hình vẽ ta thấy dạng sóng stereo toàn phần không bao giờ vượt quá

+4 +1

0 +2

+2 +4

0 +1

+4 +3 +4

+2 0

+3 +4

+2 0 +2

-4 -2

+2

+10

+5 +3

+6

+2

(a)

(b)

(c)

(d)

(e)

(f)


10V hay độ di tần 75khz, sự xuất hiện dạng sóng tổng của L+R, L-R đã được loại bỏ toàn phần.

2. Quá trình thu âm thanh lập thể: Những máy thu âm thanh lập thể FM cũng giống như máy thu FM chuẩn có

cùng tầng tách sóng âm thanh tại ngõ ra. Hình (5-21) là sơ đồ khối máy thu FM có ngõ ra âm thanh là stereo và mono. Trong bộ xử lý của phần mono, tín hiệu L+R chứa tất cả tín hiệu thông tin gốc của kênh L,R những tín hiệu thông tin này được lọc, khuếch đại và sau đó đưa hai tín hiệu vào loa L và R. Trong bộ xử lý của phần stereo, tín hiệu thông tin dải gốc giới hạn được đưa đến mạch giải điều biến stereo, tại đây những kênh L,R được tách ra và sau đó đưa ra từng loa riêng của chúng.

Hình 5-21 : Máy thu FM mono và stereo. Những kênh L-R, L+R và sóng chủ được lọc ra bằng mạch lọc dải thông có hệ số

phẩm chất Q lớn, chúng được nhân đôi và khuếch đại rồi đưa vào mạch giải điều biến L-R. Kênh L+R được lọc bằng mạch lọc qua thấp với tần số cắt trên 15Khz. Tín hiệu dải biên kép L-R được tách ra bằng mạch lọc dải thông rộng điều hưởng được, sau đó trộn với sóng mang 38Khz đã được phục hồi trong mạch giải điều biến cân bằng để tạo ra tín hiệu thông tin L-R. Mạng ma trận L-R, L+R bằng nhiều cách để tách ra những tín hiệu thông tin L và R, những tín hiệu thông tin Lvà R được đưa qua mạch giải nhấn trước khi ra loa.

Hình (5-22) là sơ đồ khối của mạch giải mã ma trận stereo, kênh L-R được cộng trực tiếp với kênh L+R để thu được tín hiệu 2L:

(L+R) + (L-R) = 2L.

Mạch giải nhấn Mạch nhận dạng tần số

Mạch giải mã stereo

LPF và mạch trễ

Mạch lọc thông dải 23khz-53khz Mạch tách sóng cân

bằng

Mạch Kđ và mạch nhân X2

Mạch lọc thông dải 19khz

Máy thu mono

Máy thu Stereo

L+R

L+R

L-R

L-R

Loa L+R

Antena thu

38 khz

19khz

L

R Loa L

Loa R

Kênh stereo Kênh Audio


Kênh L-R được bù trừ với kênh L+R tạo ra tín hiệu 2R. -(L-R) + (L+R) = 2R.

Hình 5-22: Mạng giải mã ma trận stereo.

V - HỆ THỐNG TRUYỀN THÔNG FM HAI CHIỀU : 1. Máy phát radio FM hai chiều:

Hình 5-23 :Sơ đồ khối của máy phát FM hai chiều. Sơ đồ khối của máy phát FM trực tiếp sử dụng vi mạch tổ hợp được vẽ trên

hình (5-23). Máy phát FM gián tiếp được sử dụng rộng rãi hơn máy phát FM trực


Mạch giải nhấn

Mạch cộng

Mạch cộng

Mạch giải nhấn


L+R

L-R

2L 2L

2R 2R

Mạng ma trận

Kênh Audio Kênh stereo

Loa L

Loa R

Antena

Xtal f1

Xtal f2

Xtal f3

Xtal f4

Mạch điều pha

Mạch nhân x12


Mạch bù nhiệt độ

Mạch KĐCS BPF

Mạch KĐ âm thanh

Mạch giới hạn

Mạch VOX

Electric PTT

Chuyển mạch chọn kênh

Sóng mang RF đã điều biến

Sóng mang IF đã điều biến

Sóng mang chưa điều biến

Tín hiệu audio

Microphone

0Mhz-3Mhz

150Mhz-174Mhz 12,5Mhz-14,5Mhz


tiếp, vì máy phát FM trực tiếp không có tính ổn định cao. Theo quy định của FCC là không sử dụng vòng AFC.

Máy phát có sơ đồ khối như hình (5-23) hoạt động trên băng tần từ 150Khz đến 174Mhz. Bộ chuyển mạch chọn kênh cấp nguồn cho một trong bốn mạch dao động thạch anh hoạt động tại tần số từ 12,5 Mhz đến 14,5Mhz phụ thuộc vào tần số sóng mang phát ra tại ngõ ra cuối cùng của máy phát.

Mạch điều biến pha sử dụng diode varactor được điều biến với tín hiệu audio tại ngõ ra của mạch giới hạn. Biên độ của tín hiệu audio được giới hạn lại sao cho máy phát không vượt quá mức kích thích sóng mang IF đã được điều biến sẽ được khuếch đại lên và nhân lên 12 lần để tạo ra tần số sóng mang RF phù hợp. Tín hiệu RF được khuếch đại lần nữa và được lọc trước khi truyền đi.

Hình 5-24 : Sơ đồ nguyên lý PTT. Hoạt động của mạch như sau: Khi nhấn phím của PTT thì chuyển mạch sẽ

nối đất cực Base của Q1 làm cho Q2 ngưng dẫn và Q1 sẽ dẫn. Khi Q2 ngưng dẫn thì nguồn cung cấp cấp cho máy phát đồng thời ngắt nguồn cung cấp cho máy thu. Muốn cho làm việc thì công tắc PTT sẽ mở ra lúc này Q1 ngưng dẫn sẽ ngắt nguồn Vcc cung cấp cho máy phát đồng thời Q2 dẫn trở lại cấp nguồn cho máy thu, lúc đó máy thu làm việc.

Ngoài những máy phát hiện đại còn được trang bị bộ VOX (Voice operated transmitter) VOX là một bộ phận hoạt động một cách tự động khi có âm thanh đưa vào micro, trên mạch VOX có những phím nhấn tự động. Khi có tín hiệu đưa vào micro thì những phím này tự động đóng lại và mạch VOX bắt đầu họat động. Máy có trang bị mạch VOX yêu cầu phải có một micro bên ngoài để nhận tín hiệu. Sơ đồ nguyên lý của VOX tiêu biễu được vẽ trên hình (5-24).

Hoạt động của mạch như sau: nguồn tín hiệu audio đưa vào micro nằm trong dải tần từ 400Hz đến 600Hz, nguồn tín hiệu này được lọc và khuếch đại bởi Q1, Q2, Q3. Ngõ ra của Q3 được chỉnh lưu và điều khiển bởi Q4 hoạt động. Khi Q4 dẫn thì mạch PTT sẽ nối mass và cho phép máy phát họat động, máy thu ngưng hoạt động. Khi không có tín hiệu audio vào thì Q4 ngưng dẫn và PTT hở mạch, không cho phép máy phát làm việc đồng thời cho phép máy thu hoạt động.

Q3 Q1

Q2 Q4

Đến mạch PTT

Vcc

Q1

Q2

Vcc máy phát Vcc

Vcc máy thu PTT hoặc chuyển

mạch VOX


Hình 5-25: Sơ đồ nguyên lý của mạch VOX.

2. Máy thu Radio FM hai chiều: Sơ đồ khối của máy thu trên hình (5-26) có bốn kênh được tích hợp lại thành

một mạch đặt trong máy thu với bốn mạch dao động riêng biệt. Khi máy thu hoạt động thì một trong bốn mạch dao động sẽ hoạt động theo phụ thuộc vào vị trí chuyển mạch chọn kênh. Tần số dao động của mạch được nhân lên 9 lần. Tín hiệu tại ngõ ra của bộ phận được đưa vào mạch trộn, tại đây nó phách với tín hiệu RF vào tạo ra tần số trung tần 20Mhz. Loại máy thu này được sử dụng “ low side injection” và tần số dao động được xác định như sau:

Tần số thạch anh = TansoRF Mhz 209

Tín hiệu IF được lọc, khuếch đại, giới hạn lại biên độ và sau đó được đưa vào mạch tách sóng biến điệu tần số để giải điều biến. Điện áp ngõ ra mạch tách sóng biến điệu tần số được khuếch và đưa ra loa. Một loại mạch khuếch đại, nén nhiễu tiêu biểu được vẽ trên hình (5-27). Mạch nén sẽ bị khóa bởi tín hiệu nhiểu bên ngoài tại ngõ ra của mạch khuếch đại audio.

Ngõ vào tín hiệu âm thanh


Hình 5-26 :Sơ đồ khối của máy thu FM 2 chiều. Khi máy thu không nhận được tín hiệu RF thì mạch AGC là nguyên nhân

làm tăng độ lợi của mát thu đến giá trị cực đại. Độ lợi máy thu tăng lên làm cho tín hiệu nhiễu trong máy thu tăng theo, tín hiệu nhiễu nằm trong dải tần từ 3Khz đến 5Khz. Khi tín hiệu nhiễu đang có trong máy thu tăng quá mức cho phép, mạch khuếch đại audio sẽ ngưng hoạt động, máy thu sẽ ngưng hoạt động. Mạch lọc dải thông ngõ vào chỉ cho phép tín hiệu nhiễu có tần số từ 3Khz đến 5Khz đi qua, tín hiệu nhiễu này sẽ được khuếch đại và chỉnh lưu. Điện áp ngõ ra mạch chỉnh lưu được xác định dựa theo điều kiện ngắt dẫn của chuyển mạch Q3. Khi Q3 dẫn, sẽ cấp nguồn cho mạch khuếch đại audio. Khi Q3 ngưng dẫn sẽ ngắt nguồn cung cấp cho khuếch đại audio, máy thu sẽ ngưng hoạt động. Rx là biến trở điều chỉnh độ nhạy của mạch nén.

BFP

BFP BFP

BFP

Khuếch đại IF

Khuếch đại RF

Khuếch đại IF

Mạch trộn

Mạch nén

Mạch giới hạn

Mạch nhận dạng tần số

KĐ âm thanh

KĐCS âm thanh

Mạch bù nhiệt độ

Xtal f3

Xtal f2

Xtal f1

Xtal f4

Chuyển mạch chọn kênh

Antena

150Mhz-174Mhz 20 Mhz

IF

AGC

RF

Loa

Ngõ vào

Vcc

Q3

Q2

Q1 Diode chỉnh lưu

Đến mạch


Hình 5-27 :Mạch nén.


CHƯƠNG VI TRUYỀN DỮ LIỆU BẰNG KỸ THUẬT SỐ

I - ĐỊNH LUẬT LẤY MẪU:

Hình 6-1 :Lấy mẫu tín hiệu Analog Một tín hiệu x(t) liên tục theo thời gian t có phổ hữu hạn là fa được hoàn

toàn xác định bởi những giá trị rời rạc x(kt ) tại các điểm tức thời kt với k=0,1,2,... và t 1/2a.

Vậy : x(t) = x k tK

N

( )

0

t 1/2a. Tần số lấy mẫu: Giả sử các tín hiệu mẫu ở ngõ vào có ta đủ để tái tạo lại tín hiệu analog ở

ngõ ra. Tóan học đã chứng minh được rằng tín hiệu analog được tái tạo khi và chỉ khi tần số lấy mẫu fs lớn hơn hai lần tần số cao nhất của tín hiệu vào.

fs 2 fa Với fa là tần số cực đại của tín hiệu vào. fs là tần số lấy mẫu.

Ví dụ : Tín hiệu là tin tức âm tần fa= (300 - 3400Hz) fmax=3400Hz fs = 6800Hz. Nhưng để có được giá trị đúng và cho phép truyền dẫn tốt chọn fa = (0-4Khz)

fs = 8Khz và được biễu diễn bằng phổ tần sau. Nếu chọn fs = 7Khz thì phổ sóng sẽ chồng lên nhau một phần của phổ tín hiệu

vào làm méo tín hiệu khi thu.

Mạch lấy mẫu

t

Tín hiệu analog

xung mẫu

Tín hiệu rời rạc

t

x(t)

x(t)

12Khz 8Khz 8Khz 4Khz

f(Khz)

fs

fs

f(Khz)

A

A


Hình 6-2 : Dạng sóng tần số lấy mẫu Một tín hiệu analog nếu ta gián đoạn hóa nó theo quy luật chuẩn (lấy mẫu

theo thời gian) ta truyền các điểm gián đoạn đó, khi thu các điểm gián đoạn đó ta có thể phục hồi lại tín hiệu ban đầu. Từ đó ta có thể dùng tín hiệu analog điều chế biên độ dải xung đã cho, ta truyền dải xung có biên độ bị điều chế, khi thu dải xung điều chế biên độ ta có thể phục hồi lại tín hiệu analog cần truyền (PAM). Một cách khác: dựa vào giá trị lấy mẫu tại các thời điểm ta mã hoá thành dải nhị phân gởi qua đường dây thông tin đến bộ thu trong dạng tín hiệu số. Dựa vào giá trị thu được ở bộ phận thu ta lập lại tín hiệu analog cần thiết (kỹ thuật PCM).

II - ĐIỀU CHẾ BIÊN ĐỘ XUNG PAM ( Pusle Amplitude Modulation): Trong hệ thống PAM, không có thiết bị mã hóa và giải mã ở máy phát và

máy thu. Người ta chỉ truyền một dải xung có biên độ được điều chế bởi tín hiệu analog thông tin cần truyền và tần số dải xung đáp ứng tần số lấy mẫu đến máy thu. Ở máy thu sẽ phục hồi thông tin cần truyền.

Hình (6-1) là quá trình cơ bản của hệ thống PAM. Đây là hệ thống analog chưa phải là quá trình số hóa, do các giá trị lấy mẫu có thể là giá trị tức thời tại thời điểm đó, biên độ đó chưa chuyển thành các giá trị rời rạc xung đó được tạo ra có tần số thỏa mãn định luật lấy mẫu.

Phổ PAM: Chúng ta có thể hiểu tần số lấy mẫu là tần số sóng mang, sóng mang có tần

số là fs và là xung vuông, biên độ của nó được điều chế bởi tín hiệu analog vào. Vậy phổ của tín hiệu PAM tồn tại cao nhất của tín hiệu vì fs 2 fa . Nó gồm thành phần cơ bản và thành phần bậc cao. Bộ lọc thông thấp ở bộ phận thu chỉ cho qua thành phần thấp từ 0 - fs tạo lại tín hiệu analog.


Hình 6-3 : Điều chế PAM.

III - ĐIỀU XUNG MÃ (PCM) :Pule Code Modulation:

PCM được đặc trưng bởi ba quá trình đó là quá trình lấy mẫu, lượng tử hóa và mã hóa.

Lấy mẫu là quá trình có chu kỳ tín hiệu tương tự để thu được biên độ tức thời. Lượng tử hóa là chuyển một xung lấy mẫu thành một xung có biên độ bằng

mức lượng tử gần nhất. Kết hợp hoạt động lấy mẫu và lượng tử hóa tạo ra điều chế biên độ xung (PAM) biên độ này bị hạn chế với một giá trị rời rạc.

Mã hóa là thay thế mỗi mức cố định bằng một dãy nhị phân gọi là từ mã. Tất cả các từ mã đều chứa một số xung nhị phân nhất định và được truyền trong khoảng thời gian giữa hai thời điểm lấy mẫu kề nhau.

Hình (6-4) là sơ đồ khối của hệ thống thông tin PCM. Sự truyền PCM có thể xem là sự truyền mã nhị phân của PAM được số hóa. Với n bit của mã nhị phân ta có 2n giá trị khác nhau. Vì vậy giá trị biên độ lấy mẫu phải được lượng tử hoá trong phạm vi có thể mã hóa được. Khi truyền trên đường dây các mã nhị phân được truyền nối tiếp, tức là mã PCM phải được dịch ra trên đường dây từng bit theo thời gian. Ở máy thu cần có sự chuyển đổi từ nối tiếp về dạng song song. Các dãy bit thông thường được truyền đồng bộ trên đường dây.

t

VT Va

t

t

VS

f fa

V0/Vi

LPV0 V0

t

t fa

Va Tín hiệu vào

Quang phổ t/h vào

Lấy mẫu Phần phát

Phần thu

VT

Lấy mẫu

Lượng tử hóa Mã hóa

PCM Chuyển đổi Par/Ser

Chuyển đổi Ser/Par

Giải mã PCM

T/h ra

T/h vào Analo

Phần phát

f

fa

f

f

LPF

LPF


Hình 6-4: Hệ thống truyền PCM. 1- Nguyên lý lấy mẫu: Thực chất của nguyên lý lấy mẫu là một phép rời rạc hay là một phép điều

biên xung PAM và được thực hiện bằng các mạch Op-amp có cực khiển strobe.

Hình 6- 5 : Sơ đồ lấy mẫu Tín hiệu x(t) được đưa vào cổng Vin, xung lấy mẫu được đưa đến cổng G

có tần số 2fa của x(t). Nếu x(t) là tin tức âm tần thì tần số xung lấy mẫu là 8Khz. Tín hiệu ngõ ra Vout là xung PAM rời rạc.

t

x(t)

t

Vin Analog

Vout

t

Strobe

+

-


Mạch lấy mẫu có thể thiết kế từ mạch khuếch đại vi sai như sau:

Hình 6-6 : Mạch điện lấy mẫu. Q1,Q2 :Làm cầu vi sai. Q3 : Cổng điều khiển phân cực khi có xung tác động. IC1 : Khuếch đại tín hiệu rời rạc PAM.

2- Lượng tử hoá tín hiệu : Lượng tử hóa là biến đổi tín hiệu liên tục theo thời gian thành tín hiệu biên

độ rời rạc. Tín hiệu lượng tử hóa trước khi truyền dẫn thường được lấy mẫu. Ưu điểm của lượng tử hóa đã lấy mẫu là giảm được ảnh hưởng của tạp âm trong hệ thống. Lượng tử hóa hạn chế số lượng các mức cho phép của tín hiệu đã lấy mẫu và chuẩn bị để chuyển tín hiệu gốc từ dạng tương tự sang dạng số.

Có hai phương pháp lượng tử hóa tín hiệu đã được sử dụng trong lĩnh vực truyền tin.

Lượng tử tuyến tính. Lượng tử phi tuyến.

1.1- Luợng tử tuyến tính: Trong thang đo tín hiệu từ Vmax đến Vmin người ta chia thành n đoạn bằng

nhau gọi là phép lượng tử tuyến tính. Biễu diễn bằng đồ thị : trục Ox là điện áp vào Vin. trục Oy là điện áp ra Vout. Trong đoạn Vmax đến Vmin ta chia thành n đoạn mỗi đoạn có giá trị e

e=V V

nm m ( )

= 2Vn

m

Trong đó: e gọi là bậc lượng tử và biễu diễn theo trục Oy từ e0 đến en hoặc -en/2 đến +en/2. Ta chọn n đủ lớn thì sai số nhỏ có thể chấp nhận được, tuy nhiên việc chọn n còn phụ thuộc vào băng thông.

Hình (6-7a) cho thấy gía trị tương ứng giữa điện áp và giá trị mã nhị phân n cột PCM, Va nằm giữa +Vm và -Vm. Ta có giá trị của bậc lượng tử e là :

e= 22 1

Vmn

+

-

Q3

Q1 Q2

IC

Vout

Vcc

t

+

- Vin

Strobe


Hình 6-7 : Phương pháp lượng tử hóa. Hình (6-7b) cho thấy nếu chọn n=8,V=5,1V thì e= 0,04V và sai số lớn nhất cho

một lần lấy mẫu là 12

e .

Hình 6-8 :Đặc tuyến của phương pháp lượng tử tuyến tính.

1-2 Lượng tử phi tuyến : Lượng tử phi tuyến là phép nén tín hiệu theo quy luật đường cong không

đều, tập trung nhiều mức lượng tử ở vùng tín hiệu nhỏ. Lượng tử phi tuyến có hai quy luật nén thông dụng luật A và luật .

Va(V)

+Vin

-Vin

0V

00…00 00…01 00…10

01…11 10…000

(2n-1) 11…11

Mã n bit

122

n

inVe

Va(V)

+5,1

-5,1

0V

$00 $01 $02

$7F $80

$FF $FE

Mã 8 bit

040255

210 ,,e

(a) n bit PCM -VinVa+Vin

(b) 8 bit PCM -5,1VVa+5,1V

Va

Code

$00

$FF

+Vm -Vm


Luật A: Luật nén này được thể hiện theo phương trình sau:

A)(x

xvôi,Aln

))(xx(A

Vmax

maxin

101

y=

111

1

)(xx

Avôùi,

Aln)(x

x(AlnV

max

maxin

A thường chọn bằng 87,6. Luật :

Luật nén thể hiện như phương trình sau:

y=

01

1

xxvôi,

)ln()(x

xln(V max

maxin

Trong đó: là tham số thường bằng 255. xmax là điện áp cực đại của tín hiệu vào. y là tín hiệu ngõ ra. Khi = 0 không nén và tín hiệu ra liên hệ trực tiếp với tín hiệu vào.

Hai trị số A, được xác định một cách nghiêm ngặt đối với đặc tính nén. Nếu giá trị chúng càng lớn thì hiệu quả nén càng cao.

Hình 6-9 :Đặc tuyến của phương pháp lượng tử phi tuyến.

3 - Mã hóa : Trong hệ thống PCM thì bộ lượng tử hóa và mã hóa phối hợp với nhau tạo

thành bộ chuyển đổi A/D. Bộ mã hóa sử dụng để tạo ra các xung nhị phân từ các giá trị đã lượng tử xuất hiện ở đầu ra của bộ luợng tử hóa.

VPAM= 20B0+ 21B1 + 22B2 + 23B3 +.....+27B7 (Volt) Trong đó :B0 -B7 biễu diễn số đo biên độ volt của xung PAM và chỉ có hai giá trị 0 và 1.

Bộ chuyển đổi A/D có rất nhiều dạng mạch nhưng ta chỉ khảo sát dạng mạch sau Mạch tạo xung răng cưa : tạo ra một xung điện áp thực hiện với phép so

sánh với điện áp vào, chu kỳ của xung răng cưa bằng với chu kỳ của xung PAM.

Va

Code

$FF

$00


Mạch so sánh: so sánh hai điện áp Vin và xung răng cưa. Nếu Vin Vrăng cưa Vout={1} và ngược lại Vin Vrăng cưa Vout= {0}.

AND là cổng cho phép số lượng xung clock đưa vào mạch đếm.

Vout={1} thì xung clock được đi qua.

Vout={0} thì xung clock không được qua.

Hình 6-10 : Bộ chuyển đổi A/D dùng phương pháp đếm.

Mạch đếm BCD: thực hiện đếm các xung clock đưa vào và hệ số đếm là 28. Như vậy tuỳ thuộc vào số xung clock đưa vào mà ta có được chuỗi tín hiệu số PCM như bảng trạng thái của mạch đếm.

B7 B6 B5 B4 B3 B2 B1 B0 Xung

clock 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 1 0 2 0 0 0 0 0 0 1 1 3 1 1 1 1 1 1 1 1 255

Bảng trạng thái của bộ đếm.

Bộ tạo xung răng cưa

Mạch so sánh

Mạch đếm BCD

B0 B1

B6 B7

Vout

PAM in


Hình 6 –11 : Dạng xung của mạch A/D.

Với VA là điện áp vào của xung PAM. VB là điện áp xung răng cưa chuẩn.

4 - Độ rộng băng tần của điều chế xung mã (PCM): Định lý Nyquit về băng tần truyền dẫn cực tiểu chỉ rõ khi nó có khả năng

truyền br ký tự độc lập trong một giây, không có giao thoa giữa các ký hiệu đi qua bộ lọc thông thấp lý tưởng có băng thông BW=br/2. Nghĩa là độ rộng băng tần (tốc độ truyền các ký hiệu)/2.

BWbr/2. Trong hệ thống PCM, tốc độ truyền các ký hiệu bằng số lượng bit trong một

từ mã được tạo ra từ xung lượng tử nhân với tần số lấy mẫu fs. Br= số bit từ mã.fs = n.fs.

br :tính bằng bit/s. Ví dụ : Với PCM 8 bit trong hệ thống điện thoại chọn fa = 4Khz fs= 8Khz tốc độ truyền bit br = 8.8 = 64Kbit/s.

Băng thông cho hệ thống BW= b Khzr

232

PAM out

t

t

t

t

VB VB

VA VA

Vout

VC

B0 _B7 B0 _B7

t

CK


IV - ĐIỀU CHẾ DELTA: Trong thông tin liên lạc, nhiều khi ta chỉ cần truyền đi giá trị thay đổi tuyệt

đối của tín hiệu. Trong PCM ta lấy mẫu gồm cả thành phần một chiều và xoay chiều. Thành phần một chiều xác định tọa độ của tín hiệu gốc, thành phần xoay chiều chỉ sự biến thiên của tín hiệu. Nếu dùng PCM, yêu cầu mỗi đoạn thời gian phải truyền một số lượng xung nhất định. Nếu ta chỉ truyền sự thay đổi, lưu lượng truyền trên đường dây có thể giảm đi 50%. Chỉ truyền thành phần thay đổi đó là nguyên tắc cơ bản của điều chế Delta và DPCM.

1 - Nguyên lý điều chế: Trong kỹ thuật PCM cho phép các bộ A/D tạo ra 8 bit song song để biểu diễn

một mức PCM như vậy tốc độ mã hóa chậm, để nâng cao khả năng của A/D phương pháp điều chế Delta chỉ có một bit tín hiệu số vẫn biểu diễn được giá trị tương đối của mức biên độ PAM bằng cách lấy mức biên độ thứ Mi hồi tiếp về so sánh với mức M(i+1) Mi e(t) = 0.

Như vậy ở đầu thu nếu e(t)=1 thì tạo ra một mức mới có biên độ lớn hơn mức cũ.

Hình 6-12: Quá trình điều chế Delta.

S(t) là tín hiệu analog có phổ tần fa dạng xung PAM.

S’(t) là tín hiệu hồi tiếp về để so sánh là xung biên độ trước đó.

e(t) là tín hiệu ra e(t) =1 S(t) >S’(t)

e(t)=0 S(t) < S’(t).

D Q CK

dt).t(e

dt).t(e e(t)

S(t)

S’(t)

fs Tích phân

Tích phân

S’(t) fa +

-

So sánh


Mạch mã hóa vi phân bao giờ cũng có FF D để làm trễ đi một xung và mạch giải mã ( mạch tích phân) để khôi phục tín hiệu analog. Phương pháp điều chế đơn giản để thực hiện tín hiệu lan truyền có số lượng bit lớn hơn. Phương pháp này được ứng dụng nhiều trong tổng đài điện tử để mã hóa tín hiệu analog từ đường dây thuê bao tới thành tín hiệu số truyền dẫn qua hệ thống chuyển mạch rồi khôi phục trở lại tín hiệu analog để phát ra đường dây thuê bao.

2 - Méo lượng tử: Nếu e(t) = 1 thì biên độ xung tới lớn hơn biên độ xung trước đó nhưng mức

độ lớn hơn như thế nào thì e(t) =1 không phản ánh chính được điều đó dẫn đến sự méo dạng tín hiệu.

Từ hình vẽ khi S(t) không có thay đổi, S’(t) sẽ thay đổi về hai phía của S(t) và e(t) sẽ thay đổi giữa giá trị âm và dương. Sai số đó gọi là nhiểu khi lượng tử hóa. Cách khắc phục là giảm nhỏ h (độ dốc) có nghĩa là tăng tần số xung clock.

Quá tải sườn: Khi tín hiệu cần truyền thay đổi quá nhanh tín hiệu ra của bộ phận thu S’(t)

sẽ không thay đổi kịp. Người ta gọi đó là hiện tượng quá tải sườn và như vậy sẽ sinh ra sai số khi thu tín hiệu.

h: là bước cực đại của bộ tích phân. Nếu S(t) là hình sin có biên độ Vm tần số là fa S(t)= Vmsin2 fat. Và sườn S(t)

là S’(t) = dS tdt

f f ta a( ) cos 2 2

dS tdt( ) max=2 faVm.

Với bước h, tần số lấy mẫu là fs thì sườn của nó là ht

hfs

s

Để tránh tình trạng quá tải sườn cần thỏa mãn 2 faVmhfs.

Vậy: fahfVm

s

2

3 - Điều chế Delta thay đổi sườn VSDM: (Variable Slope Delta Modulation)

Phương pháp điều chế này làm giảm được nhiễu khi lượng tử hóa, tránh được quá tải sườn.Trong VSDM sườn của mạch tích phân được tăng hoặc giảm phụ thuộc vào tốc độ thay đổi của tín hiệu vào.


Hình 6 -13a: Điều chế CVSD (Continuosly Variable Slope Delta).

Tín hiệu e(t) tạo ra lần lượt đưa qua 3 FFD. Khi có 3 bit liên tiếp thì ngõ ra AND1 lên 1 làm tăng độ lợi A. Nếu 3 bit 0 liên tiếp thì ngõ ra của AND2 lên 1 cũng làm tăng độ lợi A. Trong cấu trúc mạch giải mã cũng có mạch điều khiển thay đổi độ lợi như sau: Hình 6 -13b : Giải điều chế CVSD (Continuosly Variable Slope Delta).

V - ĐIỀU CHẾ DPCM: (Different pulse code modulation). DPCM là phương pháp điều chế kết hợp giữa điều chế Delta và điều chế

PCM. Người ta dùng mã nhị phân để biểu diễn sự thay đổi biên độ của tín hiệu vi phân e(t). Mã của tín hiệu vi phân có thể biểu diễn 2n mức, vậy sẽ truyền n bit cho mỗi lần lấy mẫu của tín hiệu vi phân. Nếu như có một sự thay đổi nhỏ giữa hai quá trình lấy mẫu của tín hiệu vào analog thì sẽ xuất hiện sự thay đổi về mã, ta chỉ

CK D Q CK Q

D Q CK Q

OR

Điều chỉnh độ lơi dt).t(eA

A.e(t

e(t)

S’(t

Input Analog

D Q CK Q

D Q CK Q

D Q CK Q

OR

Điều chỉnh độ lợi dt).t(eA

A.e(t

e(t)

CK +

-


truyền sự thay đổi đó. Sau đây là dạng sơ đồ khối của máy thu và máy phát của hệ thống DPCM đơn giản. Hình 6-14: Sơ đồ khối của máy phát và máy thu DPCM.

Nguyên tắc hoạt động: Tín hiệu analog sau khi qua bộ lọc thông thấp (LPF) để hạn chế băng tần tín

hiệu vào bằng 1/2 hoặc ít hơn một nữa tần số lấy mẫu fs rồi đến bộ lấy mẫu. Bộ dự đoán giữ lại xung đã điều chế trước đó, tín hiệu ra của bộ dự đoán và tín hiệu ra của bộ lấy mẫu kết hợp lại với nhau thông qua bộ cộng, ngõ ra của bộ trừ chỉ xuất hiện khi có sự sai lệch điện áp giữa hai ngõ vào đó là tín hiệu DPCM. Giá trị Wn biểu thị cho gía trị lấy mẫu PAM và Zn=Wn là giá trị ở ngõ ra của bộ dự đoán. Vậy ngõ ra của bộ trừ là en= Wn- Wn. Giá trị mẫu DPCM này được lượng tử hóa là en+eqvới eq là sai số lượng tử do M mức lượng tử. Nếu trên đường truyền tín hiệu không bị nhiễu thì ngõ ra của bộ giải mã ở máy thu sẽ tạo ra một tín hiệu DPAM giống như ở máy phát en+eq.

Giả sử rằng giá trị mẫu trước đó ở máy thu là chính xác thì giá trị ngõ ra của bộ dự đoán là qn eW , ngõ ra của bộ cộng là en+eq + qn eW . Do en= Wn- nW

ngõ ra của bộ cộng có giá trị là Wn + eq+ qe và tín hiệu analog được phục hồi ở ngõ ra của máy thu có dạng tương tự như tín hiệu ở ngõ vào của máy phát nhưng có sai số lượng tử.

LPF Lấy

Lượng tử hóa

Mã hóa

Preditor

Channel

Giải mã LPF

Preditor

Output Analog

Input Analo

PAM DPAM DPAM DPCM

DPCM DPAM PAM

(+)

(+)

(-)

(-)

Phần phát

Phần thu


Sơ đồ nguyên lý của hệ thống mã DPCM. Mã PCM 8 bit được đổi thành mã 4 bit DPCM. Sự tích phân được thực hiện số hóa dùng bộ cộng và tín hiệu nhị phân, dùng bộ trừ để tạo tín hiệu DPCM. Ở bộ giải mã sự tích phân tín hiệu mã vi phân dùng bộ cộng và ở đó tạo ra mã 8 bit PCM. Hệ thống này có thể giảm lưu lượng truyền 50% ( từ 8 bit thành 4 bit). Hình 6-15a : Mã hóa DPCM.

Tín hiệu analog

ra

Bộ giải mã PCM

Bộ chuyển đổi nối tiếp- song song

DPCM in

Clock fs

B

A

A+B

Tín hiệu Analog Bộ chuyển đổi

song song - nối tiếp.

Mạch mã hóa PCM A

Ngõ ra DPCM A -B

4 bit B

Clock fs

Bit clock fb 4fs

A + B

A

B 8 bit

Hình 6-15b : Giãi mã DPCM.


CHƯƠNG VIII MÁY GHI ÂM

I. KHÁI NIỆM CHUNG: Máy ghi âm dùng để ghi lại các âm thanh (lời nói, tiếng nhạc). Dãi tần âm

thanh có thể ghi nhận được bao gồm âm cơ bản và hài bậc cao của chính nó, đồng thời với phổ của nhạc cụ, giọng nói tiếng động. Tai người cảm nhận được các âm thanh đó bị hạn chế ở ngưỡng nghe. Ngưỡng nghe được quyết định bởi áp suất và cảm giác điếc và phụ thuộc vào mức âm tính bằng dB hoặc áp suất âm tính bằng dyn/cm2 và tần số âm thanh tính bằng Hz.

Đơn vị đo của 0dB = 1016 W/cm2 = 2 10-4 dyn/cm2 Mức âm có thể tra cứu theo bảng sau:

0 dB im lặng tuyệt đối 60 dB tiếng ồn đường phố 10 dB lá cây xào xạc 70 dB tiếng kêu la 20 dB đồng hồ tích tắc 80 dB còi ô tô 30 dB trò chuyện thì thầm 100 dB tiếng búa hơi 40 dB trò chuyện bình thường 120 dB tiếng máy bay cách 3m 50 dB âm nhạc máy hát 130 dB ngưỡng đau tai

Nguồn tín hiệu âm thanh từ micro, radio… sau khi được khuếch đại được

đưa qua đầu từ để ghi lên băng từ bằng phương pháp từ hóa gọi là quá trình ghi. Nguồn tín hiệu âm thanh được từ hóa lên băng từ cảm ứng lên đầu từ một sức điện động cảm ứng tạo nên dòng điện âm thanh qua bộ khuếch đại ra loa gọi là quá trình phát.


Đầu từ được đặc ở đầu vào của tăng ăm phát và đầu ra của tăng âm ghi, là một bộ phận rất quan trọng của mạch điện, nó quyết định chất lượng cũng như đặc tính của bộ khuếch đại. Đầu từ được làm bằng pemaloi hoặc ferit có quấn dây quanh lõi nên phụ thuộc vào tần số âm thanh rất rõ rệt và theo quy luật Zl = wl = 2f. Đầu từ đòi hỏi lõi sắt có độ từ thẩm cao, độ cứng cao để ít bị mài mòn. Đặc biệt là khe từ, nó quyết định chất lượng âm thanh ở những vùng tần số cao rất rõ rệt. Khe từ phải thẳng, sắc góc và nhẳn ở mặt ngoài. Người ta đệm khe từ bằng miếng đồng hoặc mica để tránh bụi và sai lệch do va chạm cơ học và giảm tổn hao trong khe từ.

Khe từ còn phụ thuộc vào tốc độ kéo băng theo quan hệ = V/f với là

bước sóng được từ hóa tại đoạn băng chạy qua khe đầu từ, nên được gọi là độ rộng của khe từ , V là tốc độ kéo băng, f là tần số âm thanh được từ hóa trên đoạn băng ở khe đầu từ.

Đặc tuyến ghi được ở 4 tốc độ 9.5; 19; 38; 76 cm/s với độ rộng khe từ = 100?. khi dòng trên đầu từ ghi không thay đổi, sức điện động tăng 6 dB/ottave, rồi sau đó suy giảm theo tần số. độ suy giảm ngày càng tăng khi tăng tần số và giảm tốc độ kéo băng.

Khi ghi âm lên băng từ, tín hiệu âm thanh trên đầu ghi còn có tín hiệu siêu âm để khử méo dạng sóng do đường từ trể tạo ra thường được gọi là dòng từ thiên. Ý nghĩa của định thiên bằng từ là uốn lại đoạn gãy khúc giữa của đường từ trể bằng dòng siêu âm.

Tần số của dòng từ thiên phải chọn đủ lớn, ít nhất phải lớn hơn 5 lần tần số cao nhất của dải âm thanh đang sử dụng. Mặt khác, tần số dòng từ thiên phải chọn sao cho khi đoạn băng đi qua khe đầu từ cần được nhiễm từ ít nhất vài lần cực tiểu đến cực đại, để kết quả bù trừ do sự tự khử từ nên không cò từ dư ở trong băng.

Nhờ vậy, khi máy làm việc ở chế độ ghi lúc không có âm thanh sẽ không có tạp âm do từ dư của dòng từ thiên gây ra.

PHÂN LOẠI MÁY GHI ÂM Do sự phát triển rất nhanh của nền công nghiệp điện tử mà mỗi năm có thêm

rất nhiều kiểu máy ghi âm mới xuất hiện, về nguyên lý vận chuyển của các kiểu


máy cũng giống nhau, nhưng những kiểu máy này đều có thêm nhiều cải tiến rất khả quan.

1. Các cách phân loại máy ghi âm. a. Dựa vào tính năng của máy, có thể phân chia thành các loại sau: - Máy ghi âm (Tape recoder) hay còn gọi là máy thu băng, có thể ghi âm

thanh vào băng và cũng có thể đem băng ra đọc lại. - Máy diễn âm (tape player) chỉ dùng để đọc băng chứ không ghi âm thanh

vào băng được. - Bàn ghi âm (tape desk) dùng để đọc băng nhưng không thể tách rời khỏi

máy tăng âm vì trong máy chỉ có đầu từ đọc, với đầu từ ghi và phần tiền khuếch đại riêng, muốn phát ra ta phải nối với một máy tăng âm, nơi có tầng khuếch đại công suất phát ra loa.

b. Căn cứ vào các đặc điểm khác biệt trong cách sử dụng băng từ, người ta phân biệt ra ba loại máy sau:

- Máy dùng băng trần (Máy băng cối) tức là loại băng dùng trong các máy ghi âm thông thường, gồm 2 sườn cuộn băng: một cuộn tháo và một cuộn quấn. Muốn dùng các băng này, trước hết ta phải luồn băng trên các bánh xe và các đầu từ xóa, ghi và đọc.

- Loại băng hộp cassette, phải dùng máy ghi âm đặc biệt gọi là máy cassette. Về phần điện thì không khác máy ghi âm dùng băng trần, riêng hộp cassette là điểm khác. Cuộn băng được đặt kín trong hộp nhựa, bên trong có sẳn trục căng băng, nhíp đè băng với các lổ vừa vặn để gắn vào các trục tháo và quấn. Khi sử dụng, ta chỉ cần đặt hộp cassette vào các khung dành riêng và không phải luồn băng rắc rối như trong loại máy dùng băng trần.

Loại băng có vỏ bọc gọi là caxtric chỉ có một sườn cuộn băng, đặt kín trong một vỏ bằng nhựa. Cuộn băng có mối nối bắt đầu và mối kết thúc nối liền vào nhau. Khi di chuyển động, băng sẽ tháo ra từ trung tâm cuộn băng để đi qua trục xoay và các đầu từ rồi quấn lại bên ngoài của sườn băng. Lớp băng bên ngoài cứ lần lượt đi về bên trong khi cuộn băng được tháo ra. Nhờ vậy mà cuộn băng luôn được chạy mãi không ngừng.


2. Đặc điểm của các loại máy ghi âm: a) Máy ghi âm băng trần Loại máy này còn được gọi là máy ghi âm dùng băng lộ thiên. Máy dùng

băng trần không dùng trong hộp kín, những loại máy này chia làm 3 loại, tuỳ theo chất lượng của máy: Loại 1 (loại đặc biệt), loại 2 (loại tốt), loại 3 (loại thường).

Loại máy đặc biệt. Loại này thường chế tạo theo kiểu bàn ghi âm (tape desk) mà ta thường gọi

là các đầu câm vì các máy này không có phần khuếch đại công suất và nếu có thì cũng chỉ dùng kiểm soát lại âm thanh sau khi đã ghi.

Loại máy này luôn có 3 đầu từ trở lên: đầu từ xóa, ghi, hỗn hợp. Máy kiểu 3 đầu từ rất tiện lợi, ta có thể kiểm soát âm thanh đang ghi. Nhờ vậy, ta biết được phẩm chất âm thanh đang ghi để điều chỉnh mạch phân cực, mạch san bằng tần số, nhằm đạt được chất lượng cao nhất.

Về phần di chuyển băng, các máy này thường có 3 động cơ, các động cơ được định sẳn với công suất lớn để thay đổi nhanh và dễ dàng các nhiệm vụ như hát, quấn hoặc tháo băng. Thường máy có 2 tốc độ 19 cm/s (7.5ips) và 9.5 cm/s (3.75ips). Một số máy có thêm tốc độ 38 cm/s (15ips) hoặc 4.75 cm/s (1.7/8ips). Tốc độ thông dụng nhất là 19 cm/s vì có thể đạt được một khoảng tần số rộng, ít tiếng ồn và ít méo. Ở những máy tốt hiện nay người ta dùng thêm hệ thống Dolby nhằm giảm tạp âm nhiễu.

Những máy ghi âm đặc biệt đều có những đồng hồ đo mức độ âm thanh và nút điều chỉnh. Bộ phận đo thông dụng là Volt kế. Nhờ có máy đo mà ta kiểm soát được mức âm thanh đang ghi, điều chỉnh sao cho tiếng ồn không phủ lấp lên âm thanh và không gây méo.

Nếu máy ghi được 2 kênh băng, ta sẽ có 2 nút kiểm soát riêng biệt, dùng 1 nút cho mạch ghi và một nút cho mạch đọc. Nhờ đó, theo dõi được nhiều nguồn âm thanh, xếp đặt theo một kỹ thuật riêng biệt, để tạo ra âm thanh mới mẻ, sinh động.

Đầu vào của nguồn âm thanh cũng đặc biệt, đầu vào cho loại micro phát ra tiếng yếu và đầu vào cho micro phát ra riếng mạnh. Ngoài ra có lổ cắm máy thu thanh để thu qua đài phát thanh hoặc lổ cắm dành cho các đường dây điện thoại.

Mỗi đầu vào lại có nút điều chỉnh mức điện để điều chỉnh âm sắc từ các nguồn khác nhau.

Tóm lại, máy ghi âm đặc biệt thường có khả năng rất dồi dào. Nếu có một sự giới hạn về phẩm chất thì thường chỉ do đặc tính của các loại băng sử dụng.

Loại máy ghi âm tốt. Loại máy này thường nhỏ, gọn hơn loại 1. Về đặc tính kỹ thuật cũng giống

như loại trên. Loại máy này thường có hai đầu từ: đầu từ xóa và đầu từ hỗn hợp (ghi và phát). Do đó loại máy này không thể kiểm soát được phẩm chất âm thanh trong lúc đang ghi.

Máy ghi âm loại này chỉ dùng một động cơ, sự chuyển động của trục xoay truyền qua trục mang của cuộn băng tháo và cuộn băng quấn bằng những bánh răng hay đai truyền. Cách di chuyển băng này thường tạo ra tiếng ồn hơn hệ thống dùng 3 động cơ. Loại máy này vẫn dùng để ghi âm nhạc tốt.

Loại máy thường.


Loại máy này có hình thức nhỏ thuộc loại xách tay, nguồn điện thông dụng là pin và các loại sườn băng ở máy này là 7.5 cm và 12.7 cm. Tốc độ thường dùng là 4.75 cm/s hoặc 2.4 cm/s. Băng tần rất hẹp, ảnh hưởng tạp âm nhiễu. Loại máy này thường chỉ dùng để ghi tiếng nói.

b) Máy ghi âm dùng băng hộp cassette. Về nguyên lý làm việc, máy ghi âm dùng băng cassette giống như máy ghi

âm dùng băng trần, chỉ có đặc điểm là máy cassette gọn nhẹ, cho nên sử dụng các linh kiện chủ yếu là transistor và vi mạch là chủ yếu. Những đặc điểm của máy ghi âm loại này như sau:

Cách đặt hộp băng vào máy: có kiểu máy, hộp băng đặt phía trên mặt, có máy có khung đặt hộp băng vào bên hông.

Cách di chuyển băng: có máy có thể quấn băng lại được hoặc cho băng tháo ra nhanh: có máy không thực hiện được.

Cách xếp đặt chạy ngược chiều: cách xếp đặt này giúp ta ghi hoặc phát lại một kênh trên băng mà không cần lấy băng ra và lật đảo ngược lại. Có máy chạy ngược lại một cách tự động (auto-reverve), tức là sau khi nghe hết một kênh thì sẽ có một dấu hiệu đặc biệt làm cho băng chạy ngược trở lại và phát tiếp kênh thứ hai.

Máy tự động dừng lại: trong một vài kiểu máy, khi gần hết cuộn băng hoặc khi băng đứt thì một bộ phận tự động sẽ ngắt nguồn điện để phần di chuyển băng dừng lại.

Mức âm thanh ghi vào băng: thường có thể kiễm soát mức âm thanh bằng máy đo hoặc có thêm bộ phận ALC (automatic level control) dùng để điều chỉnh tự động mức âm thanh. Có một số máy có bộ phận ALC mà không có đồng hồ đo. Mạch ALC có công dụng điều hòa mức âm thanh đầu vào để tránh sự gia tăng quá lớn biên độ tín hiệu vào. Ngoài ra máy còn có hệ thống Dolby giảm bớt tiếng ồn.

Núm kiểm soát phân cực và mạch san bằng tần số (Equalier) tùy theo loại băng mà ta điều chỉnh mạch phân cực cho phù hợp với từng loại băng. Ví dụ, khi dùng băng ghi nhiều tiếng thanh, thì ta phải tăng cường độ dòng siêu âm để phân cực và dùng băng ít tiếng ồn, ta nên giảm tiếng thanh ở mạch san bằng tần số.

Mạch giảm tiếng ồn: thường sử dụng trong máy cassette loại tốt âm thanh trung thực thì người ta dùng thêm hệ thống Dolby nhằm giảm tiếng ồn.

Đầu vào máy cassette: có 2 loại + Đầu vào micro: Micro có trở kháng cao và thấp. Khi sữ dụng cần

gắn đúng vị trí tức là phối hợp đúng trở kháng. Nếu không phối hợp tốt thì tiếng ồn sẽ gia tăng.

+ Đầu vào cho các nguồn âm thanh khác: ví dụ như máy thu thanh máy quay đĩa, máy ghi âm khác. Ơ một vài kiểu máy hai loại đầu có thể dẫn đến máy ghi âm hai nguồn riêng biệt và có thể kiễm soát mức điện ở mức đầu vào. Nhờ đó có thể hòa âm được.

Có nhiều kiểu máy cassette Máy dùng pin làm nguồn điện: máy này rất tiện lợi có thể di chuyển dể dàng không phụ thuộc vào nguồn điện, rất tiện lợi cho người đi lưu động. Máy radio cassette: vừa có thể thu và phát rất tiện lợi để ghi chương trình của các đài phát thanh mà ta muốn thu.


Máy cassette dùng trên tàu xe, máy bay, thường dùng điện DC, loại máy này tự động ngắt điện khi hết băng và tự động quay trở lại. Máy cassette HIFI: dùng điện AC trong máy chỉ có phần khuếch đại ghi và tiền khuếch đại khi phát mà không cần khuếch đại công suất ra loa. Loại này dùng kèm với máy tăng âm và hệ thống loa riêng biệt. c) Máy ghi âm dùng hộp Caxtric. Băng dùng hộp Cartridge còn được gọi là băng có vòng đóng kín, thường chỉ

có một cuộn băng. Băng tháo từ trung tâm, đi qua đầu máy hát để rồi ở lại bên ngoài cuộn băng.

Cấu tạo hộp băng

Các lớp băng đi từ ngoài vào bên trong. Vì hai đầu nối liền nhau nên không

có hết băng vì tới đoạn cuối thì bắt đầu trở lại. So sánh băng cassette và băng Cartric thì loại băng Cartric hay làm băng rối

và quấn băng không đều. Mặt khác dể tìm băng cassette hơn băng Cartric và ghi âm vào băng Cartric rất khó khăn.

Một số điểm cần biết về máy ghi âm: _ Mỗi máy ghi âm đều cho biết số kênh ghi âm, nghĩa là số nguồn tín hiệu

độc lập có thể ghi hay phát cùng một lúc. _ Số tốc độ của máy thường là 1, 2, 3. Ở Nhật, Mỹ tốc độ ghi bằng ips (inch

per second). Ơ Việt Nam ghi bằng cm/s. Sau đây là bảng đối chiếu ips và cm/s

15 ips = 38 cm/s 7.5 ips = 19 cm/s

_ Về cỡ sườn cuộn băng thì số ghi chỉ cuộn băng lớn nhất có thể dùng. Ví dụ, số ghi là 12.7 cm (5inch) tức là những sườn từ cở này trở xuống đều có thể dùng được.

_ Số đầu máy có thể là 2, 3, 4… Máy dùng 3 đầu máy tốt hơn loại 2 đầu. Các máy có 4 đầu có thể quay theo chiều ngược lại.

_ Số đầu vào đều có ghi rõ nhiệm vụ và cần sử dụng đúng. Nếu có nhiều đầu vào micro thì nên xem trở kháng để dùng cho đúng.

_ Một số máy có ghi mạch điện ALC dùng ở trong máy là mạch tự động điều chỉnh mức độ âm thanh, mặc dù mức điện đầu vào thay đổi rất nhiều.

_ Trong máy có các nút điều chỉnh + Bias chức năng của mạch phân cực


+ Equalization chức năng mạch san bằng tần số II. Sơ đồ khối của máy ghi âm

Máy ghi âm bao gồm 4 bộ phận chủ yếu: bộ cơ khí kéo băng, mạch điện tử gồm các bộ khuếch đại và hiệu chỉnh tần số, bộ chỉ thị mức tín hiệu, đầu từ và bộ nguồn cấp điện.

Tùy theo mục đích sử dụng mà chế tạo các loại máy ghi âm có tính năng thích hợp theo từng sơ đồ cụ thể.

Sau đây là sơ đồ khối máy ghi âm chuyên dùng cho các phim trường, studio các đài phát. Các bộ phận phụ như tăng âm micro, tăng âm công suất, bộ chỉ thị mức tín hiệu được lắp rời bên ngoài.

Tín hiệu âm thanh từ tầng khuếch đại micro đến Jack J1 đưa vào tăng âm ghi,

đồng thời đến K2 để người điều khiển kiểm tra tín hiệu vào. Tải của tăng âm ghi là đầu từ ghi.

Bộ tạo sóng siêu âm cung cấp dòng cho đầu xóa, đồng thời cung cấp dòng từ thiên cho đầu ghi

Sức điện động cảm ứng trên đầu phát được đưa đến tăng âm phát. Đầu ra của tăng âm có trở kháng từ 150 đến 600 để phối hợp với tầng khuếch đại sau đó. Điện áp ra từ 1.5V đến 6V để đảm bảo chế độ làm việc bình thường cho đường dây hay tầng công suất. Nếu điện áp tại J2 quá nhỏ sẽ dẩn đến sự tăng độ nhạy của tầng công suất tăng âm phát và tăng âm kiểm tra dễ gây ra tự kích, đồng thời khó khăn cho việc chống nhiễu cũng như làm tăng tạp âm trên đường dây truyền tải tín hiệu. Nếu điện áp ra quá lớn sẽ làm tăng độ méo dạng sóng tín hiệu.

Khóa K1 dùng để nối tín hiệu đến đường dây truyền tải hoặc tải giả trong khi thay băng hay lúc kiểm tra tín hiệu, lúc in băng…

Khóa K2 được nối với tăng âm kiễm tra với mục đích kiễm tra tín hiệu âm thanh ở đầu vào (trước lúc ghi), hay đầu ra để xác định chất lượng trước và sau khi ghi.

Mức điện áp chuẩn ở hai đầu vào và đầu ra như nhau, được quy ước như vậy để tiện lợi trong quá trình sử dụng như việc san băng giữa các máy với nhau.ơ đồ khối của máy ghi âm stereo: bao gồm hai tầng micro có gắn thêm mạch kiểm tra và các mạch phụ


Sơ đồ khối của máy ghi âm stereo Máy ghi âm stereo có từ 2 đến 4 đường ghi phát. Có 2 bộ đầu từ, mỗi bộ

được đấu vào mỗi kênh. Trong mỗi kênh có từng phần điều chỉnh riêng cho dòng từ thiên đầu ghi, cho tăng âm, cho phần hiệu chỉnh tần số để bù lại sự khác biệt giữa hai kênh. Phần điều chỉnh âm lượng và âm sắc chỉ đặt riêng trong kênh phát. Riêng phần âm lượng cho thêm núm cân bằng (balance) để điều chỉnh âm thanh stereo theo ý muốn. Chiết áp P có đầu chung với masse, 2 đầu còn lại được nối với hai kênh phát để khi điều chỉnh cho âm lượng kênh trái tăng thì kênh phải giảm và ngược lại.

