thiết kế máy thu fm

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG ĐỒ ÁN II THIẾT KẾ MÁY THU FM GVHD : PGS-TS Phạm Hồng Liên SVTH : MSSV : Lớp : 08DD2N Thiết kế máy thu FM Lời cám ơn Trước hết em xin cảm ơn cô Phạm Hồng Liên đã tận tình hướng dẫn cũng như giúp đỡ em hoàn thành đồ án này . Giúp em củng cố lại những kiến thức đã học và nâng cao hơn kiến thức của mình . Qua đồ án này em hiểu rõ hơn về máy thu và nguyên lý hoạt động của từng khối mach trong máy thu FM mà em đã được học ở trong môn điện tử thông tin Em cảm ơn cô đã tạo điều kiện thuận lợi và giúp đỡ em hoàn thành tốt đề tài này ,có đươc những kiến thức quan trọng trong thực tiễn giúp chúng chúng em cảm thầy vững vàng hơn cho mục tiêu theo đuổi của mình GVHD:PGS-TS Phạm Hồng Liên Page 2 Thiết kế máy thu FM LÝ THUYẾT I. Định nghĩa 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 lặp lại tin tức có chứa trong tín hiệu chuyển đi từ máy phát dưới dạng song điện từ. Máy thu phải loại bỏ các nhiễu không mong muốn, khuếch đại tín hiệu mong muốn và sau đó giải điều chế để nhận được thông tin ban đầu. Máy thu có rất nhiều tham số, nhưng chúng ta chúng ta chủ yếu xét các chỉ tiêu kỹ thuật cơ bản của máy thu như sau:  Độ nhạy: biểu thị khả năng thu tín hiệu yếu của máy thu. Độ nhạy đươc xác định bằng sức điện động cảm ứng tối thiểu của tín hiệu trên anten để đảm bảm cho máy thu làm việc bình thường và được đo bằng microvolt (μv). Điều kiện làm việc bình thườgn của máy thu là: • Đảm bảo công suất ra (điện áp ra) danh định. • Đảm bảo tỉ số tín hiệu trên nhiễu (S/N). Muốn nâng cao độ nhạy của máy thu thì hệ số khuếch đại (A V , A I ) của máy phải lớn hơn và mức tạp âm nội bộ của máy phải thấp (giảm tạp âm ở tầng đầu). Ở siêu cao tần (f>30 MHz) độ nhạy của máy thu thường được xác định bằng công suất chứ không phải bằng sức điện động cảm ứng trên anten.  Độ chọn lọc: là khả năng chèn ép các dạng nhiễu không phải là tín hiệu cần thu. Nói cách khác, độ chọn lọc là khả năng lựa chọn tín hiệu ra khỏi các loại nhiễu tồn tại ở đầu vào máy thu. Về mặt số lượng, độ chọn lọc được kí hiệu: A o : hệ số khuếch đại tần số f o hệ số khuếch đại tần số f Độ chọn lọc thường được tính bằng đơn vị dexibel: S dB =20logS e GVHD:PGS-TS Phạm Hồng Liên Page 3 Thiết kế máy thu FM Đôi khi người ta dùng độ chọn lọc theo hệ số: Vì vậy càng nhỏ càng tốt Máy thu lý tưởng có đặc tuyến hình chữ nhật Trong dãi thông D thì A=conts Ngoài dãi thông D thì A=0  Chất lượng lặp lại tin tức: được đánh giá bằng độ méo của tín hiệu (méo phi tuyến, méo tần số, méo pha), chủ yếu là xét độ méo ở tần khuếch đại công suất âm tần để sao cho tín hiệu ra loa ít bị méo dạng so với tín hiệu đưa tới bộ điều chế của máy phát. II.Sơ đồ khối tổng quát của mày thu: 1. Sơ đồ khối may thu khuếch đại trực tiếp: GVHD:PGS-TS Phạm Hồng Liên Page 4 Thiết kế máy thu FM Việc nâng cao độ nhạy và độ chọn lọc của máy thu bị hạn chế bởi những lý do:  Số tầng khuếch đại không thể tăng lên tùy ý vì: - Số tầng càng tăng thì tính ổn định của bộ khuếch đại cao tần RF càng giảm (tụ kí sinh C cb có thể gây tự kích) - Số tầng tăng thì số mạch cộng hưởng cũng tăng, hệ thống điều chỉnh cộng hưởng phức tạp, cồng kềnh.  