(TIỂU LUẬN) báo cáo TIỂU LUẬN tên đề tài điện tử THÔNG TIN

Hệ thống thu phát thông tin

Các ví dụ về hệ thống thu phát thông tin

1 Giám sát Giám sát và các bộ điều chỉnh tự động các lưới truyền tải công suất điện.

2 Quan sát điều kiện thời tiết trong không khí hoặc ở những vùng khí hậu khắc nghiệt.

3 Quan sát hoặc điều khiển truyền hình vệ tinh, máy bay, tàu vũ trụ, tên lửa.

4 Điều khiển các động cơ cỡ lớn chẳng hạn như tuabin ở nhà máy điện.

5 Hệ thống phát thanh, truyền hình, thông tin di động…

Sơ đồ khối hệ thống thu phát thông tin

Trong điện tử thông tin, thông tin được truyền từ nơi này đến nơi khác bằng thiết bị điện tử thông qua môi trường truyền Sơ đồ khối cơ bản của hệ thống được biểu diễn như hình 1.1:

Hình 1.1.2.1 Sơ đồ khối của hệ thống thu phát thông tin

• Máy phát: Tập hợp các linh kiện và mạch điện tử được thiết kế để biến đổi tin tức thành tín hiệu phù hợp với môi trường truyền.

• Môi trường truyền: Phương tiện để truyền thông tin, có thể là dây dẫn (gọi là hữu tuyến như cáp đồng trục, cáp sợi quang) hoặc là khoảng không gian từ nơi phát đến nơi thu (gọi là vô tuyến, như trong thông tin vi ba số, thông tin vệ tinh)

• Máy thu: Tập hợp các linh kiện và mạch điện tử được thiết kế để nhận tín hiệu từ môi trường truyền, xử lý và khôi phục lại tín hiệu ban đầu.

• Nhiễu: Tín hiệu ngẫu nhiên không mong muốn, xen lẫn vào tín hiệu hữu ích, làm sai dạng tín hiệu ban đầu Nhiễu có thể xuất hiện trong cả 3 quá trình phát, truyền dẫn và thu Do đó việc triệt nhiễu là một vấn đề quan trọng cần được quan tâm trong hệ thống điện tử thông tin nhằm nâng cao chất lượng tín hiệu truyền dẫn.

Kênh truyền và nhiễu

Dưới đây là các thể loại truyền thông trong không gian Kiểu truyền thông này có thể được chia ra các kênh có tần số khác nhau tại cùng thời điểm cho mạch đa hợp dạng chia tần số (hình 1.1.2B) hoặc vào từng thời điểm khác nhau cho cùng tần số cho mạch đa hợp loại chia thời gian (hình 1.1.2C).

Hình 1.1.3.1: Truyền thông trong không gian

Một phần của các tần số từ kênh 1 đến 4 được trình bày trong hình 1.1.3.2 Chú ý đến sự hiện diện của các dải bảo vệ giữa các kênh, dải bảo vệ giữa các kênh 1 và 2 từ 430 đến 518Hz Các dải bảo vệ này giúp cho các kênh liền kề nhau không bị giao thoa. Nguồn gốc của các lỗi trong một hệ thống truyền thông tin FDM chính là sự trôi dạt, giới hạn dải thông, nhiễu xuyên âm, biến dạng và nhiễu liên kết cao tần RF.

Hình 1.1.3.2: Các tần số từ kênh 1 đến 4

Nhiễu trong hệ thống thông tin xuất hiện trong kênh thông tin và trong cả thiết bị Nhiễu là thành phần không mong muốn, xuất hiện ngẫu nhiên gây nhiễu với tín hiệu hữu ích Ta không thể loại bỏ nhiễu hoàn toàn nhưng có thể giảm nhiễu bằng các biện pháp khác nhau, chẳng hạn giảm băng thông tín hiệu, tăng công suất máy phát hoặc sử dụng các bộ khuếch đại nhiễu thấp.

Có hai loại nhiễu là nhiễu bên ngoài: xuất hiện trên kênh truyền và nhiễu bên trong: xuất hiện trong bản thân thiết bị Nhiễu bên ngoài

Nếu môi trường truyền dẫn là không gian thì nó có nhiều loại nhiễu như nhiễu thiết bị, từ khí quyển và từ không gian.

Nhiễu này được tạo ra từ các thiết bị công nghiệp và dân dụng trong quá trình khởi động hoặc làm việc Chẳng hạn, từ các thiết bị đánh lửa của động cơ ô tô hay các motor điện, từ máy tính hoặc các loại đèn điện tử Loại nhiễu này có phổ tần rộng nhưng phân bố không đều trong toàn dải Thông thường nó ảnh hưởng mạnh ở vùng dải tần thấp hơn Tuy nhiên, sự phân bố chính xác của tần số nhiễu phụ thuộc vào bản thân loại thiết bị gây nhiễu và phụ thuộc vào môi trường truyền dẫn của nhiễu đó đến thiết bị đang khảo sát Chẳng hạn, các máy tính tạo ra nhiễu mạnh tại các tần số bằng bội số và ước số của tần số xung clock của chúng, còn tại vùng tần số khác thì năng lượng nhiễu không đáng kể. Nhiễu do con người tạo ra có thể truyền theo không gian hoặc dây dẫn đến máy thu Thông thường, việc giảm nhiễu tại nguồn phát thực hiện dễ dàng hơn tại máy thu.Chẳng hạn, ta có thể nối mass cho vỏ máy tính và lớp vỏ của cáp truyền dẫn, đồng thời sử dụng các bộ lọc thông thấp dọc theo đường dây cung cấp điện để giảm nhiễu từ máy tính.

Nhiễu này chủ yếu là do sấm sét trong bầu khí quyển tạo ra.

Nó có thể truyền đi một khoảng cách lớn trong không gian Phổ của nó được xem như vô hạn, nhưng có mật độ tỉ lệ nghịch với tần số do đó thường chỉ gây ảnh hưởng trong vùng tần số nhỏ hơn 20MHZ

Nhiễu này có tỉ số công suất đỉnh trên công suất trung bình rất lớn đồng thời xuất hiện trong một khoảng thời gian rất ngắn (xung dạng Burst-loé) so với thời gian nghỉ giữa 2 xung nhiễu Do đó, tuy không thể giảm nhiễu này tại nguồn phát, nhưng ta có thể thực hiện một số biện pháp để giảm chúng, ví dụ có thể thiết kế máy

5 thu sao cho nó không làm việc trong thời gian xuất hiện nhiễu

Kỹ thuật này gọi là kỹ thuật “làm trắng nhiễu"

Phổ năng lượng bức xạ của mặt trời rất rộng, bao phủ vùng phổ sóng vô tuyến nên có gây nhiễu cho các thiết bị thu phát, chủ yếu ở vùng tần số VHF và cao hơn VHF.

Ngoài ra còn nhiều nguồn nhiễu khác từ các vì sao trong vũ trụ, nhưng ảnh hưởng nhỏ hơn vì chúng ở xa so với mặt trời Nhiễu do mặt trời ảnh hưởng chủ yếu đến các vệ tinh thông tin và đặc biệt nghiêm trọng trong trường hợp mặt trời, vệ tinh và trạm mặt đất nằm trên một đường thẳng.

Nhiễu bên trong xuất hiện trong bản thân thiết bị, cả trong thành phần thụ động như điện trở, cáp và tích cực như diode, transistor, đèn điện tử Chúng gồm nhiễu nhiệt, nhiễu bắn, nhiễu thành phần, nhiễu nhấp nháy (1/f) và nhiễu thời gian chuyển đổi.

Nhiễu nhiệt tạo ra từ sự chuyển động ngẫu nhiên của các điện tử trong vật dẫn do nhiệt độ gây ra Vì nó xuất hiện trong tất cả các mạch điện nên còn có tên là nhiễu mạch.

Công suất nhiễu nhiệt trong một vật dẫn không phụ thuộc vào tần số, nên đôi khi được gọi là nhiễu trắng, và được biểu diễn như sau:

PN: công suất nhiễu nhiệt [w] k: hằng số Boltzmann k=1,38.1023 joules/kelvin [J/K]

Gây ra do sự thay đổi ngẫu nhiên của dòng điện trong thiết bị tích cực, chẳng hạn trong đèn điện tử, transistor hoặc diode bán dẫn Sự thay đổi này được tạo ra do dòng điện là một luồng hạt mang (điện tử và lỗ trống) hữu hạn Dòng điện có thể xem như là một chuỗi xung mà mỗi một chuỗi gồm các hạt điện tử mang điện.

Nhiễu bắn được biểu diễn theo biểu thức như sau:

IN: Dòng điện nhiễu hiệu dụng [A] q:Điện tích của điện tử, bằng 1,6.101º Coulomb

I0: Dòng điện phân cực của thiết bị [A]

Còn gọi là nhiễu flicker hay là nhiễu 1/f vì công suất nhiễu tỉ lệ nghịch với tần số. Đôi khi còn được gọi là nhiễu hồng vì năng lượng nhiễu phân bố ở đoạn cuối của vùng tần số thấp trong dải phổ của ánh sáng thấy được Nguyên nhân chủ yếu gây ra nhiễu quá mức là do sự thay đổi mật độ hạt mang.

Nhiễu quá mức gây ảnh hưởng lớn hơn trong thiết bị bán dẫn và điện trở carbon so với đèn điện tử Tuy nhiên nó không ảnh hưởng nghiêm trọng đến mạch thông tin vì nó giảm khi tần số càng cao và chỉ có tác dụng đối với vùng tần số bé hơn 1KHZ. Nhiễu này làm nguồn kiểm tra và cài đặt trong hệ thống Audio.

• Tổng nhiễu từ các nguồn khác nhau Điện áp nhiễu tổng của các nguồn nhiễu mắc nối tiếp được trình bày theo biểu thức (Phát xuất từ công suất nhiễu tổng bằng tổng các công suất nhiễu thành phần và công suất tỉ lệ với bình phương điện áp):

V = V +V2 +V+ (3.4) Tương tự, dòng điện nhiễu tổng của các nguồn nhiễu mắc song song được trình bày theo biểu thức:

Phổ tần số

Việc phân loại phổ tần số ra nhiều dải tần để nâng cao hiệu quả sử dụng ở máy thu:

Dải tần Vi ba (Microwave) có tần số từ 1GHZ đến 40GHZ được chia làm nhiều dải nhỏ:

S Band (2 - 4) GHz С Вand (4 - 8) GHz : ХВand (8 - 12) GHz Ku

Các mô hình hệ thống thông tin

Mô hình đơn công (simplex)

Trong chế độ truyền đơn công, việc giao tiếp giữa bên gửi và bên nhận chỉ xảy ra theo một hướng Bên gửi chỉ có thể gửi dữ liệu và bên nhận chỉ có thể nhận dữ liệu Bên nhận không thể trả lời bên gửi.

Truyền đơn công giống như con đường một chiều, trong đó các phương tiện chỉ đi theo một hướng và không có phương tiện từ hướng ngược lại được phép đi qua.

Lấy mối quan hệ giữa bàn phím và màn hình làm ví dụ, bàn phím chỉ có thể gửi đầu vào đến màn hình và màn hình chỉ có thể nhận đầu vào, rồi hiển thị nội dung trên đó Màn hình không thể trả lời hoặc gửi bất kỳ phản hồi nào tới bàn phím.

- Phát thanh quảng bá AM, FM

- Đo xa, điều khiển xa

Mô hình song công (full duplex)

Trong chế độ truyền song công toàn phần, việc giao tiếp giữa bên gửi và bên nhận có thể diễn ra đồng thời Bên gửi và bên nhận có thể truyền và nhận tín hiệu cùng một lúc Chế độ truyền song công toàn phần giống như con đường hai chiều, trong đó các phương tiện có thể lưu chuyển theo cả hai hướng cùng một lúc.

Ví dụ, trong một cuộc trò chuyện qua điện thoại, hai người giao tiếp và cả hai có thể tự do nói và nghe cùng một lúc.

- Điện thoại vô tuyến di động hoặc cố định

- Điện thoại di động tế bào

- Thông tin của các trạm mặt đất thông qua vệ tinh

- Thông tin hàng không, thông tin vi ba số

- Thông tin số liệu giữa các máy vi tính

Mô hình bán song công (half-duplex)

Việc giao tiếp giữa bên gửi và bên nhận diễn ra theo cả hai hướng trong truyền dẫn bán song công, nhưng mỗi lần chỉ được theo một hướng Bên gửi và bên nhận có thể gửi cũng như nhận thông tin, nhưng chỉ một bên được phép gửi tại một thời điểm cụ thể Half duplex vẫn giống như con đường một chiều, trong đó một phương tiện đi ngược chiều phải đợi cho đến khi đường vắng mới có thể đi qua.

Sự khác biệt chính giữa 3 chế độ truyền

• Trong chế độ đơn công, tín hiệu được gửi theo một hướng Trong chế độ bán song công, tín hiệu được gửi theo cả hai hướng, nhưng mỗi lần chỉ theo 1 hướng Trong chế độ song công toàn phần, tín hiệu được gửi theo cả hai hướng cùng một lúc.

• Trong chế độ đơn công, chỉ có một thiết bị có thể truyền tín hiệu Ở chế độ bán song công, cả hai thiết bị có thể truyền tín hiệu, nhưng mỗi lần một thiết bị Ở chế độ song công toàn phần, cả hai thiết bị có thể truyền tín hiệu cùng một lúc.

• Song công toàn phần tốt hơn bán song công và bán song công tốt hơn so với đơn công.

• Đơn công: Bàn phím gửi lệnh đến màn hình Màn hình không thể trả lời bàn phím.

• Bán song công: Sử dụng bộ đàm, cả hai bên có thể giao tiếp, nhưng phải thay phiên nhau.

• Song công toàn phần: Sử dụng điện thoại, cả hai bên có thể giao tiếp cùng một lúc.

• Chế độ truyền song công toàn phần cung cấp hiệu suất tốt nhất trong số ba phương thức, vì thực tế là nó tối đa hóa lượng băng thông có sẵn.

Hệ thống thông tin vô tuyến

Hệ thống thông tin vô tuyến cố định

Hệ thống thông tin vô tuyến cố định là hệ thống truyền tin đi xa bằng sóng vô tuyến được lắp đặt cố định tại một vị trí nhất định Các ví dụ của hệ thống thông tin vô tuyến cố định: − Hệ thống nhận diện tự động (AIS): Hệ thống sẽ tự động trao đổi dữ liệu với các tàu ở gần cũng như các trạm cố định và vệ tinh (hệ thống AIS nhận dạng vệ tinh được ký hiệu là S-AIS).

Các trạm cố định (Base station): chuyển tiếp thông tin đến và đi từ một truyền / đơn vị, tiếp nhận như một chiếc điện thoại di động Thường được gọi là một trang web di động, một trạm gốc cho phép điện thoại di động để làm việc trong một khu vực địa phương, miễn là nó được liên kết với một nhà cung cấp dịch vụ di động hoặc không dây

− Mạng viễn thông khai thác khí tượng (Meteorological operationTelecommunication Network): là hệ thống các kênh khai thác khí tượng thuộc dịch vụ cố định hàng không, mạng dùng để trao đổi tin tức khí tượng hàng không giữa các đài cố định hàng không nằm trong hệ thống.

Hệ thống thông tin vô tuyến di động

Hệ thống thông tin vô tuyến di động ra đời nhằm khắc phục các nhược điểm về dung lượng, tính lưu động (Roaming) và chất lượng dịch vụ của các hệ thống trước đó Dung lượng sẽ tăng 2-3 lần nhờ vào việc sử dụng tần số tốt hơn và kỹ thuật microcell Ngoài tính lưu động quốc tế, tiêu chuẩn GSM còn cung cấp một số tính năng như thông tin số liệu tốc độ cao, facimile, dịch vụ nhắn tin ngắn và đặc biệt là truy cập Internet theo công nghệ WAP Ở Việt Nam, từ năm 1993 công ty MobiFone (VMS) đã đưa GSM vào khai thác Và đến năm 1996 mạng GSM thứ 2 do công ty VINAPHONE cũng được đưa vào sử dụng Hiện nay cả hai hệ thống này đã phủ sóng khắp cả nước và có số thuê bao đang phát triển rất nhanh Các ví dụ của hệ thống thông tin vô tuyến di động: − Các hệ thống nhắn tin: là các hệ thống truyền thông mà gửi những tin nhắn ngắn (brief messages) tới một người đăng ký thuê bao Phụ thuộc trên loại dịch vụ, tin nhắn có thể là hoặc một tin nhắn số, hoặc một tin nhắn vừa có chữ vừa có số, hoặc một tin nhắn tiếng nói (voice) Những hệ thống nhắn tin được sử dụng tiêu biểu để báo tin cho một người đăng ký thuê bao về nhu cầu để gọi một số điện thoại riêng biệt hoặc di chuyển tới một vị trí đã biết để thu những lời chỉ dẫn thêm nữa Trong những hệ thống nhắn tin hiện đại, các dòng đầu tin tức, các sự trích dẫn thường lập lại, và các bản fax có thể được gửi Một tin nhắn được gửi tới một người đăng ký thuê bao nhắn tin qua số truy cập hệ thống nhắn tin (thường là một số điện thoại không mất tiền) với một máy điện thoại bàn phím nhỏ hoặc modem Tin nhắn đã phát ra được gọi là một page Khi ấy hệ thống nhắn tin phát page khắp cả các trạm gốc sử dụng vùng dịch vụ mà phát page trên một sóng mang vô tuyến

Hệ thống điện thoại Cordless: là các hệ thống truyền thông song công hoàn toàn mà sử dụng sóng vô tuyến để kết nối một máy thu phát xách tay tới một trạm gốc chuyên dụng, trạm mà khi ấy được kết nối tới một đường dây điện thoại chuyên dụng Với một số điện thoại riêng trên mạng điện thoại chuyển mạch công cộng (PSTN) Trong các hệ thống điện thoại cordless thế hệ thứ nhất (được chế tạo trong những năm 1980), đơn vị xách tay chỉ truyền thông tới đơn

15 vị gốc chuyên dụng và chỉ vượt qua các khoảng cách vài chục mét Các điện thoại cordless đời đầu hoạt động như các điện thoại mở rộng với một máy phát đã kết nối tới một đường dây thuê bao trên PSTN và chủ yếu cho sự sử dụng trong nhà.