Bộ tạo sóng siêu âm và chỉ mức ghi M dùng chung cho cả hai kênh. Bộ chỉ mức rất cần thiết để kiểm tra mức ghi cực đại, đồng thời để điều chỉnh mức ghi của từng kênh.

Mức ghi âm stereo có thể dùng như micro, trường hợp này khi ghi thì đầu ghi và đầu xóa một kênh được ngắt ra, còn bộ tạo sóng siêu âm được đấu vào tải giả R để tránh làm sai lệch chế độ làm việc trên đầu ghi và đầu xóa của kênh kia.

Nhờ khối đầu từ có 4 đường, phân bố với khoảng cách thích hợp đủ làm suy giảm nhiểu giữa hai đường một cách đáng kể. Khi dùng micro có thể dùng một đường ghi còn đường kia để phát.

Phần lớn máy ghi âm stereo hiện nay có cấu trúc theo sơ đồ khối tổng hợp bằng cách chọn một trong những chế độ làm việc sau:

+ Ghi stereo từ micro, radio, quay đĩa stereo… + Phát stereo + Ghi mono cho kênh trái + Ghi mono cho kênh phải + Phát mono kênh trái + Phát mono kênh phải + Ghi chuyển tiếp tín hiệu từ kênh trái sang kênh phải và ngược lại.

Nguyên lý cơ bản của máy ghi âm Am thanh được từ micro thu vào. Micro là một thiết bị làm nhiệm vụ biến

các rung động âm thanh thành các rung động cơ học rồi biến các rung động đó thành một dòng điện thay đổi theo nhịp điệu âm thanh được thu vào. Các tín hiệu từ micro qua một máy khuếch âm sẽ đến tác động vào một máy khuếch âm sẽ đến tác động vào một bộ phận được gọi là đầu từ ghi. Đó là một kiểu nam châm điện được cấu tạo một cách rất đặc biệt.


Trên đầu từ đó có một khe hở từ rất hẹp khoảng vài m. Trong khe hở từ sẽ xuất hiện một từ trường thay đổi tùy theo tần số và biên độ của các rung động điện thanh.

Người ta cho một băng từ đi qua đầu từ đó với tốc độ rất đều đặn. Băng từ được làm bằng một loại chất dẻo trên đó có phủ một lớp bột từ. Từ trường thay đổi theo tần số âm thanh do đầu từ tạo ra sẽ làm cho bột từ bị nhiễm từ nhiều hay ít tùy theo nhịp độ rung động của tín hiệu âm thanh.

Như vậy băng từ sẽ được nhiễm từ trên toàn bộ bề mặt và sẽ giữ mãi âm thanh được ghi vào dưới dạng các độ nhiễm từ mạnh hay yếu trên toàn bộ chiều rộng đã được nhiễm từ (đường âm thanh).

Ngoài phạm vi đường âm thanh đó, tính chất của các hạt bột từ không bị thay đổi.

Muốn nhìn thấy âm thanh được ghi lên băng từ như thế nào thì phải nhúng băng từ vào một chất lỏng có chứa có chứa các hạt bộ từ rất nhỏ. Các hạt bột từ này sẽ bám vào các chổ có nhiễm từ trên băng từ .

Người ta có thể không đấu micro vào máy ghi âm, mà lại đấu vào máy quay đĩa hoặc một máy radio vào máy ghi âm. Các bản nhạc được ghi trên đĩa hát hoặc sẽ ghi được các buổi phát thanh mà radio thu được.

Nguyên tắc đọc băng từ bằng máy ghi âm. Việc phát lại âm thanh được giải quyết bằng cách cho băng từ đã có âm

thanh được ghi đi qua một khe hở của một đầu từ khác giống như đầu từ đã làm


nhiệm vụ đã ghi âm thanh vào băng từ. Đó là đầu từ phát, cũng gồm có một nam châm điện nhỏ trên đó có một cuộn dây. Băng từ đã có âm thanh được ghi vào tức là đã nhiễm từ. Khi qua đầu từ phát sẽ tạo nên những dòng điện cảm, cảm ứng trong cuộn dây của đầu từ phát. Các tín hiệu đó phản ánh các tín hiệu điện đã tác động vào đầu từ ghi. Từ đầu từ phát, các tín hiệu qua bộ khuếch đại phát để các tín hiệu đó đủ lớn để tác động vào loa và loa sẽ phát ra các âm thanh trước đây đã được micro thu vào.

Động tác phát lại âm thanh là động tác ngược lại với động tác ghi âm thanh vào băng từ. Ngay sau khi âm thanh được ghi vào băng từ, có thể phát lại các âm thanh đó, không cần thông qua bất kỳ quá trình xử lý nào cả.

III. Băng từ và đầu từ 1. Vật liệu từ Khi tác động từ trường với cường độ từ trường H thì vật thể trong từ trường

sẽ xuất hiện độ cảm ứng từ B B = oH + oM với o là hằng số từ trong chân không và không khí thì B

= oHo. oH đặc trưng cho vật liệu từ: M 0 độ cảm ứng từ B sẽ lớn hơn. Sự phụ thuộc B theo H là phi tuyến, vì:

M = Mo + H Do đó B = o ( + 1)H + o = oH + oMo với = +1 được gọi là độ từ thẩm của vật liệu từ.

Đặc tuyến từ hóa của vật liệu từ .

Hmax

Bmax

H

B


Khi vật liệu chưa bị từ hóa, nếu tăng dần từ trường tác động vào nó từ 0 đến giá trị nhỏ hơn Hs, thì đặc tuyến từ hóa là đoạn cong OA được gọi là đặc tuyến từ hóa ban đầu.

Nếu giá trị cực đại của từ trường tác động vẫn nhỏ hơn Hs, mà ta đổi chiều từ trường một cách đối xứng thì đặc tuyến từ hóa là các đặc tuyến bộ phận đối xứng.

Nếu H Hs thì vật liệu từ ở trạng thái bão hòa. Khi đó, nếu đổi chiều từ trường thì đặc tuyến từ hóa có diện tích cực đại. Đường cong từ hóa này được gọi là vòng từ trễ, He gọi là lực kháng từ. Ứng với H = 0 ta có độ cảm ứng từ Bd.

Vật liệu từ được phân thành hai loại: cứng và mềm. Vật liệu từ cứng có giá trị từ thẩm nhỏ. Vật liệu từ mềm có giá trị từ thẩm lớn. Đầu từ thường có lõi là vật liệu từ mềm. Ngược lại, lớp bột từ trên băng từ là vật liệu từ cứng.

2. Băng từ Trong những năm gần đây các phương thức chế tạo máy ghi âm, những yêu

cầu về nâng cao chất lượng máy ghi âm tất cả đều đòi hỏi một sự kết hợp ngày càng chính xác giữa các đặc tính của máy ghi âm với các đặc tính của băng từ được sử dụng. Những biến đổi trên đế băng từ chất dẻo làm cho bề dầy của băng từ giảm đi liên tục, băng từ ngày càng dài hơn trên cùng một cỡ đường kính lõi. Như vậy, thời gian thu phát sẽ tăng lên với các băng từ nhỏ, gọn. Các băng từ được chứa trong hộp băng cassette rất mỏng và có chiều rộng 3.8mm.

- Các loại đế băng từ: có nhiều vật liệu khác nhau dùng làm đế băng từ. - Đế làm bằng giấy: Đã bỏ đi không dùng nữa vì giấy dễ rách và hút ẩm. - Đế làm bằng triaxetat xenluylo: Đây là chất dẻo dùng làm phim điện ảnh

loại không cháy. Loại này ngày nay cũng không sử dụng vì nó có độ co giãn lớn khoảng 40% tùy theo lực kéo mặc dù loại đế này tuy chắc bền. Băng từ bị co dãn nên khi ghi hoặc phát âm thanh dễ bị sai lệch.

- Đế làm bằng polivinin: Hiện nay đang sử dụng nhiều. Đây là loại dùng để sản xuất đĩa hát. Loại băng từ này không chắc bền lắm (chịu tải 3kg/mm2) nhưng độ co dãn chỉ vào khoảng 25% ở mức tối đa. Đế làm băng polivinin dể hấp thụ nhiệt độ ở xung quanh nên phải để ở các chổ nóng như lò sưởi, các nguồn ánh sáng có độ tỏa nhiệt lớn. Khi băng từ bị cong, uốn vòng lên sẽ không áp sát vào khe hở của đầu từ, chất lượng âm thanh thu và phát xấu đi rõ rệt. Tuy nhiên, băng từ làm bằng polivinin không bị ảnh hưởng bởi độ ẩm.

- Đế làm bằng polyester: Loại chất liệu này được dùng để sản xuất ra băng từ có chất lượng cao. Băng từ làm bằng polyester bền chắc hơn loại băng từ khác, chỉ bị đứt khi chịu lực 40 kg/mm2. Vì vậy, có thể làm ra loại băng từ rất mỏng, dùng trong thời gian dài trên cùng một lõi băng. Độ mỏng của băng từ làm cho băng từ có độ mềm nên áp sát vào đầu từ rất tốt. Chất polyester chịu được nhiệt độ cao (180oC)

Các chất bột từ trên băng từ. Sự tiến bộ về chất lượng của băng từ liên quan nhiều đến các phương pháp

miết bột từ để đạt được các bề mặt của băng từ ngày càng bóng hơn, độ ồn ngày càng giảm cho phép thu và phát âm thanh với chất lượng cao.

Ngày nay các loại băng từ dùng dùng bột từ bioxit crom, loại băng này có ưu điểm rõ rệt trong việc ghi các âm thanh cao (tần số cao), các tiếng ồn giảm đi, dải động âm thanh được mở rộng ra. Vấn đề này càng trở nên quan trọng đối với các băng từ dùng cho máy ghi âm cassette vì loại băng từ này có chiều rộng nhỏ, lại chuyển động với tốc độ chậm.


Các đường âm thanh rất hẹp trên các băng cassette dùng với âm thanh lập thể stereo. Băng từ Cronyl đã xuất hiện và đáp ứng được yêu cầu trên. Ban đầu băng từ Cronyl được sản xuất với bề rộng 12.7mm dùng trong máy đo, máy tính điện tử và dùng để ghi hình ảnh qua các máy ghi hình trên băng từ.

Theo quy ước, trên 1mm2 của lớp bột từ phải có 180 triệu hạt oxit sắt. Loại băng từ Cronyl có thêm hàng triệu hạt nữa, các hạt ngày càng nhỏ hơn, càng có khả năng bám vào nhau chặc chẻ hơn. Mật độ từ tính sẽ ở mức độ cao hơn. Do việc sử dụng loại bột oxit mới độ ồn được giảm đi nhiều.

Kích thước của các hạt bột từ ngày càng giảm. Với bột oxit sắt thì có thể ghi các tín hiệu có bước sóng trên dưới 4m. Như vậy, loại máy ghi âm dùng băng cối, sử dụng loại băng từ oxit sắt, với tốc độ truyền băng 19cm/s thì có thể ghi được các âm thanh có tần số khoảng 15KHz. Tốc độ di chuyển băng từ trên máy ghi âm cassette chỉ là 4.75cm/s bước sóng âm thanh thu vào sẽ giảm đi đối với các âm thanh có tần số cao, khi dùng băng từ oxit sắt trên máy ghi âm cassette âm thanh cao được thu không tốt tỷ số tín hiệu trên tiếng ồn bị giảm đi, máy ghi âm phát ra nhiều tiếng ồn.

Các loại băng từ Có thể lựa chọn 25 loại băng từ có kích thước và tính chất khác nhau. Bảng 1

ghi tóm tắt các loại băng, trên đó các loại viết tắt có nghĩa như sau: LP: (Long playing) băng từ dùng trong thời gian dài. DP: (Double playing) băng từ dùng trong thời gian dài gấp 2 lần. TP: ( Triple playing) băng từ dùng trong thời gian dài gấp 3 lần. Trên bảng 1 ta thấy có 12 chiều dài của băng từ trên 11 loại lõi có kích thước

khác nhau. Những máy ghi âm dùng băng cối, loại thông dụng dùng các lõi băng có đường kính từ 13 đến 18 cm.

Thời gian sử dụng băng từ bao giờ cũng tính theo một đường tiếng với tốc độ chuyển băng trung bình là 9.5cm/s và do chiều dài của băng từ quyết định. Bảng 2 cho ta thấy thời gian sử dụng từng loại băng từ trên một đường tiếng với các tốc độ khác nhau.

Đường kính của lõi băng từ sử dụng trên các máy ghi âm dùng băng cối (cm)

Chiều dài của băng

từ (m) 6 8 9 10 11 13 15 18 22 25 26.5 45 65 90

135 180 270 360 540 730

1000 1080 1200

LP LP DP TP

DP TP

LP DP TP

LP DP TP

LP DP TP

LP DP TP

LP DP

TP

LP DP

LP

LP Về nguyên lý thì các máy ghi âm có thể sử dụng bất kỳ loại băng từ nào. Tuy

nhiên, khi đã lưu ý đến đặc tính của từng loại băng từ thì sẽ thấy các loại băng từ

Bản

g 1


khác nhau dùng cho các máy ghi âm khác nhau. Loại máy ghi âm thông dụng thường chỉ có thể dùng với các lõi băng có đường kính tối đa là 18cm. Loại máy chuyên dụng và các máy bán chuyên nghiệp thì dùng các lõi băng lớn hơn, thường là loại có đường kính 20cm, 25cm hay 26.5cm. Các máy ghi âm chuyên dùng thường có 3 đầu từ làm 3 nhiệm vụ riêng biệt (xóa-ghi-phát). Đầu từ ghi trên máy chuyên dùng có khe hở từ lớn hơn so với máy ghi âm thông dụng, do đó nếu băng từ có dày lên thì cũng không có tác hại nhiều so với loại đầu từ có khe hở từ hẹp. Vì lý do này nên các máy ghi âm chuyên dùng thường sử dụng loại LP chắc, bền. Các lõi băng có đường kính lớn, chứa được nhiều băng từ, bảo đảm thời gian cần thiết để thu hoặc phát băng.

Các máy ghi âm thông dụng dùng đầu từ kết hợp ghi và phát. Khe hở từ trên đầu từ rất hẹp, do đó khi băng từ dịch chuyển mà không áp sát vào đầu từ thì các tần số cao bị mất. Vì vậy, nên dùng loại băng từ mỏng, dai, dẻo. Dùng ở tốc độ nhanh với các lõi chứa đầy băng từ vẫn có thể thu hoặc phát trong thời gian dài.

Băng từ thông dụng dày 50-53 microng Băng từ dày 35 microng Đường kính của lõi băng từ (mm)

Chiều dài (m)

Tốc độ sử dụng

(cm/s)

Thời gian dùng trên 1 đường tiếng

(phút)

Chiều dài (m)

Tốc độ sử dụng

(cm/s)

Thời gian dùng trên 1 đường tiếng

(phút) 1 2 3 4 5 6 7

82

60 2.4

4.75 9.53

42 21 10

85

2.4 4.75 9.53

55 27 14

102

90

2.4 4.75 9.53

60 30 15

125

2.4 4.75 9.53

85 43 22

127

180

2.4 4.75 9.53

19.05

120 60 30 15

250

2.4 4.75 9.53

19.05

170 75 43 22

147

250

4.75 9.53

19.05

145 43 22

320

4.75 9.53

19.05

110 55 28

178

350

4.75 9.53

19.05 38.01

120 60 30 15

500

4.75 9.53

19.05 38.01

170 75 43 22

247

720

9.53 19.05 38.01

125 60 32

1000

9.53 19.05 38.01

170 145 43

Ưu điểm của các loại băng từ _ Ưu điểm của băng từ loại mới là: các âm thanh có tần số cao, và các âm thanh

tần số thấp được ghi vào và phát ra rất giống nhau, tính chất âm nhạc nổi lên rõ ràng hơn. Độ ồn được giảm nhiều. Độ ồn nền không phụ thuộc vào cường độ nhiễm từ trước lại phụ thuộc vào chiều rộng của rãnh âm thanh được ghi vào. Tín hiệu vào và độ ồn nền điều tăng tỷ lệ với chiều rộng của rãnh âm thanh đó.

Luaän Vaên Toát Nghieäp Soaïn giaùo trình moân kyõ thuaät truyeàn thanh

Băng từ loại mới thì mức giữ từ tính được tăng lên, nghĩa là hiện tượng duy trì được độ nhiễm từ đã tăng lên khoảng 50%. Băng từ loại mới này có được những ưu điểm trên là nhờ vào sự cấu tạo của bột từ bioxit crom có hình dạng các kim màu đen dài, nhọn với số lượng nhiều hơn so với các kim nhọn màu nâu của oxit sắt.

Phân loại băng cassette Trên các hộp dùng băng cassette đều có ghi thời gian sử dụng (2lần) _ Loại C60 có thời gian sử dụng = 2x30 phút = 60 phút _ Loại C90 có thời gian sử dụng = 2x45 phút = 90 phút _ Loại C120 có thời gian sử dụng = 2x60 phút = 120 phút

Đặc tính của các hộp băng cassette

Ký hiệu băng

cassette

Chiều dài băng từ trong băng cassette

Loại băng từ được sử dụng

Thời gian sử dụng

C60 90m 3.81mm 60phút C90 135m 3.81mm 90phút

C120 172m 3.81mm 120phút

TP: thời gian sử dụng gấp 3 lần. QP: thời gian sử dụng gấp 4 lần. SP: thời gian sử dụng gấp 6 lần.

3. Đầu từ Đầu từ là một bộ phận quan trọng của máy ghi âm. Đầu từ ghi, đầu từ đọc,

đầu từ hỗn hợp, đầu từ xóa đều giống nhau về kết cấu cơ bản nhưng khác nhau về vật liệu làm lõi từ, về kích thước của khe từ cũng như về số vòng và loại dây để quấn cuộn dây.

Đầu từ ghi có nhiệm vụ biến đổi những dao động điện ở tần số âm thanh trở thành dao động từ trong khi một băng từ chuyển động và áp sát vào mặt công tác của đầu từ.

Đầu từ đọc khi băng từ chuyển động và áp sát vào mặt công tác của đầu từ thì nó biến đổi dòng từ thành những dao động điện giống như những dao động điện khi ghi vào băng từ.

Đầu từ xóa có nhiệm vụ biến đổi dòng siêu âm của bộ dao động siêu âm thành từ năng trong khi băng từ chuyển động theo mặt cộng tác của đầu từ nhằm xóa bỏ những tín hiệu đã ghi trên băng. Cấu tạo chính của đầu từ như hình vẽ:


Đầu từ gồm một lõi làm bằng vật liệu từ tính, trên đó có quấn hai cuộn dây

số 2, hai cuộn dây được quấn đối xứng và ngược chiều nhau nhằm giảm nhỏ can nhiễu tạp âm bên ngoài. Lõi từ đằng trước có khe công tác 3 của đầu từ khe này áp sát vào băng từ. Chính giữa những khe này người ta đặt một màng mỏng bằng vật liệu không từ tính, do đó phần lớn đường sức từ đều đi qua băng từ.

Khe 4 nằm sau lõi từ nhằm nâng cao từ trể của lõi từ ở những khe sau có đặt một băng giấy để tránh hiện tượng bảo hòa từ. Để tránh nhiểu tạp âm ngoài một cách hiệu quả, đầu từ còn được bọc kim cẩn thận bằng võ 5. Vỏ bọc kim thường làm bằng pecmalôi hoặc xem loại có độ dày khoảng 1mm. Tất cả các đầu từ như đầu từ xóa, ghi, đọc, hổn hợp đều có kết cấu cơ bản như mô tả trên đây nhưng khác ở những phần sau:

+ Vật liệu làm đầu từ và hình dạng lõi từ. + Số vòng và cở dây quấn. + Kích thước của khe từ công tác và có hay không khe từ ở phí sau.

Đầu từ ghi, đầu từ đọc, đầu từ hỗn hợp có khe từ công tác nằm trong giới hạn từ 210m. Đầu từ xóa là 100200 m. Khe từ phía sau có độ rộng 50300m. Đầu từ xóa được bọc bằng vật liệu dẩn điện tốt như đồng hoặc đồng thau.

Lõi từ là những lá mỏng cỡ 0.10.2 mm giữa các lá có cách điện. Đối với các đầu từ ghi, đầu từ đọc hay đầu từ hổn hợp dùng các vật liệu từ có độ từ thẩm cao và độ bão hòa từ không lớn. Thông thường dùng hợp kim sắt kẽm, các vật liệu này sẽ cho ta những đầu từ có độ nhạy cao giảm được dòng điện ghi, khi đọc cho ta sức điện động lớn cũng như đáp tuyến tần số rất tốt ở tần sồ cao.

Chiều cao của đầu từ xác định bởi bề rộng của băng từ và số đường trên băng. Chiều cao của khe từ hổn hợp trong máy ghi âm có 2 đường âm thanh là 2.5mm, với 4 đường âm thanh là 1mm. Độ cao của khe từ xóa đối với loại 2 đường là 3mm và loại 4 đường là 1.5mm.

Lõi từ đầu xoá hiện nay là dùng vật liệu ferit, có tổn hao thấp, dùng vật liệu ferit có thể giảm công suất tổn hao so với loại thông thường. Số vòng dây của đầu từ phụ thuộc vào kiểu đầu từ có trở kháng thấp hay trở kháng cao. Đầu từ trở kháng cao thường dùng cho máy ghi âm khuếch đại bằng đèn điện tử, cò loại trở kháng thấp thích hợp cho máy ghi âm dùng transistor và chuyên dùng.

Dây quấn cuộn dây thường dùng loại đồng cách điện bằng sơn cách điện, số vòng được xác định theo điện cảm của đầu từ. Đầu từ hổn hợp của máy ghi âm dùng đèn điện từ có điện cảm khoảng 1H. Máy ghi âm dùng transistor điện cảm của đầu từ hổn hợp khoảng 50100mH. Cuộn dây của đầu từ xóa có số vòng không nhiều và phụ thuộc vào bộ phát sóng siêu âm. Kết cấu đầu từ có thể gồm 2 cuộn dây nối liên tiếp nhau hoặc chỉ 1cuộn. Loại có 2 cuộn dây quấn ngược chiều nhau giảm được nhiểu từ bên ngoài tác động vào. Để tránh tạp âm bên ngoài ảnh hưởng đến, đầu từ được bọc bằng vỏ kim loại. Đầu từ xóa dùng vỏ đồng hoặc đồng thau. Còn các kiểu đầu từ khác dùng vỏ pecmalôi dày 1 3mm. Đầu từ hổn hợp thường có 2 vỏ bọc. Đầu từ của máy ghi âm stereo, để giảm nhỏ điện cảm và điện dung ảnh hưởng giữa 2 kênh giữa chúng có màn chắn.

Đầu từ xóa 2 kênh cũng gồm 2 đầu từ xóa, 2 đầu từ đặt cùng một vỏ, khe từ công tác cùng nằm trên một đường thẳng đứng.



Đầu từ của máy ghi âm cassette chỉ khác là có kích thước nhỏ để vừa với cửa

sổ của băng cassette. Độ cao của lõi đầu từ hổn hợp của máy có 2 đường mono là 1.5mm, còn đối với khe ghi của máy ghi âm stereo là 0.66mm. Vỏ của đầu từ cassette cũng bị giới hạn bởi độ cao của băng truyền. Để cho băng truyền chuyển động qua đầu theo đúng chiều và độ rộng, người ta thiết kế thêm 2 ngạnh để giới hạn.

Ảnh hưởng giữa băng từ và đầu từ

_ Độ mòn của đầu từ: Các máy ghi âm theo phương pháp từ tính thường bị mài mòn đầu từ. Các đầu từ bị mài mòn là do sức áp của băng từ vào các đầu từ, đủ để đảm bảo chất lượng ghi hoặc phát, theo thời gian chính là nguyên nhân làm cho đầu từ bị mài mòn.

Sự mài mòn này phụ thuộc vào bản chất các vật liệu từ tính cấu tạo nên các má cực của đầu từ, phụ thuộc vào bản chất băng từ, vào mức độ băng từ áp sát vào đầu từ và cuối cùng phụ thuộc vào kích thước và hình dạng của các bề mặt tiếp xúc.

_ Việc đảm bảo tốt sự tiếp xúc giữa đầu từ với băng từ là rất cần thiết, đặc biệt là đầu từ phát vì bề mặt lớp bột từ không phẳng đều và vì có ảnh hưởng của lực ma sát trên các trục quay nên cần có một lực đủ lớn để đảm bảo sự tiếp xúc tốt đó.

_ Bản chất bề mặt đầu từ rất quan trọng khi xét đến độ mài mòn và các đặt tính về điện. Các má cực càng nhẳn thì độ mài mòn càng chậm, ít nhất là trong thời kỳ đầu khi đầu từ được mang ra sử dụng. Nếu việc chế tạo ra các bề mặt của các cực từ quá đắt thì phải tìm cách dung hòa đến mức độ có thể chấp nhận được.

_ Bề mặt của lớp bột từ và tốc độ chuyển băng từ cũng có ảnh hưởng đến đầu từ. Với băng từ mềm thì ôm sát vào đầu từ. Băng từ thiếu tính chất mềm dẻo thì lớp bột từ sẽ bị nứt rạn. Việc giảm tốc độ chuyển băng từ sẽ cải thiện thời gian sữ dụng đầu từ nhưng sẽ không đạt được các dải tần số cao cần có.


IV. Bộ khuếch đại ghi 1. Nhiệm vụ và tính chất cơ bản.

Nhiệm vụ chủ yếu của tầng khuếch đại ghi là sửa méo trước cho đặc tuyến đầu ghi và cấp tín hiệu cho nó. Để thực hiện được nhiệm vụ này bộ khuếch đại cần có các tính chất sau:

_ Tầng ra làm việc với tải điện cảm là đầu ghi _ Có mạch sửa đáp tuyến tần số trong tần khuếch đại. _ Trộn tín hiệu với dòng từ thiên siêu âm để dòng từ hóa dòng tín hiệu lên

băng từ. Khi ghi với microphon khi đầu vào của nó được nối với đầu ra của tăng âm

micro, còn khi ghi với đường truyền tín hiệu (Line) thì đầu vào nối qua biến áp đối xứng, hệ số biến áp khoảng 810.

Trong tầng khuếch đại ghi của máy chuyên dùng thường có điều chỉnh mức ghi bằng biến áp. Riêng các máy dân dụng thường dùng mức ghi cố định và có mạch điều lượng ALC (automatic level control).

Tăng âm ghi thường được đặt gần với bộ tạo sóng siêu âm và từ thiên sẽ làm cho tầng này làm việc kém ổn định ở tần số cao. Để tránh hiện tượng này phải cách ly tầng khuếch đại với bộ tạo sóng bằng cách bọc kín chống nhiễu các linh kiện và đi dây đúng cách.

Công suất tín hiệu đặt lên đầu từ rất nhỏ (2%W) nên có độ méo nhỏ (<0.5%) gần như lý tưởng. Muốn vậy cần dùng điện áp cao, phản hồi sâu. Lúc phát băng lại cần phải trung thực như chất lượng lúc ghi và không có tiếng ồn nền. Muốn vậy cần phải ngắt đầu ghi ra khỏi máy tăng âm hoặc ngắt nguồn điện cung cấp cho tăng âm ghi trong lúc phát lại.