Tần số cao khó đạt hệ số khuếch đại lớn  Tần số càng cao thì dải thông càng rộng, làm giảm độ chọn lọc của máy thu (D= ). Muốn có dải thông hẹp phải dùng mạch cộng hưởng có hệ số phẩm chất cao, có khi vượt qua khả năng chế tạo 2. Sơ đồ khối tổng quát của máy thu đổi tân (FM): Tín hiệu cao tần được điều chế (AM, FM, PM) nhận được từ anten qua mạch vào qua bộ khuếch đại cao tần RF được đưa vào bộ đổi tần để biến thaanhf tầng số tín hiệu khác gọi là tần số trung gian, nhưng quy luật điều chế vẫn không thay đổi. NHIỆM VỤ CÁC KHỐI:  Mạch vào: là mạch nối liền anten với đầu vào của tầng đầu tiên của máy thu, nó có nhiệm vụ chuyển tín hiệu cao tần nhận được từ anten thu đến tầng đầu tiên và đảm nhiệ 1 phần độ chọn lọc của máy thu. Mạch vào bao gồm 3 thành phần: - Hệ thống cộng hưởng (đơn hoặc kép) có thể điều chỉnh tần số cần thu. - Mạch ghép với nguồn tín hiệu của mạch vào (anten). - Mạch nối với tải của mạch vào. GVHD:PGS-TS Phạm Hồng Liên Page 5 Thiết kế máy thu FM  Bộ trộn tần: là quá trình tác động lên 2 tín hiệu sao cho trên đầu ra bộ trộn tần nhận được các thành phần tần số tổng và hiệu của 2 tín hiệu đó. III. Phân tích máy thu FM: 1. Mạch vào máy thu: Mạch vào là mạch điện nối liền anten với đầu vào của tầng đầu tiên của máy thu. Nó có nhiệm vụ chuyển tín hiệu cao tần nhận được từ anten thu đến tầng đầu tiên và đảm nhiệm một phần độ chọn lọc của máy thu. Mạch vào 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 của mạch vào (anten). - Mạch ghép với tải của mạch vào (tần khuếch đại cao tần đầu tiên). Để điều chỉnh cộng hưởng mạch vào, người ta thường sử dụng các tụ điện có điện dung C biến đổi vì chúng dễ chế tạo chính xác hơn là cuộn dây có điện cảm biến đổi. Do phạm vi biến đổi của tụ điện lớn C max /C min , bền chắc, ổn định (do C ít biến đổi theo điều kiện bên ngoài). Các mạch ghép anten với mạch cộng hưởng vào: a) Mạch cộng hưởng ghép điện dung ngoài với anten: 31 2 L 1 1 2 L 2 1 2 C 3 0 E 1 A N T E N N A C 2 Loại mạch này rất đơn giản nhưng ít được sử dụng do còn mang một số khuyết điểm Ap và Av thấp phụ thuộc nhiều vào tần số. Để khắc phục ta thường chọn cách ghép với tụ C có giá trị 0 ÷ 10 pF. b) Mạch cộng hưởng ghép điện dung trong với anten: GVHD:PGS-TS Phạm Hồng Liên Page 6 Thiết kế máy thu FM 31 2 C 3 0 1 21 2 E 1 A N T E N N A C 2 Mạch này có hệ số truyền đạt Av=const, nhưng Av và Ap thấp, hệ số mắc mạch phụ thuộc vào tần số, dó đó thường thì C gh >> C để C quyết định tần số của mạch cộng hưởng. Dạng mạch này thường dùng trong các bộ khuếch đại tần số trung gian. c) Mạch cộng hưởng ghép biến áp tự ngẫu với anten: Q 1 A 31 2 0 L 1 1 2 C 1 Dạng mạch này có