Hệ thống điện thoại tế bào (Cellular): Một hệ thống điện thoại tế bào cung cấp một sự kết nối không dây tới PSTN cho bất kỳ vị trí người dùng nào bên trong phạm vi sóng 12 vô tuyến của hệ thống Các hệ thống tế bào cung cấp một số lớn người dùng khắp một phạm vi vật lý lớn, bên trong một phổ tần số có hạn. Các hệ thống vô tuyến tế bào cung cấp dịch vụ chất lượng cao mà thường thì có thể só sánh được với chất lượng dịch vụ của các hệ thống điện thoại dây đất Dung lượng lớn được đạt được bởi việc giới hạn mức độ phủ sóng của mỗi máy phát trạm gốc tới một vùng vật lý nhỏ gọi là một cell để mà những kênh sóng vô tuyến giống nhau có thể được sử dụng lại bởi trạm gốc khác đã xác định vị trí khoảng cách hơi xa Một kỹ thuật tinh vi được gọi là một sự chuyển giao (handoff) cho phép một cuộc gọi tiếp tục không đứt quãng khi người dùng di chuyển từ một cell này tới một cell khác.

Hệ thống thông tin vệ tinh

Nguyên lý của hệ thống thông tin vệ tinh:

Một vệ tinh, có khả năng thu phát sóng vô tuyến điện Sau khi được phóng vào vũ trụ dùng cho thông tin vệ tinh: khi đó vệ tinh sẽ khuếch đại sóng vô tuyến điện nhận được từ các trạm mặt đất và phát lại sóng vô tuyến điện đến các trạm mặt đất khác Loại vệ tinh nhân tạo sử dụng cho thông tin vệ tinh như thế gọi là vệ tinh thông tin.

Cấu hình khái quát của một hệ thống thông tin vệ tinh:

− Một vệ tinh địa tĩnh (trên quỹ đạo)

− Các trạm mặt đất (các trạm này có thể truy cập đến vệ tinh)

− Đường hướng từ trạm mặt đất phát đến vệ tinh được gọi là đường lên.

− Đường vệ tinh đến trạm mặt đất gọi là đường xuống.

Các đặc điểm của hệ thống thông tin vệ tinh: − Về đại thể các hình thức thông tin có thể được phân ra các loại như:

+ Thông tin hữu tuyến điện như: cáp đồng trục, cáp quang + Thông tin vô tuyến điện sử dụng sóng vô tuyến điện nối liền nhiều nơi thế giới vượt qua “thời gian" và “không gian" thông tin sóng ngắn, viba , vệ tinh − Thông tin vệ tinh có các ưu điểm sau:

+ Có khả năng đa truy nhập

+ Ổn định cao, chất lượng và khả năng về thông tin băng rộng

+ Có thể ứng dụng tốt cho thông tin di động

+ Hiệu quả kinh tế cao cho thông tin đường dài, xuyên lục địa.

Khái quát hệ thống thông tin hàng không

Phân loại các hệ thống TTHK

Phân loại theo tính chất kỹ thuật: a Hệ thống thông tin sử dụng kỹ thuật tương tự (Analog).

- SELCAL system (Selective Calling radio).

- Direct Speech. b Hệ thống thông tin sử dụng kỹ thuật số (Digital).

- SSR mode S air-ground data link.

- VHF air-ground data link (VDL).

- Dịch vụ di động hàng không (AMS – Aeronautical Mobile Services) : là dịch vụ thông tin viễn thông được cung cấp chủ yếu giữa tàu bay và các trạm trên mặt đất hoặc giữa các tàu bay.

- Dịch vụ cố định hàng không (AFS – Aeronautical Fixed

Services) : là dịch vụ thông tin viễn thông được cung cấp chủ yếu giữa các điểm cố định trên mặt đất để bảo đảm an toàn cho hoạt động bay và hoạt động hàng không được kinh tế, hiệu quả và tuân thủ theo quy tắc.

Phân loại theo chức năng:

- Hệ thống thông tin dùng cho dịch vụ không lưu (ATSC – Air Traffic Service Communications) : thông tin liên quan đến các dịch vụ không lưu bao gồm kiểm soát không lưu, tin tức khí tượng và hàng không, báo cáo vị trí và các dịch vụ liên quan đến an toàn và quy tắc của chuyến bay.

- Hệ thống thông tin dùng cho dịch vụ quản trị hàng không (AAC – Aeronautical Aministrative Communications) : thông tin này được sử dụng bởi các hãng/đại lý hàng không liên quan đến lĩnh vực hoạt động thương mại của chuyến bay và dịch vụ vận chuyển Ngoài ra còn sử dụng cho các mục đích khác như chuyên chở trên mặt đất và trên tàu bay, đặt vé, sắp xếp tổ bay và tàu bay hay các mục đích kho vận khác nhằm duy trì và tăng hiệu quả của hoạt động bay.

- Hệ thống thông tin dùng cho dịch vụ kiểm soát hoạt động hàng không (AOC – Aeronautical Operational Control) : thông tin liên quan đến việc kiểm soát hành trình bay từ lúc bắt đầu đến khi kết thúc để bảo đảm an toàn cho hoạt động bay.

- d.Hệ thống thông tin dùng cho dịch vụ phục vụ hành khách (APC – Aeronautical Passenger Communication) : thông tin liên quan đến các dịch vụ truyền số liệu và thoại không có tính an toàn cao của hành khách và tổ lái đối với các thông tin cá nhân. Phân loại theo tính chất:

- Hệ thống thông tin sử dụng thông tin liên lạc liên quan đến an toàn yêu cầu có sự phúc đáp nhanh và tính trọn vẹn cao.

- Hệ thống thông tin liên lạc không liên quan đến an toàn 3 Các khái niệm cơ bản về hệ thống TTHK.

Các dịch vụ (Services)

- Dịch vụ phát thanh hàng không (Aeronautical Broadcasting Service) : Một dịch vụ phát thanh dùng để phát các thông tin liên quan đến dịch vụ bảo đảm hoạt động bay.

- Dịch vụ viễn thông hàng không (Aeronautical

Telecommunication Service) : Một dịch vụ viễn thông hàng không được cung cấp cho bất kỳ mục đích hàng không nào.

- Dịch vụ dẫn đường vô tuyến hàng không (Aeronautical

Radio Navigation Service) : một dịch vụ dẫn đường vô tuyến phục vụ cho lợi ích và an toàn của tàu bay.

- Dịch vụ viễn thông quốc tế (International TelecommunicationService) : Một dịch vụ viễn thông giữa các văn phòng hay các trạm của các quốc gia khác nhau, hay giữa các trạm di động không cùng một quốc gia, hay giữa các đối tượng khác nhau về quốc gia.

Các trạm (Stations)

- Trạm vô tuyến kiểm soát sân bay (Aerodrome Control radio Station) : Một trạm cung cấp thông tin vô tuyến giữa một đài kiểm soát sân bay đến tàu bay hay các trạm thông tin di động.

- Trạm cố định hàng không (Aeronautical Fixed Station) :

Một trạm trong dịch vụ cố định hàng không.

- Trạm thông tin viễn thông hàng không (Aeronautical

Telecommunication Station) : Một trạm trong dịch vụ thông tin viễn thông hàng không.

- Trạm vô tuyến kiểm soát không địa (Air-ground control radio Station) : Một trạm thông tin viễn thông hàng không có trách nhiệm chính trong việc chuyển giao thông tin liên quan đến hoạt động và kiểm soát tàu bay trong một khu vực đã cho.

Các phương pháp thông tin (Communication Methods)

- Thông tin không địa (Air ground communication) : thông tin hai chiều giữa tàu bay và các trạm hay các vị trí đặt trên mặt đất.

- Thông tin không đối đất (Air-to-ground communication) : thông tin một chiều giữa tàu bay và các trạm hay các vị trí đặt trên mặt đất.

- Thông tin đất đối không (Ground-to-air communication) : thông tin một chiều giữa các trạm hay các vị trí đặt trên mặt đất và tàu bay.

- Phát thanh (Broadcast) : Một sự truyền thông tin liên quan đến dịch vụ không vận mà không cần địa chỉ hóa đối với các trạm được mô tả.

- Thông tin viễn thông (Telecommunication) : bất kỳ sự truyền, phát xạ hay thu nhận các dấu hiệu, tín hiệu, văn bản, hình ảnh, âm thanh hay tin tức của bất kỳ nguồn nào qua dây dẫn, vô tuyến, cáp quang hay bất kỳ hệ thống trường điện từ nào khác.

- Song công (Duplex) : Một phương pháp mà thông tin viễn thông giữa hai trạm có thể được nhận một cách đồng thời từ cả hai hướng.

- Đơn công (Simplex) : Một phương pháp mà thông tin viễn thông giữa hai trạm có thể được nhận tại một thời điểm chỉ từ một hướng.

MẠCH LỌC

Khái niệm

Mạch lọc tần số là mạch chọn lọc lấy tín hiệu trong một hay một số khoảng tần số nào đó còn các tín hiệu ở tần số khác thì bị loại trừ Các bộ lọc điện hiện nay được ứng dụng rất rộng rãi trong các hệ thống viễn thông và truyền dẫn dữ liệu Bộ lọc được dùng để lọc nhiễu, chia tách kênh trong các hệ thống ghép kênh, lựa chọn dải thông, lọc bỏ các hài không cần thiết

Nếu phân chia theo dải tần số thì có các loại mạch lọc sau:

Khi biểu diễn mạch lọc tần số thông qua hệ số truyền đạt điện áp thì có thể nói mạch lọc lý tưởng là một mạng 4 cực có hệ số truyền đạt K = 1 trong dài thông và K = 0 ngoài dải thông Nghĩa là mạch lọc lý tưởng sẽ không gây suy giảm tín hiệu trong dải thông và triệt tiêu hoàn toàn tín hiệu ngoài dài thông, mạch này có vùng chuyển tiếp thẳng đứng và không gây di pha tín hiệu.

Với các bộ lọc lý tưởng ta có các dạng đặc tuyến như sau:

Mạch lọc thông thấp cho qua các tần số từ 0 tới fC và chặn tất cả các tần số từ fC trở lên và fC gọi là tần số cắt của mạch.

Mạch lọc thông cao chặn tất cả các tần số từ 0 tới f C và cho qua tất cả các tần số từ tần số cắt fC trở đi

Mạch lọc thông dải cho qua các tấn số năm trong khoảng từ f1 tới f 2 và chặn tất cả các tần số nằm ngoài dải này. Độ rộng của d thông được tính bằng B = f 1 – f 2 tần số trung tâm f 0 = √ 1 2

Mạch lọc chặn dải cho qua các tần số nằm trong khoảng nhỏ hơn f1 và lớn hơn f, và chặn tất cả các tần số nằm trong khoảng (f1 – f2) Độ rộng của dải chặn được tính bằng B = f 1 –f 2

Mạch lọc pha không có dải chặn, nó cho qua tất cả các tần số nhưng giữa đầu vào và đầu ra có sự dịch pha.

Hàm truyền-Biểu đồ Bode

Các khái niệm về hàm truyền lý tưởng, điểm cực, điểm không của hàm chúng ta đã học trong phần “Lý thuyết tín hiệu” Để xét các mạch lọc trong chương này ta chỉ nghiên cứu hầm truyền có đáp ứng phẳng tối đa hay còn gọi là hàm Butterworth Còn các hàm Bessel hay Tschebyscheff ta có thể tham khảo trong các tài liệu khác

Một hàm truyền bất kỳ có thể được biểu diễn dưới dạng tổng quát:

Với: k - hệ số phụ thuộc vào cấu tạo của mạch

= const; = const cũng phụ thuộc vào cấu tạo của mạch.

Hàm truyền thường gặp có dạng :

H(s) 0 = 1 : đa thức bậc không với : 1 = 2 =…= = 0 Đáp ứng biên độ chuẩn hóa :

Khi đó ta có : H(ω) Đây là hàm có đáp tuyến phẳng tối đa hay còn gọi là hàm Butterworth

Tần số chuẩn hóa : Khi đó (1.5) trở thành : H( ) =

Ta đi tìm biểu đồ Bode của hàm truyền H( ) Có nghĩa là ta tuyến tính hóa đáp tuyến trong hệ tọa độ loga bằng cách biểu diễn gần đúng đáp tuyến bằng những đường tiệm cận và những đường trung bình(hình 2.2.1).

Hình 2.2.1: Biểu đồ Bode của hàm truyền

Ncàng tăng càng gần đến đáp tuyến lý tưởng của bộ lọc

Bảng các hàm Butterworth đã chuẩn hóa :

Mạch lọc thụ động (LPF,HPF,BPF,BRF)

2.3.1 Bộ lọc thông thấp (LTT)

Hình 2.3.1.1: Bộ lọc thông thấp a) Sơ đồ mạch; b) Đáp tuyến biên độ; c) Đáp tuyến pha

H(S) Nếu tín hiệu vào là tín hiệu điều hòa ta có :

H(jω) : đáp ứng tần số của mạch

H(jω) = | H(jω) | : đáp ứng biên độ - tần số Φ(jω) = ArgH(jω) : đáp ứng pha – tần số.

* Từ (1.8) ta có đáp ứng tần số của mạch hình 1.2.

H(jω) + Modun : H(ω) = | H(jω) |  Đáp ứng biên độ (H 2.3.1b)

+ Đáp ứng pha (H 2.3.1c) : φ = ArgH(jω) = -arctg(ωCR) (1.11) ω →0 φ→0 ω →∞ φ→-90°

Hình 2.3.2.1: Bộ lọc thông cao a) Sơ đồ mạch b) Đáp tuyến biên độ c) Đáp tuyến pha

H(S) Với S = RCS :toán tử chuẩn hóa

*Nếu tín hiệu vào là tín hiệu điều hòa , tương tư như trên ta có : Đáp ứng tần số mạch :

H(jω) Đáp ứng biên độ của mạch hình 2.3.2b :

H(ω) Đáp ứng pha của mạch : φ = ArgH(jω) = arctg(ωCR) (1.15)

Hình 2.3.2.2 Đối chiếu LTT và LTC

Từ bộ lọc thông thấp và bộ lọc thông cao ta có nhận xét:

1.Từ bộ LTT ta muốn có bộ LTC chỉ việc đổi biến s -> 1/S

2.Trên mặt phăng phức diễn ra sự biến đổi đối xứng gương qua tần số cắt (H.2.3.3).

3.Về phương diện mạch điện, sự biến đổi được thực hiện bằng việc hoán vị R và C.

Nhược điểm của các bộ lọc thụ động RC: chịu ảnh hưởng lớn của tải.

2.3.3 Bộ lọc thông thấp bậc 2

Hình 2.3.3.1: Bô lọc thông thấp bậc 2 a) Sơ đồ mạch LTT bậc 2; b,c) Biểu diễn điểm cực 1 , 2 d) Đáp tuyến biên độ; e) Đáp tuyến pha

Từ hình 2.3.4a ,ta có hàm truyền :

Với : 0 = 1/LC – tần số cắt của mạch α = R/2L – hệ số đặc trưng cho tổn hao của mạch

Ta có thể viết lại (1.16) dưới dạng hàm có hai điểm cực:

Ta có hàm chuẩn hóa :

* Nếu tín hiệu vào là tín hiệu điều hòa ta có :

H(j ) * Đáp ứng biên độ của mạch :

Ta nhận thấy bộ lọc thông thấp bậc 2 có độ dốc tăng gấp đôi H(dB) = 401g do số cực tăng gấp đôi

* Đáp ứng pha của mạch : φ = ArgH(j ) = -Arctg khi → 0  φ → 0

Hình 2.3.3.2: Biểu diễn cực 1 , 2 của bộ lọc cộng hưởng

2.3.4 Bộ lọc thông dải –Bộ lọc cộng hưởng (14) vẫn mạch RLC như hình 1.5a, nhưng nếu ta xét trường hợp tổn hao của mạch rất nhỏ (a 50MHz), mạch cộng hưởng song song dùng ở các thí dụ trên có Q thấp làm cho dãy thông rộng vì lý do sau: Nếu ′ không dùng và nếu , và vô hạn thì có thể xấp xỉ bằng: ≈ ′ ′ Nếu bỏ 50 qua điện dung Miller thì ′ ≈ ′ và ≈ < 1 Ta tăng Q của mạch bằng cách công thêm ′ Điều này làm gia tăng điện dung của mạch nhưng sẽ làm giảm điện cảm song song cần thiết Ở tần số rất cao, mạch cộng hưởng nối tiếp có thể được dùng để cho Q cao với giá trị điện cảm hợp lý Kỹ thuật này sẽ được minh họa bằng ví dụ sau đây:

*Ví dụ: Bộ khuếch đại có băng thông 3dB là 2 MHz và tần số cộng hưởng 100 MHz ( = 10 8 = 50) Transistor có các thông số ′ = 50 ,

= 0,1 −1 , ′ = 10 , ′ = 1 Mạch ngõ vào gồm có các điện trở 50 ( = 50) mắc song song với tụ ′ = 4pF Tải = 50 a Mô tả hoạt động của mạch. b Tìm ′ , , ,và tỷ số vòng dây.