2. Tầng ra và mạch ra: Dòng từ hóa:

Tín hiệu từ đầu ghi từ hóa lên băng từ có thể biều thị bằng phương trình điện áp hay dòng điện trong cuộn dây. Cho từ thông của tín hiệu hình sin chạy trong lõi sắt từ có thể biểu diễn dưới dạng hai phương trình sau:

Trong đó U: điện áp trên đầu từ i: là dòng điện trong cuộn dây n: là số vòng của cuộn dây RM: tổng trở của đầu từ K1,K2: là hệ số tỷ lệ phụ thuộc vào cách chọn đơn vị đo.

Từ hai biểu thức trên ta thấy rằng dòng từ thông chạy trong lõi đầu từ hóa lên băng tỷ lệ với điện trường ở đầu ghi và dòng từ trong lõi sắt ở biều thức (I) từ thông phụ thuộc tần số, điện áp trên đầu từ và với giả thuyết cảm kháng cuộn dây có điện trở thuần nhỏ nhất.

Biểu thức (II), từ thông không phụ thuộc vào tần số và xem tổn hao năng lượng trong lõi và trong không gian đầu từ là nhỏ nhất nên được sử dụng tiện lợi. Công thức (I) ít được sử dụng vì từ thông thay đổi mạnh trong dãi tần làm việc. Công thức (II) được sử dụng nhiều hơn vì phù hợp với dòng i ở đầu từ ghi từ hóa

(I) (II) nfuK1


lên băng từ thể hiện trong lúc đo. Dòng tín hiệu i phụ thuộc vào cách cấu tạo đầu từ, số vòng dây, cách chọn thiên từ và chất lượng băng. Không thể tăng số vòng để tăng , vì khi n tăng thì RM cũng tăng theo, tần số cộng hưởng riêng của đầu từ sẽ xê dịch gần dải tần làm việc, sẽ làm xấu đặc tính tần số. Thông thường số vòng dây n nhỏ, điện trở nhỏ nên không cần điện áp thiên từ lớn.

Tổng trở ra Trở kháng cuộn dây đầu từ Z = wl tăng theo tần số, dòng từ hóa duy trì ở

mức trung bình thì điện áp ra sẽ phụ thuộc tần số theo quy luật u = iwl. Do đó, trong mạch cần phải có mạch sữa méo tần số trước ở bộ khuếch đại .

Trở kháng xoay chiều ở đầu ra có trị số rất nhỏ trong vùng tần số thấp nên gây méo không đường thẳng. Để ổn định giá trị trở kháng của phụ tải trong cả dải tần tín hiệu cần mắc điện trở hạn chế R nối tiếp với đầu từ, có trị số đủ lớn, thỏa mãn điều kiện R>> wl. Phụ tải của tăng âm lúc này xem như là điện trở thuần R.


Thực tế điện trở hạn chế R theo công thức

R = 2WoL = 4foL Trong đó fo là tần số cao (Hz) L điện cảm đầu từ (H)

Phương pháp hữu hiệu là mắc thêm tụ C song song với điện trở R. Tổng trở vào của mạch nhìn AB sẽ là

W: tần số vòng để tính trị Z Lần lượt lấy các giá trị W = 0 đến W = Wr với các tham số = 1;1.6;2;3 sẽ

vẽ được đặt tuyến hình Từ đặc tuyến ta rút ra kết luận sau:

_ Trở kháng Z sẽ ổn định khi = 1.6

_ Khi < 1.6 thì trở kháng giảm, dòng tín hiệu chạy qua nó tăng lúc đó áp đưa vào không đổi.

Hai phương pháp hạn chế dùng R và RC đều gây tổn hao điện áp và công suất trên điện trở hạn chế, do đó cần phải tăng công suất của tăng âm ghi.

Sửa méo trước cho đáp tuyến tần số Đặc tính tần số của tăng âm ghi: Nếu như dòng tín hiệu trên đầu ghi tác dụng lên băng từ đồng đều trong cả

dải tần thì từ dư còn lại trên băng lại không giống nhau. Tần số càng tăng, mức từ hóa lên băng càng giảm. Đặc tính tần số của từ dư sẽ bị giảm ở tần số cao. Mức suy giảm phụ thuộc vào lớp bột từ của băng, tốc độ chuyển băng, độ rộng khe từ và chất lượng miếng đệm khe của đầu từ, vật liệu lõi đầu từ và chế độ ghi.

Nếu bù hoàn toàn mức suy giảm này trong tăng âm phát bằng cách nâng độ khuếch đại ở vùng tần số cao thì tạp âm ở vùng tần số cao sẽ tăng lên. Để giảm tạp âm cho tăng âm phát, hợp ký nhất là nên có mạch sửa méo trước ở tần số cao đặt trong tăng âm ghi.

Mặc dù đã có sự phân vùng hiệu chỉnh đặc tuyến tần số giữa tăng âm ghi và phát, nhưng không giả quyết được các yêu cầu trên, nên người ta quy ước cho trước đặc tuyến tần số chuẩn như ở tăng âm phát.

22

2232

KKKK

RZ

LCWr

1

RLWr

nWWK


Vấn đề là nên chọn đặc tuyến tần số ở tăng âm ghi như thế nào đề khi phát

lại thì đặc tuyến tần số của máy có dạng bằng phẳng nằm ngang vì đặc tuyến tăng âm ghi và phát bù cho các tổn hao trên đầu và băng từ.

Như vậy đặc tuyến tần số của tăng âm ghi phải có dạng như đặc tuyến tần số của dòng tín hiệu chạy qua đầu từ để từ hóa lên tăng. Đặc tuyến có dạng như hình vẽ trên, theo đơn vị logarit theo quy luật.

if : dòng tín hiệu chạy qua đầu từứng với tần số f. i1000: dòng tín hiệu chạy qua đầu từ ứng với tần số 1KHz. Mạch sửa méo:

Từ đặc tuyến thấy rằng, cần phải có mạch sửa méo trước ở tần số cao của tăng âm ghi. Các mạch nâng cho từng loại máy chỉ khác nhau ở mức K và tần số cực đại cần phải nâng cao

1000

lg20ii

K f


Đây là mạch sửa méo trước đặt ở đầu vào của tầng khuếch đại, thường dùng

với đường line có biến áp. Dùng loại biến áp hạ áp (n<1) để nội trở nguồn tín hiệu đầu vào nhỏ hơn tổng giá trị RK + R.

Điện áp đặt trên mạch cộng hưởng LKCK ở mức nâng cực đại (RK ở phía trái) Mức nâng ở tần số cao là

RK>>R nên MRK/R V. Khuếch đại phát 1) Nhiệm vụ và tính năng cơ bản:

Tăng âm phát có hai nhiệm vụ chính: _ Khuếch đại tín hiệu rất nhỏ _ được cảm ứng trên đầu từ đến mức đủ lớn

cho việc kiểm tra, để nghe hoặc đưa đến đầu vào tầng khuếch đại công suất ra loa. _ Sửa lại đặc tuyến cho đầu phát Hoàn thành được hai nhiệm vụ trên rất khó và cần phải có những mạch đặc

biệt trong tầng khuếch đại này. Sức điện động cảm ứng cũng không quá 100150V. Vì vậy điều khó khăn nhất là làm suy giảm tạp âm ngay ở tăng âm phát.

Mức hiệu chỉnh tần số ở tăng âm phát thông thường phải nâng lên từ 2025dB.

Độ méo không đường thẳng do sóng hài cũng như méo tổng hợp ở tần số cao không vượt quá 0.5%. Đối với các máy đời mới, người ta còn dùng thêm bộ nén tạp âm Dobly méo tổng hợp đạt tới 0.06%. Do vậy độ méo không đường thẳng ở tăng âm phát cần phải được khống chế chặt chẽ.

2) Tạp âm nội bộ của tầng khuếch đại: Transistor khuếch đại dùng cho tần số thấp có nhiều công dụng khác nhau,

không thể dùng bất kỳ loại transistor nào cho tầng khuếch đại phát, nhất là ở tầng đầu. Do đó, phải chọn loại transistor đặc biệt, có tạp âm nội bộ nội bộ nhỏ dùng cho tầng đầu.

Tạp âm nhiệt của điện trở base: Tạp âm gây nên do điện trở base là do các điện tích cố chuyển dời tự do

trong vùng tiếp giáp bởi dao động nhiệt của tinh thể bán dẫn ở hàng rào thế năng. Tạp âm do nhiệt phụ thuộc vào điệ trở rb (base), nhiệt độ tuyệt đối T và dải tần làm việc f (Hz) và tính theo công thức Ut/âb = 4.KTrbf. K: hệ số Boltzman

Từ công thức ta thấy điện trở base càng nhỏ thì tạp âm càng nhỏ, đồng thời tạp âm nhiệt không phụ thuộc vào chế độ làm việc của transistor và méo tần số.

Tạp âm tại lớp tiếp giáp emitter và collector

RRR

nVV

K

inB

nVV in

RRR

VVM

KB


Tạp âm gây nên ở lớp tiếp giáp emittet và collector là do các điện tích lỗ di chuyễn tự do trong khối điện tích hổn tạp lộn xộn. Điệp áp tạp âm phát sinh trong mốt tiếp giáp tỷ lệ với dòng chạy qua tiếp giáp P-N, điện trở tiếp giáp P-N, dải tần số làm việc.

Tạp âm càng nhỏ khi dòng chạy qua tiếp giáp và điện trở tiếp giáp càng nhỏ. Tạp âm được phân bố đồng đều trong cả dải tần.

Tạp âm do sự phân chia dòng emitter và tạp âm nhấp nháy. Khi transistor làm việc, dòng chạy qua tiếp giáp emittor được chia ra 2 thành

phần: một chạy đến collector, một phần chạy về cực B. Sự phân chia dòng điện tạo nên quá trình tái dao động cở trong vùng Base, và tạp âm càng nhỏ khi dòng emitter Ic càng nhỏ, dòng ngược Ico nhỏ và hệ số khuếch đại dòng phải lớn.

Tạp âm nhấp nháy trong chất bán dẩn mang tính chất đặc trưng cho từng loại transistor và đặc biệt gây khó khăn cho tầng khuếch đại phát cho máy ghi âm.

Nguyên nhân vật lý của sự xuất hiện tạp âm này có thể coi như hiện tượng mạng tinh thể của chất bán dẩn bị phá vỡ. Thông thường tạp âm nhấp nháy ở tiếp giáp emitter có trị số nhỏ hơn ở tiếp giáp collector nên có thể bỏ qua.

Tạp âm nhấp nháy tính theo công thức: Trong đó rc: điện trở cực C uc: điện áp collector : hệ số phụ thuộc cấu trúc transistor trong quy trình công nghệ sản xuất, , , : các hệ số tĩnh.

= 1.21.8 = 0.91.2 = 12 Tạp âm nhấp nháy tỷ lệ thuận với điện áp collector và tỷ lệ nghịch với tần số.

Tạp âm này chỉ xuất hiện ở tần số thấp, tần số càng cao thì tạp âm càng giảm. Tuy nhiên nếu tần số lớn khoảng vài KHz thì tạp âm này biến thành tạp âm nhiệt.

Tạp âm riêng của transistor phụ thuộc vào cách chọn chế độ làm việc của nó. Tạp âm sẽ giảm khi dòng và áp cung cấp giảm. Tuy nhiên khi giảm hệ số khuếch đại kéo theo việc giảm dòng emitter Ic và điện áp collector uc.

Thông thường ở tầng đầu transistor làm việc trong khoảng Ic = 0.20.5mA uc = 0.51.5V Tạp âm riêng của transistor được đo trên đầu ra tầng khuếch đại đó. Tạp âm

đầu ra càng bé thì tạp âm riêng của transistor càng nhỏ, đó là loại transistor tốt cho tầng đầu.

3) Hiệu chỉnh tần số và mạch hiệu chỉnh Hiệu chỉnh tần số : Việc bù méo tần số xãy ra trong quá trinh ghi-phát sẽ được phân bố giữa hai

kênh ghi và phát. Để đảm bảo khả năng trao đổi chương trình giữa các máy ghi âm đòi hỏi nghiêm ngặt về tần số quy chuẩn của đường phát, còn đặc tuyến tần số của đường ghi trong thực tế được chọn sao cho trên đường ghi-phát có đặc tuyến bằng phẳng theo tiêu chuẩn toàn máy đã cho.


Đặc tuyến tần số của mỗi tầng khuếch đại rất khác nhau, nên rất khó xác định

được đặc tuyến tần số của đầu từ, bởi vậy người ta phải dùng khái niệm đầu từ lý tưởng để quy chuẩn hóa.

Khi ghi với dòng từ dư trên băng không đổi, sức điện động được cảm ứng trên đầu phát tỷ lệ thuận với tần số và đặc tính tần số lý tưởng sẽ có dạng đường thẳng .

Đường phát quy chuẩn, bao gồm đặc tuyến tần số đầu phát lý tưởng và đặc tuyến tần số tăng âm phát lý tưởng ở các tốc độ kéo băng khác nhau.

K ở đây không phải là tỷ số Uout/Uin thông thường, mà Uin là sức điện động tác dụng lên cuộn dây đầu từ qua ghép điện cảm hoặc qua bộ phân áp đưa đến tầng khuếch đại phát. Nếu đầu phát thực tế có đặc tính tần số của tăng âm phát để phù hợp với đầu phát lý tưởng thì có thể sửa đáp tuyến tần số của tăng âm phát để phù hợp với đặc tuyến quy chuẩn chung.

Chọn vật liệu làm lõi đầu từ sao cho tổn hao nhỏ nhất. Chọn đầu từ có đặc tính tần số gần như đầu từ lý tưởng và tăng âm phát có đặc tính đúng quy chuẩn sẽ cho ta kênh phát quy chuẩn. Nhờ đặc tuyến đường ghi bằng phẳng sẽ cho điện áp ra đồng đều trong cả dải tần. Băng từ được ghi như vậy gọi là băng từ chuẩn.

Nhờ băng đo chuẩn ta có thể so sánh sự khác biệt giữa tăng âm thực tế với tăng âm chuẩn để hiệu chỉnh tần số cho thích hợp.

4) Mạch hiệu chỉnh tần số: Có các loại sau: _ Mạch hiệu chỉnh kiểu phân áp _ Mạch hiệu chỉnh kiểu phản hồi Mạch hiệu chỉnh kiểu phân áp như hình vẽ sau:


Tín hiệu sau khi được đưa đến cực base của Q1, điện áp tín hiệu lấy trên điện

trở R3 của Q1 qua cầu phân áp R5, C3, C4, L1,R6,C5,R7 đến cực base của T2. Mạch vòng L1C5 được hiệu chỉnh ở tần số cao của dải tần. R6 dùng để hiệu chỉnh đặc tuyến tần số cao. Để cho mạch làm việc được bình thường thì cần phải thỏa mãn điều kiện Rin >> p với p là trở kháng đặc tính của mạch vòng L1C5, p có giá trị

Còn Rin là trở kháng vào của Q2. Để nâng cao trở kháng vào điện trở R10 ở cực emitter của Q2 hoặc Q2 mắc theo kiểu collector chung.

Khuyết điểm chính của mạch này là không nâng đặc tính tần số lên quá 20dB ở vùng tần số thấp bởi vì mạch Q2. Mặt khác, tín hiệu bị suy giảm nhiều trên cầu phân áp, do đó phải tăng hệ số khuếch đại Q1 mà tín hiệu đặc vào base Q2 vẫn còn nhỏ. Như vậy tạp âm ở tầng này sẽ tăng do có tạp âm riêng của Q1 cộng với tạp âm riêng Q2.

Đối với các máy ghi âm có nhiều tốc độ thì mạch hiệu chỉnh tần số ở từng tốc độ sẽ đấu qua role hay galet.


Mạch hiệu chỉnh dùng phản hồi song song

Mạch hiệu chỉnh loại này, các phần tử R4 C2 L1 R1 C3 dùng để điều chỉnh tần số. Khi tần số tăng thì trở kháng Xc= 1/2fc giảm làm tăng mức phản hồi âm, kéo theo giảm hệ số khuếch đại và dang đặc tuyến đi xuống. Ở vùng tần số cộng hưởng của mạch vòng L1 C3, lượng phản hồi giảm do cộng hưởng song song nên đặc tuyến sẽ được nâng lên. Mức hiệu chỉnh sẽ phụ thuộc vào hệ số khuếch đại của T1. Trong các máy ghi âm dân dụng thường dùng mạch hiệu chỉnh như hình vẽ

Mạch dùng 3 tầng khuếch đại mắc trực tiếp có phản hồi dòng một chiều và

xoay chiều. Dòng một chiều phản hồi trên phân áp R8, R9 qua R9 đặt trên cực base T1 để ổn định điểm làm việc của T1T2. Điện áp phản hồi xoay chiều lấy trên tải R7 của T2 qua phân áp C5R5R3L1C2 đặt lên emitter của T1 để tạo nên dạng đặc tuyến tần số mà bộ khuếch đại yêu cầu. Để đạt được hiệu suất phản hồi lớn, mạch ra T3 mắc theo collector chung.

Ưu điểm của mạch này là đơn giản, không bị suy giảm tần số thấp, hệ số khuếch đại đủ lớn, dùng được với nguồn điện áp thấp và đặc tuyến tần số ít bị biến dạng khi thay transistor vì có độ ổn định nhiệt cao.


VI. Bộ khuếch đại hỗn hợp 1. Nhiệm vụ Trong các máy không chuyên dùng, thường chế tạo để dùng một đầu từ

chung cho cả ghi và phát. Trường hợp này dùng chung tầng khuếch đại gọi là tầng khuếch đại hỗn hợp, nhằm sửa lại dạng đặc tuyến tần số cho đầu ghi và phát. Thay thế chế độ làm việc bằng các chuyển mạch đồng thời với các khóa cơ khí và rơle.

Tầng khuếch đại hỗn hợp có 2 loại: mạch sửa đặc tuyến tần số ngay trong tầng khuếch đại và loại đặt ở mạch ra đầu ghi.

Tầng khuếch đại hỗn hợp có mạch sửa đặc tuyến tần số ngay trong các tầng khuếch đại được dùng phổ biến trong máy ghi âm thông dụng và có các yêu cầu riêng của nó. Ngoài việc thỏa mãn sửa đáp tuyến tần số lúc ghi và phát, tầng khuếch đại hỗn hợp phải đạt yêu cầu về độ nhạy và công suất cần có của toàn máy.

Ơ đường ghi, mức vào từ micro khoảng 120mV, công suất đặt lên đầu ghi tương đối nhỏ. Ơ đường phát sức điện động cảm ứng trên đầu phát ở tần số thấp vào khoảng 0.5mW, công suất ra cho tăng âm phát khoảng 15W. Như vậy vấn đề cần lưu ý là đầu từ hỗn hợp. Để đảm bảo đặc tuyến tần số tốt và độ nhạy cao, đầu phát cầu có khe từ hẹp, số vòng cuộn dây đủ lớn để tăng độ nhạy. Còn ở đầu từ ghi có khe từ lớn hơn đầu phát, độ rộng khe từ bằng bề dày của lớp bột nhiễm từ trên băng, có khe từ ở một nữa phía sau để tránh bảo hòa từ. Số vòng của cuộn dây ít hơn đầu phát, vì nếu số vòng dây lớn hơn thì đòi hỏi điện áp siêu âm khử từ lớn. Như vậy đầu từ hỗn hợp phải dung hòa hai yêu cầu nêu trên.

Độ nhạy của đầu từ hỗn hợp trong lúc phát nhỏ hơn đầu từ có trở kháng cao, nên yêu cầu phải tăng độ khuếch đại, sẽ làm xấu đặc tuyến và giảm tạp âm. Điện áp từ hóa trên đầu từ hỗn hợp sẽ lớn hơn trên đầu ghi, sẽ làm tăng công suất của bộ tạo sóng siêu âm.

Khi phát, đầu từ mắc trực tiếp và dùng toàn bộ các tầng khuếch đại. Khi ghi, vì tín hiệu vào lớn nên thường bỏ qua một hoặc hai tầng khuếch đại. Để khống chế tự kích khi thay đổi chế độ làm việc (ghi-phát), người ta mắc tụ vào hai má tiếp xúc của rơle hay nối đất khi không làm việc.

Hai chỉ tiêu chủ yếu là tạp âm nội bộ và méo không đường thẳng ở tầng khuếch đại hỗn hợp chỉ đạt giá trị trung bình.


2. Tầng khuếch đại dùng transistor

Khuếch đại hỗn hợp dùng transistor

Tầng khuếch đại hổn hợp có 4 transistor, đầu vào không đối xứng, đầu ra

dùng biến áp. Tầng 1, 2: tiền khuếch đại dùng 2 transistor BC 109 và AC 151 ghép trực

tiếp, dùng phản hồi dòng điện và điện áp để ổn định chế độ làm việc và giảm méo không đường thẳng R15, C16, R13, dùng phản hồi tần số cao C45.

Tầng 3, 4 hiệu chỉnh tần số đặc tuyến ghi phát, dùng phản hồi dòng điện như tầng 1, 2 qua bộ phân áp R28 (680) và R29 (330). Ngõ ra tầng 4 lấy từ thứ cấp biến áp đưa phản hồi về emitter tầng 3 để hiệu chỉnh tần số cho 4 tốc độ cả lúc ghi và phát. Các mắt lọc trong đường hồi tiếp âm dùng để sửa dạng đặc tuyến, mạch lọc thông cao (R//C) để làm suy giảm mức ra theo tầng số và mắt lọc công hưởng LC đề nâng mức ra theo mỗi tần số thấp đã được chọn tùy theo tốc độ kéo băng.

Tầng T1, T2 để khuếch đại tín hiệu nhỏ cảm ứng từ đầu phát và được sửa méo dạng không đường thẳng bằng cầu phân áp. Tầng T3 T4 dùng hồi tiếp âm theo tần số để sửa dạng đặc tuyến phát. Mắc lọc thông cao R42//C30 làm cho đặc tuyến giảm từ từ theo hằng số = RC.

Mắc lọc LC22 cộng hưởng ở vùng tần số thấp để nâng giá trị cực đại tại một tần số được chọn. Tín hiệu đã được hiệu chỉnh tiếp tục đưa đến tầng khuếch đại công suất.

3. Tầng khuếch đại hỗn hợp dùng vi mạch Các bộ khuếch đại thuật toán có nhiều tính năng thường gặp trong các radio

cassette loại mới. Nó gồm các IC tiêu chuẩn được kết hợp với các linh kiện rời bên ngoài để tiện cho việc ứng dụng đa năng. Tuy nhiên cũng có loại IC chuyên dụng không cần các linh kiện hiệu chỉnh rời bên ngoài, nhưng lại bị hạn chế khi cho nhiều chức năng khác nhau.

Cấu trúc của IC thuật toán có loại 8 hoặc 14 chân, hình chữ nhật hoặc hình trụ.


Đặc tính vi mạch thuật toán _ Trở kháng vào rất lớn (105106) _ Hệ số khuếch đại từ 104106 _ Hiệu suất cao _ Có hai ngỏ vào

+ Đầu vào không đảo (+) tín hiệu ở ngỏ ra cùng pha với tín hiệu ngỏ vào + Đầu vào đảo () tín hiệu ở ngỏ ra ngược pha với tín hiệu ngỏ vào.

_ Hệ số khuếch đại:

+ của bộ khuếch đại đảo: K = R3/R1 + của bộ khuếch đại không đảo: K = 1+ R1/R2

Nếu R1>> R2 thì K R1/R2 Bộ khuếch đại thuật toán điển hình là IC741 do nhiều hãng chế tạo với các

tên gọi khác nhau như LM741, CA741, MA741, MCI741… Người ta đã chế tạo loại khuếch đại thuật toán có tạp âm rất nhỏ để sử dụng

vào mạch tiền khuếch đại của máy ghi âm và máy đo cực nhạy như LM381 (hay LM381A)

Bộ khuếch đại LM381N dùng cho tăng âm phát trong máy ghi âm như hình. Mạch hiệu chỉnh tần số bằng linh kiện rời, đáp ứng đặc tính tần số phát theo hệ thống NAB (National Association of Broadcasters: Ủy ban phát thanh quốc tế).


Tín hiệu 1 kHz cảm ứng qua đầu từ khoảng 0.1mV đến 0.3mV hiệu dụng, được khuếch đại lên 0.5V ở đầu ra cùng pha. Lượng phản hồi âm từ lối ra 7 đưa về đầu đảo 2 qua mạch hiệu chỉnh tần số. Trở kháng tụ C3 tạo nên sườn dốc suy giảm đến 30dB ở khoảng tần số 50kHz đến 3kHz. Tụ C2, R1 góp phần làm suy giảm tần số ở ngoài vùng tần số âm tần thấp nhất.

Vi mạch LM 381 dùng cho tầng tiền tăng âm phát có mạch hiệu chỉnh theo hệ thống RIAA (Record Industry Association of American: hiệp hội sản xuất thiết bị âm thanh Mỹ). Tụ C3, C4 để hiệu chỉnh đặc tuyến tần số theo hệ RIAA.


VII. Bộ tạo sóng siêu âm

Mạch điện của bộ tạo sóng siêu âm tuy đơn giản nhưng hiện tượng vật lý xảy ra trong quá trình xóa từ dư ở băng từ cũng như sử dụng dòng từ thiên để sửa méo dạng đặc tuyến động của đường từ hóa ở băng từ. Vì vậy cần phải xem xét hiện tượng vật lý trước khi tìm hiểu mạch điện.

1. Hiện tượng vật lý của quá trình xóa Nhờ việc xóa được từ dư Br ở băng từ nên nó được sử dụng để ghi lại nhiều

lần các chương trình khác nhau. Quá trình xóa có thể thực hiện bằng hai cách: là cùng dòng một chiều bão

hòa do đầu từ làm bằng nam châm vĩnh cửu có từ trường xóa đủ mạnh được dùng trong các máy cassette có dải tần âm thanh hẹp, cách thứ hai là dùng sóng siêu âm.

Dòng từ thiên chạy qua đầu ghi tạo nên từ trường H ở trục hoành, từ dư Br ở băng nằm trên trục tung B. Xét một đoạn băng di chuyển qua đầu từ xoá theo chiều trục thời gian t. Đoạn băng đi từ đầu mép khe đầu xóa đến giữa khe, từ trường xóa sẽ tăng lên cực đại và giảm dần về 0 khi đến mép khe bên kia. Trong khoảng thời gian đó, dòng siêu âm sẽ đưa mức từ dư Br của băng từ, bắt đầu từ điểm 1, 2, 3 … 10. Tại điểm 10 từ dư của đoạn băng vừa đi qua đầu xóa được đưa về 0 lúc này các vết ghi đã được xóa. Muốn xóa hết các vết ghi trên đoạn băng đi qua khe từ thì tần số xóa phải đổi chiều trong khe ít nhất 10 lần. Trong thực tế, tần số xóa chọn cao hơn để cách xa dải tần cao âm thanh từ 30 90 kHz.