độ ghép cố định (A p ≈ 1), cho nên đối với siêu cao tần thì hệ số tạp âm rất nhỏ. Vì vậy cách ghép này thường dùng ở tần số siêu cao, ngoài ra còn dùng với bộ khuếch đại dùng Transistor để tổn hao công suất mạch vào ít. d) Mạch cộng hưởng ghép biến áp với anten: Q 1 A 31 2 0 1 2 1 2 1 2 Dạng mạch này dùng nhiều trong máy thu. Độ ghép giữa anten và mạch cộng hưởng quyết định bởi hổ cảm M chứ không phải do Lgh. Ghép hổ cảm thì hệ số truyền đạt phụ thuộc vào tần số, còn độ ghép không phụ thuộc vào tần số, nên thường dùng GVHD:PGS-TS Phạm Hồng Liên Page 7 Thiết kế máy thu FM trong mạch khuếch đại cao tần. Các mạch ghép với tải của mạch vào cũng gồm ghép biến áp. 2. Mạch khuếch đại cao tần: Bộ này có nhiệm vụ khuếch đại tín hiệu điều chế cao tần đến một giá trị nhất định rồi đưa xuống khối phía sau. a) Các dạng mạch: Khối khuếch đại cao tần trong máy thu có cấu tạo như các mạch cơ bản trên, tải của khuếch đại cao tần có thể là biến trở, cuộn cảm hoặc mạch cộng hưởng. V c c 0 0 31 2 Nếu tải là điện trở thì hệ số khuếch đại của tầng sẽ tương đối đồng đều đối với mọi tần số. Tần số càng cao thì hệ số khuếch đại càng giảm nhưng không nhiều. Nếu tiến tới tần số cắt thì hệ số khuếch đại sẽ giảm nhanh. V c c 0 0 31 2 1 2 Khi tải là cuộn cảm thì khi tần số càng cao, hệ số khuếch đại của tầng càng tăng. Tất nhiên tần số đó cũng không thể vượt quá tần số cắt, bên cạnh đó còn bị hạn chế bởi điện dung của cuộn cảm. GVHD:PGS-TS Phạm Hồng Liên Page 8 Thiết kế máy thu FM V c c 0 0 31 2 L s L p 2 L p 1 Khi tải là mạch cộng hưởng thì hệ số khuếch đại sẽ lớn nhất ở tần số cộng hưởng của mạch (f 0 ), còn ở các tần số khác thì không được khuếch đại. Tần số cộng hưởng có thể điều chỉnh được như trong máy thu khuếch đại trực tiếp hoặc đã điều chỉnh cố định ở một tần số như khuếch đại trung tần trong máy thu đổi tần. So với mạch cộng hưởng thì có hệ số khuếch đại lớn nhiều lần so với tải điện trở hay cuộn cảm. b) Ghép tầng: Trong phần khuếch đại cao tần và khuếch đại trung tần thì kiểu ghép tần bằng biến áp là phổ biến nhất. Đối với mạch mắc BC thì trở kháng ra của tầng nhỏ so với trở kháng ra của mạch cộng hưởng. Có thể ghép sang tầng sau theo kiểu biến áp, tự biến áp hay ghép điện dung. Ngoài ra còn dùng các kiểu ghép điện trở, điện dung hay ghép trực tiếp giữa các tầng. Bộ khuếch đại cao tần làm việc ở tần số cao, đầu vào và ra đều là khung cộng hưởng nên dễ gây tự kích. Nguyên nhân là do ghép kí sinh giữa đầu vào và đầu ra. Để tần làm việc ổn định thì thường dùng những biện pháp sau: - Giảm hệ số khuếch đại của tầng. - Dùng mạch hồi tiếp âm, ví dụ mắc vào emitter một điện trở R E . - Mắc thêm một điện trở nối tiếp với collector hay một điện trở song song với mạch cộng hưởng. 