Đồ án tốt nghiệp máy phát hình điều chế trung tần

Đồ án tốt nghiệp máy phát hình điều chế trung tần Lời Mở Đầu Vô tuyến truyền hình phơng tiện thông tin đại chúng thịnh hành ngày phát triển tiến vợt bậc kĩ thuật, công nghệ điện tử tin học Kỹ thuật truyền hình phát triển không ngừng Từ phát minh Becquerel (1839 - hiệu ứng quang điện), thời kỳ thí nghiệm truyền hình đen trắng năm 20 - 30 kỷ 20 với độ phân giải thấp (năm 1930 hÃng BBC phát 30 dòng, 12,5 ảnh/giây), năm 1937 hệ thống Beird 25 ảnh / giây, 240 dòng) Từ nghiên cứu, thí nghiệm truyền hình màu hệ NTSC sau chiến tranh giới thứ II Mỹ đà phát màu năm 1954 Với tiến không ngừng kỹ thuật điện tử, ngành truyền hình ngày đà phát triển nhanh với chất lợng ngày cao nớc ta, truyền hình đen trắng đà đợc phát thí nghiệm năm 1970, truyền hình màu hệ SECAM năm 1978 từ tháng năm 1991 phát theo hệ PAL D/K, tức phát màu hệ PAL kết hợp với hệ đen trắng OIRT Từ có truyền hình qua vệ tinh hầu hết tỉnh thành phố có máy phát hình công suất lớn, huyện miền núi hải đảo xa xôi có trạm phát truyền hình loại công suất nhỏ Sự mong muốn hiểu biết, vận hành thiết bị phát truyền hình yêu cầu thiết sinh viên khoa điện tử viễn thông vµ lµ sù ham thÝch cđa rÊt nhiỊu ngêi ViƯc nghiên cứu, khảo sát, thiết kế mạch điện tử ứng dụng lĩnh vực phát - truyền hình thiết thực có ý nghĩa khoa học Đồ án nghiên cứu vấn đề liên quan tới việc truyền tín hiệu mang thông tin hình ảnh tín hiệu mang thông tin âm sóng cao tần đợc chia làm hai phần Phần1: Lý thuyết gồm hai chơng + Chơng Một số khái niệm vô tuyến truyền hình + Chơng Máy phát hình phơng pháp ®iỊu chÕ  PhÇn : Thùc tÕ gåm hai chơng + Chơng 3: Sơ đồ khối nguyên lý máy phát hình NTV-20 + Chơng 4: Sơ đồ khối, nguyên lý máy phát hình màu LINEAR Do thời gian không nhiều kiến thức nhiều hạn chế nên đề tài không tránh khỏi sai sót, mong đợc đóng góp bảo thầy cô khoa Điện tử Viễn thông trờng Đại Học Bách Khoa Hà Nội bạn để đề tài đợc hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Đinh Hữu Thanh (Khoa Điện tử Viễn thông- Đại học BK Hà Nội) ngời đà trực tiếp giúp đỡ em hoàn thành đề tài Hà Nội, tháng năm 2005 Đồ án tốt nghiệp máy phát hình điều chế trung tần Phần 1: lý thuyết chung Chơng I: số khái niệm vô tuyến truyền hình I Khái niệm vô tuyến truyền hình Để hiểu khái niệm VTTH, ta trở lại xem xét trình gia công tín hiệu, truyền dẫn phát sóng phát nh 1.1 Phát Quá trình diễn biến kỹ thuật phát đợc minh hoạ hình 1: Tiếng nói, âm nhạc, dạng âm thanh, tiếng động dạng học (đ dạng học (đ ợc biểu thị áp suất P(N) đợc thiết bị micro biến đổi thành dạng tín hiệu điện liên tục biến điệu theo cờng độ âm sắc âm Tín hiệu điện đợc gia công phòng trung tâm kỹ thuật để đủ tiêu kỹ thuật chuyển qua khâu truyền dẫn tín hiệu (đờng cáp viba) đa tới máy phát Tại máy phát sóng mang (cao tần RF) đợc tín hiệu tiếng (sau khuếch đại đủ mức công suất) điều chế biến điệu theo biên độ (AM) theo tần số (FM) qua Anten phát lên không trung thành sóng điện cao tần máy thu trình diễn biến ngợc lại Máy thu bắt sóng cao tần khuếch đại, đổi tần, tách sóng để có tín hiệu tiếng khuếch đại âm tần, đa loa (tức trình biến đổi tín hiệu điện sang dạng áp suất học) ANT1 ANT2 TRUNG TÂM MIC Kỹ THUậT TRUYềN DẫN CáC MạCH MáY THU THANH MáY PHáT THANH SPK1 P(N) ==>u(t) ===========>f u(t) f U(t)=>u(t) => P(N) Hình phía phát phía thu Quá trình phát thu tín hiệu tiếng phát Từ hình - ta có: P(N) dạng học (đ áp suất học âm u(t) dạng häc (® tÝn hiƯu ®iƯn f [u(t)] … ë dạng học (đ sóng cao tần RF đà đợc ®iỊu chÕ bëi tÝn hiƯu ®iƯn 1.2 V« tun truyền hình Vô tuyến truyền hình truyền hình ảnh tiếng nói đến ngời xem Quá trình gia công phát tiếng nh phát Quá trình gia công tín hiệu hình ảnh phần phát thu đợc minh hoạ hình 1-2 (chỉ miêu tả phần hình): B(x,y) ==>U(t) ========>FU(t) FU(t) ==> U(t) =>B(x,y) ANT1 ANT2 cáp cáp camera gia công tín TRUYềN DẫN MáY PHáT CáC MạCH MáY THU hình phía phát Đồ án tốt nghiệp phía thu máy phát hình điều chế trung tần Hình - Quá trình phát thu truyền hình B(x,y) dạng học (đ độ chói quang học U(t) dạng học (đ tín hiệu hình F[U(t)] dạng học (đ sóng cao tần đà đợc điều chế tín hiệu hình Hình ảnh quang biểu thị độ chói phản xạ B(x,y) đợc thiết bị camera điện tử biến đổi thành tín hiệu điện U(t) Tín hiệu hình U(t) biến điệu theo sáng tối, màu sắc hình ảnh quang (khuôn hình x,y) tín hiệu không liên tục phân tán ảnh quang thành điểm (gọi phần tử hình) Tín hiệu hình tiếp tục tới trung tâm gia công đề đạt tiêu chuẩn kỹ thuật qua truyền dẫn đa tới máy phát hình để điều chế, qua mạnh khuếch đại cao tần, qua fidơ tới Anten phát vào không trung dới dạng sóng cao tần Phía máy thu hình, diễn biến ngợc lại Anten thu nhập sóng đài phát khuếch đại, đổi tần, tách sóng để phục hồi lại tín hiệu hình Sau khuếch đại đủ mức điện áp đỉnh - đỉnh (VPP), tín hiệu hình đợc đa tới đèn hình Đèn hình biến đổi tín hiệu điện thành hình ảnh quang tơng ứng Giữa phía phát phía thu cã tÝn hiƯu ®ång bé ®Ĩ ®ång bé cho mạch quét phía phát phía thu Truyền hình giống phát phơng thức, tức biến đổi âm (cơ học), hình ảnh (quang) thành tín hiệu điện điều chế sóng mang thành cao tần phát lên không trung Phần thu diễn ngợc lại, biến đổi tín hiệu điện thành âm (cơ) hình (quang) Sóng truyền hình khác với phát thanh: - Tín hiệu âm liên tục, dải tần âm thÊp tõ 20 Hz ®Õn 20KHz - TÝn hiƯu hình không liên tục, dải tần rộng MHz Vậy vô tuyến truyền hình ngành kỹ thuật vô tuyến - việc áp dụng kỹ thuât điện tử, tin học truyền hình ảnh, tiếng nói đồng đến ngời xem truyền hình phơng tiện thông tin đại chúng có sức thuyết phục cao II thông số tín hiệu vô tuyến truyền hình 2.1 Tín hiệu vô tuyến truyền hình toàn phần Tín hiệu vô tuyến truyền hình toàn phần bao gồm: - Tín hiệu