2. Đặc tuyến thiên từ Trong quá trình từ hóa sẽ dùng đường từ trể để giải thích hiện tuợng vật lý,

còn trong tính toán thì cần phải dùng đặc tuyến động. Dựa trên đường từ trễ để vẽ đặc tuyến động như hình theo sau: Đặc tuyến động cũng mô tả quan hệ giữa điện từ trường H của tín hiệu ở đầu

ghi với từ dư Br còn lại ở băng từ. Khi điện trường H từ 0 đến H1 thì băng được từ hóa từ 0 đến B1. Ngắt H1, B1 còn lưu giữ từ dư ở mức Br1, tiếp tục tăng điện trường H từ H1 đến H2 thì Br sẽ tăng từ Br1 lên Br2. Cứ tiếp tục như vậy, rồi kéo các đường song song với H và B ta sẽ có được các giao điểm r1, r2, r3, r4. Nối các giao điểm này lại với nhau ta sẽ có đặc tuyến động.

Nếu đổi chiều H và tiếp tục như trên, ta sẽ có đặc tuyến về phí âm. Đường

đặc tuyến động có dạng uốn ở điểm giữa và gây ra méo dạng âm thanh. Người ta dùng dòng siêu âm để làm thiên từ cho đặc tuyến động của băng từ

đã được xóa và được mô tả bằng hình vẽ bên. Ở đây dòng siêu âm mang dòng tín hiệu âm tần (phương pháp xếp chồng)

khác hẳn với dạng sóng điều chế tín hiệu của máy phát. Nhờ dòng siêu âm làm thiên từ nên đã dịch chuyển dòng âm tần về 2 đoạn

thẳng của đặc tuyến động trong quá trình ghi để giữ lại từ dư Br trên băng theo dạng sóng âm tần tổng hợp giữa truc X.


3. Nhiệm vụ và các tính năng riêng : Bộ tạo sóng siêu âm có nhiệm vụ cung ấp năng lượng cho đầu xóa và dòng

từ thiên cho đầu ghi với tần số thích hợp. Về mạch điện nó giống như trong kỹ thuật radio nhưng lại mang một số tính

chất riêng của kỹ thuật ghi âm là theo nguyên lý xếp chồng 2 dòng tín hiệu và từ thiên.

Trong các máy ghi âm đơn giản và thông dụng, thường dùng một bộ tạo sóng chung cho đầu xóa và đầu ghi với tần số khoảng 60Hz.

Trong máy ghi dùng trong các studio đòi hỏi chất lượng âm thanh lúc ghi rất cao, vì vậy cần tăng dòng từ thiên lên khoảng 120180kHz nhằm mục đích giảm tạp âm nền và làm suy giảm các tone hổn hợp ở dải tần cao. Nếu dùng chung một bộ tạo sóng ở đầu ghi và đầu xóa sẽ không thỏa mãn yêu cầu đặt ra.

Để tránh hiện tượng giao thoa giữa 2 tần số dao động và sóng hài của chúng trong lúc ghi, cần chọn riêng 2 tần số xóa và từ thiên để thỏa mãn điều kiện:

ftt 3fx + 20 (Hz) Năng lượng của bộ tạo sóng siêu âm sẽ bức xạ ra khoảng không bao quanh

nó và nhiễu vào lưới điện sẽ gây nhiễu cho các máy radio đặt gần, do đó cần phải bọc từ cẩn thận trong máy ghi âm.


Bộ tạo sóng siêu âm Trong máy radio cassette chất lượng thấp ngày nay thường dùng các đầu xóa

bằng nam châm để gọn mạch điện. Trong các máy chuyên dùng cassette có chất lượng cao vẫn dùng đầu xóa bằng siêu âm.

Bộ tạo sóng siêu âm đơn giản như hình. Mạch tạo sóng chỉ dùng cho dòng thiên từ kiểu cc chọn giá trị R1, R2 để xác định chế độ làm việc thích hợp. Để làm tốt dạng sóng, mạch điện ở đầu ghi phải cộng hưởng ở tần số siêu âm. Thay đổi độ ghép bằng cách chọn hay thay đổi số vòng dây cuộn cảm được quấn trên lõi pherit.

Tuy nhiên mạch được dùng phổ biến là bộ tạo sóng 2 tần kép. Dòng xóa và thiên từ dùng chung một tần số và không có hài bậc chẳn ở đầu ra. Cuộn dây quấn trên lõi pherit hình xuyến các đầu ra phải có số vòng cân xứng. Hai transistor phải chọn cùng thông số như nhau.

Trong máy ghi âm có một vài đầu ghi, đầu xóa như ghi âm stereo, bộ tạo

sóng sẽ có nhiều tầng. Trong đó một tầng là mạch dao động, các tầng khác dùng để khuếch đại cho mỗi loại đầu từ.

Để tránh ảnh hưởng ghép lẫn nhau, nên dùng các cuộn riêng rẽ cho mỗi đầu từ. Đầu từ ghi âm dùng transistor có trở kháng nhỏ 200300 vì vậy số vòng sẽ ít. Để đảm bảo đủ năng lượng xóa và từ hóa trên băng, cần phải tăng dòng điện chạy qua nó.


Cách mắc đầu từ ghi và xóa vào bộ tạo sóng siêu âm Tuỳ theo cấu tạo mạch ra của bộ tạo sóng mà mắc đầu từ ghi và xóa cho

thích hợp. Sau đây giới thiệu một số mạch thông dụng:

_ Hình a: là mạch ra ghép biến áp, cuộn ghép quấn chung vào lõi cuộn dao động. Tụ tinh chỉnh C1 để điều chỉnh dòng từ thiên cho đầu từ ghi. Tụ C2 làm suy giảm phon từ thấp (50, 100, 150Hz) do từ trường ngoài xâm nhập qua cuộn ghép hoặc do phon của nội trở nguồn. Chọn giá trị C2 sao cho nó cùng với cuộn cảm đầu xóa tạo thành mạch vòng cộng hưởng khác xa tần số xóa. Nếu tần số mạch vòng cộng hưởng đúng bằng tần số xóa thì điện áp trên đầu xóa sẽ thay đổi nhiều khi thay thế đầu xóa trong quá trình khai thác, do có sự khác nhau về điện cảm và điện trở của đầu từ. Nếu tần số cộng hưởng lớn hơn tần số xóa thì phần lớn điện áp cuộn cảm ghép sẽ đặt lên C2. Bởi vậy cần phải chọn tần số cộng hưởng nhỏ hơn tần số xóa. Nếu điện áp cung cấp cho đầu xóa lớn hơn đầu ghi nhiều lần thì sẽ lấy từ đầu dây cuộn cảm ghép có điện áp thích hợp.

_ Hình b: là ghép biến áp tự ngẫu, không qua cuộn dây nên đơn giản hơn về cấu tạo. Đầu xóa được nối vảo một phần cuộn dây cộng hưởng qua C2, đầu ghi được nối qua tụ tinh chỉnh C2. Ý nghĩa và gía trị các tụ giống như ở hình a.

_ Hình c: được dùng trong máy ghi âm của studio. Điện áp siêu âm lấy từ cuộn cảm qua C1 đặt lên đầu xóa. Điện áp từ thiên lấy trên C1, thông qua C2 đến đầu ghi. Tụ C2 có trị số đủ lớn để cho dòng từ thiên qua dể dàng, vừa đủ ngăn dòng âm tần đi qua bộ sóng. Dùng chiết áp Rp để điều chỉnh dòng từ thiên đưa đến đầu ghi. Lợi điểm của mạch này là C1 có tác dụng lọc hài bậc cao ở tần số siêu âm.

Trong các máy ghi âm stereo, cách mắc đẩu từ với bộ tạo sóng như hình a, b chỉ khác là mỗi một đầu ghi được mắc qua một tụ bán chỉnh riêng rẽ. Khi ngắt một đầu từ sẽ phải thay thế vào đó một điện trở tương đương về trị số, công suất để cho chế độ làm việc của bộ tạo sóng được ổn định.

VIII. Tầng khuếch đại công suất Các máy ghi âm chuyên dùng hoặc dân dụng hiện nay thì tầng khuếch đại

công suất đều dùng trnsistor và IC. Để đảm bảo tính gọn nhẹ và chất lượng cao, tầng cuối cùng này thường dùng transistor ghép trực tiếp không biến áp ra và có khi dùng cả IC công suất.

1) Tầng khuếch đại công suất dùng transistor Tầng khuếch đại công suất là mạch khuếch đại thông thường không có mạch

sửa đặc tuyến tần số cho đầu từ và băng từ. Khuếch đại công suất dùng transistor có các dạng sau:


+ Xuất bằng biến áp + Xuất dùng tụ OTL + Xuất không sử dụng tụ OCL + Mạch cầu BTL

Các dạng mạch khuếch đại công suất này cũng tương tự như dạng mạch khuếch đại công suất ở máy tăng âm. Tuy nhiên ưu điểm chung của tầng công suất không biến áp ra là đặc tuyến tần số rất tốt dải tần từ 202000Hz với độ suy giảm 3dB. Bởi vì trong mạch bỏ được các tụ ghép và dùng phản hồi sâu từ tầng cuối trở về tầng đầu nên giảm méo tần số và méo không đường thẳng. Trở kháng ra nhỏ từ 36 nên có thể dùng loa làm phụ tải trực tiếp cho mạch ra.

Mạch OTL có tải nối masse: thường gồm có 3 tầng: tầng đầu làm việc ở chế độ A, tầng 2 đảo pha bằng 2 transistor, tầng 3 là tầng công suất. Ơ tầng công suất thì transistor công suất có điện áp ngược C-E đủ lớn để tránh đánh thủng tiếp giáp E-C và phải có cách tỏa nhiệt cho các transistor công suất.

Mạch OCL tải không nối masse, tầng ra không dùng tụ mà nối trực tiếp với loa nên tránh được suy giảm tần số thấp trên tụ.

2) Tầng công suất dùng vi mạch Trong các máy ghi âm đời mới tầng khuếch đại công suất đều dùng vi mạch.

Có nhiều loại IC công suất với các tính năng kỹ thuật khác nhau. Các loại vi mạch thông dụng trong máy ghi âm thuộc loại LA, HA, TA,

MPC… có công suất trung bình, với điện áp sử dụng từ 12V18V Khảo sát vi mạch LA 4430 Tính năng chủ yếu:

+ Công suất thuộc loại vừa, điện áp nguồn thấp + Độ khuếch đại lớn nên tăng độ nhạy đầu vào + Dùng phản hồi sâu nên độ méo nhỏ, chịu được thời gian lâu khi tải bị nối tắt + Tạp âm nội bộ thấp LA 4430 thường dùng cho radio cassette

_VI mạch có 10 chân ra, không sử dụng chân 7

Mạch ứng dụng của LA 4430


Chân 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Ap 0 6.7 13.2 11.8 8 1.5 0 6.7 6.7 6.7

Chức năng của các chân

+ Chân 1: nối mass + Chân 2: ngõ ra (output) + Chân 3: cấp nguồn DC + Chân 4: hồi tiếp để nâng biên độ ra . + Chân 56: phản hồi âm qua tụ 40p để triệt tự kích tần số cao cho

phép liên tầng. + Chân 8: Lọc xung nguồn B+ + Chân 9: hồi tiếp âm từ ngõ ra + Chân 10: input


_ Các tham số kỹ thuật đo ở nhiệt độ 25oC

Cực tiểu Danh định Cực đại Đơn vị đo Điện áp nguồn Công suất tiêu tán cực đại Dòng làm việc Dòng tĩnh ở tần số 1kHz Độ khuếch đại VG với RNF =62 Công suất ra (méo 10%) Tải ra Méo không đường thẳng Po = 1 w Tạp âm ngõ ra Tổng trở lối vào Ri Nhiệt độ làm việc Nhiệt độ bảo quản

47 4

20 40

13.2

50 50 4.5 4

0.3 0.6 20 25

18 7

2.25 100 53

3

75 15

V W A

mA dB W %

mW K oC oC

IX. Các mạch điện dùng cải thiện chất lượng trong máy ghi âm:

1. Mạch tự động điều chỉnh mức ghi ALC (automatic level control) Trong quá trình ghi để đảm bảo mức từ hóa cực đại trên băng ứng với đồng

hồ VU kiểm tra mức ghi 100%, người ta dùng mạch ALC thay cho chiết áp điều chỉnh bằng tay để tránh cho người sử dụng có thói quen tăng “volumn” để thu lớn mà không biết là tín hiệu được ghi lên băng quá mức cực đại làm méo dạng tín hiệu và giảm chất lượng âm thanh.

Nguyên lý mạch ALC là khi tín hiệu vào quá mức quy định, sau khi khuếch đại áp ra sẽ không lớn hơn mức cho phép là 100%, giữ cho mức từ hóa trên băng không vượt quá mức cực đại tiến tới giới hạn bão hòa. Ở ngõ ra có một đường đưa qua mạch điều chỉnh trở về làm suy giảm mức tín hiệu ngõ ra.

Có hai dạng mạch ALC _ Tín hiệu đưa về được chỉnh lưu cho ra thành phần một chiều đưa về điều

khiển cực base tầng đầu làm thay đổi độ khuếch đại. _ Tín hiệu đưa về được chỉnh lưu để điều khiển transistor tần đầu làm cho

biến đổi trở kháng transistor mắc vào base tầng 2. _ Dùng mạch điều khiển Loại chỉnh lưu ra thành phần một chiều để điều khiển tầng đầu Nguyên lý làm việc của mạch như sau: tín hiệu lấy ra từ chân 5, 6 của Tr đưa

về đầu từ hỗn hợp, còn đường điều khiển đi qua điện trở R30, diode D1, mạch lọc C17, R31, C18, mạch phân áp theo mức R32, R4, qua R5 phân cực cho cực base của Q1. Theo thiết kế khi tín hiệu đưa đến cực base của Q1 đủ để cho băng từ hóa cực đại (VU chỉ 100%) thì điện áp tạo phân cực phụ qua R32/ R4 sẽ không làm suy giảm độ khuếch đại của Q1. Q1 được cầu phân áp một chiều R32/R4 định dòng một chiều để ổn định chế độ làm việc khi không có tín hiệu. Nếu nguồn tín hiệu ở ngõ vào lớn hơn mức ghi chuẩn, áp ra lớn vượt mức ghi 100%, sẽ được diode D1 nắn cho ra điện áp dương, nhờ mạch lọc RC san bằng, qua R32/R4 đưa phần điện áp dương về cực base của Q1 làm giảm độ khuếch đại của nó. Chỉ có phần điện áp vượt mức ghi cực đại 100% mới gây nên tác dụng điều khiển độ khuếch đại tầng vào.


Loại máy ghi âm dùng cho tín hiệu vượt mức cực đại để làm biến đổi trở

kháng tiếp giáp C-E của transistor mắc vào base tầng 2 để làm giảm độ khuếch đại của nó.

Phân tích mạch ALC của máy MR-5080

Mạch ALC kiểu nắn điện dùng diode


Nguyên tắc hoạt động:

Mạch ALC kiểu thay đổi trở kháng vào bằng transistor của MR_5080

Tín hiệu từ ngõ ra qua các điện trở R19 và diode 1S98 D1 , tụ C21, điện trở R24

để đưa điện áp điều khiển transistor Q7, các cực có điện áp 0V, collector được nối với cực base của Q2 qua tụ C19. Khi áp ra vượt quá mức ghi 100%, collector của Q7 được cấp áp dương, tín hiệu sau khi khuếch đại được diode nắn cho thành phần âm một chiều nhờ tụ lọc C21. Trị số áp âm đưa vào cực base của Q7 lớn làm cho Q7 dẩn, trở kháng C-E giảm làm giảm trở kháng vào của base Q2 làm giảm mức tín hiệu vào. Lúc đó tín hiệu ở cực base của Q2 có một phần qua điện trở C-E của Q7

Mạch ALC dùng vi mạch Trong các máy cassette đời mới, mạch ALC đặt chung trong IC kết hợp với

các diode và linh kiện thụ động nối bên ngoài để làm mạch lọc và phân cực điều khiển.

Có rất nhiều loại vi mạch được sử dụng làm mạch ALC như M51542L, M51544L, M51422P


Giới thiệu mạch ALC trong máy Sharp GF-700Z Mạch ALC nằm trong vi mạch M51544L như hình vẽ để điều khiển 2 tầng

khuếch đại thuật toán chỉ dùng trong quá trình ghi.

Tín hiệu từ micro qua tầng khuếch đại micro M bằng một transistor được lấy ra trên volumne (VR) 10K để phân cho 2 kênh qua điện trở R1,R2 và R4 tụ C2 đến chân 8, 2 đến tầng khuếch đại không đảo. Tín hiệu lấy ra ở chân 7, một phần phản hồi âm về chân 9 qua điện trở R6, R5 và tụ C rồi đưa đến chân 2 của IC VULED. Tín hiệu được khuếch đại lên rồi ra chân 14 nhờ diode D (1S5119) nắn thành thành phần một chiều đưa đến chân 5 của M51544L điều khiển ALC. Tín hiệu ra được lấy ra ở chân 10 được lọc bởi tụ C4 đưa đến hai chiết áp để khống chế tổng trở vào của IC của đường ghi. Khi ghi tín hiệu vào mạnh, nhờ ALC làm giảm tổng trở vào đầu không đảo (+) để làm suy giảm độ khuếch đại, kết quả tín hiệura trên chân 7 đưa đến lối ra (line out) giảm.

Khóa SW1 (Micro sellector) để tắc mở tầng khuếch đại micro _ ON: điện trở R17 nối mass làm cho đầu ra chân 5 _ OFF: nối mass điện trở R1 cho hai kênh Khóa SW2 để thay đổi tải lọc của diode nắn điện _ Lúc ghi Record: điện trở R15 hở mass _ Lút phát Play điện trở R15 nối mass Điện trở R16 tụ 0.033F lọc thành phần tần số cao gây nhiễu. Điện áp nguồn

đưa vào chân 6 với tụ lọc C

Mạch ALC của máy GF_700Z


2. Mạch giảm tạp âm kiểu Dolby Vấn đề chính là âm thanh được tái tạo trong quá trình ghi và phát lại phải rất

trung thực trong toàn bộ dãi động âm thanh. Vấn đề nhiễu tạp âm trên đường ghin thâm nhập qua các đường dây nối từ nguồn âm thanh đến máy ghi âm và ngay trong mạch điện của máy ghi âm là rất quan trọng. Đặc biệt là các tạp âm tần số cao như tạp âm nhiệt, do linh kiện do băng từ,… nằm trong tín hiệu mà các mạch lọc không lọc ra được. Các dạng tạp âm này đều được thể hiện ra loa như tiếng ồn…

Mức tạp âm cho phép phải lớn hơn tạp âm nền và thường biểu thị bằng tỷ số S/N. Trong máy ghi âm dân dụng tỷ số S/N khoảng 5060dB còn trong các studio tỷ số S/N đạt từ 6070dB.

Khi có nhiều dạng tín hiệu đưa đến đầu vào và được khuếch đại lên thì có hiện tượng mức tín hiệu lớn sẽ chèn ép tín hiệu bé. Khi băng chạy qua đầu máy ghi âm với khoảng không có tín hiệu hoặc tín hiệu yếu thì tạp âm nghe rõ, nhưng với đoạn băng này đã có tín hiệu thì nghe không rõ tạp âm. Xuất phát từ quy luật này để thiết kế mạch nén tạp âm đặt gần tăng âm ghi.

Có các kiểu mạch giảm tạp âm như sau _ Hệ thống lọc Dolby _ NR _ Hệ thống B _ Mạch Dolby_DNL _ Bộ lọc Dolby bằng vi mạch Hệ thống giảm ồn Dolby_NR Mạch Dolby hoạt động dựa trên nguyên tắc khống chế mức tín hiệu. Hệ

thống này bao gồm 2 phần, theo thuật ngữ toán học gọi là phần xữ lý và giải xử lý ( processor and deprocessor) còn trong mạch điện gọi là nén và dãn dải động.

Sau đây là sơ đồ khối của hệ Dolby, phần dưới mức tín hiệu nén và dãn dải động 100dB.


Sơ đồ trên với dải động 100dB, sau khi nén với hệ số 2/1 dải động thu hẹp lại còn 50dB (40 +10dB), mức tín hiệu nhỏ nhất 40dB, lúc này lớn hơn tạp âm nền là 50dB. Từ hình vẽ ta nhận thấy rằng :

_ Ở mức 0dB: Mạch Dolby không làm việc _Ở mức dưới 0dB, mạch bắt đầu làm việc, tín hiệu càng yếu thì được nâng

nhiều và đạt mức nâng sao cho lớn hơn tạp âm nền 10dB. _ Ở mức lớn hơn 0dB, mạch cũng bắt đầu nén. Ví dụ ở mức 20dB sẽ được

nén mạnh sao cho thấp hơn mức bão hòa của băng 5dB. Sau khi qua mạch dãn, tín hiệu trở lại mức vào 100dB ban đầu nhưng tạp âm

được suy giảm với các mức tương ứng, nên tập âm vẫn thấp hơn mức tín hiệu nhỏ nhất là 10dB.

Mạch nén và dãn thay đổi theo mức và tần số của tín hiệu không phụ thuộc vào tần số của tạp âm. Mạch nén và dãn dải động đơn giản dùng diode là phần tử phi tuyến.

Kênh truyền

Rec.Amp Play.Amp ra

ra

+20

0

-20

-40

-60

Kênh truyền tín hiệu và khuếch đại

Vào

Mức tạp âm nền

Nén Dãn Vào

Mức bão hòa

dB dB

+20

0

-20

-40

-60

+15

+10

-10

-20

-30

-40 100d

B in

put

100 dB output

Sơ đồ khối và mức tín hiệu hệ Dolby


Vì mạch đơn giản nên chọn các linh kiện để cho đặc tuyến bù trừ nhau là trất khó. Hơn nữa tín hiệu âm nhạc là loại phức hợp nếu như kênh truyền có méo tần số và pha thì không thể triệt méo biên độ. Hệ thống Dolby có 3 loại: loại A, loại B, loại C ( kết hợp loại A và B). _ Mạch Dolby loại A có chất lượng cao nên được dùng trong các studio chuyên dùng

Sơ đồ khối mạch Dolby A Trong quá trình ghi tín hiệu qua kênh chính được cộng với tín hiệukênh điều

khiển. Kênh điều khiển để nén dải động, nó có phạm vi điều khiển rộng và chỉ nén tín hiệu có biên độ nhỏ và biên độ lớn không bị ảnh hưởng.

Trong quá trình phát lại, tín hiệu điều khiển được trừ với kênh chính. Do đó sẽ bù trừ lại quá trình ghi để lặp lại đặc tuyến bằng phẳng như ban đầu.

Tuy nhiên ở mạch Dolby loại A thì tạp âm nội bộ trong mạch thường xuất hiện ở tần số cao, tạp âm này làm nhiễu dãi âm thanh. Do đó vấn đề đặt ra là loại bỏ các loại tạp âm ở dải tần cao, đó là hệ Dolby B.

Hệ thống Dolby B Hệ thống này vẫn dùng kỹ thuật nén và dãn dải động, mà mạch khống chế

của nó thay đổi theo mức và tần số tín hiệu. Hệ thống Dolby B đạt mức suy giảm 6dB ở tần số cao và trung bình còn ở

tần số thấp hoàn toàn không bị ảnh hưởng. Có thể tóm tắt theo sơ đồ sau:

Kênh điều khiển

Kênh chính + IN

ghi

Kênh điều khiển

Kênh chính + IN

Phát


Mạch Dolby-DNL (Dynamic noise limiter) Vì mạch Dolby NR không mang tính chất đa năng nên hãng Philip cho ra đời

mạch Dolby DNL có thể lọc tạp âm cho bất kỳ loại băng đã được ghi với mạch Dolby hay không. Máy ghi âm có mạch Dolby DNL sẽ giúp cho người sử dụng máy không cần chú ý đến các loại băng đã ghi sẵn thuộc dạng nào, do đó nó cũng được dùng rộng rãi. Điểm khác biệt giữa Dolby NR và Dolby DNL là:

_ Dolby NR: tín hiệu kênh phụ cùng pha với tín hiệu kênh chính khi ghi và ngược pha khi phát lại để rồi bù trừ nhau tạo nên quá trình nén và dãn dải động.

_ Dolby DNL: khi tín hiệu ở ngõ vào yếu, lúc này tín hiệu ở kênh phụ ngược pha và cùng biên độ với biên độ kêng chính tại ngõ ra không có tín hiệu. Khi tín hiệu ở ngõ vào mạnh, tín hiệu ở kênh phụ bị triệt tiêu tại ngõ ra chỉ có tín hiệu kênh chính.

Nguyên tắc hoạt động của Dolby DNLlà tạp âm ở ngõ ra kênh phụ lớn nhất khi ở ngõ vào không có tín hiệu hoặc mức tín hiệu nhỏ hơn tạp âm, vì lúc đó tạp âm không bị lấn át và nguyên tắc nén tạp âm khi không có tín hiệu ở ngõ vào là dựa trên sự phân bố phổ của tín hiệu và tạp âm. Thông thường phổ của tín hiệu âm thanh, đặc biệt là âm nhạc phụ thuộc rất nhiều vào mức âm lượng. Nếu giảm âm lượng thì thành phần tần cao cũng giảm rất nhanh, khi đó dải tần có thể giới hạn từ 4.55KHz. Nếu hạn chế dãi tần trong khoảng 5Khz thì chất lượng âm thanh hầu như không bị ảnh hưởng mà tạp âm lại bị nén hoàn toàn, vì phổ tạp âm chủ yếu phân bố ở tần số cao.

Khi mức tín hiệu vào tăng lên, dãi thông mở rộng, nhưng tạp âm bị tín hiệu mạnh lấn áp nên không cần thiết phải nén tạp âm.

Mạch nguyên lý của Dolby DNL Nguyên tắc làm việc Tầng đầu Q1 là tầng đảo pha phân tải. Tín hiệu từ collector của Q1 được đưa

thẳng đến bộ cộng qua C2. Tín hệu từ emitter Q1 qua C1 qua C3 vào kênh phụ. Mạch R6C 3 cùng với C4C5 và 2 tầng khuếch đại Q2, Q3 tạo thành bộ lọc tần số cao. Tầng khuếch đại Q4 cũng mắc theo sơ đồ đảo pha phân tải tín hiệu từ emitter Q4 được đưa vào mạch khống chế qua R17. Tín hiệu từ collector được nắn bởi D3Q5 tạo thành tín hiệu khống chế.

Mức mạnh: tăng không đáng kể

Mức yếu: tăng mạnh Tần số cao

Tần số thấp Không bị ảnh hưởng

Tần số cao

Mức mạnh: giảm không đáng kể

Mức yếu: giảm mạnh

Dãn khi phát

Nén khi ghi


Khi tín hiệu vào nhỏ hơn điện áp ngưỡng nào đó, thành phần phổ tần cao không đáng kể, điện áp collector Q4 chưa đủ sức để mở D3 và D5; D4 và D6 lúc này không dẩn lúc này điện áp qua mạch khống chế không bị suy giảm và được đưa đến ngõ ra thông qua R18. Tín hiệu này bằng biên độ và ngược pha với tín hiệu kênh chính được lấy từ collector Q1 qua R19. Kết quả là điện áp ra được triệt tiêu hoàn toàn. Trường hợp trên tương ứng với lúc chưa có tín hiệu vào. Chiết áp R19 cho phép thiết lập mức nén tạp âm cực đại.