3. Bộ trộn tần: Bộ trộn tần: là quá trình tác động lên hai tín hiệu sao cho trên đầu ra bộ trộn tần nhận được các thành phần tần số tổng và hiệu của hai tín hiệu đó. Mạch trộn tần dùng Transistor có thể mắc theo sơ đồ EC hoặc BC. Sơ đồ BC thường được dùng trong phạm vi tần số cao và siêu cao, vì tần số giới hạn của nó cao. GVHD:PGS-TS Phạm Hồng Liên Page 9 Thiết kế máy thu FM Các mạch trộn tần được mắc theo sơ đồ đẩy kéo có nhiều ưu điểm hơn so với sơ đồ đơn: - Méo phi tuyến nhỏ do hài bậc chẵn bị triệt tiêu. - Phổ tín hiệu ra hẹp. - Liên hệ giữa mạch tín hiệu và mạch ngoại sai ít. - Khả năng xuất hiện điều chế giao thoa thấp. 4. Mạch trung tần và tách song: Nhiệm vụ chủ yếu của bộ tách sóng là dời phổ từ miền tần số cao về miền tần số thấp đồng thời làm biến đổi cơ cấu của phổ tín hiệu. Để thực hiện việc này ta phải dùng các phần tử phi tuyến (diode, transtor…) và các phần tử tuyến tính có tham số biến đổi tuần hoàn theo thời gian. Nói tóm lại là mạch tách tín hiệu âm tần ra khỏi tín hiệu điều chế và khôi phục lại tín hiệu âm tần ban đầu. Phụ thuộc vào phương thức điều chế ta có hai loại mạch tách song: tách sóng tín hiệu điều biên (tách sóng biên độ), tách sóng tín hiệu điều tần (tách sóng tần số). Các yêu cầu của khối tách sóng: - Hệ số truyền đạt phải cao. - Trở khán vào của bộ tách sóng phải nhỏ. - Độ méo của tín hiệu phải nhỏ. - Hệ số chọn lọc cao tần phải nhỏ. Sơ đồ IC mạch trung tần và tách sóng MC 3361B: GVHD:PGS-TS Phạm Hồng Liên Page 10 [...]... cỏc ngừ bự pha cho tớn hiu GVHD:PGS-TS Phm Hng Liờn Page 13 Thit k mỏy thu FM Yờu cu bi: Tn s tớn hiu thu 10MHz in ỏp ngun 10(V) H s ghộp mch vo 0.4 Tn s trung tn 10.7MHz Sc in ng EA 100àV Cụng sut ra trờn ti 10W/10 Loi mch dao ng Clapp Kiu mc mch dao ng BC GVHD:PGS-TS Phm Hng Liờn Page 14 Thit k mỏy thu FM 1 Tớnh toỏn phn vo mch thu: A N T1 A N TE N N A C 2 C 2 1 1 L1 C 1 R a 2 L1 C 1 2 Ta cú: = =... mỏy thu FM f0= => Ta cú : m= = => =>Chn: C1=12(nF) Ctd= =>Chn: C2=7.5(nF) ch 1 chiu Rlc úng vai trũ lc ngun v thng cú giỏ tr vi trm ohm =>chn Rlc=1(k) Ta cú : => Clc Vy ta chn Clc=180(pF) 2 Mch khuch i cụng sut cao tn RF: R lo c V1 C 10Vdc R 2 T1 C 5 0 0 C 2 Q 1 C 3 1 E1 L1 R 1 R 3 AN TE N N A C 1 2 GVHD:PGS-TS Phm Hng Liờn C 4 Page 16 Thit k mỏy thu FM Chn transistor Q1 = 2SC1214 cú cỏc thụng s k thut...Thit k mỏy thu FM Chõn 1: Lm vic vi tn s f=10.245 MHz Chõn 2: Crystal OSC: dao ng ni dựng thch anh lm vic vi tn s f=10.245 MHz Chõn 3: T b trn tn a ra tớn hiu GVHD:PGS-TS Phm Hng Liờn Page 11 Thit k mỏy thu FM Chõn 4: L ngun cung cp ca b trn c ni tip vi in tr 18 K v n u ra ca b trn Chõn 5: L u vo ca b gii hn... Thit k mỏy thu FM V3 0 R lo c 10Vdc C 17 T2 C 10Vdc R2 T1 C 15 Lp1 U 4A 8 C7 3 Ls R5 + Lp2 OUT 2 X F R M _ N O N L IN /C T -P R I Q1 C3 C 18 - C 20 1 C 1 91 n LM 393 Q2 1 2 4 0 V- C5 0 0 V+ V1 C 16 C2 1 E1 R 11 SPEAKER L1 R1 C6 0 R4 R3 A N TE N N A LS1 R6 C4 C1 2 C8 R0 1 V2 C 14 L2 0 C9 C 13 10Vdc R9 2 0 0 1 Q3 L C 10 2 C 12 R8 R7 C 11 C0 0 GVHD:PGS-TS Phm Hng Liờn Page 29 Thit k mỏy thu FM NHN XẫT... OCL, BTL Ngy nay ngi ta thng dựng cỏc mch IC c tớch hp gim