Lời giải a Mạch khuếch đại này được thiết kế để Q của mạch được xác định bởi mạch cộng hưởng nối tiếp Mạch RLC song song ở ngõ vào và mạch base được thiết kế có Q thấp.

= //điện trở song song hiệu dụng của ′ ( ′ )

′ = // ′ //điện trở song song hiệu dụng của ( )

Hệ số phẩm chất của mạch Q có thể tìm được từ mạch sau:

Giả sử Q của mạch base và của mạch vào đủ nhỏ để:

Q của mạch tương đương với Q của mạch cộng hưởng nối tiếp:

= ′ + + 2 ′ b Thiết kế mạch: Bắt đầu tìm ′ và

Từ công thức tính tần số cộng hưởng, ta suy ra:

′ = 100 tại tần số 100 MHz có thể dễ dàng đạt được Giả sử rằng biến áp có ′ này, ta tìm ′

Vì = 50 ⟶ ′ = // ′ ≈ 50Ω Ở mạch base, để cộng hưởng với ′ = 16 yêu cầu ≈ 0,17 Giả sử rằng = 100

Và vì ′ = 50 ⟶ ′ = // // ′ ≈ 50Ω (giả sử rằng ≫ ′ P)

Chú ý rằng Q của mạch là:

Q của mạch vào và mạch nền phải nhỏ hơn nhiều so với Q cần thiết là 50.

Do đó trên dãy thông 100 ± 1MHz ta giả định được mạch như hình sau: Để có = 50 ở tần số 100 MHz ta có:

Chú ý rằng hệ số phẩm chất của cuộn cảm là / phải lớn hơn 50 trên toàn bộ mạch tương đương 50 Cuộn cảm có Q = 250 ở 100 MHz Ta giả sử thiết kế có Q như trên, do đó:

Mạch điều hợp được dễ dàng có thể dùng biến dung thay cho

Dao động Colpitts

Xét mạch dao động Colpitts mắc CB như hình vẽ.

Hình 3.5.1: Mạch dao động Colpitt

Các thông số của mạch được xác định: 1,2 ≫ ℎ

Dao động Hartley

Hình 3.16: Sơ đồ mạch tạo dao động Hartley mắc E chung

Hình 3.17: Sơ đồ mạch tạo dao động Hartley mắc B chung

Thỏa mãn điều kiện về cân bằng pha Điều kiện cân bằng biên độ: (Tính cho mạch Hartley E chung)

P: Hệ số ghép giữa transistor và mạch

(Điều kiện 1 và 2 ghép lỏng)

Thực hiện tương tự như các mạch trước ta tìm được bất phương trình:

Dao động thạch anh

Mạch tương đương của thạch anh: gồm nhiều nhánh có tần số cộng hưởng nối tiếp gần bằng số lẻ tần số cơ bản ( , ) Các tần số này gọi là overtones Frequency. Trong một khoảng tần số nhỏ quanh tần số cộng hưởng, mạch điện tương đương có sơ đồ đơn giản sau:

Hình 3.7.1: Mạch tương đương của thạch anh

= rất lớn cỡ 10 5 ÷ 10 6 Giá trị , phụ thuộc kích cỡ, chiều cắt thạch anh Điện trở đặc trưng tổn hao của mạch thạch anh, chủ yếu do điện cực, cấu trúc ráp, điện trở dây nối ra khoảng (16 ÷ 6000)

Bảng 3.7.1: Thông số thạch anh của JAN Crystals

Trở kháng tương đương của thạch anh:

Hình 3.7.2: Đặc tính điện kháng của thạch anh

Tần số cộng hưởng nối tiếp: 2 − 1 = 0 suy ra:

Tần số cộng hưởng song song:

Trong khoảng đến , thạch anh có cảm tính kháng, dùng trong mạch dao động thạch anh kiểu song song.

Tại thạch anh coi như thuần trở rất nhỏ , dùng trong mạch dao động thạch anh kiểu nối tiếp Ta có tỷ số: Giá trị K nằm giữa 250 và 400

CÁC KỸ THUẬT ĐIỀU CHẾ

Kỹ thuật điều chế và giải điều chế tương tự

*Định nghĩa: Điều chế là quá trình biến đổi một trong các thông số sóng mang cao tần (biên độ, hoặc tần số hoặc pha) tỷ lệ với tín hiệu điều chế băng gốc (BB - base band).

1 Tần số sóng mang cao tần fC (8 10)Fmax, trong đó Fmax - tần số cực đại tín hiệu điều chế BB.

2 Thông số sóng mang cao tần (hoặc biên độ, hoặc tần số, hoặc pha) biến đổi tỷ lệ với biên độ tín hiệu điều chế BB mà không phụ thuộc vào tần số của nó.

3 Biên độ sóng mang cao tần (biên độ tín hiệu điều chế BB).

4 Trong điều chế xung – số, tần số lấy mẫu (Fmax – tần số cực đại tín hiệu băng gốc).

➢ Các phương pháp điều chế tương tự: AM, FM, PM, SSB, DSB.

➢ Các phương pháp điều chế số: ASK, FSK, PSK, QPSK, …

➢ Các phương pháp điều chế xung: PAM (Pulse Amplitude Modulation), PWM (Pulse, PPM).

➢ Chuyển đổi của tín hiệu từ tần số thấp lên tần số cao và biến đổi thành dạng sóng điện từ lan truyền trong không gian

➢ Cho phép sử dụng hữu hiệu kênh truyền

➢ Tạo ra các tín hiệu có khả năng chống nhiễu cao

➢ Điều chế tín hiệu được thực hiện ở bên phát

➢ Giải điều chế tín hiệu được thực hiện ở bên thu

Hệ thống điều biên AM

Điều chế biên độ là quá trình làm thay đổi biên độ sóng mang cao tần theo tín hiệu tin tức (tín hiệu băng gốc).

Hình 4.2.1: Đường bao cao tần AM lặp lại dạng tín hiệu điều chế ( ) =

4.2.1 Phương trình điều chế và hệ số điều chế

Tín hiệu sóng mang thường là tín hiệu sin có tần số cao

Tín hiệu AM có dạng:

Xét trường hợp ( ) là một tín hiệu sin đơn tần: ( ) =

: hệ số điều chế (chỉ số điều chế) Để điều chế không méo thì 1

Trong trường hợp ( ) là tổng các tín hiệu sin đơn tần:

Trong trường hợp tổng quát: = −

4.2.2 Phổ của tín hiệu AM

Ta có: ( ) = [ + ( )] cos = cos + ( ) cos

Xét trường hợp m(t) là một tín hiệu sin đơn tần: ( ) =

Hình 4.2.2.1: Phổ của tín hiệu AM với tín hiệu điều chế sin đơn tần

Hình 4.2.2.2: Tín hiệu điều chế phức hợp

4.2.3 Công suất của tín hiệu AM

Tín hiệu AM sau điều chế được cho qua điện trở Công suất rơi trên điện trở khi đó gọi là công suất chuẩn:

_ công suất của sóng mang

_ công suất của tín hiệu điều chế

Khi cho qua điện trở R Nếu tín hiệu là điện áp thì:

Nếu tín hiệu là dòng điện thì: = _

Hiệu suất điều chế: Bằng công suất có ích (công suất mang tin tức) chia cho công suất của toàn bộ tín hiệu AM.

Ví dụ: Tín hiệu AM áp được điều chế bởi một tín hiệu sin đơn tần ( ) = Biết = 50 , = 10 tính ? ? trên tải R = 50 ? Hiệu suất điều chế.

Nhận xét về điều chế biên độ AM:

- Dễ thực hiện và máy thu giải điều chế đơn giản, giá rẻ.

- Công suất sóng mang không tải tin lớn, vô ích

- Băng thông lớn gấp đôi cần thiết nên phí và tăng nhiễu.

- Hiệu quả sử dụng công suất cao tần rất nhỏ.

4.2.4 Mạch điều chế AM a Điều chế AM dùng Diode

Hình 4.2.4.1: Mạch điều chế AM đơn giản dùng diode

Tín hiệu điều chế ( ) và sóng mang ( ) cùng được đặt vào hai đầu diode, do đó = ( ) + ( ) tạo ra dòng −

Dòng gồm rất nhiều thành phần tần số Tuy nhiên, khung cộng hưởng LC được thiết kế để cộng hưởng nên sau khi qua khung cộng hưởng chỉ còn lại:

= 1 ( ) + 2 2 ( ) ( ) = [ 1 + 2 2 ( )] ( ): Đây chính là tín hiệu AM b Điều chế AM dùng transistor

Hình 4.2.4.2: Mạch điều chế AM dùng transistor

Tín hiệu tin tức m(t) được đưa vào mạch qua biến áp có tỷ số biến áp 1:1 nhằm cách ly với nguồn

Nguồn xung vuông ( ) có tần số lớn hơn nhiều so với m(t) đóng vai trò sóng mang ( ) làm cho transistor Q đóng ngắt bão hòa.

Mạch cộng hưởng RLC đóng vai trò một mạch lọc thông dải Điện trở dùng để phân cực cho transistor Q dẫn bão hòa

Hình 4.2.4.3: Dạng tín hiệu ra khi không có khung cộng hưởng

Khi không có mạch cộng hưởng RLC thì:

( ) là một tín hiệu tuần hoàn nên được khai triển thành chuỗi Fourier như sau:

Mạch cộng hưởng RLC được thiết kế để cộng hưởng nên:

( ) = [ + ( )] 2 sin : Đây chính là tín hiệu AM

4.2.5 Mạch giải điều chế a Tách sóng hình bao

Hình 4.2.5.1: Mạch tách sóng hình bao

Nguyên lý hoạt động của mạch như sau:

Tín hiệu AM vào làm thay đổi giá trị điện áp trên diode D Làm cho D tắt hoặc dẫn.

Khi D dẫn: tụ được nạp bằng giá trị của ( )

Khi D tắt: tụ xả qua điện trở R.

Kết quả là giá trị điện áp ở ngõ ra ′( ) bám theo đường bao của tín hiệu AM Đây chính là tín hiệu cần giải điều chế.

Kết quả tách sóng hình bao phụ thuộc vào thời hằng ơ = RC Nếu ơ quá nhỏ tụ xả nhanh làm cho đường bao bị nhấp nhô Nếu ơ quá lớn tụ xả chậm không theo kịp sự suy giảm của tín hiệu AM ngõ vào Cả hai trường hợp sẽ làm cho tín hiệu giải điều chế bị méo dạng.

Hình 4.2.5.2: Tách sóng hình bao

Hình 4.2.5.3: Tách sóng hình bao trong hai trường hợp có và không có điều chế

Hình 4.2.5.4: Méo tín hiệu tách sóng hình bao Điều kiện tách sóng hình bao không méo đối với tín hiệu điều chế sin đơn tần có tần số :

: tần số tín hiệu điều chế : hệ số điều chế b Tách sóng kết hợp

Tín hiệu AM có dạng ( ) = [ + ( )] cos Trong đó tín hiệu điều chế tần số thấp ( ) = cos có thể được giải điều chế bằng cách nhân với tín hiệu sóng mang ( ) = cos ( + ) và lọc thông thấp như sau:

Hình 4.2.5.5: Sơ đồ khối tách sóng kết hợp

Qua LPF còn thành phần tần số thấp ở ngõ ra:

Tín hiệu giải điều chế ′ ( ) tỷ lệ với ( ).

Hệ thống điều chế dải biên (DSBSC, SSB, VSB)

Truyền dẫn sóng mang bị triệt tiêu băng tần kép ( DSB-SC ) là truyền trong đó các tần số được tạo ra bởi điều chế biên độ (AM) được đặt cách đối xứng trên và dưới tần số sóng mang và mức sóng mang được giảm xuống mức thực tế thấp nhất, lý tưởng là bị triệt tiêu hoàn toàn

Trong điều chế DSB-SC, không giống như trong AM, sóng mang sóng không được truyền đi; do đó, phần lớn công suất được phân phối giữa các dải bên, điều này ngụ ý sự gia tăng của lớp phủ trong DSB-SC, so với AM, cho cùng một mức sử dụng điện.

Truyền dẫn DSB-SC là một trường hợp đặc biệt của truyền dẫn sóng mang giảm băng tần kép Nó được sử dụng cho các hệ thống dữ liệu vô

70 tuyến Chế độ này thường được sử dụng trong liên lạc bằng giọng nói vô tuyến nghiệp dư, đặc biệt là trên các dải tần số cao.

4.3.1.1 Quang phổ của tín hiệu

DSB-SC về cơ bản là sóng điều chế biên độ không có sóng mang, do đó giảm lãng phí điện năng, mang lại hiệu suất 50% Đây là mức tăng so với truyền AM thông thường (DSB) có hiệu suất tối đa là 33,333%, vì 2/3 công suất nằm trong sóng mang không truyền tải thông tin hữu ích nào và cả hai dải biên chứa các bản sao giống hệt nhau của cùng một thông tin Sóng mang một bên bị triệt tiêu (SSB-SC) là 100% hiệu quả

Hình 4.3.1.1.1: Biểu đồ phổ của tín hiệu DSB-SC

DSB-SC được tạo ra bởi một bộ trộn Điều này bao gồm một tín hiệu tin nhắn nhân với một tín hiệu sóng mang Biểu diễn toán học của quá trình này được hiển thị bên dưới, trong đó phép đồng nhất lượng giác tích-tổng được sử dụng.

Hình 4.3.1.2.1: Điều chế DSB-SC

4.3.1.3 Giải điều chế Đối với DSBSC, Giải điều chế mạch lạc được thực hiện bằng cách nhân tín hiệu DSB-SC với tín hiệu sóng mang (cùng pha như trong quá trình điều chế) giống như quá trình điều chế Tín hiệu kết quả này sau đó được chuyển qua bộ lọc thông thấp để tạo ra phiên bản tỷ lệ của tín hiệu bản tin gốc.

Hình 4.3.1.3.1: Giải điều chế DSB-SC

Phương trình trên hình cho thấy rằng bằng cách nhân tín hiệu điều chế với tín hiệu sóng mang, kết quả là phiên bản tỷ lệ của tín hiệu bản tin gốc cộng với số hạng thứ hai Từ ≫ , số hạng thứ hai này có tần suất cao hơn nhiều so với thông điệp ban đầu Khi tín hiệu này đi qua bộ lọc thông thấp, thành phần tần số cao hơn sẽ bị loại bỏ, chỉ để lại thông báo ban đầu 3.1.3.1

4.3.1.4 Biến dạng và suy giảm

72 Đối với giải điều chế, tần số và pha của bộ dao động giải điều chế phải hoàn toàn giống với tần số của bộ dao động điều chế, nếu không, sự biến dạng và ,hoặc suy hao sẽ xảy ra. Để xem hiệu ứng này, hãy thực hiện các điều kiện sau:

• Tín hiệu tin nhắn được truyền đi: f(t)

•Tín hiệu điều chế (sóng mang): cos ( )

• Tín hiệu giải điều chế (có tần số nhỏ và độ lệch pha so với tín hiệu điều chế): ′ cos [( + ∆ ) + ]

Tín hiệu kết quả sau đó có thể được đưa ra bởi:

Các cos(∆ + ) điều kiện dẫn đến sự biến dạng và suy giảm của tín hiệu bản tin gốc Đặc biệt, nếu tần số đúng, nhưng pha bị sai, sự đóng góp của là một yếu tố suy giảm liên tục, ∆ đại diện cho sự đảo ngược theo chu kỳ của tín hiệu được phục hồi, đây là một dạng méo nghiêm trọng.

73 Điều này được thể hiện tốt nhất bằng đồ thị Dưới đây là một tín hiệu thông báo mà người ta có thể muốn điều chế lên sóng mang, bao gồm một vài thành phần hình sin có tần số tương ứng là 800 Hz và 1200 Hz

Phương trình cho tín hiệu thông báo này là ( ) = 1 2 cos(2 800 ) − 1 2 cos(2 1200 )

Sóng mang, trong trường hợp này, là tần số 5 kHz (hình sin)

74 Điều chế được thực hiện bằng phép nhân trong miền thời gian, tạo ra tín hiệu sóng mang 5 kHz, có biên độ thay đổi giống như tín hiệu bản tin.

Tên "sóng mang bị triệt tiêu" xuất hiện bởi vì thành phần tín hiệu sóng mang bị triệt tiêu — nó không xuất hiện trong tín hiệu đầu ra Điều này rõ ràng khi xem phổ của tín hiệu đầu ra Trong hình bên dưới, chúng ta thấy bốn đỉnh, hai đỉnh dưới 5000 Hz là dải bên dưới (LSB) và hai đỉnh trên 5000 Hz là dải bên trên (USB), nhưng không có đỉnh nào ở mốc 5000 Hz, mà là tần số của sóng mang bị triệt tiêu.