Khi tín hiệu vào tăng, thành phần phổ tần cao tăng lên, điện áp ra trên collector của Q4 đủ lớn làm cho D3, D5 dẫn. Tụ C8, C9 nạp đủ mức làm cho D4 và D6 mở, là suy giảm tín hiệu phụ trên R17 vì chúng ngược pha với nhau.

Khi tín hiệu vào tăng tới một giá trị làm cho các diode hoàn toàn thông. Tín hiệu phụ bị triệt tiêu trên R17 nên không có tín hiệu nào qua R18. Lúc đó chỉ có tín hiệu ở kênh chính từ collector của Q1 đưa đến. Khi không dùng DolbyDNL thì đưa khóa DNL về off để ngắn mạch kênh phụ xuống mass.

Mạch nguyên lý củaDolby DNR


Tóm tắc quá trình làm việc của Dolby_DNL như sau:

3) Bộ lọc Dolby bằng vi mạch Các hãng chế tạo đã cho ra đời các IC chuyên dụng cho Dolby B. Mạch lọc

được thu gọn trong IC, kết hợp với các linh kiện thụ động bên ngoài nên gọn nhẹ và không cần phải cân chỉnh.

IC được dùng phổ biến nhất là Dolby ANRS (automatic noise reduction systerm: hệ thống tự động giảm tạp âm. Các hãng đã cho ra đời nhiều mẫu khác nhau, nên phần linh kiện rời lắp ráp bên ngoài cũng khác nhau. Sau đây là một số mạch thông dụng:

Mạch dùng IC LM1894: có 14 chân, stereo, ký hiệu DNR (Dynamic noise reduction) để phân biệt với DNL (Dynamic noise limitter) của Philip. Nó chỉ xử lý tín hiệu khi phát, có khả năng tăng tỷ số S/N đến 14dB. Mạch này mang tính chất rất đa năng, có thể dùng nhiều trong nhiều lĩnh vực như radio ghi âm, thu hình thiết bị âm nhạc.

LM 1894 có thể dùng nguồn DC từ 4.5V đến 18V. Áp sử dụng khoảng 8VDC

với mức vào danh định là 30 mV. Tín hiệu vào chân 2 và 13. Tín hiệu lấy ra chân 4 và 11. Nguồn cung cấp đưa đến chân1. Tụ C3 ở chân 3 và 12 phản hồi theo tần số.

Kênh phụ: không có tạp âm

Kênh chính : có tín hiệu

Ngỏ ra có tín hiệu

Kênh chính : có tín hiệu

Kênh chính : có tạp âm bằng biên độ và ngược pha với tín hiệu Ngỏ ra không có tín hiệu

lẫn tạp âm

Tín hiệu vào mạnh

Tín hiệu vào yếu

Sơ đồ nguyên lý Dolby NR


R3và R2 có thể thay bằng chiết áp để có thể điều chỉnh bằng tay. Tổng trở phân áp R3 + R2 = 1K. Tỷ số S/N ở 800Hz đạt từ 57dB, ở tần số 8KHz đạt từ 1014dB.

Mạch lọc thông cao phi tuyến R1C8. L được mắc giữa chân 8 và 9, sau tách sóng đỉnh. Tụ C7 cùng với cuộn dây L để đáp ứng tính năng chọn lọc của mạch. Các linh kiện rời bên ngoài nối ở chân 5, 6 vì có nhiều tác dụng, một trong các tác dụng làm thay đổi thời gian cho phù hợp với từng loại băng sử dụng.


CHƯƠNG IX I. MÁY HÁT ĐĨA COMPACTDISC

I - GIỚI THIỆU TỔNG QUÁT VỀ COMPACTDISC: 1. Khái niệm: Compactdisc là thiết bị lưu trữ thông tin âm thanh dưới dạng số (các mức

logic 0/1). Các thông tin này được tạo ra từ các tín hiệu Analog như : Tín hiệu âm thanh, nhạc điệu, tiếng nói.

Các tín hiệu Digital được lưu trữ trên đĩa dưới dạng các pit hoặc plat (mặt phẳng). Người ta dùng diode Laser tạo chùm tia đi qua hệ thống thấu kính tách thành 3 tia, sau đó tập trung hội tụ lên bề mặt của đĩa. Tùy theo dạng thông tin lưu trữ mà ta có các pit hoặc các plat khác nhau, ánh sáng phản hồi sẽ phản ánh thông tin lưu trữ được đưa vào lăng kính, đổi phương 900. Tại ngõ ra người ta nhận chùm tia sáng này nhờ Photo Diode cấp cho khối khuếch đại tín hiệu và mạch xử lý tín hiệu âm thanh để biến đổi tín hiệu digital trở lại thành dạnh Analog cấp cho ngõ ra.

Chất lượng âm thanh ở ngõ ra của máy hát đĩa Compact sẽ cao hơn nhiều so với máy ghi âm bằng Analog, do có những đặc điểm sau :

Dải động cao : Do đặc điểm ghi âm bằng kỹ thuật số, khắc phục những khuyết điểm do hệ thống đầu đọc cơ học gây ra, dải động âm thanh CD có thể đạt đến 90 dB.

Độ phân tách 2 kênh rất tốt : Do tín hiệu 2 kênh bên trái và bên phải tái tạo một cách riêng biệt, không méo và biến dạng. Hệ số méo < 0,004%.

Am thanh không bị hú rít : Do trong CD người ta sử dụng tia Laser, không có sự tiếp xúc cơ, tránh sự kích thích do dao động cơ.

2. Các thông số tiêu biểu của máy hát CD: Kiểu : D.S.A :Digital Audio System (hệ thống ghi âm kỹ thuật số). Đĩa CD tiêu chuẩn: Đường kính 12 cm, bề dày d = 1,2 mm. Thời gian phát T 60 phút, Tmax = 75 phút. Laser được sử dụng có bước sóng =780 nm. Tốc độ quay đĩa : Ở trong cùng 500 vòng/phút. Ở ngoài cùng 200 vòng/phút. Trong đĩa CD, âm thanh được mã hóa dưới dạng số nhị phân và được ghi

trên những đường tròn đồng tâm gọi là track. Đầu đọc sẽ thực hiện quá trình đọc từ trong ra ngoài.

Số kênh : 2 kênh. Đáp ứng tần số : 5 Hz đến 20 Khz. Số bit dùng cho biến đổi D/A : 16 bit. Độ méo hài : 0 008%, Tần số lấy mẫu : 44,1 Khz. Lượng tử hóa tín hiệu : 16 bit tuyến tính. Hệ điều chế : EFM : Eight Fourteen Modulation(biến điệu 8 sang 14) 3. Sơ lược về nguyên lý xử lý tín hiệu âm thanh trong CompactDisc

Player.


Tín hiệu âm thanh tồn tại ttên đĩa Compact dưới dạng các bit 0/1 thông qua các pit và các plat. Anh sáng phản xạ có thể cấp cho Photo Diode để biến đổi thành tín hiệu điện. Các tín hiệu điện này được xử lý để tái tạo lại dạng âm thanh analog nguyên thủy cấp cho ngõ ra âm thanh.

Để tạo ra tín hiệu âm thanh dưới dạng số, Người ta lấy mẫu tín hiệu âm thanh nguyên thủy ở tần số 44,1 Khz. Về nguyên tắc, tần số lấy mẫu phát lớn hơn hoặc bằng 2 lần tần số cao nhất của tín hiệu âm thanh. Âm thanh đã được lấy mẫu được đổi thành các chuỗi bit 0/1 nhờ bộ chuyển đổi A/D 16 bit (độ phân giải là 65536). Quá trình xử lý âm thanh được thực hiện như sau : Lấy mẫu - lượng tử hóa - mã hóa-tín hiệu sửa sai - tín hiệu đồng bộ - biến điệu.

Hình 9-1: Sơ đồ khối của quá trình xử lý tín hiệu âm thanh. Nguồn tín hiệu âm thanh : Âm thanh ở dạng tín hiệu Analog như : Âm nhạc

tiếng nói và những âm thanh khác... được lưu trữ dưới dạng băng từ hay chuyển đổi trực tiếp từ microphone.

Mã hóa : Quá trình chuyển đổi tín hiệu Analog sang tín hiệu Digital bao gồm quá trình lấy mẫu và lượng tử hóa.

Hình 9-2 : Quá trình xử lý tín hiệu âm thanh.

Nguồn tín hiệu âm thanh Đĩa sao Đĩa gốc Điều

chế Mã hóa

Ghi

A 5

4 3

t

A 4 3 5 4 5

4

3

t

110 011

101 100 Số nhị phân

Số thập phân

Quá trình lượng tử hoá tín hiệu

Mã hóa theo phương pháp nhị phân đổi thành cơ số.

A (Biên độ) A (Biên độ)

t (thời gian)

t (thời gian)

Tín hiệu Analog Chu kỳ 1/fs Quá trình lấy mẫu

fs>2fn


Điều chế : Có thể dùng những phương pháp điều chế số như : PCM, DPCM, FSK, PSK...

Tín hiệu âm thanh sau khi được xử lý sẽ ghi lên đĩa gốc để lưu trữ và sao chép ra nhiều đĩa khác.

Hình 9-3 : Sắp xếp dữ liệu trước khi ghi lên đĩa. II- SƠ ĐỒ KHỐI KHI GHI TÍN HIỆU LÊN ĐĨA COMPACTDISC. Hình 9.4 trình bày sơ đồ khối của máy hát đĩa CD khi ghi tín hiệu lên đĩa.

Tia Laser được điều khiển theo cường độ sáng bởi bộ biến điệu quang và đến lớp phủ cảm quang (Photo resist coating), với cường độ sáng phụ thuộc vào mức tín hiệu. Sau đó việc phủ cảm quang thực hiện sao cho các phần lồi và phần lõm được lưu lại trên các track tín hiệu của đĩa gốc. Các thấu kính phải luôn được điều chỉnh để hội tụ tia Laser lên lớp phủ cảm quang tương ứng với chuyển động lên xuống của đĩa gốc.

Việc cắt CD yêu cầu có độ chính xác cao hơn rất nhiều so với đĩa thường. Thêm vào đó, quá trình tạo đĩa compact sau khi đĩa gốc được phủ lớp cảm quang, nó được tạo khuôn, đĩa chủ (master disc) được tạo ra, rồi đĩa mẹ được tạo ra từ đĩa chủ... Trong quá trình chế tạo này có sự khác biệt giữa các đĩa Digital và Analog.

Q Q Q Q P P P P L0 L1 R0 R1

1 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 1

1 0 1 0 1 1 0 0

Tín hiệu sửa sai

1word

1symbol

Tín hiệu đồng bộ 14 bit data 3 bit

8 bits

Vùng tia Laser Biến điệu quang

Biến điệu mã xung PCM

Nguồn tín hiệu âm thanh

Các thấu kính ghi

Laser He-Ne

Mạch Servo điều chỉnh động

cơ quay đĩa

Motor

Tách tia

Cảm biến quang


Hình 9-4 : Sơ đồ khối khi ghi tín hiệu lên đĩa Compact Cuối cùng, đĩa compact được tạo ra từ đĩa con bằng cách ép chặt do các pit

có bề rộng là 0,4m và chiều dài lớn nhất là 3,3m, khó có thể sao chép chúng bằng cách ép, nén. Thêm vào đó, sau khi nén ép, người ta bao phủ màn phản xạ và màn bảo vệ. Trên màn phản xạ, người ta phủ lên lớp nhân theo phương pháp bốc hơi chân không.


III - SƠ ĐỒ KHỐI KHI PHÁY TÍN HIỆU TỪ ĐĨA COMPACT. Chức năng của các khối:

Khối RF: Nhiệm vụ của khối RF là biến đổi tín hiệu quang thành tín hiệu điện và

khuếch đại tín hiệu này cấp cho khối điều chỉnh và khối xử lý tín hiệu âm thanh. Khối tách dữ liệu :

Khối này có nhiệm vụ nhận tín hiệu RF-Amp để tách các bit clock giải điều chế EFM để trả lại mã nhị phân 8 bit của tín hiệu nguyên thủy. Ngoài ra khối tách dữ liệu còn có nhiệm vụ tách tín hiệu đồng bộ đã được cài sẳn trong quá trình ghi âm tín hiệu lên đĩa Compact.

Hình 9.5 : Sơ đồ khối máy hát đĩa Compact khi phát.

Khối xử lý tín hiệu số: DSP (Digital Sinal Processing). Khối này có nhiệm vụ nhận tín hiệu từ khối tách dữ liệu cấp cho mạch giải

đan xen, mạch sửa sai và mạch tách mã phụ. Khối xử lý tín hiệu âm thanh :


Khối này có nhiệm vụ nhận các mã âm thanh từ khối DSP cấp cho mạch chuyển đổi D/A (Digital/Analog). Tín hiệu kênh trái (L) và kênh phải ® ở ngõ ra được lấy ra nhờ mạch LFP cấp cho ngõ ra Lvà R hoặc khuếch đại Headphone.

Khối điều chỉnh : Điều chỉnh vận tốc đĩa quay : Khối này nhận tín hiệu phản hồi từ mạch xử

lý tín hiệu số DSP cung cấp điện áp điều khiển vận tốc quay của motor làm quay đĩa. Khối này phải đảm bảo rằng vận tốc quay của đĩa được biến thiên từ khoảng 500 vòng/phút khi cụm quang học ở trong cùng và 200 vòng/phút khi cụm quang học ở ngoài cùng.

Điều chỉnh hội tụ: Khối này nhận tín hiệu từ RF-Amp để điều chỉnh cuộn dây hội tụ (Focus coil) làm dịch chuyển cụm quang học theo phương đứng.

Điều chỉnh vệt quét : Mạch này nhận tín hiệu từ khối RF-Amp cấp điện áp thay đổi cho cuộn tracking (tracking coil) làm dịch chuyển cụm quang học theo chiều ngang để đảm bảo tia Laser rơi vào đúng track mà nó đang chạy.

Điều chỉnh vị trí cụm quang học theo phương ngang : (Mạch Sled Servo) Mạch Sled Servo nhận tín hiệu điều khiển từ khối điều chỉnh vệt quét để đưa ra điện áp điều chỉnh Sled motor tạo tác động dịch chuyển cụm quang học theo từng bước từ trong ra ngoài. Ngoài ra trên máy CD còn được trang bị các hệ thống nạp đĩa hoặc đưa đĩa ra ngoài. Toàn bộ quá trình vận hành của máy được điều khiển bởi khối vi xử lý.

Khối vi xử lý : Có nhiệm vụ nhận các tín hiệu từ hệ thống phím ấn, từ các khóa điện báo

tình trạng hệ cơ... để ra lệnh điều khiển thích hợp. Ngoài ra khối vi xử lý còn có nhiệm vụ tạo ra các tín hiệu data, clock, giao tiếp với các mạch vi xử lý tín hiệu số, mạch điều chỉnh.

IV - TIA LASER,CỤM QUANG HỌC VÀ MẠCH KHUẾCH ĐẠI RF: 1. Tia Laser :(Laser bán dẫn). Tên gọi Laser là do thuật ngữ tiếng Anh “Light Amplification of Stimulated

Emission of Radiation” : Khuếch ánh sáng bằng phát xạ kích thích. Như vậy Laser là sự phát đi những bức xạ điện từ được kích thích, những bức xạ này trong vật liệu của dụng cụ do sự phát xạ các bức xạ cưỡng bức.

Nguyên lý làm việc của laser bán dẫn dựa trên cơ sở 3 quá trình vật lý sau: hấp thụ,bức xạ tự nhiên và bức xạ cưỡng bức như hình 9-6.


Hình 9-6: Sự quá độ của nguyên tử từ trạng thái đầu (I) sang trạng thái cuối

(II) trong các quá trình : (a) Hấp thụ (b) Bức xạ tự nhiên (c) Bức xạ cưỡng bức

Giả sử rằng có 2 trạng thái năng lượng là trạng thái đầu (E1) và trạng thái cuối (E2). Gọi trạng thái đầu là trạng thái cơ sở và trạng thái thứ hai là trạng thái kích thích.

Như vậy, sự chuyển trạng thái của nguyên tử giữa 2 trạng thái này theo định luật Planck nhất định phải xảy ra hiện tượng hấp thụ hoặc phát xạ ánh sáng với nâng lượng :

h.12 = E1 - E2 Trong đó : h là hằng số Planck. 12 là tần số ánh sáng bức xạ. Ở nhiệt độ bình thường hầu hết các nguyên tử nằm ở vị trí cơ sở (E1). Khi

hấp thụ photon, những nguyên tử này sẽ biến đổi trạng thái. Nguyên tử được hấp thụ một năng lượng là h.12 và nhảy lên mức kích thích có năng lượng là E2. Trạng thái kích thích này là một trạng thái không ổn định, sau thời gian kích thích ngắn, nếu nguyên tử không nhận được sự kích thích từ bên ngoài nào khác chúng sẽ nhảy ngay về trạng thái ban đầu E1 và giải phóng một năng lượng h.12. Quá trình này gọi là quá trình bức xạ tự nhiên.

Nếu như photon có năng lượng h12 tác dụng vào những nguyên tử đã nằm ở vị trí kích thích E2 làm nó trở lại trạng thái cơ sở E1 và phát ra năng lượng bằng h12. Đó là hiện tượng bức xạ cưỡng bức. Sự bức xạ cưỡng bức là nguyên lý cơ bản của hoạt động của Laser bán dẫn.

Khi trong bán dẫn số nguyên tử ở trạng thái kích thích nhiều hơn số nguyên tử ở trạng thái cơ bản có thể nói bán dẫn ở trạng thái kích thích. Nếu bán dẫn ở trạng thái kích thích thì trong nó có nhiều photon kích thích mang năng lượng h12, do đó có hiện tượng bức xạ cưỡng bức như hình 9-6c. Vì những lý do trên đây, số lượng photon phát ra từ những bán dẫn bị kích thích lớn hơn nhiều các bán dẫn hấp thụ. Hiện tượng này gọi là khuếch đại lượng tử và đó cũng là nguyên lý làm việc cơ bản của Laser bán dẫn. Hiện tượng bán dẫn bị kích thích được giải thích bằng giản đồ năng lượng trên hình 9-7.

E2

E1

E2

E1

E2

E1

II I

h12

h12

h12

(a)

(b)

(c) h12 h12

E E E

EFN EFN

T>0K T=0K T=0K

Ec Eg


Hình 9-7: Sự phụ thuộc của nồng độ trạng thái vào năng lượng trong bán

dẫn thuần. Trong trường hợp bán dẫn ở trạng thái cân bằng T = 0K, tất cả các mức

năng lượng trong vùng dẫn đều bỏ trống và các mức năng lượng trong vùng hóa trị bị chiếm đầy. Khi bán dẫn ở trạng thái kích thích,nhiệt độ ở 0K, trong vùng hóa trị các mức năng lượng kể từ mức chuẩn Fecmi EFP trở lên bỏ trống còn trong vùng dẫn các mức năng lượng kể từ mức chuẩn Fecmi EFn trở xuống đều bị chiếm đầy. Trong những trường hợp như vậy các photon có mức năng lượng thỏa điều kiện :

Eg < h <(EFn - EFp) Trong trường hợp bán dẫn bị kích thích, nhưng nhiệt độ T>0K thì mật độ

trạng thái lỗ trống trong vùng hóa trị và mật độ trạng thái bị chiếm đầy trong vùng dẫn mở rộng ra.

Hình 9-8: Mô hình vùng năng lượng chuyển tiếp PN Laser (a) Khi chưa phân cực (b) Khi phân cực thuận U Egq (vùng gạch chéo chỉ mức năng lượng bị

chiếm đầy) Những chuyển tiếp PN dùng làm Laser bán dẫn thường được pha tạp nhiều

tới mức Fecmi nằm sâu trong đáy vùng dẫn phía bán dẫn N và sâu vào đỉnh vùng hóa trị phía bán dẫn P như hình 9-8. Khi phun các hạt dẫn vào miền N và P của chuyển tiếp này sẽ xảy ra hiện tượng tái hợp. Quá trình tái hợp này gây ra sự phát xạ lượng tử một cách ngẫu nhiên cả về thời gian lẫn không gian. Năng lượng của chúng phân bổ trong một khoảng rộng và phụ thuộc vào mức phun hạt dẫn. Trong số những photon bức xạ từ miền hiệu dụng của chuyển tiếp PN có những photon đi theo hướng song song với mặt phẳng của chuyển tiếp PN, cho nên nó lưu lại trong vùng bán dẫn bị kích thích của chuyển tiếp PN tương đối dài. Những photon này kích thích điện tử và có thể gây ra sự bức xạ cưỡng bức. Cường độ bức xạ này tăng lên khi mức độ phun hạt dẫn tăng lên. Điều kiện để có sự khuếch đại bức xạ là :

EFn - EFp > h = E1 - E2

P Ec Ev N

qU EFP EFN EF

(a)

(b)

Miền chiếm đảo


Trong đó : E 1 và E 2 là 2 chức năng lượng tử di chuyển khi bức xạ. Sự bức xạ cưỡng bức xảy ra mãnh liệt nhất ứng với các photon có tần số được khuếch đại cực đại. Bởi vậy, sự bức xạ ở tần số này chiếm ưu thế khi tăng mức độ phun hạt dẫn vào chuyển tiếp PN. Đặc tuyến bức xạ của Laser có dạng như hình 9-9.

Hình 9-9: Đặc tính bức xạ của Laser bán dẫn GaAs.

(a) Dòng nhỏ. (b),(c) Dòng lớn.

Để có được hiện tượng Laser, ngoài sự bức xạ cưỡng bức ra cần có hệ thống khuếch đại bức xạ cộng hưởng có phản hồi dương. Trong thực tế Laser bán dẫn thường dùng chuyển tiếp PN có dạng dao động cộng hưởng Fabry - Perot. Chuyển tiếp PN có dạng khối chữ nhật. Hai mặt bên vuông góc với chuyển tiếp PN là 2 mặt phẳng gương, hai mặt phẳng bên còn gọi là hai mặt mờ. Bộ dao động cộng hưởng này không những có khả năng thực hiện điều kiện phản hồi dương, phản xạ một phần tia bức xạ từ mặt gương ở vị trí đối diện mà còn cho bức xạ theo một hướng nhất định.

Dòng điện chảy qua chuyển tiếp PN làm cho số photon phát xạ đủ lớn kích thích dao động trong bộ cộng hưởng gọi là dòng ngưỡng. Mật độ dòng cung cấp cho Laser rất lớn, cho nên một vấn đề hết sức quan trọng là là dẫn nhiệt khỏi chuyển tiếp PN để đảm bảo cho chuyển tiếp PN không bị phá hủy khi Laser làm việc. Vấn đề tản nhiệt là vấn đề rất quan trọng trong cấu trúc của Laser bán dẫn.

2. Cụm quang học: a. Cấu tạo thực tế của cụm quang học:

Các thuật ngữ dùng trên hình 9-10:

Focus coil : Cuộn hội tụ.

Tracking coil : Cuộn tracking.

Objective len : Vật kín.

Permanent magnet : Nam châm vĩnh cửu.

Beam splitter : Bộ tách tia.

Cylindrical len : Thấu kính hình trụ.

Photo detector : Bộ nhận diện quang.

c

b

a

T=77K GaAs

(m)

Cường độ bức xạ


Hình 9-10 : Cấu tạo thực tế của cụm quang học


b. Đường đi chùm tia sáng trong cụm quang học: Chùm tia Laser với bước sóng = 780nm được tạo ra từ Diode Laser, được

giữ ổn định cường độ sáng nhờ mạch APC, có 3 dạng mạch APC (Automatic Power Control) : Dạng mạch APC nằm dưới mạch in chỉ nối lên cụm quang học với Diode Laser và Monitor Diode. Dạng APC nằm trên cụm Packup (quang học ) và trong các máy CD đời mới toàn bộ mạch APC nằm chung cụm Packup chỉ sử dụng công nghệ SMT (công nghệ dán bề mặt).

Chùm tia Laser qua lưới tán xạ, sau đó phân thành 3 tia với một tia chính để đọc tín hiệu và nhận dạng độ hội tụ. Hai tia phụ dùng để xác định vị trí đường track tạo tín hiệu chỉnh tracking. Ba tia Laser được đi qua một bán lăng kính hoặc lăng kính tách tia (phân tia ). Sau đó 3 tia đi qua hệ thống thấu kính và đến thấu kính hội tụ, thấu kính này dịch chuyển theo phương thẳng đứng để điều chỉnh độ hội tụ của tia Laser ở mặt dưới của đĩa thông qua cuộn hội tụ. Sau khi rọi vào các track ở mặt dưới của đĩa, nó nhận dạng lỗ pit và phần không lỗ (plat) tượng trưng cho các giá trị nhị phân (0/1) mã hóa âm thanh. Ba tia phản hồi đi ngược lăng kính và đổi phương 900 qua hệ thống thấu kính và hội tụ trên dải Photo Diode. Trong kiểu ba tia, ta sử dụng 6 diode. 4 diode cho việc đọc tín hiệu thông tin và điều chỉnh hội tụ, 2 diode cho việc điều chỉnh tracking.

Hình 9-11 : Đường đi chùm tia sáng trong cụm quang học T.A.C : Tracking Attentation Coil: Cuộn Tracking. TER : Tracking Error : Lỗi Tracking

Trong chùm tia rọi lên mặt đĩa, tia chính thì rọi vào tracking đang đọc, hai tia phụ rọi vào khoảng trống giữa các track.

Tia chính đi qua lăng kính rọi vào 4 Photo Diode nằm ở giữa tạo tín hiệu cung cấp cho : Tín hiệu âm thanh dưới dạng số mã hóa để đưa đến mạch giải mã tái tạo lại âm thanh. Đường thư hai đi đến mạch Auto Focus ( Tự động điều chỉnh độ hội tụ ) tạo tín hiệu điều chỉnh vật kính theo chiều đứng sao cho chùm tia được hội tụ trên mặt đĩa.

Hai tia phụ qua bán lăng kính rồi tới Photo Diode TRA và TRC tạo ra 2 tín hiệu cấp cho mạch so sánh và mạch tạo điện áp sai lệch tracking TER. Sau đó TER

L

Đĩa

T.A.C

TER

T.A.C

Tia Laser


được cấp cho mạch thúc (driver) tạo dòng chạy trong cuộn tracking (TAC) làm dich chuyển vật kính theo chiều ngang.

c. Diode Laser và Diode tách quang: - Sơ đồ và ký hiệu:

Khối Laser Packup bao gồm 4 cảm biến A,B,C,D dùng để cấp cho khối RF-Amp. Hai cảm biến E và F dùng để nhận diện Tracking.

Diode giám sát MD có nhiệm vụ nhận diện cường độ tia Laser cung cấp cho khối APC (Automatic Power Control) Tự động điều chỉnh cường độ tia sáng, mạch APC căn cứ vào tín hiệu từ MD đưa tới mà mạch APC đưa ra tín hiệu điều khiển thích hợp.

