tìm hiểu nguyên lý hoạt động của máy thu am

Yêu cầu: - Hiểu đợc các mạch điện cơ bản: mạch cộng hởng LC, mạch khuếch đại tínhiệu nhỏ, mạch khuếch đại công suất, khuếch đại thuật toán, mạch tách sóng.. KĐ âm tần Trộn tần Dao độngnộ

Bảng thông đồ án môn học.

Họ và tên:

Lớp :

Tên đồ án: Thiết kế máy thu AM Lần Ngày Nội Dung Nhận xét Chữ ký GVHD 1 2 3 4 5 ………

………

………

………

………

Nhận xét chung:

Chú ý :Điều kiện để sinh viên đợc phép bảo vệ đồ án: phải thông qua đầy đủ và có đầy đủ chũ ký của GVHD xác nhận Vinh, ngày tháng 6 năm 2010

Giáo viên hớng dẫn

Nguyễn Mục lục: Mở đầu: 3

I Mục đích: 4

II Yêu cầu: 4

III Tổng quan về đề tài: 4

1, Khái niệm chung về máy thu radio: 4

1.2 Điều chế tín hiệu radio: 4

1.3 Phân loại máy thu radio: 5

2, Lý thuyết máy thu radio: 7

2.1 Máy cổng hởng tần số: 8

2.2 Máy biến áp: 9

2.3 Mạch khuếch đại: 10

3.1 Mạch tách sóng: 16

IV Giới thiệu sơ đồ từng khối của máy thu AM: 18

1 Nguồn cung cấp: 18

2 Khối Anten và mạch vào: 18

3 Khối khuếch đại cao tần và mạch tách sóng: 18

4 Khối khuếch đại tiền công suất: 20

5 Khối khuếch đại công suât: 20

V Phân tích, thiết kế và tính toán: 21

1 Sơ đồ nguyên lý: 21

2 Khối Anten và mạch vào: 21

3 Khối khuếch đại cao tần và tách sóng: 23

4 Khối khuếch đại tiền công suât: 24

5 Khối khuếch đại công suât: 25

6 Nguyên lý làm việc chung: 26

7 Lắp ráp mạch, điều chỉnh để thu đợc sóng AM 27

A, Sơ đồ lắp rắp: 27

B, Giá trị linh kiện: 28

VI Kết luận: 30

mở đầu

Trớc sự phát triển nhanh chóng của khoa học và kỹ thuật thì các thiết bị

điện tử đóng vai trò rất quan trọng Nó giúp con ngời thực hiện các công việc một cách nhanh chóng và chính xác, làm tăng năng suất lao động và rút ngắn thời gian làm việc Các loại thiết bị hiện đại dần dần thay thế con ngời làm các công việc nặng nhọc và các công việc mang tính chất nguy hiểm

Bên cạnh các thiết bị phục vụ cho lợi ích con ngời thì nhu cầu về giải trí của con ngời khồng ngừng thay đổi Con ngời không ngừng thu thập và trao đổi

và nắm bắt các nguồn thông tin Từ đó nảy sinh ra các thiết bị điện tử nh: radio, máy nghe nhạc, tivi Từ các thiết bị điện tử cồng kềnh của thời xa thì nay các thiết bị gần nh tinh vi, siêu nhỏ nhng tính năng và hiệu quả làm việc của chúng thì rất cao và bền

Trong lĩnh vực phát thanh, truyền hình ở nớc ta, ngày nay đã có nhiều tiến

bộ đáng kể do có nhiều nhà khoa học, nhiều chuyên gia, nhiều kỹ s giỏi về khoa

2

học kỹ thuật cùng tham gia nghiên cứu và triển khai ứng dụng Kết quả có rấtnhiều thiết bị mới đợc đa vào thay thế các thiết bị, máy móc cũ mang lại hiệuquả kinh tế cao Tuy vậy, về phát thanh truyền hình cần có nhiều lĩnh vực cầntiếp tục nghiên cứu, học hỏi và phát triễn thêm đối với ngời làm kỹ thuật phátthanh truyền hình nói riêng và các kỹ s điện tử nói chung.