hình toàn phần - Tín hiệu tiếng Các tiêu chuẩn cđa tÝn hiƯu tiÕng gièng nh ë ph¸t thanh, phần chủ yếu nêu thông số tín hiệu hình toàn phần Nh phần I đà nêu, Việt Nam ta phát hệ màu PALD/K (các tiêu màu theo hệ màu PAL kết hợp với hệ đen rắng OIRT), nên tiêu chuẩn kỹ thuật thông số tín hiệu hình toàn phần đợc khảo sát phần tín hiệu tiêu chuẩn hệ PALD/K 2 Tín hiệu hình đen trắng toàn phần Tín hiệu hình đen trắng toàn phần chứa đựng nội dung tin tức sau đây: Đồ án tốt nghiệp máy phát hình điều chế trung tần Xung đồng dòng ký hiệu : H Xung đồng mành ký hiệu : V Tín hiệu hình đen trắng Tổng hợp thành phần ( Tín hiệu + H+V) gọi tín hiệu đen trắng tổng hợp Ey Dải tần số phụ thuộc vào hệ: FCC tõ ®Õn MHz CCIR tõ ®Õn MHZ OIRT tõ ®Õn MHz TÝn hiƯu hình đen trắng đợc tính thêm tín hiệu âm Trong trờng hợp tín hiệu âm tín hiệu điều tần (thờng đợc điều tần tần sè 4,5MHz ; 5,5MHz hay 6,5MHz h×nh1- 3a: TÝn hiƯu hình + H +V Tín hiệu âm FM Tín hiệu vô tuyến truyền hình đen trắng FM 4.5 MHz ; 5.5MHz; 6.5MHz H×nh1 - 3a Ey FM Ey H×nh1 - 3b Phổ tín hiệu hình đen trắng f 2.3 Tín hiệu hình màu toàn phần PALD/K Truyền hình màu đời sau truyền hình đen trắng Vì ngời ta không muốn bỏ truyền hình đen trắng nên phải giữ nguyên toàn hệ thống truyền hình đen trắng đà sẵn có; nh truyền hình màu phải truyền thêm hai tin tức màu ER, EB đồng màu đợc mô tả nh hình vÏ : Ey max100% -135 ®é +135® é Møc % ®en0 Xung ®ång bé -33% -40% Xung ®ång bé mµu Đồ án tốt nghiệp máy phát hình điều chế trung tần Hình1-4a Tín hiệu hình tổng hợp Đồ án tốt nghiệp máy phát hình điều chế trung tần Emt m1(E r- Ey) m2( Eb -Ey) Ey f H×nh 1-4b Phỉ cđa tÝn hiƯu h×nh PAL D/K TÝn hiƯu màu toàn phần đợc tạo thành tín hiệu chói Ey, tín hiệu màu Em, xung đồng màu Esm, xung xoá tổng hợp Ex xung đồng tổng hợp Es Công thức biểu thị là: Emt = Ey + Em + Esm + Ex + Es (1) Trong đó: Emt dạng học (đ Tín hiệu màu toàn phần Ey = 0,3 ER + 0,59 EG + 0,11 EB (2) dạng học (đ Tín hiệu chói ER tín hiệu màu đỏ EG dạng học (đ tín hiệu màu xanh (lục) EB dạng học (đ tín hiệu màu xanh (lam) Em = m2(EB - Ey) sint  m1(ER - Ey)cost (3) … dạng học (đ Tín hiệu màu m1, m2 dạng học (đ hệ số điều chế biên độ màu = 2fm, fm dạng học (đ tần số mang màu Esm dạng học (đ đồng màu Ex dạng học (đ xoá tổng hợp, Es dạng học (đ đồng tổng hợp kênh truyền Tín hiệu âm đà đợc điều chế hệ PALD/K 6,5MHz Đồ án tốt nghiệp máy phát hình điều chế trung tần 2.4 Đặc điểm kỹ thuật hệ truyền hình PAL D/K Quét hình đợc thực quét dòng xen kẽ với tốc độ thời gian thuận dòng mành Tổng số dòng mành 625 dòng Tần số ảnh nửa tần số mành Tần số mành: 50 Hz, tần số dòng 15625 Hz Khuôn hình (tỷ số chiỊu réng vµ chiỊu cao): lµ 4:3 ChiỊu qt thuận dòng từ trái sang phải; chiều quét thuận mành từ xuống dới Các thông số phân tích hình bảng 1.1 Bảng 1.1 Các thông số phần tích hình Ký hiÖu H A B C D E F V J K L M N