Hình 9-12 : Sơ đồ ký hiêu khối Laser Packup. - Mạch APC : Automatic Power Control: (Tự động điều chỉnh

công suất) Diode Laser sử dụng trong máy CD là loại Diode bán dẫn có công suất bức

xạ khoảng 3nW, để tạo ra chùm tia Laser có cộng suất vừa đủ và ổn định. Người ta sử dụng mạch APC điều khiển Diode Laser.

Mạch APC có nhiệm vụ giữ dòng điện qua Diode Laser là không đổi. Mạch có thể sử dụng transistor rời hoặc IC. Hình 9-13 trình bày sơ đồ nguyên lý của mạch APC sử dụng transistor.

L

E B

A D

C

F

LD

MD

Cuộn hội tụ

Cuộn Tracking

Đến mạch RF_Amp

Đến mạch lái Focus

Đến mạch lái Tracking

Đến mạch APC

L

P LDON

R3

R2

R4 R7 R8 C2

Q2

-5V

R6

R9

Q1 Q3

Q4

R6

R5

C1

LD MD


Hiình 9-13 : Mạch APC dùng transistor. Chức năng của các bộ phận: Q4 : Cấp dòng cho Diode Laser. LDON : Lệnh mở nguồn cung cấp cho Diode Laser, lệnh này từ khối vi xử

lý tới. Khi đường tín hiệu này ở mức cao Diode Laser không được cấp dòng và ngược lại khi đường lệnh này xuống mức thấp Diode Laser sẽ hoạt động.

MD : Monitor Diode : (Diode giám sát) có nhiêm vụ nhận tín hiệu ánh sáng từ Diode Laser để thay đổi cường độ dòng điện qua khối Laser Diode.

LD : Laser Diode : Cấp nguồn ánh sáng cho cụm quang học, ánh sáng này phải được hội tụ lên bề mặt của đĩa.

Hoạt động của mạch như sau: Khi chân LDON ở mức thấp (0V), Q3 dẫn, dòng phân cực từ mass qua Q3.

R6 và R4 phân cực cho Q1 và Q2. Khi Q3 dẫn làm cho Q2 dẫn theo, dòng qua R5 tăng. VE của Q1 tăng làm làm cho Q1 dẫn, dòng qua R4 tăng, dẫn đến điện áp tại cực B của Q4 tăng, Q4 dẫn cấp dòng cho Diode Laser.

Nguyên lý ổn dòng qua Diode Laser: Khi ánh sáng từ Diode Laser phát ra quá mạnh làm cho Diode giám sát MD

dẫn mạnh, điện áp VB của Q1 tăng (ít âm hơn), Q1 dẫn yếu, điện áp rơi trên 2 đầu R4 thấp, Q1 tiếp tục dẫn yếu làm cho dòng qua Diode Laser giảm xuống.

Khi ánh sáng từ diode laser phát ra yếu, Diode giám sát MD dẫn yếu làm cho transistor Q1 dẫn mạnh, dòng qua Diode Laser sẽ tăng lên.

Như vậy dòng điện qua Diode Laser luôn được ổn định. Hiện nay, mạch APC còn được bố trí trên cụm quang học hoặc ở board

mạch bên ngoài. Mạch này có thể đóng trong một IC cùng với các chức năng khác nhau hoặc được bố trí trên một IC riêng biệt. Hình 9-14 trình bày cấu trúc tổng quát của mạch APC.

Ma trận Diode

Cuộn hội tụ

Cuộn Tracking

E


Hình 9-14 : Cấu trúc tổng quát của mạch APC. d. Mạch bảo vệ mắt khi khay ở ngoài.

Khi khay chứa ổ đĩa ở bên ngoài (open), để bảo vệ mắt không bị làm hỏng do tia Laser gây ra, người ta sử dụng mạch ngắt nguồn cung cấp cho Diode Laser, quá trình này thực hiện như sau:

Khi đĩa chưa được nạp vào (vị trí open), khóa điện sẽ báo tình trạng của khay (Tray SW) đưa một mức logic vào vi xử lý. Vi xử lý căn cứ vào mức logic này mà điều khiển SW cấp nguồn cho cho Diode Laser ở vi trí “off”. Khi đĩa được nạp hẳn vào trong máy, khóa báo tình trạng của khay (Tray SW) đổi trạng thái, đưa một mức logic ngược lại với trường hợp khay ở ngoài vào vi xử lý, vi xử lý ra lệnh cấp nguồn cho Diode Laser.

Hình 9-15 trình bày sơ đồ khối của mạch bảo vệ mắt khi khay ở bên ngoài.


Hình 9-15 : Sơ đồ khối của mạch bảo vệ mắt.

Hình 9-16 : Sơ đồ nguyên lý của mạch bảo vệ mắtvà mạch APC. Hoạt động của mạch như sau: Khi khay ở ngoài, chân TRAY SW ở mức cao, Q ngưng dẫn Diode Laser

không được cấp nguồn. Khi khay ở trong máy, chân TRAY SW xuống mức thấp transistor Q được

cấp nguồn 5V, đồng thời chân LDON tạo một mức thấp ở cực B của transistor Q, làm cho Diode Laser được cấp nguồn hoạt động.

Khi mạch hoạt động ở chức năng APC; Khi ánh sáng từ nguồn Laser Diode phát ra quá mạnh thì Diode MD

(Monitor Diode ) dẫn mạnh, áp tại ngõ ra bớt âm hơn (V- ít âm hơn ), làm cho điện áp ngõ ra Vout tăng lên, Q dẫn yếu lại, làm giảm dòng qua Diode Laser.

+5V

SW

SW:Báo tình trạng của khay

Diode Laser

Vi xử lý

TRAY SW

P

LDON

V+

V-

+5V

Vout Q(SW)

LD MD

+

-

SW


3. Khối RF-Amp: 3.1 Sơ đồ khối tổng quát :

Hình 9-17 trình bày sơ đố khối tổng quát của mạch RF-Amp.

Hình 9-17 : Sơ đồ khối mạch RF-Amp.

Chức năng của các khối: Mạch chuyển đổi dòng điện ra điện áp(I/V): Khối Photo Diode (tách quang ) nhận tín hiệu quang đổi thành tín hiệu dòng

điện. Tín hiệu dòng điện này được chuyển đổi thành điện áp nhờ mạch chuyển đổi I/V.

Thực chất mạch này là một khối Op-am, có đặc điểm là trở kháng vào lớn để có thể biến đổi một sự dao động nhỏ của dòng điện thành dao động lớn của điện áp ở ngõ ra.

Mạch khuếch đại cộng: Mạch khuếch đại cộng sắp xếp các tín hiệu A+C và B+D từ một bộ Photo

Diode được tạo ra nhờ mạch chuyển đổi I/V thành một tín hiệu đơn. Tín hiệu này là một chuỗi các dạng sóng từ 3T đến 11T và được gọi là biểu đồ mắt. Mạch cộng người ta thường sử dụng là mạch khuếch đại thuật toán Op-amp như trên hình 9-18.

Điện áp ngõ ra được xác định theo biểu thức sau:

V Va RfRa

Vb RfRb

Vc RfRc0 +......

Sửa dạng sóng và sửa hình học:

Rf

Ra

Rb

Rc

Va V0

Vb

Vc

+

-

Mạch chuyển đổi I/V

Mạch chuyển đổi I/V

Action Sửa dạng

sóng

Sửa hình học

Chỉnh hội tụ

Ngõ ra EFM

Tách quang B+D

A+C

A B

D C

LPF

Sửa dạng sóng

RF IN

EFM OUT

Điện áp sai biệt Điện áp trung

bình

Vref

+

-

+

Hình 9-18 : Sơ đồ nguyên lý mạch khuếch đại cộng.


Hình 9-19 : Sơ đồ nguyên lý mạch sửa dạng sóng và sửa hình học. Mạch sửa dạng sóng và sửa hình học có nhiệm vụ đổi tín hiệu RF ở ngõ ra

thành các chuỗi số nhị phân để cung cấp cho mạch xử lý tín hiệu số. Việc định dạng tín hiệu CD được thiết kế sao cho có phần lỗ và phần không lỗ có độ dài như nhau (thời gian mức 0 bằng thời gian mức 1).

Chu kỳ nhiệm vụ lý tưởng của RF là 50% .Tuy nhiên, trong thực tế quá trình tạo ra tín hiệu CD chiều dài lỗ bị phân tán khoảng 20%. Do đó, mạch sửa hình học phải thực hiện hiệu chỉnh sao cho chu kỳ nhiệm vụ là không đổi và khoảng 50 % bất chấp sự phân tán.

3.2 Phân tích một số mạch RF-Amp tiêu biểu: 3.2.1 Mạch APC và mạch RF-Amp trên máy SONY, Model CD

PC75ES, CD P85ES, C705ES: Mạch APC:

Mạch APC được cấu tạo bởi transistor Q,2 diode D1và D2, các điện trở và các biến trở R3, R2, R3.

Nhiệm vụ các tầng trong mạch điện: Transistor Q : Cấp dòng cho Diode Laser. D1 (Laser Diode:LD) có nhiệm vụ phát ra tia LASER đập lên bề mặt đĩa. D2 (Photo Diode :PD) hay (Monitor Diode :MD) có nhiệm vụ nhận ánh

sáng từ Diode Laser để điều chỉnh lải cường độ tia này. R2 và R3 : Phân dòng cho Diode D2, điều chỉnh R2 sẽ làm thay đổi dòng qua

Diode D2, thay đổi phân cực cho Diode Zener.


Hình 9-20 : Sơ đồ nguyên lý mạch RF-Amp trên máy SONY. Hoạt động của mạch :

Hoạt động của mạch : Khi có tín hiệu “LDON” từ vi xử lý tới, transistro Q dẫn, cấp dòng cho

Diode Laser. Anh sáng từ Diode Laser một phần cấp cho cụm quang học, một phần đi đến Diode giám sát MD làm thay đổi độ dẫn điện của Diode này, cấp cho mạch lái transistor Q, mạch lái này điều chỉnh độ dẫn điện của transistor Q, ổn định cường độ tia sáng phát ra từ Diode Laser.

Điện trở R1 (10) dùng để đo dòng qua Diode Laser bằng cách tính độ chênh lệch điện áp tại 2 đầu của nó.

Ta có biểu thức tính sau:

I VRL D

R 1

1

Trong đó : ILD = Dòng qua Diode Laser (ILD = 40 - 70mA) VR1 = Điện áp rơi trên 2 đầu R1. R1 = Giá trị điện trở của R1.

Mạch RF-Amp:Có nhiêm vụ sau. Cấp tín hiệu RF hay còn gọi là Eye-Pattern (mẫu hình mắt) cho mạch xử lý

tín hiệu số. Cấp các tín hiệu FE (Focus Error), TE (Tracking Error) cho khối xử lý

Servo (điều chỉnh). Tín hiệu phản xạ từ đĩa sau khi đi qua cụm quang học được đập vào ma trận

diode. Ma trận diode được bố trí trong IC M52103FP, các tín hiệu (A+C), (B+D) và B1,B2 dành cho khối điều chỉnh và xử lý tín hiệu âm thanh số được lấy ra nhờ mạch


khuếch đại. Trong đó tín hiệu RF được lấy ra tại chân (18), tín hiệu FE lấy tại chân (13), tín hiệu TE lấy tại chân (12) của Ic M52103FP.

3.2.2 Mạch RF-Amp dùng IC CXA081M. Hình 9-21 trình bày sơ đồ khối của IC CXA1081M. Hình 9-21 : Sơ đồ mạch RF -Amp sử dụng IC CXA1081M.


Hình 9-22 : Sơ đồ mạch APC và RF-Amp sử dụng IC CX1081M. Giải thích nguyên lý hoạt động của mạch: Mạch APC: Mạch APC gồm transistor Q, Diode Laser LD, Diode giám sát PD và các

linh kiện liên quan. Khi có lệnh mở nguồn từ vi xử lý tới, chân (29) của IC 1081M ở mức thấp

làm cho chân (5) cũng xuống mức thấp, transistor Q dẫn, Diode Laser được cấp dòng, phát ra tia sáng Laser, Diode giám sát MD có nhiệm vụ nhận tia sáng từ Diode Laser để báo về chân (6) IC CXA1081M, IC này căn cứ vào sự dẫn điện của Diode giám sát PD mà điều chỉnh lại công suất phát xạ của nguồn sáng Laser phát ra từ diode LD.

Mạch RF-Amp: Mạch này nhận tín hiệu từ ma trận Diode (A+C), (B+D), E và F để cấp cho

mạch DSP, Tracking Servo, Focus Servo. Các đường tín hiệu ngõ ra đã đựơc minh họa trên sơ đồ.

3.2.3 Mạch APC và mạch RF_Amp sử dụng IC KA9220: Mạch APC:

Hình 9-23 : sơ đồ mạch APC sử dụng IC KA9220. Hoạt động của mạch : Khi có tín hiệu LDON, Transistor Q dẫn cấp dòng

cho Diode Laser (LD), đồng thời diode PD có nhiệm vụ báo tình trạng của tia sáng Laser, tự động điều chỉnh công suất tia sáng Laser.

Mạch RF-Amp:

+5V

60

70

71 34

72

1

LD

PD

PD Vcc(+5V)

LDON

KA 9220

LD

Q

22

Từ vi xử lý tới

58K

58K

R1

R3

75

66

74

OP-AMP3

OP-AMP1 A B

D C

-

-

+ +

-

RFO


Hình 9-24 : Sơ đồ nguyên lý mạch RF-Amp bên trong IC KA9220. Hình 9-24 trình bày sơ đồ nguyên lý của mạch khuếch đại RF trong IC

KA9220, từ hình vẽ ta thấy: Op-amp1 và Op-amp 2 : Là bộ chuyển đổi I/V. Op-amp 3 : Mạch cộng điện áp. Ngõ ra RF là chân (66). Tacó : V1 = -58K.IPD1. V2 = -58K.IPD2

V R F O R x VR

VR3

1

1

2

2

( )

R x KK

I KK

I

R x KK

I I

PD PD

PD PD

3 1 2

3 1 2

5810

5810

5810

( )

( )

Với IPD1,IPD2 là dòng ngõ vào của các photo diode (A+C) và (B+B). V - MẠCH XỬ LÝ TÍN HIỆU ÂM THANH.

1. Xử lý tín hiệu âm thanh trước khi ghi lên đĩa : 1.1 Xử lý tín hiệu A/D:

Sơ đồ khối:

BIẾN ĐỔI A/D

TÍN HIỆU GỐC ANALOG Lch Rch

LPF LPF LẤY MẪU LẤY MẪU LƯỢNG TỬ HÓA LƯỢNG TỬ HÓA MÃ HÓA MÃ HÓA

ĐÓNG KHUNG

MÃ HÓA QUI TẮC REED-SOLOMON SẮP XẾP LẠI DỮ LIỆU

MÃ HÓA QUI TẮC REED-SOLOMON

BIẾN ĐỔI EFM MÃ HÓA CÁC BIT GHÉP

ĐAN CHÉO DỮ LIỆU

M Ã HÓA THEO QUI TẮC ĐIỀU KHIỂN & HIỂN THỊ


Hình 9-25 : Sơ đồ khối xử lý âm thanh trước khi ghi lên đĩa CD. Hoạt động : Mã sửa lỗi được cộng vào tín hiệu chuyển đổi A/D. Sau đó, tín

hiệu được xử lý theo cách sắp xếp đan xen qua tầng biến điệu EFM. Cuối cùng được ghi lên đĩa dưới hình thức các rãnh phân đoạn gọi là các đoạn rãnh dữ liệu hoặc lõm dữ liệu.

Lấy mẫu: Tần số lấy mẫu là yếu tố quan trọng trong phương pháp lấy mẫu.

Hình 9-26 :Biểu đồ lấy mẫu Khi fs > 2fc : Không có sự xuyên lấn giữa 2 phổ. Trường hợp này dùng

mạch lọc qua thấp (LPF) là có thể tái tạo lại tín hiệu gốc. Khi fs < 2fc : Có hiện tượng xuyên lấn giữa phổ tín hiệu gốc và phổ của tần

số lấy mẫu. Như vậy, khi dùng mạch lọc LPF sẽ sinh ra loại nhiễu có tên là”aliasingnoise” sẽ can thiệp vào việc tái tạo lại tín hiệu gốc mà kết quả là không thể chấp nhận được.

Trong thực tế thường chọn fc = 20Khz và tần số lấy mẫu ở CD được ấn định là 44,1 Khz.

Lượng tử hóa : Sau khi hoàn tất việc lấy mẫu, bước tiếp theo là lượng tử hóa. Lấy mẫu

được thực hiện theo trục thời gian, một giá trị đã được lấy mẫu từ tín hiệu gốc Analog được đổi thành con số có giá trị gián đoạn theo trục tung là công việc của lượng tử hóa.

Biên độ càng được chia mịn bao nhiêu thì độ chính xác của quá trình lượng tử hóa càng cao bấy nhiêu. Vì một giá trị mẫu được làm tròn bằng một con số hữu dụng gồm nhiều số mã, nên xảy ra sao số làm tròn. Trong trường hợp âm thanh đã

P

f fC

P fS > 2fC

fC fS

P

f fC fS

fS < 2fC


được số hóa, sai số làm tròn tạo méo tương ứng gọi là méo lượng tử hóa. Nhiễu lượng tử hóa là điều không thể tránh được trong việc lượng tử hóa.

Hình 9-27 :Lượng tử hóa tín hiệu đã được lấy mẫu. Mã hóa : Đây là qui tắc biến trị lấy mẫu đã qua giai đoạn lượng tử hóa thành số nhị

phân bao gồm các chuỗi 0 và 1. Số nhị phân này gọi là một từ. Các chuỗi bit sắp xếp theo một trật tự từ MSB đến LSB theo sơ đồ sau:

Bit MSB là bit có nghĩa lớn nhất, đứng ở vị trí đầu tiên, bit 2SB là bit có

nghĩa thứ nhì, chiếm vị trí thứ hai... Cuối cùng là bit LSB là bit có nghĩa nhỏ nhất sắp chót.

1.2 Biến điệu EFM (Eight to FourteenModulation). EFM là biến đổi dữ liệu 8 bit thành dữ liệu 14 bit. Mã đưỡc biến điệu bởi

EFM sau đó sẽ dành quyền cung cấp cácbit trên đĩa. Khi thành phần cung cấp xung nhịp được tạo ra tăng lên, khoảng băng thông bị choáng chỗ tăng theo. Do đó biến điệu phải được áp dụng ở một tần số thích hợp khi đảo sang trạng thái có mặt hay vắng mặt của các bit.

Mục đích của biến điệu EFM : Tăng độ nhạy thông tin bằng cách thu hẹp dải thông bị chiếm chỗ. Tăng thành phần xung clock. Do một biểu tượng đòi hỏi tối thiểu là một

phần tử xung nhịp, cần phải tăng các thành phần “1”,”0” và các thành phần nghịch đảo.

Giảm thành phần DC, nếu các số “0” liên tục, vệt tín hiệu sẽ trở nên mất các “bit” dữ liệu. Thêm vào đó, thông tin xung clock bị mất đi, các vùng “bit” và

1 0 1 1 1 1 0 1

MSB 2SB 3SB 4SB 5SB 6SB 7SB LSB


không “bit” trên đĩa được đọc nhỏ hơn 3T và 11T ngăn cản thành phần tần số cao hơn và sự mất mát các phần tử xung nhịp. Để thực hiện công việc này không tồn tại nhiều hơn một số “1” liên tục nhau, cũng như số lượng số “0” phải ở trạng thái từ 2 đến 10.

Trong hệ thống Compact Disc người ta sử dụng NRZI (Non Return to Zero Inverted) :Dạng xung nhịp sẽ bị đảo mức tại thời điểm dữ liệu EFM là “1”. Do tín hiệu EFM được hình thành theo luật từ 2 đến 10, bit “0” kẹp giữa 2 bit “1” nên dễ dàng nhận thấy dạng xung ra sẽ đảo mức với cạnh lên hoặc cạnh xuống tương ứng với 0 _1 hoặc 1_0 của dữ liệu EFM.

2. Mạch phát lại tín hiệu âm thanh: 2.1 Sơ đồ khối:

Hình 9-28 : Sơ đồ khối mạch phát lại tín hiệu âm thanh. Hoạt động của mạch : Tín hiệu ánh sáng phản xạ từ đĩa đến hệ thống Photo Diode cung cấp cho

mạch RF-Amp. Ngõ ra mạch RF-Amp là tín hiệu EFM, tín hiệu này đưa vào khối tách dữ liệu. Khối này có nhiệm vụ tách các dữ liệu EFM, bit clock, tín hiệu đồng bộ cấp cho mạch xử lý tín hiệu số (DSP). Mạch DSP lấy ra các tín hiệu data, bit clock, LRCK cấp cho mạch chuyển đổi D/A. Ngõ ra các tín hiệu kênh phải và kênh trái được tách nhờ mạch lấy mẫu và giữ. Sau đó các tín hiệu này được đưa vào


mạch LPF. Mạch này có nhiệm vụ đưa ra tín hiệu âm tần có tần số 50 Hz đến 20 Khz và loại bỏ tần số lấy mẫu 44,1 Khz.

2.2 Mô tả chức năng các khối : 2.2.1 Khối data Strobe (tách dữ liệu ):

Hình 9-29 : Cấu trúc của khối data Strobe. Mạch data Strobe (Mạch tácch dữ liệu). Mạch tách dữ liệu có nhiệm vụ tách các bit clock được đồng bộ hóa với dữ

liệu từ các tín hiệu EFM. Dữ liệu đã tái tạo lại trong Compact Disc sẽ chứa các thành phần biến động

mặc dù mạch Servo (điều chỉnh) vẫn hoạt động chính xác. Mạch Digital tách các bit clock chứa cùng những biến động trong dữ liệu

được tạo ra, việc ngăn ngừa biến động gây ra dao động đọa sai nhiều bit “0” liên tiếp được thực hiện.

Mạch data Strobe gồm một vòng khóa pha (PLL) được dùng để tách các bit clock từ tín hiệu EFM.

Tín hiệu EFM cũng được thiết kế sao cho nó không làm mất các thành phần xung nhịp (clock). Tuy nhiên, nó không thể tách các tín hiệu clock một cách liên tiếp từ các tín hiệu EFM nên mạch data Strobe chịu một tầm khống chế hẹp hơn. Nếu mạch Servo Motor kiểm soát chu kỳ sai lệch của tín hiệu EFM được tái tạo trong khoảng 50%, thì mạch data Strobe sẽ bị khóa để cho phép tạo ra xung clock.

Giải mã NRZI Data Strobe

Tách đồng bộ

EFM EFM Data EFM

Bit clock

Đồng bộ khung

Đến khối xử lý tín hiệu số

(DSP)

Delay

EXOR

Mạch so pha

LPF

VCO

EFM OUT EFM IN

Mạch tách dò cạnh

CLOCK OUT

4,3218MHz


Hình 9-30 : Sơ đồ khối của mạch data Strobe.

Để tái tạo lại các bit clock, mạch tách dò cạnh làm việc để tách các cạnh từ các tín hiệu EFM.

Tiếp theo mạch so pha thực hiện so sánh giữa tín hiệu cạnh và ngõ ra VCO 4,3218 Mhz. Các tín hiệu sai biệt như thế được tạo ra có thể tái tạo lại các bit clock nhờ vào việc kiểm soát tần số dao động của VCO.

Hình 9-31 : Dạng sóng của các tín hiệu. Mạch hoàn điệu NRZI (Non Return to Zero Inverter). Dữ liệu của tín hiệu EFM bao gồm 14 bit thông tin và 3 bit dự trữ. Tín hiệu

EFM được biến điệu thành dạng NRZI bằng cách tín hiệu EFM bị đảo ngược khi dữ liệu là “1”. Điều này cho phép tín hiệu được hoàn điệu bởi bit clock (BCK) gởi cùng với tín hiệu EFM từ data Strobe.

Hình 9-32 : Hoàn điệu NRZI. Tách đồng bộ / mạch bảo vệ. Tín hiệu được gởi từ mạch data Strobe là một chuỗi data các số “0”và “1”

nối tiếp. Nó không thể cho biết điểm bắt đầu của dữ liệu. Dữ liệu này được gom lại theo mỗi 588 bit như một khung đơn rồi tín hiệu đồng bộ được cộng thêm ở phía trước nó.

Bit dự trữ

0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0

Bit clock

6T 3T 3T 6T

Bit thông tin

Tín hiệu EFM

0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 1 .

3T 4T 4T

EFM

Đúng Sai Thay đổi do biến động

Tách dò cạnh

Bit clock

BCD


Hình 9-33 : Mạch nhận diện / bảo vệ tín hiệu đồng bộ. Tín hiệu đồng bộ có kiểu mẫu với bề rộng xung là 11T -11T, tín hiệu này

không được dùng trong dữ liệu nhạc, bằng cách dò tín hiệu đồng bộ này, phần trước của dữ liệu có thể được nhận diện.

Khi tín hiệu đồng bộ không được phát hiện, mạch điện có chức năng tạo ra tín hiệu bù sẽ tính toán thời gian ngay sau thời điểm phát hiện mất tín hiệu đồng bộ và bổ sung vào phần mất mát đó.

Mạch trên nhận diện tín hiệu đồng bộ theo mẫu 11T -11T, quá trình như thế gọi là quá trình tạo ra tín hiệu nhận diện đồng bộ.

Tín hiệu nhận diện được lấy ra theo từng khung, từ tín hiệu này, tín hiệu cổng thời gian được tạo ra để quan sát tín hiệu đồng bộ và bù vào phần tín hiệu đã mất hoặc bị sai lệch.

Hình 9-34 : Dạng sóng của mạch nhận diện tín hiệu đồng bộ.

2.2.2 Mạch xử lý tín hiệu số.

(1)

(2)

(3)

Nhận diện mẫu tín hiệu đồng bộ

Bộ tạo cổng thời gian

Bộ tạo tín hiệu bổ phụ

EFM - +

(3)

(1)

(2)

Ngõ ra khối nhận diện tín hiệu đồng bộ

Data

BCK RLCK

ROM RAM

Mạch hoàn điệu EFM

Sửa sai

Tách mã phụ

RAM điều khiển ghi

RAM điều khiển đọc Digital

I/O

Tới hệ thống điều khiển XTAL

Bit clock

T/h đồng bộ

EFM


Hình 9-35 : Sơ đồ khối của mạch xử lý tín hiệu số.

Chức năng của các khối: Hoàn điệu tín hiệu EFM : Các tín hiệu nhạc được lượng tử hóa mỗi 16 bit được chia thành 8 bit cao và

8 bit thấp. Chúng được đổi thành dữ liệu 14 bit gọi là tín hiệu EFM. Tín hiệu 8 bit sẽ phân biệt được 28 = 256 trường hợp, chúng chứa các dữ

liệu “0” và “1” nối tiếp nhau. Tín hiệu EFM 14 bit được thiết lập theo luật từ 2 đến 10, bit “0” kẹp giữa

hai bit “1”. Khi có sự xuất hiện liên tiếp các mức “0”, điều đó có nghĩa là có sự hiện

diện của thành phần DC của tín hiệu, mà có thể gây ra khó khăn lớn trong quá trình tái tạo lại dữ liệu.