Dựa trên những kiến thức đã học về môn Kỹ thuật mạch điện tử, chúng

em nghiên cứu nguyên lý thu sóng radio AM thông qua đề tài: Tìm hiểu“ Tìm hiểu

nguyên lý hoạt động của máy thu AM ”

Tuy có nhiều cố gắng thực hiện thành công đồ án nhng không thể tránhkhỏi những hạn chế thiếu sót, nếu có điều kiện nhóm thực hiện sẽ nghiên cứusâu hơn và hoàn thiện hơn Mong nhận đợc sự góp ý chỉ bảo thêm của thầy cô

và các bạn để đề tài có thể hoàn thiện tốt hơn

Em xin chân thành cảm ơn cô giáo Nguyễn Thị Hằng đã chỉ bảo tận tình

trong quá trình thực hiện đề tài này

I mục đích:

- Giúp sinh viên nắm đợc kỹ thuật làm mạch

- Biết đợc nguyên lý của máy thu thanh

- Biết lắp ráp và điều chỉnh

II Yêu cầu:

- Hiểu đợc các mạch điện cơ bản: mạch cộng hởng LC, mạch khuếch đại tínhiệu nhỏ, mạch khuếch đại công suất, khuếch đại thuật toán, mạch tách sóng

- Mạch thiết kế phải thu đợc sóng AM

III Tổng quan về đề tài:

1 Khái niệm chung về máy thu radio:

1.1 Khái niệm:

Máy thu radio hay còn gọi là máy thu thanh là một thiết bị hoàn chỉnhdùng để thu nhận sóng radio mang thông tin, phục hồi lại tín hiệu thông tin vàkhuếch đại đến giá trị ban đầu và đa ra loa

1.2 Điều chế tín hiệu radio:

Trong kỹ thuật radio có hai cách điều chế tín hiệu cơ bản:

KĐ

âm tần

Trộn tần

Dao

độngnội

Táchsóng

Phơng pháp điều chế biên độ (điều biên) AM sử dụng một sóng có tần sốcao (rất lớn hơn tần số tín hiệu – AM (Amplitude Modulation): gọi là sóng mang) phối hợp với tín hiệu để tạo

ra một dạng sóng có tần số là tần số sóng mang, nhng biên độ thay đổi theodạng sóng tín hiệu Sóng AM đợc phát ra ngoài không gian

Sóng AM trong radio đợc chia thành các dải tần:

- Sóng trung – AM (Amplitude Modulation): MW (medium wave) có tần số từ 530 KHz – AM (Amplitude Modulation): 1600 KHz

- Sóng ngắn 1 – AM (Amplitude Modulation): SW1 (short wave) có tần số từ 2.3 MHz – AM (Amplitude Modulation): 7MHz

- Sóng ngắn 2 – AM (Amplitude Modulation): SW2 (short wave) có tần số từ 7MHz – AM (Amplitude Modulation): 22 MHz

Khi nói đến dải tần của một băng sóng, tức là nói đến tần số sóng mangcủa dải tần đó

1.2.2 Điều chế tần số – AM (Amplitude Modulation): FM (Frequency Modulation):

Khác với điều biên, điều chế tần số (điều tần) FM là làm thay đổi tần sốsóng mang theo biên độ tín hiệu Tần số sóng mang FM rất lớn hơn tần số sóngmang trong AM Dải tần FM từ 88 MHz – AM (Amplitude Modulation): 108 MHZ

Trong hai cách điều chế, thì phơng pháp điều chế FM cho tín hiệu đến nơithu trung thành hơn, ít sai lệch hơn là điều chế AM, bởi vì đờng truyền ảnh h-ởng rất ít đến tần số sóng truyền, nhng lại tác động rất lớn lên biên độ của nó.Tuy nhiên, sóng FM vì tần số rất lớn hơn tần số AM nên không truyền đợc xa

nh sóng AM

1.3 Phân loại máy thu radio và sơ đồ khối của máy thu:

Căn cứ vào cấu trúc sơ đồ mà ngời ta chia máy thu thanh thành hai loại:

- Máy thu thanh đổi tần

- Máy thu thanh khuếch đại thẳng

1.3.1 Máy thu thanh đổi tần:

Tín hiệu cao tần đã điều chế từ Anten đợc khuếch đại lên và biến đổi vềmột tần số trung gian không đổi gọi là tần số trung tần IF Trung tần này đợcchọn thấp hơn cao tần Tín hiệu trung tần này sau khi đi qua vài bộ khuếch đạitrung tần sẽ đợc đa đến mạch tách sóng, mạch khuếch đại âm tần và đa ra loa

Sơ đồ khối của một máy thu đổi tần có dạng nh sau:

4

Hình 1: Sơ đồ máy thu đổi tần.

- Bộ đổi tần: gồm mạch dao động nội và mạch trộn tần Khi trộn hai tần

số của tín hiệu dao động nội fn và tín hiệu cần thu f0 ta đợc tần số trung gian haycòn gọi là trung tần IF giữa tần số dao động nội và tần số cần thu

ftt = fn – AM (Amplitude Modulation): f0 = const

Khi tần số tín hiệu từ đài phát thay đổi từ f0min đến f0max thì tần số dao

động nội cũng phải thay đổi từ fnmin đến fnmax

Đối với máy thu điều biên (AM): fn = 455 KHz hoặc 465 KHz

Đối với máy thu điều tần (FM): fn = 10.7 MHz

- Bộ khuếch đại trung tần: có nhiệm vụ khuếch đại tín hiệu trung tần đến một giá trị đủ lớn để đa vào mạch tách sóng