bt s phc tp cho mỏy thu - Mch khuch i cụng sut õm tn dựng IC LA4280: IC LA4280 gm 2 mch OTL c cung cp ngun n +Vcc Chõn 2 v chõn 7 cú cỏc t dn tớn hiu hi tip nghch xung mass tng - li Chõn 3 v 6 nh tớn hiu vo 2 kờnh GVHD:PGS-TS Phm Hng Liờn Page 12 Thit k mỏy thu FM - Chõn 11 v 13 l 2 ng dn tớn hiu ra loa qua t, ti õy cú mch lc Cz - v Rz Chõn... Chn C5 =15 (pF) 3.Mch trn tn : T2 C 7 T1 Lp1 Ls R 5 Lp2 X F R M _ N O N L IN /C T -P R I Q 2 C 6 R 4 R 6 C 8 0 Chn transistor cú cỏ Q2:2SC3099 thụng s k thut sau: Vmax = 20 V Imax = 0,03 A Pcmax = 0,15 W GVHD:PGS-TS Phm Hng Liờn Page 20 Thit k mỏy thu FM hfe = 80 ft = 3000 MHz ch 1 chiu: Chn I CQ 2 = 5 mA VR7 = 0,1 x Vcc = 0,1 x 10= 1 (V) VR 7 1 = 200( ) Suy ra: R6= I = 5.10 3 CQ2 `=> Chn : R6 =220... gii hn khuch i bin Chõn 6, 7: c tỏch riờng ra t b gii hn v a n dóy iu ch Chõn 8: a vo xung quanh bờn trong dói iu ch Chõn 9: Thu tớn hiu audio a vo b khuch i cao tn Chõn 10: u vo ca b lc biờn t cc õm Chõn 11: Tớn hiu a ra t b trn Chõn 12, 13, 14: Trong mch thit k mỏy thu FM tng t ta khụng s dng Chõn 15: Ni mass Chõn 16: Ni b lc trung tõm 5 - Demodulation: di iu biờn Mixer: b trn Limiter amp: b hn... 9k//3.15k=2.3(k) T C3 l t liờn lc dựng ghộp mch u vo vi tng khuch i C3 Chn C3=68(pF) T C4 l t bypass n nh nhit v tng li cho transistor Q1: Chn ZC4 R3 C4 GVHD:PGS-TS Phm Hng Liờn Page 19 Thit k mỏy thu FM Chn C4=150(pH) T s tng ng tớn hiu nh ta cú : C5 = CC (CM2 +Cbe2).a2 M : CM = (1+gm.ZL ) Cbc Vi : gm = 40.ICQ1 v ZL = Zi2 = 1837 ( ) 3 Suy ra : C M 2 = (1 + 40.10 1837).0,9 = 67( pF ) V C b 'e... = 0,1 VCC = 0,1 9 = 0.9(V) Suy ra : Chn Ta cú : Vbb1=V +ICQ1xR3=0.7 +10-3 x 103=1.7(V) Vy R1=Rb1x Chn R1=12(k) R2=Rb1 x Chn R2= 56(k) ch xoay chiu : GVHD:PGS-TS Phm Hng Liờn Page 17 Thit k mỏy thu FM Ta cú : f= fRF = 10MHz < 3 x f=1.65 MHz Vy mch hot ụng tn s trung bỡnh Vỡ hot ng ch lp A nờn gúc ct = 1800 Chn A =( 0,4 ữ 0,45) = 0,4 Vcm1 = A VCC = 0,4.9 = 3.6 (V) Ta cú 0() = 1()= sin cos... Rin =Rb2//hie2 =1760 // 560 = 424.8() ZC6 C6 1 2 f IF Z C 6 = 1 = 350( pF ) 2 10,7.10 6.42,48 Chn C6 = 390 (pF) T C8 l t bypass lm tng li v n nh nhit : GVHD:PGS-TS Phm Hng Liờn Page 21 Thit k mỏy thu FM ZC8 1 C8 2 f IF Z C 8 = 1 = 676( pF ) 2 10,7.10 6.22 Chn C8 = 680 (pF) ch xoay chiu : S tng ng tớn hiu nh : Rtủb Lb Cb.a2 Cb rbe a2 f = LC gmVbe RtủC CC fT 3000MHz = = 37,5 MHz hf e 80 suy ra: . mình GVHD:PGS-TS Phạm Hồng Liên Page 2 Thiết kế máy thu FM LÝ THUYẾT I. Định nghĩa 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 lặp. ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG ĐỒ ÁN II THIẾT KẾ MÁY THU FM GVHD : PGS-TS Phạm Hồng Liên SVTH : MSSV : Lớp : 08DD2N Thiết kế máy thu FM Lời cám ơn Trước hết em xin cảm ơn cô Phạm Hồng. của máy phát. II.Sơ đồ khối tổng quát của mày thu: 1. Sơ đồ khối may thu khuếch đại trực tiếp: GVHD:PGS-TS Phạm Hồng Liên Page 4 Thiết kế máy thu FM Việc nâng cao độ nhạy và độ chọn lọc của máy