4.3.2 SSB Điều chế đơn biên (SSB - single side band): quá trình điều chế tạo một biên tần (biên trên hoặc biên dưới) của tín hiệu AM Việc thực hiện phức tạp hơn nhưng băng thông cao tần giảm một nửa, tiết kiệm băng tần giảm nhiễu. Công suất phát thấp hơn nhiều so với AM ở cùng một khoảng cách thông tin vì không truyền công suất sóng mang lớn vô ích và chỉ có một biên Hiệu quả sử dụng công suất cao Tỷ số S/N máy thu SSB lớn hơn AM do nhiễu giảm.

Phương pháp lọc (pp1): Để có tín hiệu SSB cần triệt sóng mang phụ của tín hiệu AM, còn lại hai biên DSB (Double -sideband), sau đó lọc lấy một biên nhờ BPF.

Phương pháp xoay pha (pp2):

Hình 4.3.2.1: Sơ đồ khối phương pháp xoay pha 90

Ngõ ra bộ điều chế cân bằng 1 có tín hiệu:

Bộ xoay pha 90 biến đổi cos thành sin do đó ngõ ra bộ điều chế cân bằng 2 là:

Ngõ ra bộ cộng còn lại tín hiệu biên dưới SSB:

Phương pháp xoay pha sóng mang hai lần (pp3):

Hình 4.3.2.2: Sơ đồ khối phương pháp xoay pha sóng mang

Tín hiệu ngõ ra bộ điều chế cân bằng 1:

Qua bộ lọc LPF1 còn lại thành phần: 2 sin( − )

Tín hiệu ngõ ra bộ điều chế cân bằng 2:

Qua bộ lọc LPF2 còn lại thành phần: 2 cos( − )

Tín hiệu ngõ ra bộ điều chế cân bằng 3:

Tín hiệu ngõ ra bộ điều chế cân bằng 4:

= 4 [cos( + − ) + cos( − + ) ] Qua bộ cộng: ( ) = 3 + 4 = 2 cos( − + )

*Định nghĩa: Điều chế Vestigial Sideband (VSB) là một kỹ thuật điều chế cho phép truyền một dải bên cùng với một phần hoặc dấu tích của dải kia Về cơ bản nó là sự dung hòa giữa điều chế DSB-SC và SSB

Hệ thống điều tần FM, điều pha PM

4.4.1 Điều tần FM Để đơn giản phân tích, cho ( ) = cos và pha ban đầu sóng mang = 0 Tín hiệu FM có dạng như sau:

Với: = = ∆ : Chỉ số điều chế

Phổ của tín hiệu điều tần:

Xét FM dải hẹp (NBFM : < 0.25)

Nếu độ di tần nhỏ ( < 0.25), ta có:

= {[cos( sin )] cos − [ sin( sin )] sin }

( ) ≈ [(1) cos − ( sin ) sin ] = [cos − sin sin

− ( + − )− ( − + )+ ( + + )]} Phổ tín hiệu FM dải hẹp gồm sóng mang và hai biên tương tự AM

Xét FM dải rộng (WBFM: wideband FM > 0.25)

( ) có thể khai triển theo các hệ số của hàm Bessel như sau:

Biên độ của chúng tỷ lệ với hàm Bessel loại một bậc n

Bảng 4.4.1.1: hệ số của hàm Bessel tương ứng với một số chỉ số điều chế

Phổ FM điều chế đơn âm với các giá trị khác nhau:

Băng thông của tín hiệu điều tần FM

Về lý thuyết độ rộng băng thông cao tần tín hiệu FM vô cùng lớn, tuy nhiên thực tế quy định giới hạn băng thông FM đến thành phần phổ biên

Băng thông này tính theo công thức:

≈ 2(∆ + ) với: - tần số tín hiệu điều chế tần thấp băng gốc

Băng thông 3dB của mạch cao tần phải lớn hơn băng thông tính theo công thức trên để không méo.

Công suất của tín hiệu điều tần FM

Tổng công suất cao tần tín hiệu điều tần không đổi, bằng công suất sóng mang khi không có điều chế Gọi là biên độ độ sóng mang FM không điều chế trên tải R, ta có công suất sóng mang:

Công suất FM khi có điều chế:

FM dải hẹp (NBFM) dùng trong thông tin loại FM với độ di tần (5 15)KHz.

FM dải rộng có tính chống nhiễu cao dùng trong phát thanh FM Stereo, tiếng TV, vi ba, truyền hình vệ tinh Độ di tần cực đại FM dùng trong phát thanh và tiếng TV là 75 KHz.

Biểu thức của tín hiệu điều pha: ( ) = cos ( + ( ))

Xét trường hợp tín hiệu điều chế là sin đơn tần: ( ) = cos

( ) = cos( + cos ) = cos( + cos ) trong đó: = - hệ số điều chế

Biểu thức này giống biểu thức của tín hiệu điều tần FM nên quá trình phân tích phổ, băng thông và công suất giống nhau Với một hệ số điều chế cho trước thì tương quan giữa biên độ, phổ và công suất của PM và FM là hoàn toàn như nhau Sự khác biệt về phổ của PM và FM có thể phân biệt khi tăng hoặc giảm tần số tín hiệu điều chế :

PM: = – không phụ thuộc vào

FM: = = ∆ = ∆ – tỷ lệ nghịch với

Do PM có không phụ thuộc vào nên băng thông của tín hiệu PM nhỏ hơn của FM, do đó nhiễu ít hơn và tỷ số tín hiệu trên nhiễu S/N lớn hơn trong cùng điều kiện Tuy nhiên, FM vẫn được sử dụng rộng rãi trong phát thanh quảng bá do quá trình lịch sử tồn tại và máy thu FM đơn giản, rẻ hơn máy thu

PM Điều chế pha số PSK – dạng đặc biệt của điều chế pha PM được ứng dụng rộng rãi trong thông tin số.

VÒNG KHÓA PHA-PLL

Sơ đồ khối và nguyên lý hoạt động của vòng khóa pha PLL

*Định nghĩa: Vòng khóa pha PLL là hệ thống vòng kín hồi tiếp, trong đó tín hiệu hồi tiếp dùng để khoá tần số và pha của tín hiệu ra theo tần số và pha tín hiệu vào Tín hiệu vào có thể có dạng tương tự hình sine hoặc dạng số. Ứng dụng đầu tiên của PLL vào năm 1932 trong việc tách sóng đồng bộ. Ngày nay, nhờ công nghệ tích hợp cao làm cho PLL có kích thước nhỏ, độ tin cậy cao, giá thành rẻ, dễ sử dụng Kỹ thuật PLL được ứng dụng rộng rãi trong các mạch lọc, tổng hợp tần số, điều chế và giải điều chế, điều khiển tự động v.v Có hàng chục kiểu vi mạch PLL khác nhau, một số được chế tạo phổ thông đa dạng, một số được ứng dụng đặc biệt như tách âm (Tone), giải mã Stereo, tổng hợp tần số Trước đây đa phần PLL bao gồm cả mạch số lẫn tương tự Hiện nay PLL số trở nên phổ biến.

Hình 5.1.1.1: Sơ đồ khối vòng khóa PLL

+ Tách sóng pha: so sánh pha giữa tín hiệu vào và tín hiệu ra của VCO để tạo ra tín hiệu sai lệch ( )

+ Lọc thông thấp:lọc gợn của điện áp ( ) để trở thành điện áp biến đổi chậm và đưa vào mạch khuếch đại một chiều.

+ Khuếch đại một chiều: khuếch đại điện áp 1 chiều ( ) để đưa vào điều khiển tần số của mạch VCO

+ VCO ( Voltage Controlled Oscillator ): bộ dao động mà tần số ra được điều khiển bằng điện áp đưa vào

Vòng khóa pha hoạt động theo nguyên tắc vòng điều khiển mà đại lượng vào và ra, và chúng được so sánh với nhau về pha Vòng điều khiển pha có nhiệm vụ phát hiện và điều chỉnh những sai số nhỏ về tần số giữa tín hiệu vào và ra Nghĩa là PLL làm cho tần số 0 của tín hiệu VCO bám theo tần số của tín hiệu vào.

Khi không có tín hiệu ở ngõ vào, điện áp ngõ ra bộ khuếch đại ( ) = 0, bộ dao động VCO hoạt động ở tần số tự nhiên được cài đặt bởi điện trở, tụ điện ngoài Khi có tín hiệu vào , bộ tách sóng pha so sánh pha và tần số của tín hiệu vào với tín hiệu ra của VCO Ngõ ra bộ tách sóng pha là điện áp sai lệch ( ) , chỉ sự sai biệt về pha và tần số của hai tín hiệu Điện áp sai lệch ( ) được lọc lấy thành phần biến đổi chậm ( ) nhờ bộ lọc thông thấp LPF,khuếch đại để thành tín hiệu ( ) đưa đến ngõ vào VCO, để điều khiển tần số VCO bám theo tần số tín hiệu vào.Đến khi tần số 0 của VCO bằng tần số của tín hiệu vào, ta nói bộ VCO đã bắt kịp tín hiệu vào Lúc bấy giờ sự sai lệch giữa 2 tín hiệu này chỉ còn là sự sai lệch về pha mà thôi Bộ tách sóng pha sẽ tiếp tục so sánh pha giữa 2 tín hiệu để điều khiển cho VCO hoạt động sao cho sự sai lệch pha giữa chúng giảm đến giá trị bé nhất.

Các khái niệm dãy khóa, dãy bắt

Dãy bắt (Capture range): ký hiệu = 2 − 1 , là dải tần số mà tín hiệu vào thay đổi nhưng PLL vẫn đạt được sự khoá pha, nghĩa là bộ VCO vẫn bắt kịp tần số tín hiệu vào Nói cách khác, là dải tần số mà tín hiệu vào ban đầu phải lọt vào để PLL có thể thiết lập chế độ đồng bộ (chế độ khóa). phụ thuộc vào băng thông LPF Để PLL đạt được sự khóa pha thì độ sai lệch tần số

( 1 - ) phải nằm trong băng thông LPF Nếu nó nằm ngoài băng thông thì PLL sẽ không đạt được khóa pha vì biên độ điện áp sau LPF giảm nhanh.

Dãy khóa (Lock range): ký hiệu = − , là dải tần số mà PLL đồng nhất được tần số 0 với Dãy này còn gọi là đồng chỉnh (Tracking range) Các tần số , tần số cực đại và cực tiểu mà PLL thực hiện được khóa pha (đồng bộ) Dải khóa phụ thuộc hàm truyền đạt (độ lợi) của bộ tách sóng pha, khuếch đại, VCO Nó không phụ thuộc vào đáp tuyến bộ lọc LPF vì khi PLL khóa pha thì − 0 = 0.

Khi PLL chưa khóa pha ≠ 0 Khi PLL khóa pha: = 0 , ở chế độ khóa pha, dao động 0 của VCO bám đồng bộ theo trong dải tần khóa BL rộng hơn dải tần bắt

Cấu tạo bộ VCO, bộ tách sóng pha

Là mạch dao động có tần số được kiểm soát bằng điện áp.

Yêu cầu chung của mạch VCO là quan hệ giữa điện áp điều khiển ( ) và tần số 0 ( ) ra phải tuyến tính Ngoài ra mạch còn có độ ổn định tần số cao, dải biến đổi của tần số theo điện áp vào rộng, đơn giản, dễ điều chỉnh và thuận lợi cho việc tổ hợp thành vi mạch (không có điện cảm).

Về nguyên tắc có thể dùng mọi mạch dao động là tần số dao động có thể biến thiên được trong phạm vi ±10% ÷ ±50% xung quanh tần số dao động tự do Tuy nhiên các bộ dao động tạo xung chữ nhật được sử dụng rộng rãi vì loại này có thể làm việc trong phạm vi tần số khá rộng (từ 1MHz đến khoảng 100MHz) Trong phạm vi từ 1MHz đến 50MHz thường dùng các mạch dao động đa hài.

Hình 5.3.1.1: Mạch VCO tiêu biểu

Hình 5.4 biểu diễn một mạch VCO dao động đa hài tiêu biểu Khi nối đầu điều khiển với thì đây là một mạch dao động đa hài thông thường, khi tách ra và đặt điện áp điều khiển vào đầu đó thì tần số dãy xung ra biến thiên theo điện áp

Cụ thể nếu tăng thì thời gian phóng nạp của tụ giảm do đó tần số ra tăng và ngược lại Ta có đặc tuyến truyền đạt 0 ( ) được biểu diễn như hình 5.5

Hình 5.3.1.2: Đặc tính truyền đạt 0 ( ) tiêu biểu của VCO

92 Đặc tuyến truyền đạt của 1 VCO có dạng như hình vẽ Khi điện áp vào VCO bằng 0, tần số dao động tự do là Khi điện áp điều khiển thay đổi một lượng ∆ 0 , tần số ra thay đổi một lượng ∆ 0 Độ lợi chuyển đổi V to f của VCO: 0 = ∆ 0

Tần số ở giữa vùng tuyến tính đáp tuyến Ví dụ khi thay đổi điện áp từ 1V đến -1V tần số tăng từ 60KHz đến 140KHz Độ lợi chuyển đổi (hay độ nhạy 0 ):

Bộ tách sóng pha hay còn gọi là bộ so sánh pha.

Có 3 loại tách sóng pha:

1 Loại tương tự ở dạng mạch nhân có tín hiệu ra tỷ lệ với biên độ tín hiệu vào.

2 Loại số thực hiện bởi mạch số EX-OR, RS Flip Flop v.v có tín hiệu ra biến đổi chậm phụ thuộc độ rộng xung ngõ ra tức là phụ thuộc sai lệch về pha giữa hai tín hiệu vào.

3 Loại tách sóng pha lấy mẫu.

5.3.2.1 Bộ tách sóng pha tương tự

Hình 5.3.2.1.1: nguyên lý hoạt động của bộ tách sóng pha tương tự

Bộ đổi tần của mạch nhân thực hiện nhân hai tín hiệu Ngõ ra của nó có điện áp:

Qua bộ lọc thông thấp LPF, chỉ cần thành phần tần số thấp Khi khóa pha ( = 0 ) có =Asin − 0 Điện áp này tỉ lệ với biên độ điện áp vào

A và độ sai pha = − 0 Nếu nhỏ, hàm truyền đạt của bộ tách sóng pha coi như tuyến tính Dải khóa pha giới hạn trong | | < 2 Ta có độ lợi tách sóng pha ∅ được tính theo công thức: ∅ = ( )

Hình 5.3.2.1.2: Hàm truyền đạt của bộ tách sóng pha tương tự

5.3.2.2 Bộ tách sóng pha số

Dùng mạch số EX-OR, R-S Flip Flop v.v có đáp tuyến so sánh dạng pha:

Hình 5.3.2.2.1: Hàm truyền đạt của bộ tách sóng pha số Đáp tuyến tuyến tính trong khoảng | | ≤ 2 Độ lợi tách sóng pha:

Tách sóng pha số EX-OR và đáp tuyến:

Tách sóng pha số dùng R-S Flip Flop và đáp tuyến:

95 Điện áp sai lệch biến đổi chậm tại ngõ ra bộ tách sóng pha số tỷ lệ với độ rộng xung ngõ ra tức là tỷ lệ độ sai lệch về pha (hay tần số tức thời) của hai tín hiệu vào.

Các ứng dụng vòng khóa pha PLL

5.4.1 Bộ tổng hợp tần số đơn

Trước đây, người ta thực hiện thay đổi tần số mạch dao động LC bằng cách thay đổi giá trị của L hoặc C Lúc đó chúng được gọi là các mạch dao động có thể thay đổi tần số VFO (Variable-frequency Oscillators) Tuy nhiên, mạch dao động thường không có độ ổn định cao trong một dải tần số rộng do giá trị của L và C thường thay đổi theo nhiệt độ, độ ẩm và các tác nhân khác. Đồng thời chúng thường cồng kềnh và giá thành cao.

Việc sử dụng thạch anh trong mạch dao động có thể tăng độ ổn định tần số dao động lên rất cao, độ di tần tương đối có thể giảm đến vài phần triệu trong khoảng thời gian dài Tuy nhiên, tần số của chúng chỉ có thể thay đổi rất nhỏ bằng cách thay đổi các tụ nối tiếp hoặc song song Nghĩa là nó không tạo ra được các tần số khác biệt nhau.

Nhiều năm gần đây người ta kết hợp các mạch dao động thạch anh có tần số ổn định với các chuyển mạch để tạo ra các tần số khác nhau cho các kênh Tuy nhiên, giải pháp này cũng tốn nhiều linh kiện vỡ giá thành cao.

Gần đây, người ta thiết kế và đưa vào sử dụng các bộ tổng hợp tần số dựa trên nguyên lý vòng khóa pha PLL Nó càng ngày càng phổ biến và được dùng trong hầu hết các máy thu phát hiện đại do tính gọn nhẹ, không yêu cầu độ chính xác cơ khí cao, ứng dụng các thành quả của công nghệ sản xuất vi mạch để nâng cao tốc độ và tính chính xác của các IC chế tạo nên PLL Đồng thời khi kết hợp với thạch anh, nó có khả năng tạo ra dải tần rộng, độ chính xác cao, giá thành thấp.