- Tách sóng: có nhiệm vụ tách tín hiệu âm tần ra khỏi tín hiệu sóng mang

cao tần sau đó đa qua mạch khuếch đại âm tần trớc khi đa qua loa

Máy thu thanh đổi tần tuy có nhiều u điểm hơn máy thu thanh khuếch đạithẳng, nó truyền tín hiệu tốt hơn nhng rất khó để làm mạch thật nên trong đề tàinày chúng em làm máy thu thanh khuếch đại thẳng:

1.3.2 Máy thu thanh khuếch đại thẳng:

Tín hiệu cao tần thu từ Anten đợc khuếch đại thẳng và đa đến mạch táchsóng, mạch khuếch đại âm tần mà không qua mạch đổi tần

- u điểm: máy thu AM có thể truyền sóng đi xa tới hàng nghìn km

- Nhợc điểm: của sóng AM là dễ bị can nhiễu, dải tần âm thanh bị cắt xén do

đặc điểm của mạch tách sóng điều biên, do đó chất lợng âm thanh bị hạn chế

Sơ đồ khối của máy thu khuếch đại thẳng nh sau:

Hình 2: Sơ đồ khối của máy thu thanh khuếch đại thẳng

- Mạch vào: là mạch mắc giữa anten và tầng đầu tiên của máy thu, có nhiệm

vụ chủ yếu là nhận tín hiệu từ anten, chọn lọc các tín hiệu cần thu, do vậy mạchvào thờng là mạch cộng hởng

Tần số: f 1f0 f t.h.

Những yêu cầu cơ bản đối với mạch vào:

+ Hệ số truyền đạt: là tỉ số giữa điện áp ra của mạch vào điều chỉnh cộng h ởng ở một tần số nào đó và sức điện động cảm ứng trên anten (Ea)

A

o MV E

V

A 

AMV càng lớn thì hệ số khuếch đại chung của toàn máy càng lớn

E A : suất điện động cảm ứng trên anten.

f

A 

+ Đảm bảo biên độ chọn lọc: chọn lọc tần số lân cận, tần số ảnh f a = f0+2f tt,

và chọn lọc tần số lọc thẳng

+ Đảm bảo độ méo tần số cho phép trong dải tần số làm việc từ f0min f0max

- Mạch khuếch đại cao tần: nhằm mục đích khuếch đại bớc đầu cho tín hiệu

cao tần thu đợc từ Anten

- Tách sóng: có nhiệm vụ tách tín hiệu âm tần ra khỏi tín hiệu sóng mang cao

tần sau đó đa qua mạch khuếch đại trớc khi đa qua loa Mạch tách sóng baogồm Diode D1 tách lấy bán kỳ dơng của tín hiệu, sau đó đợc mạch lọc RC lọc

bỏ các thành phần cao tần, ở đầu ra thu đợc tín hiệu âm tần là đờng bao của tínhiệu cao tần

- Mạch khuếch đại tiền công suất: có tác dụng nâng cao tín hiệu cao tần đủ lớn

để kích thích tầng công suất

- Mạch khuếch đại công suất: dùng để cung cấp công suất đủ lớn để đa ra loa

2 Lý thuyết máy thu radio AM:

Trong phạm vi đề tài này ngời thực hiện chỉ thiết kế máy thu radio AMhoạt động theo nguyên lý máy thu thanh biến đổi thẳng, thu đợc sóng trung

MW (medium wave) có tần số từ 530 KHz – AM (Amplitude Modulation): 1600 KHz

C L

Z Z

Z Z

 =

1 LC

Trong mạch điện biến áp đợc ký hiệu nh sau:

Hình 4: Kí hiệu của biến áp.

Trong đó:

N1: Số vòng dây cuộn sơ cấp U1: Điện áp vào cuộn sơ cấp

N2: Số vòng dây cuộn thứ cấp U2: Điện áp ra cuộn thứ cấp

2.2.2 Nguyên lý làm việc:

Khi đặt vào cuộn sơ cấp một điện áp xoay chiều hình sin U1, trong lõithép xuất hiện một từ trờng biến thiên theo quy luật điện áp vào Từ trờng biếnthiên làm xuất hiện từ thông biến thiên, từ thông biến thiên này cảm ứng sangcuộn thứ cấp làm xuất hiện một điện áp xoay chiều hình sin Điện áp, số vòngdây cuộn sơ cấp và điện áp, số vòng dây cuộn thứ cấp liên hệ theo công thứcsau:

1

N

N

= 1

Giả sử đa một tín hiệu xoay chiều có dạng

sin, biên độ nhỏ vào chân B của BJT nh hình vẽ

Hình 6: Giản đồ thời gian tín hiệu vào và ra

Các tụ C1, C2 ở ngõ vào và ngõ ra đợc chọn nh thế nào để có thể xem nh nốitần Dung kháng rất nhỏ ở tần số tín hiệu Nh vậy tác dụng của các tụ liên lạc C-