R S Tên thông số Thời gian quét dòng Thời gian xung xoá dòng Thời gian từ bắt đầu xoá dòng đến bắt đầu xung đồng dòng Thời gian từ bắt đầu đồng dòng tới kết thúc xoá dòng Thời gian xung đồng dòng Thời gian độ dốc trớc xoá dòng Thời gian độ dốc trớc đồng dòng Thời gian quét mành (nửa ảnh) Thời gian xoá mành Thời gian độ dốc xung xoá mành Thời gian xung cân trớc Thời gian xung đồng mành Thời gian xung cân sau Thời gian xung đồng Thời gian độ dốc xung cân đồng Đơn vị Trị số s s s 64 11,8  12,3 1,3  1,8 s 10  11 s s s s H s H H H s s 4,5  4,9 0,2  0,4 0,15  0,3 20 25 0,2  0,4 2,54 2,54 2,5 2,25 2,45 4,5 4,9 Đồ án tốt nghiệp máy phát hình điều chế trung tần 2.5 Các thông số tín hiệu hình màu toàn phần 2.5.1 Tín hiệu màu bản: Tín hiệu màu ER, EG, EB tơng ứng với màu phần thu (R), (G), (B) 2.5.2 ánh sáng trắng so sánh Khi truyền tín hiệu màu bản, ánh sáng trắng so sánh thu nhận đợc có giá trị giống ER = EG = EB Toạ độ ánh sáng trắng là: xc = 0,310; yc = 0,316 2.5.3 Tín hiệu chói Tín hiệu chói đợc tạo thành tổng hợp tuyến tính tín hiệu màu sau sửa phi tuyến là: Ey = 0,30 ER + 0,59 EG + 0,11 EB (4) Trong đó: Ey dạng học (đ tín hiệu chói ER dạng học (đ tín hiệu màu đỏ EG dạng học (đ tín hiệu màu xanh lục EB dạng học (đ tín hiệu màu xanh lam 2.5.4 Tín hiệu dạng hiệu: Tín hiệu hiệu (ER - Ey), (EB - Ey) đợc tạo thành từ tín hiệu màu sau đà tìm hiệu chói Tín hiệu (E R - Ey) đợc truyền với hệ số điều chế m = 0,877 tín hiệu (EB - Ey) đợc truyền với hệ số ®iỊu chÕ m2 = 0,493 Hai tÝn hiƯu hiƯu (ER - Ey) (EB - Ey) đợc truyền đồng thời dòng, nhng thành phần tín hiệu màu (ER - Ey) đợc truyền ngợc pha 180oC theo dòng 2.5.5 Lựa chọn tần số sóng mang màu Xét phổ tín hiệu hình (hình 1-5) Xác định tần phổ tín hiệu hình xác định thành phần xoay chiều tín hiệu, ứng với chi tiết lớn ảnh thành phần tần số thấp, ứng với chi tiết nhỏ ảnh thành phần tần số cao tần phổ tín hiệu hình Thành phần thấp tần phổ đợc xác định tần số quét mành Việc xác định giới hạn tần phổ đợc xác định thành phần tần số cao tín hiệu tơng ứng với chi tiết nhỏ cần truyền Tần số cao phổ tín hiệu hình phụ thuộc vào số dòng quét Để đạt đợc độ rõ cao số dòng quét lớn, dẫn đến độ rộng dải tần tín hiệu hình tăng lên Ngời ta sử dụng phơng pháp quét xen kẽ để giảm đợc dải tần tín hiệu Nếu quét liên tục với tỉ lệ khuôn hình 4:3 số ảnh truyền giây 25 số phần tử ảnh nhiều : 625 X 4/3 833 phần tử ảnh dòng 625 x 833 x25 13.000.000 phần tử ảnh giây Đồ án tốt nghiệp máy phát hình điều chÕ trung tÇn Nh vËy tÇn sè cao nhÊt cđa tín hiệu hình phải 13 MHz Các thiết bị làm việc với tần số 13 MHz phức tạp đắt nên đợc dùng chủ yếu vào mục đích quan trọng nh y tế, nghiên cứu khoa học v.v Để giảm đợc dải tần số tín hiệu ngời ta dùng phơng pháp quét xen kẽ ( hai bán ảnh chẵn lẻ), có nghĩa đà giảm dải tần số tín hiệu hình xuống nöa : 13 Mhz : = 6,5 Mhz u f v 