Hình 5.4.1.1: Bộ tổng hợp tần số đơn

Bộ tổng hợp tần số đơn được thiết kế bằng cách đưa tín hiệu chuẩn từ dao động thạch anh vào so pha một mạch PLL có bộ chia lập trình được như hình 5.9 Khi PLL thực hiện khoá pha, thì ref = VCO suy ra VCO = ref = o Ví dụ bộ đếm lập trình 74192. Điều này có nghĩa là khi ta thay đổi N từ bộ chia sẽ nhận được các tần số ra khác nhau Hệ số N có thể được chọn giá trị khác nhau bằng cách thay đổi điện áp một vài chân của IC chia Do đó bộ tổng hợp tần số này có thể được điều khiển dễ dàng nhờ máy tính hoặc điều khiển từ xa Đồng thời, giảm được giá thành và độ phức tạp so với các bộ tổng hợp tần số sử dụng L,C trước đây.

Khuyết điểm duy nhất của mạch này là nó chỉ tạo ra các tần số bằng bội số của tần số chuẩn o = ref Chẳng hạn, khi ref = 100 thì mạch sẽ tạo ra được các tần số bằng bội số của 100KHz Điều này phù hợp với chương trình phát quảng bá FM trong đó khoảng cách giữa các kênh bằng 200KHz. Trong khi đó, nó không phù hợp với chương trình phát quảng bá AM trong đó khoảng cách kênh là 10KHz (thạch anh không thể dao động dưới tần số 100 KHz)

Bước thay đổi tần số tối thiểu gọi là độ phân giải của bộ tổng hợp tần số. Để khắc phục, người ta sử dụng một bộ chia cố định để chia nhỏ tần số chuẩn trước khi đưa vào bộ tách sóng pha như hình vẽ.

Hình 5.4.1.2: Bộ tổng hợp tần số có tần số ra thấp

Ví dụ: Hãy thiết kế bộ tổng hợp tần số PLL sử dụng thạch anh 10MHz sao cho nó tạo ra dải tần số phát quảng bá AM từ 540 KHz đến 1700KHz Bộ tổng hợp tần số được biểu diễn như hình 6.13 Vì khoảng cách kênh trong thông tin

AM là 10KHz nên ta thiết kế ref = 10 Lúc đó khi N tăng hoặc giảm 1 đơn vị thì tần số đầu ra sẽ chuyển đến kênh kế cận Từ đó, ta tính được hệ số Q như sau:

Tiếp đến, ta xác định dải thay đổi của N Khi thay đổi N 1 đơn vị thì tần số ra thay đổi tương ứng 1 kênh Từ đó, ta có thể xác định giá trị N để tạo ra tần số bất kỳ trong dải tần AM Chẳng hạn, tại tần số thấp nhất của băng tần:

Nếu PLL khóa theo tần số tín hiệu vào, điện áp ngõ vào VCO tỷ lệ với độ dịch tần số VCO kể từ N Nếu tần số vào thay đổi, điện áp điều khiển VCO dịch tương ứng trong khoảng đồng chỉnh L

Nếu tín hiệu vào là điều tần, điện áp điều khiển VCO chính là điện áp giải điều chế FM PLL dùng để tách sóng FM dải hẹp hoặc dải rộng với độ tuyến tính cao Giả sử điện áp ra bộ tách sóng pha cực đại là d , điện áp ngõ vào VCO là A d , độ di tần cực đại: ∆ = 0 A d , 0 : là độ lợi VCO

Dải khóa L = 2∆ = 2 0 A d Dải khóa hay còn gọi là dải đồng bộ phải lớn hơn độ di tần của tín hiệu vào.

Hình 5.4.2.1: PLL giải điều chế FM (IC NE 560)

Giải điều chế FM dùng PLL thực hiện bằng cách cài đặt tần số dao động tự do N bằng tần số trung tâm tín hiệu FM ngõ vào có biên độ không đổi Trong nhiều ứng dụng cụ thể, trước tách sóng pha PLL có mạch khuếch đại hạn biên độ.

Băng thông PLL chọn lọc tín hiệu sau LPF: 15KHz

Dải khóa và ngưỡng độ nhạy: Điện trở R1 điều chỉnh dải khóa và ngưỡng độ nhạy NE560 Mức tín hiệu điện áp nhỏ nhất ngõ vào VCO mà PLL khóa pha gọi là ngưỡng độ nhạy L = ±15% N trong khi FM phát thanh có độ di tần ±75KHz hay 1% N (10,7MHz) Để giảm giải khóa, tăng giá trị

(RF biểu thị độ giảm dải khóa từ 15% còn 1% hay bằng 15)

FSK- dạng đặc biệt tín hiệu FM, chỉ có hai tần số điều tần Giải điều chế FSK liên quan đến tách (giải mã) tín hiệu quay số điện thoại nút nhấn và truyền tín hiệu số FSK.

Ngõ ra của PLL dùng cho giải điều chế FSK là hai mức điện áp

Hình 5.4.3.1: giải điều chế FSK dùng PLL

5.4.4 Đồng bộ tần số ngang và dọc trong TV

Hình 5.4.4.1: Mạch đồng bộ tần số ngang và dọc

Tín hiệu AM có dạng ( ) = 1 [1 + ( )] 0 ( ) Trong đó tín hiệu điều chế thấp ( ) = có thể được giải điều chế bằng cách nhân với tín hiệu sóng mang ( ) = ( 0 + 0 )

Qua LPF còn thành phần tần số thấp ở ngõ ra:

MÁY PHÁT

Định nghĩa và phân loại máy phát

Một hệ thống thông tin bao gồm: máy phát, máy thu và môi trường truyền sóng như hình 6.1.1 Trong đó máy phát là một thiết bị phát ra tín hiệu dưới dạng sóng điện từ được biểu diễn dưới một hình thức nào đó.

Hình 6.1.1.1: Sơ đồ khối tổng quát của thiết bị thu phát

Sóng điện từ gọi là sóng mang hay tải tin làm nhiệm vụ chuyển tải thông tin cần phát tới điểm thu Thông tin này được gắn với tải tin theo một hình thức điều chế thích hợp Máy phát phải phát đi công suất đủ lớn để cung cấp tỷ số tín hiệu trên nhiễu đủ lớn cho máy thu Máy phát phải sử dụng sự điều chế chính xác để bảo vệ các thông tin được phát đi, không bị biến dạng quá mức Ngoài ra, các tần số hoạt động của máy phát được chọn căn cứ vào các kênh và vùng phủ sóng theo quy định của hiệp hội thông tin quốc tế, nhóm thông tin vô tuyến (ITU-R). Các tần số trung tâm của máy phát phải có độ ổn định cao.

Do đó, chỉ tiêu kỹ thuật của máy phát là:

• Công suất của máy phát, công suất càng lớn càng đắt, đòi hỏi diện tích, hình thức bảo vệ và nguồn điện thích hợp để sử dụng máy phát.

• Độ ổn định tần số: f f

10 −3 10 , càng cao càng tốt, tránh trường hợp tần số biến động.

• Chỉ số điều chế AM (m), chỉ số điều tần FM ( m t ) và các kỹ thuật con để truyền tần số đi xa.

• Dải tần điều chế, liên hệ với một cơ quan quản lý để được cấp dải tần số sử dụng thích hợp

Hình 6.2.1.1.1: Phân loại máy phát theo công dụng

Máy phát có ba công dụng chính: phát thông tin, phát chương trình và phát ứng dụng.

• Phát thông tin, thuộc về lĩnh vực bưu điện và hàng không, có hai loại thông tin:

Cố định: có loại không dây cố định, chẳng hạn như điện thoại Cordless, nhưng chỉ có thể sử dụng trong một khoảng cách nhất định.

Di động: là những loại điện thoại hiện tại chúng ta đang sử dụng, có thể sử dụng ở khắp mọi nơi miễn là có tín hiệu của sóng di động.

• Phát chương trình, gồm có hai loại: Phát thanh, chỉ phát âm thanh.

Truyền hình, phát âm thanh và hình ảnh.

• Phát ứng dụng, như chúng ta đang sử dụng trong ngành hàng không, chính là đó khoảng cách và radar.

- Từ (3 ÷ 30)KHz ≈ (100km ÷ 10km): Đài phát sóng cực dài (VLW).

- Từ (30 ÷ 300)KHz ≈ (10km ÷ 1km): Đài phát sóng dài (LW).

- Từ (300 ÷ 3000)KHz ≈ (1km ÷ 100m): Đài phát sóng trung (MW).

- Từ (3 ÷ 30)MHz ≈ (100m ÷ 10m): Đài phát sóng ngắn (SW).

- Từ (30 ÷ 300)MHz ≈ (10m ÷ 1m): Đài phát sóng m.

- Từ (300 ÷ 3000)MHz ≈ (1m ÷ 0.1m): Đài phát sóng dm.

❖ Đối với thông tin viba và radar:

- Từ (3 ÷ 30)GHz ≈ (0.1m ÷ 0.01m): Đài phát sóng cm.

- Từ (30 ÷ 300)GHz ≈ (0.01m ÷ 0.001m): Đài phát sóng mm.

6.1.2.3 Theo phương pháp điều chế

❖ Máy phát điều biên (AM), DSB

❖ Máy phát đơn biên (SSB)

❖ Máy phát điều tần (FM) và máy phát điều tần âm thanh nổi (FM Stereo)

❖ Máy phát điều xung (PM)

❖ Máy phát khoá dịch biên độ ASK, QAM, M-QAM

❖ Máy phát khoá dịch pha PSK, QPSK, M-PSK

❖ Máy phát khoá dịch tần FSK

❖ Máy phát công suất nhỏ Pout 1000KW khi đó sóng điện từ bức xạ ra ngoài không gian rất lớn, ảnh hưởng đến sức khỏe

Ngày nay, trong các máy phát công suất nhỏ và trung bình người ta có thể sử dụng hoàn toàn bằng BJT, FET, MOSFET công suất, còn trong các máy phát có công suất lớn và cực lớn người ta thường sử dụng các loại đèn điện tử đặc biệt.

Sơ đồ khối của các loại máy phát

6.2.1 Sơ đồ khối của máy phát điều biên( AM)

+ Tiền khuếch đại âm tần: Có nhiệm vụ khuếch đại điện áp tín hiệu vào đến mức cần thiết để đưa vào tầng khuếch đại công suất âm tần (KĐCSÂT) Vì đối với máy phát AM thì biên độ điện áp âm tần yêu cầu lớn để có độ điều chế sâu (m lớn) nên tầng này thường có tầng khuếch đại micro và khuếch đại điện áp mức cao.

+ Khuếch đại công suất âm tần (KĐCSÂT): có nhiệm vụ khuếch đại tín hiệu đến mức đủ lớn để tiến hành điều chế tín hiệu cao tần.

+Khối chủ sóng (Dao động): có nhiệm vụ tạo ra dao động cao tần (sóng mang) có biên độ và tần số ổn định, có tầm biến đổi tần số rộng Muốn vậy, ta có thể dùng mạch dao động LC kết hợp với mạch tự động điều chỉnh tần số (AFC), hoặc dùng dao động thạch anh.

+Khối tiền khuếch đại cao tần (TKĐCT): có thể được dùng để nhân tần số hoặc khuếch đại dao động cao tần đến mức cần thiết để kích thích cho tần công suất làm việc Nó còn có nhiệm vụ đệm, làm giảm ảnh hưởng của các tầng sau đến độ ổn định tần số của khối chủ sóng Vì vậy, nó có thể có nhiều tầng: tầng đệm, tầng nhân tần và tầng tiền khuếch đại công suất cao tần (TKĐCSCT)

+ Khối khuếch đại công suất cao tần (KĐCSCT): có nhiệm vụ tạo ra công suất cần thiết theo yêu cầu công suất ra của máy phát Công suất ra yêu cầu càng lớn thì số tầng khuếch đại trong khối KĐCSCT càng nhiều.

+ Mạch ra để phối hợp trở kháng giữa tầng KĐCSCT cuối cùng và anten để có công suất ra tối ưu, đồng thời lọc các hài bậc cao, không ảnh hưởng đến các đài xung quanh.

+ Anten để bức xạ năng lượng cao tần của máy phát thành sóng điện từ truyền đi trong không gian.

+ Bộ điều chế để điều chỉnh dao động cao tần Đối với máy phát AM thì biên độ điện áp âm tần yêu cầu lớn để có độ điều chế sâu (hệ số m lớn) nên tín hiệu âm tần từ micro phải đưa qua bộ tiền khuếch đại âm tần và bộ khuếch đại công suất âm tần Tín hiệu âm tần được đưa tới Collector của tầng khuếch đại công suất cao tần cuối cùng hoặc được đưa tới cả Collector của tầng khuếch đại công suất cao tần trước cuối để thực hiện điều chế Collector phụ.

+ Nguồn cung cấp điện áp phải có công suất lớn để cung cấp cho Transistor hoặc đèn điện tử công suất.

+ Ngoài ra, máy phát phải có thiết bị an toàn bao gồm các thiết bị bảo vệ bảo hiểm, thiết bị đóng mở, thiết bị kiểm tra chế độ làm việc của máy phát và thiết bị làm nguội cho các transistor công suất là các phiến tỏa nhiệt cực lớn và làm nguội cho các đèn điện tử công suất bằng phương pháp thổi không khí bằng quạt gió vào anode, dùng nước bơm và anode theo một chu trình kín, phương pháp bốc hơi…

6.2.2 Sơ đồ khối của máy phát đơn biên SSB

Hình 6.2.2.1 Sơ đồ khối của máy phát đơn biên

Ngoài các yêu cầu kỹ thuật chung của máy phát, máy phát đơn biên (SSB) còn phải có thêm một số chỉ tiêu kỹ thuật sau đây:

- Mức méo phi tuyến - 35 dB

-Bề rộng mỗi kênh thoại và tổng số kênh thoại

Tần số làm việc: 1MHZ - 30 MHz

Việc xây dựng sơ đồ khối của máy phát đơn biên có một số đặc điểm riêng so với máy phát điều biên (AM) Ở đây các bộ điều biên cân bằng và bộ lọc dải hẹp được sử dụng để tạo nên tín hiệu đơn biên, nhưng công suất bị hạn chế chỉ vài mW Nếu sóng mang ở dải tần số cao (sóng trung và sóng ngắn) thì không thể thực hiện được bộ lọc với các yêu cầu cần thiết (dải thông hẹp, sườn dốc đứng ) vì vậy sẽ xuất hiện nhiễu xuyên tâm giữa các kênh, làm giảm tỷ số tín hiệu trên nhiễu Vì vậy, đối với máy phát đơn biên thì tần số sóng mang cơ bản để tạo đơn biên ở khoảng tần số trung gian: (f, 0KHZ- 500KHZ) Do đó, sơ đồ cấu trúc của máy đơn biên gồm một bộ tạo tín hiệu đơn biên ở tần số trung gian (100-500)KHz sau đó nhờ một vài bộ đổi tần để chuyển đến phạm vi tần số làm việc (f=1MHZ-30MHZ) rồi nhờ bộ khuếch đại tuyến tính để khuếch đại đến một công suất cần thiết.

+ Thiết bị đầu vào: thường làm nhiệm vụ khuếch đại tín hiệu âm tần nếu tín hiệu này còn bé hoặc hạn chế tín hiệu âm tần nếu tín hiệu này quá lớn.

+ Bộ điều chế đơn biên (BĐCĐB): trong các máy phát công suất lớn BĐCĐB thường được xây dựng theo phương pháp lọc tổng hợp Trong các máy phát công suất nhỏ, yêu cầu kỹ thuật không cao nên đôi khi có thể sử dụng bộ điều chế đơn biên theo phương pháp lọc - quay pha Khi đó việc điều chế tín hiệu đơn biên có thể được thực hiện ngay ở tần số làm việc nên không cần có bộ đổi tần và bộ lọc 1.

+Bộ tổng hợp tần số của máy phát đơn biên: là thiết bị chất lượng cao và phức tạp Nó phải bảo đảm tần số sóng mang gốc (f1) và các tần số khác ( f2 ) có độ ổn định tần số rất cao ( ∆ = 10 −7

10) Vì vậy, cần dùng thạch anh để tạo các

+Bộ đổi tần: thực chất là bộ khuếch đại cộng hưởng để lấy thành phần hài f2

= nf1 Chính nhờ bộ đổi tần mà độ ổn định tần số của máy phát tăng lên. + Bộ lọc 1: có nhiệm vụ lọc các sản phẩm của quá trình đổi tần.

+ Bộ khuếch đại dao động điều chế (KĐDĐĐC): phụ thuộc vào công suất ra mà có số tầng từ 2 đến 4 Để điều chỉnh đơn giản, một, hai tầng đầu là khuếch đại dải rộng không điều hưởng Còn các tầng sau là các bộ khuếch đại cộng hưởng.

+ Hệ thống dao động tầng ra dùng để triệt các bức xạ của các hài và cũng để phối hợp trở kháng Trong các máy phát đơn biên bộ lọc đầu ra thường là một hay hai bộ lọc hình II ghép với nhau và giữa chúng thường có phần tử điều chỉnh độ ghép để nhận được tải tốt nhất của máy phát Tầng KĐDĐĐC đơn sử dụng đơn giản hơn so với tầng đẩy kéo Song sử dụng tầng đơn thì gặp khó khăn là không phối hợp trở kháng với anten sóng ngắn đối xứng Đối với máy phát công suất ra Pm = (20 - 40)Kw người ta dùng biến áp ra đối xứng có lõi

Ferrite Còn đối với máy phát công suất ra P, = 100KW người ta dùng biến áp đối xứng không có lõi.