Để giải quyết vấn đề này, một chuỗi dữ liệu không có các số “1” xuất hiện liên tiếp hoặc với số lượng từ 2 đến 10 số “0” được chọn từ 214 = 16384 thành phần phân biệt của 14 bit dữ liệu.

Dữ liệu đã được chọn này được tạo ra tương ứng với 8 bit dữ liệu để thực hiện biến điệu NRZI.

Trong quá trình phát lại, các tín hiệu EFM 14 bit được đưa vào mạch hoàn điệu EFM. Mạch này được cài vào trong IC xử lý tín hiệu số (DSP).

Mạch hoàn điệu EFM đối chiếu với bảng chuyển đổi 14-8 bit để được nạp vào ROM đổi dữ liệu 14 bit ra 8 bit.

Chức năng của RAM. Loại bỏ bất ổn : Data đọc từ đĩa bị thay đổi do sự quay không đồng đều

của đĩa. Sự thay đổi này gọi là sự bất ổn. Sự bất ổn có thể được loại trừ bằng cách ghi data chứa bất ổn đó lên RAM. Việc đọc data như thế nhờ một xung đồng hồ chính xác lấy ra từ dao động thạch anh.

Giải đan xen: Thứ tự data bị thay đổi để ngăn ngừa các tín hiệu Analog ở ngõ ra bị gián

đoạn, hoặc gây ra bởi sai số data liện tiêp hoặc xáo trộn dữ liệu do trầy xước đĩa..... Sự hoán đổi dữ liệu được thực hiện trên mỗi 4 khung. Quá trình này gọi là đan xen.

Trong quá trình tái tạo dữ liệu, cần phải lưu trữ dữ liệu trong 108 khung trên RAM để đưa ra theo thứ tự nguyên thủy của nó, chức năng này gọi là giải đan xen.

Lưu trữ mã phụ :8 bit mã phụ data trong 1 khung được phân phối 98 khung cùng hình thành nên 1 mã phụ đơn. Như vây RAM lưu trữ 98 khung data mã phụ.

Giới thiệu IC RAM 16 bit HM6116HP dùng trong mạch xử lý tín hiệu số DSP.

Vcc A8 A9 WE OE A10 CS GND D7 D6 D5 D4

A0 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 D0 D1 D2 D3

24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 14 13

+5V Đường địa chỉ

Các đường dữ liệu liên lạc với IC

DSP HM 6116FP


Hình 9-36 : Sơ đồ chân IC RAM 16 bit HM6116HP.

Nhận diện sai số và sửa sai: Dữ liệu được tái tạo có thể chứa nhiều sai số hoặc mất dữ liệu do sự trầy

xước của đĩa... Khi “1” trở thành “0” và ngược lại sẽ gây ra sự khiếm khuyết như trên, điều này được gọi là sự sai mã.

2.2.3 Mạch chuyển đổi D/A: Mạch chuyển đổi D/A đổi tín hiệu số thành tín hiệu Analog có dải động

rộng hơn. Mạch D/A yêu cầu phải có những chức năng sau: Biến đổi D/A : 16 bit.

Tốc độ thay đổi: 20s / 2 kênh.

Độ méo hài : 0,003%.

Dải động : 96dB.

Giới thiệu một số IC chuyển đổi D/A : 1. IC TDA 1311T.

IC TDA 1311T nhận các tín hiệu data, BCK, LRCK, từ khối DSP đến, đổi tín hiệu Digital thành Analog, sau đó tách ra 2 kênh trái và phải cho các khối sau.

Hình 9-37 : Mạch chuyển đổi D/A sử dụng IC TDA 1311T.

B+= 3_5V

BCK BCK

LRCK LRCK

DATA DATA

NC

KÊNH L

KÊNH R

8

76 7 1

80 6 2

78 5 3

4 CXD 1167 TDA 1311T


2. IC DAC PCM56HP.

Hình 9-38 : Sơ đồ khối hoạt động của IC PCM56HP. Tín hiệu ở ngõ ra mạch DAC sử dụng IC PCM56HP là tín hiệu Analog. Để

tách 2 kênh trái và phải người ta sử dụng mạch S/H (Sample và Hold : Lấy mẫu và giữ).

2.2.4 Mạch lấy mẫu và giữ : (S/H). Mạch lấy mẫu và giữ cho nhiệm vụ tách tín hiệu 2 kênh phải và trái thông

qua 2 tín hiệu điều khiển DGL (Deglitch) : DGL-L và DGL-R. Tín hiệu DGL có thể được lấy ra từ mạch vi xử lý hoặc mạch Digital filter (mạch lọc số).

Mạch lọc số nhận các tín hiệu : BCK, DATA, LRCK, từ khối DSP đưa đến, sau đó cấp cho mạch ADC. Ngõ ra Analog của 2 kênh L và R được tách bởi mạch S/H, lệnh điều khiển 2 khóa điện (DGL và DGR) phải đồng nhịp với dữ liệu đã được ghi lên đĩa, sau đó tín hiệu từ khối S/H được đưa vào mạch lọc LPF cấp cho mạch khuếch đại âm thanh tại ngõ ra.

Từ khối DSP tới

16

15

14

13

12

11

10 9

1

2

3

4

5

6

7

8

VEE

D.GND CLK LACK DATA -VL

VCC

VPOI

ADJ

V0

+5V

+5V -5V

-5V

Ngõ ra Analog

DAC PCM56HP


Hình 9-39 : Sơ đồ minh họa nguyên lý hoạt động của mạch S/H. VI - MẠCH SERVO ( MẠCH ĐIỀU CHỈNH). 1. Mạch Focus Servo:(Mạch chỉnh hội tụ). Mạch Focus Servo sử dụng để dịch chuyển vật kính theo chiều đứng để đạt

được sự hội tụ chính xác của tia Laser trên đĩa. 1.1 Nguyên lý hoạt động: Photo Diode được cấu tạo từ 4 diode A, B, C, D. Hình dạng của tia Laser

đập trên bề mặt của photo diode được biến đổi tùy theo vi trí tương đối giữa vật kính và đĩa.

Để tách dò sai lệch Focus, các tín hiệu (A+C) và (B+D) được đưa vào mạch khuếch đại sai biệt Focus dùng Op-amp việc tách dò sai biệt Focus được thực hiện bằng cách lấy ra tín hiệu sai biệt {(A+C) - (B+D)}.

Nếu (A+C) >(B+D) : điểm hội tụ quá gần. Mạch Focus Servo đưa vào một điện áp âm để dịch chuyển vật kính ra xa hơn.

DAC BCK_

Mạch lọc số

BCK LRCK DATA

R.out

L.out

DGR

DGL Audio Amp

Audio Amp

+

+

-

-

EFM


Hình 9-40 : Sơ đồ hoạt động của mạch Focus Servo Nếu (A+C) < (B+D) : điểm hội tụ quá xa. Mạch Focus Servo đưa ra điện áp

dương để dịch chuyển vật kính đến gần hơn. Nếu (A+C) = (B+D) : Điểm hội tụ là chính xác. Tín hiệu sai lệch Focus là

0V (điện áp chuẩn).

Hình 9-41 : Nhận diện sự sai biệt hội tụ.

1.2 Mạch Focus Servo Sử dụng IC CXA 1081, CXA 1082: Hoạt động của mạch : Trong quá trình dò hội tụ, khóa S1 được bậc về vị trí “b” đưa điện áp điều

khiển ra khỏi chân (14) IC CXA 1082 cấp cho mạch Focus driver. Khóa S1 bậc về vị trí “a”, các tín hiệu (A+C) và (B+D) đưa vào chân (7) và

(8) IC CXA 1081 khuếch đại và biến đổi từ dòng điện qua điện áp rồi cộng lại với nhau cấp cho mạch FOK và mạch Focus Error Amp. Tín hiệu FOK được cấp ccho IC LC 76216 (IC vi xử lý). Ngõ ra Focus Error (FE) tại chân (19) IC CXA 1081 (RF- Amp) đưa vào chân (48) của IC CXA 1082. Sau khi qua mạch bù méo pha được đưa vào mạch FZC (Focus Zero Cross Comparation : So sánh điểm 0 Focus) cấp cho chân sense của IC CXD 1167. Mặt khác, tín hiệu FE còn cấp cho mạch Focus drive tại chân (14) Ic CXA 1082.

B A

C D

B A

C D

B A

C D

Vật kính quá gần (A+C)>(B+D)

Chính xác (A+C)=(B+D) Vật kính quá xa (A+C)< (B+D)

I/V

I/V

B A

C D

B+D

A+C

FE Focus Error

Khuếch đại Focus Error

+

-


Khi khóa S2 đóng, tụ C tại chân (7) Ic CXA 1082.Mach điện,khoá S3 đóng, tụ C xả điện,điện áp trung bình này được cấp cho FOCUS SEARCH phục vụ cho mạch hội tụ.

Hình 9.42: Sơ đồ khối họat động của mạch Focus Servo sử dụng IC CXA

2082. 2.Mạch Tracking Servo Mạch tracking Servo có nhiệm vụ dịch chuyển vật kính theo chiều ngang để

giữ tia laser đập đúng ngay track ghi trên đĩa. 2.1 Sơ đồ khối mạch servo tracking Đây là mạch servo tracking sử dụng trong hệ thống 3 tia, trong đó tia chính

được sử dụng cho việc dò hội tụ và hai tia phụ dùng cho việc dò sai TRACK.


Hình 9.43: Sơ đồ khối họat hoạt động cuả mạch Tracking Servo.

Các tia phụ được chiếu lên đĩa tại vị trí trước và sau tia chính, các tia phụ có vị trí lệch so với tia chính một khoảng là 1/2 bề rộng track. Các thành phần E, F của photo detector được dùng để nhận các tia phụ, tín hiệu sai biệt TRACK có thể nhận được bằng cách so sánh 2 tín hiệu từ bộ photo detector đưa ra, thông tin từ các bit được lấy ra từ các thành phần E, F qua mạch LPF.

Trường hợp tia laser đập chính xác vào bit, giá trị trung bình tín hiệu trung bình tại E,F bằng nhau, do đó không xuất hiện sai biệt ở ngõ ra.

Trong trường hợp tia laser bị lệch, giá trị trung bình cuả 2 tín hiệu do hai phần từ E và F tạo ra khác nhau, do đó sẽ xuất hiệu sai biệt (TE Signal).

2.2 Mạch Tracking Servo sử dụng IC CXA 1081, IC CXA 1082. Mạch điện gồm các IC sau: IC CXA 1081 : Bao gồm khối chuển đổi I/V, khối cộng,khối khuếch đại sai

biệt tracking. IC CXA 1082 : Bao gồm mạch bù pha, Tracking Error Amp. LC 67216 : IC vi xử lý.


Hình 9-44 : Sơ đồ nguyên lý mạch Servo Tracking. Hoạt động của mạch : Các tín hiệu E, F được lấy từ bộ photo detector cấp cho chân (10) và chân

(11) IC CXA 1081. Ngõ ra chân (20) IC là tín hiệu sai biệt Track (TEO). Tín hiệu này được cấp cho mạch bù pha tại chân (45) IC CXA 1082, sau đó cấp cho mạch khuếch đại sai biệt Track (TAO) tại chân (11) IC CXA 1082 và đi đến tầng lái cuộn Tracking, dịch chuyển vật kính theo chiều ngang.

Ngoài ra, chân (42) IC CXA 1082 là chân MIRROR, chân này liên lạc trực tiếp với ngõ ra của chân (22) IC CXA 1081.

Để nhận diện điểm hội tụ đã thực hiện đúng hay chưa. Chân (20) IC CXA 1082 (C.out = Track Count) là xung đếm track cấp cho IC CXD 1167 (DSP). Đây là chân khá căn bản trên mạch Servo khi khảo sát khối Servo và DSP, tín hiệu C.out được dùng để báo khối Servo đang hoạt động nhảy track.

3. Mạch SLED SERVO:(Mạch điều chỉnh động cơ dịch chuyển đầu đọc). Mạch Sled Servo có nhiệm vụ điều khiển động cơ dịch chuyển đầu đọc để

tạo tác động dịch chuyển cụm quang học đi từ trong ra ngoài đĩa và ngược lại Mạch Tracking Servo có tầm điều khiển khoảng 80 Track (40 Track). Nếu

cụm quang học lệch khỏi 80 track này thì mạch sled Servo sẽ hoạt động kéo cụm quang học dịch chuyển tới một khoảng 80 Track.

3.1 Sơ đồ khối mạch Sled Servo.

Tracking

Servo Lái Đệm

Mạch tích phân So sánh

Tầng lái

Vref

SW

SE R

C

M

+ + +

- -


Hình 9.45 : Sơ đồ khối mạch Sled Servo. Mạch Sled Servo được hình thành bởi các mạch tích phân, so sánh và tầng

lái. Điện áp trung bình của tín hiệu TE (Tracking Error) từ mạch Tracking Servo tăng theo thời gian. Sự khác biệt theo điện áp trung bình được lấy ra nhờ mạch tích phân tín hiệu TE, tín hiệu SE (Sled Error) được sử dụng để lái Sled Motor sao cho vật kính được giữ trong tầm điều chỉnh so với điện áp chuẩn ngay tại tâm của hệ cơ.

Để truy tìm bản nhạc bất kỳ, SW2 được bậc về vị trí “on” để cô lập mạch Servo ra khỏi hệ thống, sau đó mạch khuếch đại thuật toán của tầng lái được cấp dòng dương hoặc âm làm quay Sled Motor theo chiều thích hợp để dịch chuyển cụm quang học.

Mức độ dịch chuyển cụm quang học được tính toán từ dữ liệu của bảng nội dung TOC (Table Of Content) bằng cách đối chiếu sai lệch giữa vị trí hiện hành và vị trí sắp được truy xuất.

Hình 9-46: Sự tách dò tín hiệu sai lệch điều khiển động cơ dịch chuyển đầu đọc quang học.

3.2 Mạch Sled Servo sử dụng IC CXA 1081 và CXA 1082. Hoạt động của mạch : Tín hiệu lái Tracking xuất hiện tại chân (11) IC CXA 1082 được lọc nhờ

mạch tích phân để cấp cho ngõ vào mạch so sánh tại chân (19) IC CXA 1082, ngõ ra tín hiệu lái Sled Motor xuất hiện tại chân (20) IC CXA 1082 (SLO : Sled Motor Output).

Motor ON

Motor OFF

Ngõ ra bộ so sánh

Ngõ ra mạch tích phân


Hình 9-47 : Sơ đồ mạch Sled Servo sử dụng IC CXA 1082. 4. Mạch SPINDLE SERVO: Mạch Spindle Servo điều chỉnh vận tốc quay của motor để làm quay đĩa. Ngoài ra, mạch Spindle Servo còn có các nhiệm vụ tách các tín hiệu đồng

bộ của dữ liệu đã được ghi lên đĩa và điều khiển vận tốc quay của đĩa sao cho khoảng cách giữa các tín hiệu đồng bộ là không đổi.

4.1 Sơ đồ khối của mạch Spindle Servo. Hình 9-48 : Sơ đồ khối của mạch Spindle Servo. Không như trong đĩa Analog, trong đĩa CD việc sử dụng vận tốc dài không

đổi CLV ( Constant Linear Velocity), vận tốc quay của đĩa thay đổi từ 500 vòng / phút khi đầu đọc ở vị trí trong cùng và 200 vòng /phút khi đầu đọc ở vị trí ngoài cùng (vận tốc dài không đổi từ 1,2 đến 1,4 m/s).

Mạch CLV-Servo có 2 chế độ hoạt động : CLV-S (Speed) và CLV-P (Phase).

Chế độ CLV-S : Chế độ hoạt động thô của CLV Servo được dùng trong các trường hợp : Tại thời điểm bắt đầu quay đĩa và trường hợp nhảy Track ( trong trường hợp này tốc độ quay đĩa có sự thay đổi đột ngột do có sự thay đổi đột ngột đường kính đĩa ).

Nhận diện / bảo vệ đồng bộ khung Khối so

tần

OSC

Tách xung clock bit Khối so pha

Drive

OSC

4,3218KHz

Điều chỉnh động cơ quay đĩa mức tinh

Điều chỉnh động cơ quay đĩa mức thô

EFM

7,35KHz

SW

M

CLV-S CLV-P

Spindle Motor


Mạch CLV-P: Điều khiển hoạt động so pha giữa bit clock 4,3218 Mhz tách ra từ tín hiệu EFM trong quá trình plat và tín hiệu dao động thạch anh 4,3218 Mhz điều chỉnh vận tốc quay đồng pha của Motor đĩa.

Mạch CLV-S so sánh tần số dao động của tín hiệu đồng bộ khung 7,35 Khz được tách ra từ tín hiệu EFM và dao động chuẩn 7,35 Khz.

4.2 Phân tích sơ đồ mạch Spindle Sero. Nhiệm vụ của các thành phần trong mạch: IC CXA 1372Q : IC này có nhiệm vụ điều chỉnh độ hội tụ tia Laser, điều

chỉnh cuộn Tracking, Motor trượt cụm quang học và tạo tín hiệu EFM. IC LA 1632M : IC này được sử dụng để lái cuộn Focus, cuộn Tracking, các

động cơ dịch chuyển cụm quang học và động cơ quay đĩa. IC CDX 2500Q : IC này xử lý tín hiệu số, tín hiệu âm thanh, và ổn dịnh tốc

độ quay của đĩa. Mạch này có nhiệm vụ tách các bit clock, tách đồng bộ khung để so sánh với tín hiệu chuẩn7,35 Khz và 4,3218 Mhz để ổn định vận tốc quay của đĩa.

Hình 9-49 : Sơ đồ nguyên lý mạch Spindle Serco.

CLK XL DATA EFM

22

23

24

40

36

32

33

24

Vcc

Vcc

Vss

12

79 78 77 74

RF

CLK DATA XLTO CLK

CXA1372Q

CXD 2500Q

4

2 1

301 291

12

Vcc

M

221

181

191

201

211

LA1632M

Spindle Servo


VI - KHỐI VI XỬ LÝ VÀ HIỂN THỊ: 1. Sơ đồ khối vi xử lý và hiển thị dùng trong Compact Disc Player:

Hình 9-50 : Sơ đồ khối hoạt động của khối vi xử lý và hiển thị.

2. Các mạch điện căn bản trên khối vi xử lý. 2.1 Hệ thống phím ấn:

2.1.1 Hệ thống phím ấn dạng ma trận : Trong máy hát đĩa Compact Disc, hệ thống phím lệnh liên lạc với CPU

dưới dạng ma trận được thể hiện như sau:


Hình 9-51 : Hệ thống phím ấn dạng ma trận. Khi bấm một phím lệnh, xung lệnh tại một ngõ ra”Key out” sẽ nối với một

ngõ “Key in” tương ứng. Bằng phương thức này, nếu ta thiết kế n ngõ “key out” và m ngõ “key in”

thì số phím lệnh tương ứng là n x m. Trong máy hát đĩa người ta thường bố trí các phím lệnh như sau:

OPEN/CLOSE : Lệnh nạp đĩa vào hoặc lấy đĩa ra khỏi máy.

SKIP : Nhảy đến vị trí bản nhạc cần chọn.

SEARCH: Dò đến đoạn nhạc cần chọn.

PROGRAM: Chọn bài hát theo chuơng trình.

REPEAT : Lặp lại bản nhạc.

PLAY () : Phát lại chương trình.

STOP ( ) : Dừng chương trình.

PAUSE ( ) : Tạm dừng chương trình.

F.F () : Dò tới nhanh.

REW () : Dò lui nhanh.

DISC CHANGE : Đổi đĩa.

2.1.2 Hệ thống phím ấn dạng cầu phân áp. Mô hình thực hiện được minh họa như sau:

KEY OUT

KEY IN

CP

Vcc

Vcc

KEY IN1

CPU


Hình 9-52 : Mô hình hoạt động hệ thống phím ấn dạng cầu phân áp.

2.2 Khối tạo xung clock cho CPU. Khối này thường được thực hiện nhờ mạch dao động thạch anh bên trong

CPU hoặc bằng mạch rời bên ngoài. Đối với loại mạch sử dụng dao động thạch anh ngay bên trong CPU ta có

thể nhận diện được nhờ thạch anh nối tiếp bên ngoài IC. Hình 9-53a : Mạch dao động tạo xung clock sử dụng thạch anh. Đối với loại mạch sử dụng dao động từ bên ngoài ta có thể nhận diện nhờ

chân “clock in”. Hình 9-53b : Mạch dao động tạo xung clock sử dụng mạch rời bên ngoài. 2.3 Mạch RESET: Mạch RESET được sử dụng để đặt lại toàn bộ các trạng thái của vi xử lý tại

thời điểm bắt đầu cấp điện cho máy bằng cách tao một mức thấp đột biến ở ngõ vào khối vi xử lý.

Có thể tạo xung Reset bằng IC hoặc transistor.

OSC

CLOCK

OSCLOCK

IN

IC RESET

CPU

+5V

CPU

Vcc


Hình 9-54 : Mạch Reset sử dụng IC và transistor. Khi mới cấp điện, tụ C nạp, áp tại cực B của Q1 giảm làm Q1 ngưng dẫn,

đồng thời Q2 dẫn, ngõ ra xuống mức thấp. Khi tụ C nạp đầy, điện áp tại cực B của Q1 tăng làm Q1 dẫn và Q2 ngưng dẫn, ngõ ra ở mức cao.

2.4 Mạch giải mã tin hiệu hồng ngoại từ bộ điều khiển xa tới. Thông thường khối giải mã tín hiệu hồng ngoại được bố trí ngay bên trong

CPU. Để nhận tín hiệu từ bộ điều khiển xa tới, người ta sử dụng bộ thu tín hiệu hồng ngoại. Mô hình mạch được tóm lược như sau:

Hình 9-55 : Mô hình liên lạc khối nhận tín hiệu hồng ngoại với CPU. 2.5 Các lệnh điều khiển động cơ. 2.5.1 Lệnh điều khiển động cơ tồn tại dưới dạng 1 đường liên lạc.

Hình 9-56 : Mô hình điều khiển động cơ đóng đĩa. Thường là lệnh cho phép động cơ hoạt động hay không hoạt động khi

đường lệnh ở mức cao, động cơ quay ; ở mức thấp, động cơ không quay. Khi TTON = H : Motor ngừng quay. Khi TTON = L : Motor quay.

2.5.2 Tín hiệu điều khiển động cơ tồn tại dưới dạng nhiều đường liên lạc.

1 2 3

CPU R/C IN IR

Vcc

Tia hồng ngọai

TTON

CPU

MDA Disc Motor

MOTOR


Thường là các mức logic có chức năng cho phép động cơ hoạt động và thay đổi chiều quay của động cơ.

Khi chân (5) và (6) cùng ở mức cao hoặc cùng ở mức thấp thì động cơ không quay.

Khi chân (5) = H, chân (6) = L : Motor quay thuận. Khi chân (5) = L, chân (6) = H : Motor quay nghịch.

2.6 Lệnh mở nguồn Diode Laser. Để tăng tuổi thọ của Diode Laser cũng như bảo vệ mắt khi chưa có đĩa vào

máy, người ta chưa cấp nguồn cho Diode Laser. Khi khay ở vị trí ngoài, bằng cách thiết kế đường lệnh mở nguồn cho Diode Laser.

Hình 9-57 : Lệnh mở nguồn Diode Laser.

Khi chân LDON = L : transistor Q dẫn, cấp nguồn cho Diode Laser. Đây là mô hình chung nhất trong các máy CD.

CPU LDON

MLD

+5V Q


2.7 Khối giải mã - hiển thị. 2.7.1 Khối giải mã hiển thị bố trí chung với IC vi xử lý.

Ở bên ngoài người ta bố trí các chân giao tiếp với đèn hiển thị đó là các chân :G (grid:lưới ), S (Segmend:Đoạn)

Hình 9.58: Mô hình giải mã hiển thị đối với trường hợp CPU và DISPLAY

chung 2.7.2 Khối hiển thị ở bên ngoài :

Trong trường hợp này người ta bố trí các chân Data, xung clok. Báo sẵn sàng (Ready). Để giao tiếp với CPU và Display Decorder.

Hình 9.59 giao tiếp giữa IC CPU và IC giải mã hiển thị.

CPU & DISPLAY

DISPLAY

G0_Gm

S0_Sm 3VDC

3VDC

+Vcc

DATA CLOCK

CPU

Segment

Decoder Grid

D I S_ P LAY

-Vcc

+Vcc


KẾT LUẬN

Qua quá trình thực hiện luận văn tốt nghiệp “Soạn giáo trình môn kỹ thuật truyền thanh”. Được sự hướng dẫn tận tình của thầy HÀ A THỒI, quý thầy cô trong khoa Điện, cùng với sự cố gắng của bản thân, kết hợp với những kiến thức đã tiếp thu được trong suốt qua trình học tập trong nhà trường của người thực hiện. Cho đến nay người thực hiện đã hoàn thành được những nội dung cơ bản của đề tài yêu cầu với các phần sau:

- Giới thiệu chung về vô tuyến điện. - Máy phát AM và FM. - Máy thu AM và FM. - Truyền dữ liệu và kỹ thuật số. - Máy tăng âm - Máy ghi âm - Máy hát đĩa CD.

Trong suốt quá trình thực hiện đề tài này, bản thân người thực hiện không tránh khỏi những thiếu sót. Rất mong nhận được sự hướng dẫn, giúp đỡ của quí thầy cô và các bạn.


TÀI LIỆU THAM KHẢO - Công nghệ truyền dẫn số

Tổng cục bưu điện. Tổng công ty bưu chính viễn thông Việt Nam.

Trang (177 235) - Cơ sở kỹ thuật truyền số liệu Nhà xuất bản Khoa Học Kỹ Thuật. Biên soạn Nguyễn Văn Thường. Trang (77 84) (59 67)

- Ghép kênh số cấp cao. Trung tâm đào tạo bưu chính viễn thông II Biên soạn Hồ Văn Cừu. Trang (10 20) ( 32 34)

- Kỹ thuật điện tử Lê Phi Yến - Lưu Phú - Nguyễn Như Anh. Trường Đại Học Bách Khoa TP.HCM. Trang (180 196) - Mạch điện trong máy ghi âm Ngô Anh Ba.

Nhà xuất bản Khoa Học Kỹ Thuật. - Nguyên lý và căn bản sửa chữa COMPACTDISC PLAYER tập 1, 2.

Nhà xuất bản Khoa Học Kỹ Thuật. Kỹ sư Phạm Đình Bảo. - Tìm hiểu về máy ghi âm KS. Trần Lưu Hân.

Nhà xuất bản nghe nhìn Hà Nội. Trang (3 36)

- Vi ba số tập 1 Nhà xuất bản Khoa Học Kỹ Thuật. Trang (83 101) - Electronic Communications Systems.

Fundamentals Through Advanced. Wayne Tomasi Mese Community College.

Documents

KỸ THUẬT TRUYỀN THANH