2f v 3f v5f v n fv fHfH-fV fH 2fv3fV fH nfV f H fH + fV fH 3fV fH +nfV 2fH +fV 2fH nfV 2f H 2fH +fV 2fH +nfV 3fH nfV 3f H 3fH f +nfV Hình1-5 Phổ tín hiệu hình ( toàn ảnh màu đen) Đặc điểm phổ tín hiệu hình nhóm phổ hài tần số dòng tồn khoảng trống Có thể lợi dụng khoảng trống để truyền tín hiệu khác Trờng hỵp hai tÝn hiƯu cã cÊu tróc phỉ nh nÕu bè trÝ cho c¸c nhãm phỉ cđa tÝn hiệu thứ hai nằm vào khoảng trống nhóm phổ thứ truyền hai tín hiệu kênh thông tin sau tách chúng đợc phía thu Căn vào hình1-5 để ngời ta lựa chọn tần số mang màu: fm Nếu fm nằm dải tần Ey gây nhiễu (đỉnh dơng sóng mang mầu hình trắng đỉnh âm sóng mang mầu làm hình đen lại Nếu fm = sinh ô đen, ô trắng chạy chéo ảnh Nếu fm = n fH sinh ô đen ô trắng chạy dọc Nếu fm = (2n +1)fH/2 sinh hai ô đen hai ô trắng xen kẽ nhng sau mành (bán ảnh) lại đổi ngợc lại (do sóng mang mầu đảo pha sau dòng) điều đà làm giảm tối thiểu gây nhiễu Nh chọn tần số sóng mang màu fm để điều chế với tín hiệu màu dịch phổ tín hiệu màu lên phía tần số cao tín hiêu chói, đồng thời phải đảm bảo cho vạch phổ hai loại tín hiệu đan vào mà không trùng pha Đồ án tốt nghiệp máy phát hình điều chÕ trung tÇn Ey f fH V2f fV 3f fH-3 V 5f V fHfVV nfV nf V f fH + H fV fH +3fV fH +nfV um ( f ) f H f (n1)fH nf H fh/ H×nh 1-6 Minh ho¹ phỉ cđa tÝn hiƯu chãi (khi tÝn hiƯu hình làf mức đen) tín hiệu cao tầnf màu m = (n1/2)fH Tại máy thu, ngời ta cần có lọc đặc biệt (lọc thông dải) lọc đợc tín hiệu màu cao tần khái tÝn hiƯu chãi Nh vËy lùa chän tÇn số sóng mang phụ cần phải thoả mÃn: Tần số sóng mang phụ phải miền tần số cao tín hiệu chói tần số sóng mang phụ cao, kÝch thíc chi tiÕt ¶nh nhiƠu nã sinh ảnh truyền hình đen trắng nhỏ, mắt khó phát Phải nhỏ tần số cao nhÊt cđa phỉ tÇn tÝn hiƯu chãi ViƯc ghÐp phỉ tín hiệu nh tiết kiệm đợc dải thông tín hiệu truyền hình nhiên không tránh khỏi ảnh hởng lẫn loại tÝn hiƯu TÝn hiƯu tÇn sè sãng mang phơ fm gây dạng lới ảnh Đồng thời tín hiệu chói gây hiên tợng sai màu thành phần tần số cao tín hiệu chói không tách bỏ hoàn toàn khỏi tín hiệu sóng mang mầu lọc đơn giản Để giảm ảnh hởng có thể: Chọn tần số mang phụ cao đến mức giá trị cho phép, miền tần số cao biên độ thành phần phổ tín hiệu chói nhỏ Tăng đến mức giá trị cho phép gía trị tín hiệu mầu Với cách bố trí tần số nh vậy, thành phần phổ tín hiệu chói phổ tín hiệu màu không trùng nên phía thu tách riêng chúng Nếu dải tần tín hiệu chói khoảng MHz tần số mang phụ chọn khoảng 4,5 MHz Chọn tần số mang phụ cao lới nhiễu khó nhận thấy nhng làm cho phổ tín hiệu mang màu cao tần không n»m gän phỉ cđa tÝn hiƯu chãi, lµm më rộng dải thông hệ thống truyền hình màu Sau phân tích kĩ lỡng ngời ta định chọn : Tần số sóng mang màu cho truyền tín hiƯu hiƯu mµu lµ: fm = 4,43361875 MHz  Hz Biểu thức tần số sóng mang màu là: f 4n − fH+ V fm = (5) Trong đó: fH tần số dòng 15625 Hz 10