+Bộ lọc 2: dùng để triệt các thành phần cao tần xuất hiện trong dải tần số truyền hình, nên còn gọi là bộ lọc tín hiệu truyền hình Đối với máy thu đơn biên ta phải đổi tín hiệu đơn biên thành điều biên để thực hiện tách sóng trung thực. Muốn vậy phải phục hồi sóng mang, điều này yêu cầu vòng khoá pha PLL.

Trở kháng và cách phối hợp

Trong kỹ thuật điện, trở kháng là đại lượng vật lý đặc trưng cho sự cản trở dòng điện của một mạch điện khi có hiệu điện thế đặt vào Nó thường được ký hiệu bằng chữ Z và được đo trong SI bằng đơn vị đo Ω (ohm) Trở kháng là khái niệm mở rộng của điện trở cho dòng điện xoay chiều, chứa thêm thông tin về độ lệch pha.

Lấy được công suất cực đại trên tải, giảm thiểu công suất tổn hao trên đường truyền. Đối với các phần tử nhạy thu, phối hợp trở kháng để tăng tỷ số tín hiệu / nhiễu của hệ thống (anten, LNA, …)

Phối hợp trở kháng trong một mạng phân phối công suất (mạng nuôi anten mảng) sẽ cho phép giảm biên độ và lỗi pha.

Nếu ZL chứa phần thực khác 0 thì mạng phối hợp Tn kháng luôn có thể tìm được Có nhiều phương án phối hợp, tuy nhiên cần theo các tiêu chí sau:

- Độ phức tạp: đơn giản, rẻ, dễ thực hiện, ít hao tổn.

- Độ rộng băng: cần phối hợp trở kháng tốt trong một dải tần rộng, tuy nhiên sẽ phức tạp hơn.

- Lắp đặt: Tùy vào dạng đường truyền hoặc ống dẫn sóng quyết định phương án phối hợp TK.

-Khả năng điều chỉnh: trong 1 số trường hợp có thể yêu cầu MN hoạt động tốt khi ZL thay đổi

-Phối hợp trở kháng tốt còn chống được tín hiệu "dội" do một phần năng lượng bị phản xạ (reflection), nhiễu nội mạch và suy hao tín hiệu (signal absorption) làm giảm total công suất ngõ ra.

-Tần số hoạt động của mạch càng cao thì yêu cầu phối hợp trở kháng càng chặt chẽ, nhất là phối hợp trở kháng trong kỹ thuật bức xạ cao tần (RF Radio Frequency).

-Cụ thể và tiêu biểu nhất là phối hợp trở kháng antenna - Tx trong kỹ thuật cao tần, phối hợp trở kháng Ampli - loa trong kỹ thuật truyền thanh.

6.3.2 Cách phối hợp trở kháng

6.3.2.1 Phối hợp trở kháng với các phần tử tập trung (L – networks)

Dạng đơn giản nhất của PHTK là dùng khâu L, sử dụng 2 phần tử điện kháng để phối hợp 1 tải tùy ý với đường truyền có 2 cấu hình khả dĩ.

Nếu trở kháng tải chuẩn hóa = ⁄ 0 nằm trong vòng tròn 1 + jx trên giản đồ Smith.

Các phần tử điện kháng có thể là C hoặc L tùy thuộc vào ZL Do đó có 8 khả năng xảy ra.

Nếu tần số đủ nhỏ và / hoặc kích thước mạnh đủ nhỏ thì có thể dùng các tụ và điện cảm thực (có thể đến 1 GHz) Đây là hạn chế của mạch L.

6.3.2.2 Phối hợp trở kháng dùng đoạn dây chêm Ưu điểm: không dùng các phần tử tập trung → dễ chế tạo; dạng shunt stub đặc biệt dễ chế tạo cho mạch ghi giải (microstrip) hoặc mạch dải (stripline) - Hai thông số điều chỉnh là khoảng cách d và Y hoặc Z - Chẳng hạn với h4.3a

120 nếu dẫn nạp nhìn vào đoạn dây cách tải 1 khoảng d có dạng Y 0 + jB thì dẫn nạp của dây chêm sẽ được chọn là – jB.

Nếu trở kháng của đoạn dây nối tải, cách tải đoạn bằng d, là Z 0 + jX thì trở kháng dây chêm nối tiếp (series stub) được chọn là – jX.

Hình 6.3.2.2.1: Phối hợp trở kháng 1 dây chêm

Hình 6.3.2.2.2: Phối hợp trở kháng hai dây chêm

6.3.2.3 Bộ ghép một phần tư bước sóng

Cỏc bộ ghộp nhiều đoạn ẳ λ cú thể dựng để tổng hợp cỏc bộ phối hợp trở khỏng hoạt động ở nhiều dải tần mong muốn - Bộ ghộp ẳ λ chỉ dựng cho tỉa thuần trở.

Một tải phức có thể được chuyển thành tải thuần trở bởi việc sử dụng một đoạn đường truyền có chiều dài thích hợp giữa tải và bộ phối hợp, hoặc dùng đoạn dây chêm nối tiếp hoặc song song phù hợp Kỹ thuật này thường dẫn tới thay đổi sự phụ thuộc tần số của tải tương đương và gây ra giảm độ rộng băng của sự phối hợp trở kháng.

Trong tiết này chúng ta sẽ khảo sát độ rộng băng thông như là một hàm của sự mất phối hợp trở kháng làm tiền đề cho các bộ ghép nhiều khâu ở phần sau.

Khi tần số f ≠ f0, thì độ dài điện βl ≠ λ 0 /4, khi đó trở kháng vào của đoạn ghép là:

Gọi Γ m là giá trị biên độ cực đại có thể chấp nhận được thì độ rộng băng của bộ ghép được định nghĩa là: Độ rộng băng tỷ đối Độ rộng băng của bộ ghép tăng nếu Z L → Z 0

Nối sóng non – TEM (ống dẫn sóng) hệ số truyền không còn là hàm tuyến tính của tần số do đó trở kháng sóng sẽ phụ thuộc tần số Điều này làm phức tạp hơn cỏc đặc trưng của bộ ghộp ẳ λ Tuy nhiờn trong thực tế độ rộng băng của bộ ghép thường đủ nhỏ sao cho không ảnh hưởng đến kết quả. Ảnh hưởng của các điện kháng xuất hiện do sự không liên tục (sự thay đổi kích thước đường truyền) có thể được khắc phục bởi sự điều chỉnh độ dài của đoạn ghép.

Các mạch lọc cơ bản trong máy phát

Các bộ lọc chỉ có một phần tử L hoặc C có độ dốc suy giảm ở trên f cắt rất chậm Nghĩa là các tín hiệu có tần số f > fc cũng sẽ qua bộ lọc nhưng chỉ với một độ suy giảm nhỏ Để tăng độ chọn lọc và để phối hợp trở kháng, người ta sử dụng các mạch lọc hai phần tử L, C như Γ, T, Π trong các máy phát, thu. Ở trên là một mạch cắt, hệ số truyền đạt thay đổi một cách đáng kể (12dB) Độ dốc là 12 dB/octave là giá trị tiêu biểu đối với bộ lọc hai phần tử L/C bất kỳ Ở tần số lớn hơn tần số cắt, ta có:

Tại tần số cộng hưởng nối tiếp của L, C ta có: à

Khi đó hệ số phẩm chất chung của toàn mạch (dạng của đường cong) phụ thuộc vào tổ hợp của cả hai giá trị:

= đ Để sự truyền đạt công suất lớn nhất và đáp tuyến tần số bằng phẳng nhất, ta thiết kế mạch sao cho Q i = Q 0 nghĩa là Q tđ = 0,5Q i

Nếu hai tự C1, C2 có chung giá trị (C) và điện trở nguồn bằng điện trở tải (R i = R L ) thì mạch lọc Π có đáp ứng tần số như trên Đối với mạch lọc ba phần tử đối xứng, ta có:

Nếu C 1 # C 2 ; R i # R L thì mạch lọc Π đơn thỏa mãn đồng thời ba yêu cầu:

1 Phối hợp giữa điện trở nguồn và mạch lọc: đ

2 Phối hợp mạch lọc với tải:

Nếu C1 # C2 # C3; L1 # L2; Ri # RL thì mạch lọc Π đôi phải thỏa mãn đồng thời năm yêu cầu sau:

- Điều kiện phối hợp mạch lọc với điện trở nguồn và mạch lọc với tải:

Từ năm phương trình trên ta có:

Và Qtđ = Qi = Q0 (khi mạch đối xứng)

Trước khi tiến hành tính toán mạch, ta phải kiểm tra xem điện trở tai (Ranten hay

Rphi đơ) có lớn hơn giá trị tối thiểu cho phép hay không: Đối với mạch Π đơn:

( đ 2 − 1) 2 Với Qtđ được xác định bằng công thức: đ

Ngoài ra, theo tài liệu nước ngoài thì người viết có đưa ra định nghĩa hệ số lọc hài:

: Tổng công suất của các thành phần hài bậc n

Khuếch đại công suất cao tần và nhân tần số

Các phần tử thông tin, tín hiệu âm thanh lan truyền trong không gian, đến một lúc nào đó sẽ bị yếu dần, không thể đi xa nên ta phải cần đến bộ khuếch đại công suất Các tín hiệu âm thanh ở đây là sóng cơ học, ta phải tìm cách biến đổi nó thành dạng tín hiệu điện để khuếch đại nó lên và đưa nó ra ngoài antenna rồi phát, khi đó những tín hiệu này có thể truyền với tốc độ ánh sáng.

6.5.1 Khuếch đại công suất cao tần

Mạch KĐCSCT nằm ở ngõ ra máy phát thỏa các yêu cầu sau: hiệu suất cao, ít sái dạng, chọn lọc tần số, tận dụng tới những khả năng cung cấp công suất của phần tử tích cực (dòng và áp) Công suất ra có thể từ mW tới MW tùy theo mục đích sử dụng.

Hình 6.5.1.1: Mạch KĐCSCT dùng BJT

Hình 6.5.1.2: Mạch KĐCSCT dùng FET

6.5.1.1 Các Mode hoạt động của bộ Khuếch đại công suất cao tần lớp C dùng Transistor β: là hệ số khuếch đại dòng của Transistor.

Lưu ý: Khi hoạt động ở tần số cao, ta phải lựa chọn Transistor phù hợp.

Dải tần làm việc của Transistor được chia làm ba giai đoạn: f

0 0, 3 f : tần số thấp, các tham số được xem như không đổi, h fe = 0

0.3 f f xuất hiện điện trở ký sinh (r bb’ ), điện dung ký sinh (C b’e , C b’c ).

Trong vùng tiếp giáp giữa BC, BE và các mối nối, khi hoạt động ở tần số trung bình đến cao sẽ sinh ra thêm những tụ điện với một giá trị nhất định sẽ tác động trực tiếp đến tần số cộng hưởng của mạch điện. f

: tần số cao, các tham số của Transistor thay đổi, xuất hiện rbb’, Cb’e, điện cảm ký sinh L ks , do trong lúc làm mạch, những đường dây dẫn tình tạo ra điện cảm này.

6.5.1.2 Bộ khuếch đại công suất cao tần dùng transistor Ởcác mạch điện nhỏ, những điểm màu vàng chính là tụ điện dùng để lọc, những linh kiện màu xám cùng kích thước là điện trở.

Vì phải hoạt động liên tục, nên các Transistor này sẽ có một phím giải nhiệt để giúp nó hoạt động tốt hơn.

Các tụ lớn được hàn trên mạch dùng để lọc nguồn.

1 Ở chế độ kém áp mắc Emitter chung

Tín hiệu vào ở cực B, ra ở cực C, đa phần tín hiệu sẽ bị đảo pha, ta có thể tận dụng điều này để cắt pha mong muốn

Sơ đồ bộ khuếch đại công suất cao tần theo kiểu E chung:

Cng là tụ ngăn, dùng để chặn thành phần DC chạy qua nó, nhưng dẫn các thành phần AC có chứa tín hiệu.

Rn là điện trở nội bên trong của nguồn phát tín hiệu.

VBB là điện áp phân cực cho cực B của Transistor được cấp thông qua Rb của nó.

Lch là cuộn dây cộng hưởng.

Các bước thiết kế bộ Khuếch đại công suất cao tần khi không chịu tác động của mạch ghép đầu vào và đầu ra.

1- V CC = (0,5 0,8)V CE max cho phép.

3- Chọn hệ số lợi dụng điện áp: 1 = 0,85 0, 95 =

4- Xác định biên độ hài bậc nhất trên Collector:

5- Xác định các dòng điện:

Nếu kể cả rb’e, ta được: Z ’ iEC = rb’e // ZiEC.

Nếu r b’e >> Z iEC , ta có Z ’ iEC ≈ Z iEC.

Nếu rb’e so sánh được với ZiEC, ta có: b 'e

7- Biên độ điện áp kích thích vào: V bm1 = I ’ n

8- Công suất vào của nguồn kích thích:

9- Xác định nguồn trở kháng tương đương:

= r b ' e Để dòng điện đầu vào không bị méo: n = , ta được:

11- Điện trở tải tương đương: r

12- Công suất nguồn cung cấp: P CC = I CO V CC

13- Công suất hữu ích trên tải: P L = 1

Từ đó, ta tính được:

14- Công suất tiêu thụ tiêu tán trên Collector:

2 Ở chế độ kém áp mắc Base chung

Các bước thiết kế của bộ này tương tự như trên.

Nếu đầu vào của bộ Khuếch đại công thì ta xác định được tương tự như trên suất cao tần có mạch cộng hưởng Lb, Cb với: f =

Một dạng đặc biệt của khuếch đại chế độ C là nhân tần số Từ phân tích hài ta thấy nếu tải cộng hưởng ở n lần tần số vào thì thành phần sóng hài I Cn tạo nên sụt áp = cos( 0 ) ( 0 ) có tần số gấp n lần tần số vào tức là có nhân tần số.

Nhân tần số nhân cả độ di tần dùng trong máy phát FM Ngoài ra nó có thể là khâu trung gian tạo ra tần số cao ổn định từ dao động chuẩn thạch anh. Để đạt chế độ tối ưu = góc cắt cần có là ≈ 120 ° và ( 120 ° ) ≈ 0,54

Với n tăng, I Cn và P n giảm nhanh nên thường chỉ nhân 2, 3, 4, 5 Để nhân nhiều, khuyến nghị khuếch đại giữa các tầng nhân Mạch thực tế nhân tần không đòi hỏi ở chế độ tối ưu để đơn giản thực hiện mà chỉ cần lấy ra tần số mong muốn.

Hình 6.5.2.1: Mạch nhân hai tần số

Hình 6.5.2.2: Khuếch đại cao tần và nhân tần só n = 12

Nhân tần số thường dùng trong máy phát FM, PM để tăng độ di tần, độ di pha cũng như chỉ số điều chế, thực hiện FM dải rộng, PM dải rộng.

Trung hòa và chống dao động ký sinh

Hiện tượng hồi tiếp ký sinh là nguyên nhân tạo ra các dao động ký sinh mà ta đã triệt tiêu chúng bằng các tụ điện và cuộn cảm trung hòa được thiết kế sẵn trong mạch Ngoài ra, trong mạch còn có thể có các dao động ký sinh khác tần số với tần số cộng hưởng Để mạch không tự động kích thích, ta phải phá vỡ điều kiện pha và/hoặc điều kiện biên Các dao động ký sinh này là nguyên nhân đẫn đến việc Transistor hay vi mạch đột tử.

6.6.1 Hiện tượng trực thông và hồi ký sinh

Hiện tượng trực thông là hiện tượng một phần công suất và đi thẳng đến đầu ra thông qua transistor là hiện tượng công suất ra quay trở lại đầu vào, được gọi là hiện tượng hồi tiếp ký sinh.

Tác hại của hiện tượng trực thông và hồi tiếp ký sinh:

-Khi transistor chưa hoạt động (tắt) vẫn có một phần công suất đầu vào thông qua CKS đến đầu ra Nó được gọi là tạp âm và làm giảm tỷ số tín hiệu trên nhiễu

- Khi transistor hoạt động, công suất đầu vào thông qua CKS = Cbc đến đầu ra làm giảm công suất ra nếu transistor mắc theo kiểu emitter chung (EC).

- Không thực hiện được điều biên có độ sâu điều chế 100%.

Cbc tạo nên hồi tiếp dương hoặc âm tùy thuộc vào quan hệ pha giữa dòng điện hồi tiếp với điện áp vào và điện áp ra.

Tại cộng hưởng Lệch cộng hưởng gây tự kích

Lệch cộng hưởng gây hồi tiếp âm

- Tại tần số cộng hưởng =

2 √ 2 2 cả hai mạch cộng hưởng là thuần trở Z tđ = R tđ do X tđ =

0 Một phần dòng điện ra i c qua C bc qua mạch cộng hưởng đầu vào tạo nên V’ b Do V’ b lệch pha 90º với V’ b nên hiện tượng phản hồi này không gây nên tự kích.

- Nếu mạch cộng hưởng ra không cộng hưởng hoàn toàn như hình b, khi đó dòng điện hồi tiếp i bc sẽ tạo ra V’ b có hai thành phần V’ b1 và V’ b2 V’ b1 ngược pha với V b , có nghĩa là trong mạch có hồi tiếp âm làm suy giảm điện áp vào

Vb Muốn đảm bảo công suất ra như cũ, trong trường hợp này ta phải tăng hệ số khuếch đại của mạch lên.

Ta có thể thấy rằng để khử được hiện tượng trực thông và hồi tiếp ký sinh, ta phải dùng mạch trung hòa.

6.6.2 Các biện pháp để chống dao động kí sinh

Hiện tượng hồi tiếp ký sinh có thể gây nên dao động ký sinh và ta đã khử chúng bằng các tụ và điện cảm trung hòa (tại tần số f KS < f cộng hưởng ).

Ngoài ra, trong mạch cũng có thể có dao động ký sinh có tần số khác với tần số cộng hưởng của mạch (fKS < f0) hoặc (fKS > f0) Lúc đó, để mạch không có tự kích, ta phải tìm cách phá vỡ hoặc về điều kiện pha (mắc thêm các tụ bên ngoài) hoặc điều kiện điều biên độ (mắc R hồi tiếp âm) Các dao động ký sinh có thể làm hỏng transistor Vì vậy, người ta thường dùng đèn neon để gồm basa 137 hay collector, khi không có điện áp kích thích (V in = 0) mà đèn sóng là mạch có dao động ký sinh và phải khử ngay lập tức.

Các mạch khuếch đại được bố trí hợp lý, hạn chế vấn đề dây dẫn hệ thống đầu vào và đầu ra chạm nhau, giảm thiểu vấn đề ghép nối điện dung hoặc cảm ứng.

Một lá chắn kim loại được đặt trên các phần nhạy cảm của mạch. Đặt các tụ điện rẽ nhánh tại các kết nối nguồn điện để cung cấp đường dẫn trở kháng thấp cho tín hiệu AC và ngăn chặn việc ghép nối các đường dẫn qua nguồn cấp.

Khi sử dụng bảng mạch in, các giai đoạn công suất cao và thấp nên được tách biệt và các dấu vết nối đất được bố trí để các dòng điện nặng không phát sinh nhiệt gây cháy nổ và chảy theo các phần được chia theo dấu nối đất.

Trong vài trường hợp đặc biệt, ta chỉ giải quyết được bằng cách đưa một tụ trung hóa phản hồi khác mạng, được tính toán và điều chỉnh để loại bỏ các phản hồi tiêu cực trong băng tần của thiết bị.

Đo lường máy phát

Trong thời kỳ thiết kế một máy phát mới hay khi bảo quản một máy phát đang vận hành việc đo lường các tham số của máy phát là rất quan trọng Các tham số này được so sánh với các chỉ tiêu kỹ thuật của nhà sản xuất và các chuẩn quốc gia; quốc tế để xác định máy phát có hoạt động hợp phát và hiệu quả hay không Các chỉ tiêu kỹ thuật cần đo lường thường xuyên bao gồm:

- Kiểm tra tín hiệu không mong muốn (hài).

- Hệ số điều chế, dạng tín hiệu điều chế.

- Công suất cung cấp một chiều (PCC).

- Công suất cao tần ở đầu ra (Pra).

Trong khi kiểm tra và điều chỉnh các máy phát phải có tải giả để không gây nhiễu cho người sử dụng máy thu Đừng bao giờ vận hành một máy phát mà không có tải giả hoặc anten Nếu không transistor công suất cao tần sẽ bị phá hủy (chết) trong vài mili giây (ms). Để đo tần số vận hành, người ta thường dùng máy đếm tần số có độ chính xác cao nối ngay sau tải giả (P ra bé ) hoặc không nối trực tiếp với tải giả mà qua bộ suy giảm 20Db (Pra lớn) để đảm bảo an toàn cho máy đếm tần số. Để đo độ lớn của các thành phần hài, người ta thường sử dụng máy phân tích phổ nối trực tiếp với tải giả hoặc qua bộ suy giảm. Để kiểm tra dạng tín hiệu điều chế và hệ số điều chế có thể sử dụng máy hiện sóng tần số cao kết hợp với máy phân tích phổ. Để đo công suất cung cấp một chiều ta sử dụng Volt – Ampe kế để đo điện áp collector trung bình và dòng collector trung bình của tầng khuếch đại công suất ra. Để đo công suất cao tần của đầu ra có hai phương pháp:

- Đo công suất nung nóng thực tế bởi năng lượng cao tần bằng sự cảm ứng thay đổi trong điện trở của một thermistor hoặc sự tăng nhiệt độ của nước lạnh Thermistor là một dụng cụ đo lường rất nhạy có thể phát hiện mức công suất dưới 1mW Nói chung nó cũng được sử dụng ở tần số siêu cao.

- Kiểm tra điệp áp cao tần trên tải giả và tính toán công suất cao tần ở đầu ra theo biểu thức:

MÁY THU

Định nghĩa và phân loại máy thu

Máy thu là thiết bị đầu cuối trong hệ thống thông tin vô tuyến điện Máy thu có nhiệm vụ tiếp nhận và lập lại tin tức chứa trong tín hiệu chuyển đi từ máy phát dưới dạng sóng điện từ trường Máy thu phải loại bỏ được các loại nhiễu không mong muốn như nhiễu tự nhiên, nhiễu do đường truyền, điều kiện thời tiết,…khuếch đại tín hiệu và sau đó giải điều chế nó để nhận được thông tin ban đầu.

Các tham số kỹ thuật:

Hệ số khuếch đại (K RX ): Là khả năng khuếch đại đối với tín hiệu nhỏ nhất ở đầu vào máy thu Hệ số khuếch đại quyết định độ nhạy của máy thu. Độ nhạy: biểu thị khả năng thu tín hiệu yếu nhất của máy thu dù cho đài phát ở rất xa, hay mình ở nơi hẻo lánh nào đó mà vẫn đảm bảo được: Công suất ra danh định PL và tỷ số nén tín hiệu trên nhiễu (S/N) (tỷ số này càng lớn càng tốt), không thể hiện khả năng trong việc khuếch đại công suất, cường độ công suất.

Muốn nâng cao độ nhạy máy thu thì hệ số khuếch đại A v , A i phải lớn và mức độ tạp âm nội bộ, tính chất của linh kiện, phải thấp; giảm tạp âm ngay từ tầng đầu tiên khi truyền thông tin là quan trọng nhất trong việc giảm tạp âm nội bộ. Ởtrạng thái siêu cao tần, khi f > 30MHz, thì độ nhạy máy thu sẽ được xác định bằng công suất. Độ chọn lọc: là khả năng chèn ép các dạng nhiễu không phải là tín hiệu cần thu, ta có công thức: hệ số khuếch đại ở tần số

A f f0, Af là hệ số khuếch đại tại tần số f; hay nói cách

140 khác, độ chọn lọc là khả năng lựa chọn tín hiệu mà mình muốn nhận ra khỏi các nhiễu đầu vào tồn tại của máy thu. Độ ổn định tần số: tần ∆f của máy thu, Độ ổn định tần số của máy thu được đánh giá bằng độ di

∆f càng nhỏ thì độ ổn định tần số càng cao. Độ chính xác của tần số: Được đánh giá bằng độ sai lệch tần số giữa tần số trên bộ chỉ thị của máy thu và tần số cộng hưởng ở đầu vào của máy thu đó.

Dải tần công tác: Là một tham số quan trọng, đánh giá khả năng thu được dải tần số hay băng tần làm việc của máy thu và độ rộng băng tần thu được Một đặc điểm khác biệt của máy thu vô tuyến điện là dải tần làm việc rộng hơn so với máy phát.

Chế độ công tác: Chế độ công tác là khả năng máy thu có thể thu được các loại tín hiệu ở các chế độ điều chế khác nhau (máy thu đơn biên, đa biên, máy thu tương tự, máy thu kỹ thuật số).

Chất lượng lặp lại tin tức: để đánh giá được độ méo tín hiệu, chủ yếu ta xét độ méo ở tầng khuếch đại cuối cùng

Những chỉ tiêu kỹ thuật khác: công suất ra, thể hiện ở việc âm thanh phát ra; dải tần công tác, càng rộng càng tốt; tính ổn định về biên độ và tần số.

Việc phân loại máy thu có thể dựa theo chức năng, công suất, chế độ hoạt động, dải tần số làm việc hoặc có thể là dựa vào kiến trúc máy thu đó…:

- Phân loại theo công suất thu

Phân loại theo công suất nhỏ:

Phân loại theo công suất vừa:

Phân loại theo công suất lớn:

- Phân loại theo dải tần số công tắc gồm:

Máy thu sóng dài: dải tần từ 3 – 300KHz

Máy thu sóng trung: dài tần từ 300KHz – 3MHz

Máy thu sóng ngắn: dải tần từ 3 – 30MhHz

Máy thu sóng cực ngắn: dải tần từ 30 – 3000MHz

Máy thu sóng siêu cao tần

- Phân loại theo phương pháp điều chế: Điều chế biên độ (AM): đơn biên, đa biên Điều chế tần số (FM)

• Máy thu điều pha (PM)

- Phân loại theo tín hiệu tin tức:

Sơ đồ máy thu

Sơ đồ khối tổng quát mạch khuếch đại trực tiếp, việc nâng cấp độ nhạy và độ chọn lọc rất hạn chế do mạch khuếch đại trực tiếp quá đơn giản Khi độ, chế lại để nâng cấp độ nhạy và độ chọn lọc của mạch khuếch đại trực tiếp, nó sẽ ảnh hưởng đến số tầng khuếch đại, không thể tăng lên một cách tùy ý, vì số tầng càng tăng, tính ổn định của bộ khuếch đại cao tần RF (Radio Frequency) càng giảm; số mạch cộng hưởng sẽ tăng theo Vì vậy, nó sẽ làm cho mạch khuếch đại trực tiếp đắt tiền hơn Nếu ta thêm các thiết bị từ bên ngoài vào một cách bừa bãi, mạch này sẽ không sử dụng được Tần số càng cao, dải thông

142 càng rộng thì càng khó đạt được hệ số khuếch đại lớn nhất Dải thông để máy thu khuếch đại trực tiếp hoạt động tốt nhất được xác định bằng công thức:

Hệ số phẩm chất của mạch cộng hưởng Q càng cao, dải thông D càng hẹp, máy thu càng hoạt động tốt hơn Không dùng được trong hệ thống cộng hưởng phức tạp.

Hình 7.2.1: Sơ đồ khối đơn giản của máy thu khuếch đại trực tiếp

Hình 7.2.1.1: Sơ đồ khối tổng quát của máy thu đổi tần

Sơ đồ khối tổng quát mạch đổi tần AM và FM, mang tính chất phổ thông. Những ưu điểm của máy thu đổi tầng:

• Có thể đạt hệ số khuếch đại lớn.

• Bộ Khuếch Đại trước tách sóng được thực hiện ở hai tần số khác nhau.

• Có thể đạt được độ chọn lọc cao.

• Giải quyết đồng thời yêu cầu về độ chọn lọc và dải thông

• Những nhược điểm còn tồn đọng:

• Mạch thiết kế phức tạp.

• Tạp âm nội bộ cao.

• Phát sinh nhiễu mới không có tác động bên ngoài.

Sơ đồ khối tổng quát của máy thu đổi tần, khác phục được các yếu điểm của máy thu KĐ trực tiếp, đây là máy thu được sản xuất và kinh doanh nhiều hơn:

• Mạch vào thực tế là bộ lọc băng thông.

• Tần số trung gian, gọi tắt là trung tần KĐ IF, thường thấp hơn tần số tín hiệu, tần số thấp hơn thì tính ổn định cũng cao hơn và dễ điều khiển hơn là một giá trị cố định không thay đổi.

7.2.2 Máy thu đổi tần AM

Hình 7.2.2.1: Sơ đồ khối tổng quát của máy thu đổi tần AM Để giữ cho biên độ điện áp ra gần như không đổi dưới tác dụng của hiện tượng pha đinh và nhiều nguyên nhân khác nhau, ta sử dụng mạch tự động điều chỉnh độ khuếch đại AGC Khi máy thu AM yêu cầu chất lượng cao, ta sử dụng mạch tự động điều chỉnh tần số AFC.

7.2.3 Máy thu đổi tần FM

Hình 7.2.3.1: Sơ đồ tổng quát máy thu đổi tần FM

Về cơ bản nó giống sơ đồ khối máy thu AM, trong đó trung tần f,,7 MHz và bộ tách sóng là bộ tách sóng tần số Để tránh hiện tượng điều biên ký sinh gây méo tín hiệu sau tách sóng, ta đặt bộ hạn chế biên độ ngay trước bộ tách sóng tần số hoặc sử dụng bộ tách sóng tỷ số vì nó có mạch hạn biên Đối với máy thu đổi tần FM, độ ổn định tần số yêu cầu rất cao nên bắt buộc phải có mạch AFC.

7.2.4 Máy thu đơn biên SSB

Máy thu đơn biên khác với các máy thu khác ở chỗ có nhiều bộ đổi tần để đưa phổ của tín hiệu tần số cao về miền tần số thấp Nó gồm có 5 khối chính sau đây:

+Khối tuyến tính bao gồm: mạch vào (MV), khuếch đại cao tần (KĐCT1), đổi tần 1 (ĐTI), khuếch đại trung gian 1 (KTG1), và đổi tần 2 (ĐT2) Trong khối này, tín hiệu được đổi tần 2 lần nhờ trộn với tín hiệu dao động từ bộ dao động 1 và 2.

+ Khối tách sóng bao gồm: Lọc thông dải (LTD), khuếch đại trung gian 2

(KTG2), đổi tần 3 (ĐT3) và tách sóng biên độ (TSBĐ).

+ Khối tự động điều chỉnh độ khuếch đại (AVC) bao gồm: mạch lọc dải hẹp (LDH), khuếch đại trung gian 3 (KTG3) và AVC.

+ Khối tự động điều chỉnh tần số (AFC) bao gồm: Dao động 4 (DĐ4), đổi tần

4(ĐT4), đổi tấn 5 (ĐT5), hạn chế biên độ (HCBĐ), tách sóng tần số (TSTS), và bộ điều khiển (ĐK).

+ Khối khuếch đại công suất âm tần( KĐCSÂT)

Hình 7.2.4.1: Sơ đồ khối tổng quát của máy thu đơn biên SSB

Nguyên lý hoạt động: Tín hiệu cao tần từ anten vào mạch vào, được khuếch đại nhờ mạch KĐCT, qua đổi tần 1 để đổi xuống tấn số trung gian nhờ phối hợp với dao động 1, được khuếch đại nhờ khuếch đại trung gian 1, qua đổi tần

2 và đến mạch lọc thông dải hạn chế nhiễu và lọc lấy tín hiệu hữu ích Sau đó tín hiệu được nâng biên độ nhờ bộ khuếch đại trung gian 2 và được đưa vào bộ đổi tần 3 để trộn với tín hiệu hình sine từ bộ dao động 3, có tần số sóng mang phụ f8KHZ Tín hiệu ra được đưa vào bộ tách sóng biên độ (đơn giản chỉ gồm Diode và R,C) để tạo lại tín hiệu âm tần Sau đó, tín hiệu âm tần để đưa vào tầng khuếch đại âm tần để đưa ra loa.

146 Đối với máy phát có phát một phần tần số sóng mang phụ 38KHZ thì máy thu có thêm bộ phận khôi phục tần số sóng mang phụ và mạch tự động điều chỉnh tần số AFC Khi đó, tín hiệu trung tần tại điểm A đồng thời được đưa vào bộ lọc dải hẹp, lọc lấy tần số sóng báo f,8KHZ, khuếch đại nhờ KTG3, rồi đưa vào bộ đổi tần 4 để trộn với tần số ổn định f, từ bộ dao động 4 (dao động thạch anh) Tín hiệu hiệu f,-f, lại được đưa vào bộ đổi tấn 4 để trộn với tần số sóng mang phụ f (từ bộ dao động 3) Ở đầu ra ta nhận được tín hiệu (f,-f,-f) Tín hiệu này qua bộ hạn chế biên độ, vào tách sóng tần số, rồi đưa đến bộ điều khiển của hệ thống tự động điều chỉnh tần số f, Điện áp đầu ra của bộ điều khiển Va=0 khi f,=f Khi f,z fm thì V z 0, điều khiển cho f, thay đổi sao cho nhận được f,=fm

Mạch vào máy thu

7.3.1 Khái niệm và đặc điểm chung

Mạch vào máy thu là khối đầu tiên trong máy thu và nhiệm vụ của mạch vào là chuyển tín hiệu cao tần nhận được từ anten thu đến tầng KĐCT và đảm nhiệm một phần độ chọn lọc của máy thu (chọn lọc tần số ảnh, chọn lọc lọt thẳng)

Tùy loại mạch vào của máy thu, mà nó có thể chọn lọc được tần số cần thu hay chọn lọc dải tần số thu hoặc chọn lọc kênh cùng tần số lân cận.

Mạch vào là mạch điện nối liên anten với đầu vào của máy thu Nó có đặc điểm như sau:

- truyền đạt tín hiệu từ anten vào máy thu

- là phần quan trọng quyết định chất lượng máy thu

Bảo đảm hệ số truyền đạt lớn và đồng đều trong cả dải băng sóng.

Ví dụ băng sóng MW: 550KHZ-1600KHZ, v0 uv

Hình 7.3.1.1: Hệ số truyền đạt đồng đều cả băng sóng MW

-Độ chọn lọc tần số, tần số lân cận, tần số trung tần, tần số ảnh phải bảo đảm chỉ tiêu đề ra.

- Bảo đảm thu hết băng thông cho từng đài phát

Mạch vào bao gồm 3 thành phần:

+ Hệ thống cộng hưởng (đơn hoặc kép) có thể điều chỉnh đến tần số cần thu.

+ Mạch ghép với nguồn tín hiệu từ anten

+ Mạch ghép với tải của mạch vào (tầng khuếch đại cao tần đầu tiên) Để điều chỉnh cộng hưởng mạch vào, người ta thường sử dụng các tụ điện có điện dung biến đổi vì chúng dễ chế tạo chính xác hơn là cuộn dây có điện cảm biến đổi (đặc biệt trong trường hợp cần đồng chỉnh nhiều mạch cộng hưởng). Mặt khác, phạm vi biến đổi của tụ điện lớn, bền chặt, ổn định (C ít biến đổi theo điều kiện bên ngoài) Một số mạch điều chỉnh liên tục bằng điện dung. Mạch vào làm việc trong phạm vi tần số rộng thì phải kết hợp cả hai cách điều chỉnh liên tục và từng nấc Băng sóng được chia ra nhiều băng nhỏ, khi chuyển từ băng nọ sang băng kia phải điều chỉnh theo từng nấc, còn trong mỗi băng, người ta sử dụng mạch cộng hưởng điều chỉnh liên tục để chọn kênh. Đối với máy thu thế hệ mới thì người ta sử dụng Varicap để thực hiện việc điều chỉnh cộng hưởng này.

7.3.2 Các yêu cầu của mạch vào máy thu

Là tỉ số giữa điện áp ra của mạch vào điều chỉnh cộng hưởng ở một tần số nào đó và sức điện động cảm ứng trên anten (Ea).

= càng lớn thì hệ số khuếch đại chung của toàn máy càng lớn Trong các máy thu giá rẻ, người ta thường cố gắng nâng cao giá trị AMV để đảm bảo độ nhạy máy thu, đây chỉ là biện pháp tương đối, ở cả máy thu AM, FM đều phải đạt được hệ số truyền đạt nhất định để có thể hoạt động tốt nhất. Đây là tiêu chí quan trọng nhất để xét độ chất lượng của máy thu.

7.3.2.2 Độ chọn lọc Độ chọn lọc của mạch vào được xác định bởi tỉ số giữa hệ số truyền đạt tại tần số cộng hưởng với một tần số f 1 nào đó:

Do đó đặc tuyến cộng hưởng ở mạch vào luôn yêu cầu độ nhọn lớn nên δ càng lớn càng tốt Độ chọn lọc: δ phụ thuộc vào hệ số phẩm chất Q của các linh kiện trong mạch vào Do đó để tăng cường độ chọn lọc thì các linh kiện của khung cộng hưởng cũng phải có độ phẩm chất cao phù hợp với dải tần công tác.

7.3.2.3 Dải thông D (BW) 7.3.2.4 Dải tần làm việc

Gọi dải tần số làm việc của máy thu là: fomin-fomax Tần đoạn làm việc được định nghĩa như sau:

Dải tần nói trên có thể được chia A thành nhiều băng tần bằng cách chia thành nhiều cuộn dây cho các băng tần, mỗi băng tần tương ứng với một cuộn dây khác nhau Tỉ số giữa fbmax và fbmin ứng với mỗi băng gọi là hệ số trùm băng 149

7.3.3 Phân loại mạch vào máy thu

Phân loại theo dải tần làm việc:

-Mạch vào cộng hưởng ở một số tần số (mạch vào dải hẹp): tần số cần thu được chọn lọc và cộng hưởng ngay ở mạch vào sẽ có khả năng lọc nhiễu và lọc bỏ tần số lân cận, tần số ảnh tốt Đối với mạch dao động loại này, để thu được các tần số khác nhau thì cần phải tích hợp nhiều khung cộng hưởng do đó khó thực hiện trong các mạch tích hợp Mặt khác, cường độ tín hiệu đưa vào KĐCT lớn, do đó S/N ở đầu vào của KĐCT sẽ lớn.

-Mạch vào cộng hưởng ở các dải tần số của máy thu (mạch vào dải rộng) Loại mạch vào này có khả năng thu nhận tất cả các tín hiệu trong dải tần công tác.

Có độ rộng dải thông lớn, đặc tính biên độ tần số vào nhỏ Tỷ số S/N cho ra nhỏ, độ chọn lọc kém Nhưng kết cấu mạch nhỏ dễ tích hợp và phù hợp với các loại máy thu có tự động điều khiển -Phân loại theo cấu trúc:

Hình 7.3.3.1: Mạch vào máy thu

- Mạch vào LC: dùng khung cộng hưởng LC, tần số cộng hưởng f0 được hiệu chỉnh qua trị số của tụ điện biến đổi: 0 = 2 √ 1 Đặc tính biên độ tần số nhọn,

150 dải tần hẹp, độ chọn lọc cao song dải tần điều chỉnh phụ thuộc vào giá trị điều chỉnh C

- Mạch vào RLC: kết hợp giữa cơ cấu LC và điện trở R làm tăng dải tần công tác nhưng lại làm giảm độ chọn lọc Đặc tính biên độ tần số của mạch giảm, điện trở R tham gia giải pháp mở rộng dải tần cộng tác của mạch.

- Mạch vào dùng diode biến dung kết hợp với khung LC: là sự kết hợp của 2 thành phần trên Mạch vào này có kích thước nhỏ, dải tần công tác lớn Để tăng dải điều chỉnh công tác người ta mắc thêm các mắt lọc LC kết hợp thông qua điều khiển đóng ngắt các mắt lọc LC qua việc điều khiển các rơle Mặt khác khi sử dụng loại diode biến dung, giá trị dung kháng có thể điều khiển thông qua điện áp nên mạch có thể điều khiển có nhớ thông qua bộ xử lý CPU và chip nhớ Chính vì thế mạch thường được sử dụng trong các máy thu dải rộng, tự động điều chỉnh tần số thu.

-Mạch vào dùng RC: kích thước khá nhỏ gọn, dải tần công tác khá rộng nhưng độ chọn lọc và ổn định tần số rất kém.

-Mạch vào dùng tinh thể thạch anh: Để tăng độ chọn lọc ổn định tần số người ta có thể sử dụng tinh thể thạch anh để xây dựng mạch vào có tần số cộng hưởng chính xác Thường ít sử dụng, nếu có chỉ sử dụng cho loại máy chuyên dụng thu một tần số, nhỏ gọn và chất lượng cao.

7.3.4 Các tham số mạch vào máy thu

Hệ số truyền đạt: là thông số quan trọng của mạch vào = 0

Với E a là suất điện động cảm ứng trên anten;

U r0 là điện áp ra của mạch vào tại tần số cộng hưởng.

Nếu anten và mạch vào ghép biến áp thh́ì hệ số truyền đạt được xác định như sau: = 0 tại tần số cộng hưởng f 0

151 Độ chọn lọc δ: Độ chọn lọc của mạch vào được xác định bởi tỉ số giữa hệ số truyền đạt tại tần số cộng hưởng với một tần số f 1 nào đó: = ( 0) = Do đó

Đổi tần

Có nhiệm vụ tạo ra tần số trung gian sau khi tổng hợp hai thành phần Khi đưa tín hiệu dao động nội và tín hiệu cao tần cộng hưởng vào cùng một phần tử trộn tần (diode, transistor, FET, IC, ), nhờ đặc tuyến phi tuyến của nó mà tín hiệu đầu vào sẽ được đổi tần Dao động phách sinh ra tạo nên tần số mới.

Thực chất là một tầng khuếch đại cao tầng PF có hai tần số khác nhau và đầu ra bộ đổi tần có vô số tần số cộng hưởng tại tần số trung gian nf th f tg =

Vì đầu ra bộ đổi tần ta đặt một mạch f ns

− động nội, f th là tần số tín hiệu thu vào, dao động nội bên trong phải lớn hơn giá trị tín hiệu cần thu vào.

Các chỉ số đặc trưng cơ bản của bộ trộn tần.

- Dải tần làm việc: phụ thuộc vào dải tần làm việc của bộ dao động nội.

- Hệ số khuếch đại công suất: Kp = Ptt/Ps.

- Hệ số khuếch đại điện áp: KU= Utt/Us.

- Độ chọn lọc: Bộ trộn tần không chọn lọc nhiễu các tần số ảnh, hệ số này phải được nâng cao ngay từ các tầng trước trộn tần.

Khuếch đại trung tần IF và các bộ lọc

Khuếch đại trung tần có nhiệm vụ khuếch đại tín hiệu trung tần đến một giá trị nhất định trước khi đưa vào mạch tách sóng, việc này quyết định độ chọn lọc và độ nhạy máy thu.

Có độ chọn lọc cao nhờ các bộ lọc IF

Nằm ở sau bộ đổi tần có nhiệm vụ: khuếch đại lớn tín hiệu nhỏ sau bộ đổi tần (R.) đến mức cần thiết giải điều chế, có độ chọn lọc cao (nhờ các bộ lọc IF) tín hiệu mong muốn và loại nhiễu ngoài băng thông, có AGC (Automatic gain Control) tránh quá tải cho giải điều chế, giảm méo giải điều chế trong hệ thống FM (Frequency Modulation) Mức tín hiệu sau đổi tần khoảng < 1mV, trong khi hầu hết các bộ giải điều chế AM, FM, PM yêu cầu mức tín hiệu khoảng 1 V, Độ lợi khuếch đại điện áp trung tần (60√100)dB Hai hoặc 3 tầng khuếch đại IF dùng BJT, FET, MOSFET cho phép đạt giá trị này Công nghệ vi mạch hiện đại hầu như đã chuẩn hóa vi mạch sau đổi tần.

7.5.2 Các dạng mạch trung tần

Hình 7.5.2.1: Vi mạch AN7224 khuếch đại IF, giải điều chế

FM, AN7116 khuếch đại âm tần

Hình 7.5.2.2: IC khuếch đại IF MFC4010 khuếch đại hạn biên 60dB, điện áp ra 200mW, IC MC1357 khuếch đại hạn biên-giải điều chế FM

Hình 7.5.2.3: Khuếch đại IF có AGC dùng MOFEST, BJT

Vi mạch phổ thông CA3028A có thể làm bộ trộn, khuếch đại RF tới 120MHZ, khuếch đại IF có AGC.

Hình 7.5.2.4: Vi mạch CA3028A làm khuếch dại IF có AGC

Hình 7.5.2.5: Khuếch đại IF dāi rộng nhiễu thấp trong viba và

7.5.3 Các bộ lọc trung tần

1) Mạch cộng hưởng song song:

Một dạng bộ lọc trung tần có bảng hẹp Q khoảng 50√100.

2) Bộ lọc ghép hỗ cảm hai mạch điều hướng:

Hai mạch điều hưởng ghép hỗ cảm tạo thành bộ lọc trung tần có độ dốc khá lớn với băng thông mong muốn để điều chỉnh bằng cách thay đổi hệ số ghép.

Hình 7.5.3.1: Đáp tuyến truyền đạt mạch điều hưởng ghép hổ cảm

3) Bộ lọc ghép điện dung hai mạch điều hướng:

Hình 7.5.3.2: Bộ lọc IF dùng 2 mạch điều hưởng ghép điện dung.

Kiểu ghép này có cùng ưu điểm như ghép hỗ cảm: đáp tuyến khá phẳng trong băng thông IF, độ dốc khá lớn, độ chọn lọc khá cao, dễ thay đổi băng thông nhờ

Cghép Phương pháp tính toán được đề cập trong tài liệu lý thuyết mạch - tín hiệu và kỹ thuật mạch điện tử thông tin.

4) Bộ lọc thạch anh (Crystal Filter)

Bộ lọc thạch anh làm từ thạch anh SiO: Thạch anh có hiệu ứng áp điện Piezoelectric, tức là khi đặt một điện áp vào thạch anh, nó sẽ dao động ở tần số cộng hưởng riêng ổn định và ngược lại Tần số này phụ thuộc kích thước, độ dày hướng trục cất thạch anh, Phiến cát càng mỏng, tần số dao động riêng càng tăng Tần số dao động thạch anh ổn định khoảng 20KHZ đến 50 MHz.

Hình 7.5.3.3: Ký hiệu thạch anh và mạch điện tương đương, điện kháng thạch anh

Tại cộng hưởng song song trở kháng thạch anh rất lớn Tần số , gần bằng , nên thạch anh là linh kiện lý tưởng cho bộ lọc IF có độ dốc rất cao Tổ hợp các thạch anh với sự lựa chọn hợp lý tần số , cấu tạo nên các bộ lọc với bảng thông cần thiết, độ chọn lọc cao.

Hình 7.5.3.4: Bộ lọc TA và đáp tuyến

TA1 và 2 cộng hưởng nối tiếp ở một tần số, TA3 và 4 cộng hưởng ở tần số khác Sự khác biệt giữa hai tần số xác định băng thông bộ lọc khoảng 1,5 lần hiệu hai tần số trên.

Bộ lọc BPF lý tưởng có SF = 1 Bộ lọc TA có SF gần bằng 1 ở khoảng tần số 100KHZ căn 50MHZ (giới hạn độ dày thạch anh) Bộ lọc này mắc tiền, khó chế tạo, chất lượng cao, dùng trong hệ thống thông tin chuyên dụng cao cấp.

Hình 7.5.3.5: Các dạng mạch lọc TA

5) Bộ lọc gốm sứ (Ceramic Filter - CF):

Bộ lọc gốm sứ cấu tạo từ Zirconate - Titanate, có hiệu ứng áp điện tương tự thạch anh, nhưng hệ số phẩm chất Q cỡ 2000, giá rẻ , kích thước nhỏ, ứng dụng phổ biến Khoảng tần số làm việc 100KHZ đến 20MHZ băng thông (2√350.)KHz Các tần số trung tần thường gặp 200KHZ; 455KHZ (2; 4,5; 5,5; 6,5; 10,7) MHz Tỷ số băng thông trên tần số trung tâm 15√0,8.

Hình 7.5.3.6: Ký hiệu và đáp tuyến bộ lọc CF

SF của bộ lọc CF trên: CF= 8kHz/ 6,8kHz= 1,18

6) Bộ lọc SAW ( Surface Acoustic Wave Filter):

Bộ lọc SAW chế tạo bằng công nghệ trên vật liệu áp điện tương tự thạch anh - Lithium Niobate Sóng âm học bể mặt (SAW) lan truyền trên bề mặt vật liệu rắn có tính áp điện với vận tốc 3000 m/s, nhỏ hơn nhiều vận tốc sóng vô tuyến Tức là bước sóng âm học của tín hiệu ngắn hơn nhiều bước sóng điện, làm cho kích thước bộ lọc SAW nhỏ Đặc tính lan truyền SAW phụ thuộc kích cỡ, khoảng cách các điện cực Khi có tín hiệu xoay chiều tới, sóng âm học bề mật được tạo ra từ điện cực ngõ vào lan truyền đến điện cực ngõ ra, Khoảng cách giữa các điện cực xác định bước sóng lan truyền (tần số) Độ dài các điện cực xác định độ mạnh của tín hiệu Số điện cực tỉ lệ nghịch với băng thông Ví dụ: f = 100MHZ; bước sóng lan truyền trong bộ lọc SAW là: 3*10^-5m

Hình 7.5.3.6: Ký hiệu và cấu trúc bộ lọc SAW

7.6 Tự động điều chỉnh AFC/AGC

7.6.1 Mạch tự động điều chỉnh AFC( Automatic Frequency

Một kiểu mạch điều khiển hồi tiếp tương tự AGC dùng ở máy thu cao tần gọi là AFC (tự động điều chỉnh tần số), làm cho tần số dao động nội máy thu đổi tần được ổn định không bị trôi (do nhiều nguyên nhân như nhiệt độ thay đổi, thông số ký sinh ảnh hưởng độ ổn định dao động nội)

Trong các máy thu tần số cố định như điện thoại Cordless Telephone, vấn để trôi tần số được giải quyết bằng tần số dao động thạch anh ổn định.

Nguyên lý mạch: một phần tín hiệu đầu ra của bộ KĐTT qua mạch tách sóng tần số để đưa ra tín hiệu điện áp tỉ lệ với sự chênh lệch tần số trung tần Điện áp này sau khi được lọc và khuếch đại sẽ qua mạch điều chỉnh tác động vào mạch tạo dao động ngoại sai làm cho sự sai lệch tần số trung tần được giảm bớt.

Mạch tự động điều khiển tần số sẽ cảm biến theo mức tín hiệu trung bình và kiểm tra độ sai lệch tần số, qua đó tự động điều hưởng tần số cho phù hợp.

Trong máy thu hiện nay người ta thay mạch AFC bằng một mạch vòng khóa pha PLL hoạt động theo nguyên tắc vòng điều khiển có sơ đồ như sau:

Hình 7.6.1.1: Mạch AFC sử dụng vòng khóa pha

7.6.2 Mạch tự động điều chỉnh AGC( Automatic Gain Control)