1, C2 là cho thành phần xoay chiều của tín hiệu đi qua và ngăn thành phần phâncực một chiều

- Khi vB(t) < VB, tức bán kỳ dơng của tín

hiệu VBE tăng tức dòng IB tăng và do đó IC = IB

nên dòng cực thu IC cũng tăng Do đó điện thế tại

cực thu vC(t) = VCC – AM (Amplitude Modulation): RCiC(t) giảm hơn trị số tĩnh

VC

- Khi vB nhỏ hơn VB, tức bán kỳ âm của tín

hiệu, dòng IB giảm đa đến dòng IC cũng giảm và

dòng vC(t) tăng

Nh vậy ở mạch trên ta thấy vC(t) biến thiên

ngợc chiều với vB(t) tức v0(t) ngợc pha với vi(t)

2.3.2 Mạch khuếch đại công suất:

Mạch khuếch đại công suất có nhiêm vụ đa ra công

suất đủ lớn để kích thích cho tải Công suất ra của nó cỡ vài phần mời W đếnlớn hơn 100W Công suất này đợc đa đến tằng sau dới dạng điện áp hoặc dòng

điện có biên độ lớn

2.3.3 Chế độ công tác và định điểm làm việc cho tần khuếch đại công suất:

Các chế độ hoạt động của mạch khuếch đại là phụ thuộc vào chế độ phâncực cho Transistor, tùy theo vào mục đích sử dụng mà mạch khuếch đại đợcphân cực khuếch đại ở chế độ A, B, AB hoặc chế độ C Đồ thị trên hình 7 minhhọa các chế độ khác nhau của tầng khuếch đại và dạng dòng điện ra trên colectoứng với các chế độ khuếch đại Với các chế độ khác nhau, góc cắt  cũng khácnhau

Hình 7: Các chế độ khác nhau của tầng khuếch đại.

Chế độ A: tín hiệu đợc khuếch đại gần nh tuyến tính, góc  = T/2 = 1800.Khi tín hiệu vào hình sin thì ở chế độ A dòng tĩnh colecto luôn luôn lớn hơnbiên độ dòng ra Vì vậy hiệu suất của bộ khuếch đại chế độ A rất thấp (<50%)

Do đó chế độ A chỉ dùng trong trờng hợp công suất nhỏ (Pr < 1W)

Chế độ AB: có góc cắt 900 <  < 1800 ở chế độ này có thể đạt hiệu suấtcao hơn chế độ A (< 70%), vì dòng tĩnh IC0 lúc này nhỏ hơn dòng tĩnh ở chế độ

A Điểm làm việc nằm trên đặc tuyến tải gần khu vực tắt của Transistor

BABA

Chế độ B: có góc cắt  = 900 Điểm làm việc tĩnh đợc xác định tại UBE =

0 Chỉ một nữa chu kỳ âm (hoặc dơng) của điện áp vào đợc Transistor khuếch

đại

Chế độ C: có góc cắt  < 900 Hiệu suất chế độ C khá cao (lớn hơn78%), nhng méo rất lớn Nó thờng đợc dùng trong các bộ khuếch đại tần số cao

và dùng với tải cộng hởng để có thể lọc ra đợc hài bậc nhất nh mong muốn Chế

độ C còn đợc dùng trong mạch logic và mạch khoá

Điểm làm việc tĩnh đợc xác định trong khu vực cho phép trên đặc tuyếnTransistor (hình 7) Khu vực đó đợc giới hạn bởi: hyperbol công suất, đờngthẳng ứng với dòng colecto cực đại, đờng thẳng ứng với điện thế colecto – AM (Amplitude Modulation):emito cực đại, đờng cong phân cách với khu vực bảo hoà và đờng thẳng phâncách với khu vực tắt của transistor ở chế độ động (khi có tín hiệu vào), điểmlàm việc có thể vợt ra ngoài hyperbol công suất (nếu vẫn đảm bảo đợc điều kiệncông suất tổn hao nhỏ hơn công suất tổn hao cho phép), nhng không đợc vợt quácác giới hạn khác

2.3.4 Mạch khuếch đại đẩy kéo:

- Những vấn đề chung về tầng khuếch đại đẩy kéo:

Để tăng công suất, hiệu suất và giảm méo phi tuyến, ngời ta dùng tầngkhuếch đại đẩy kéo

Tầng khuếch đại đẩy kéo là tầng gồm có hai phần tử tích cực mắc chungtải

Để biểu diễn và phân loại các sơ đồ đẩy kéo, có thể dùng sơ đồ cầu nhhình 8:

Hình 8: Phân loại các tầng khuếch đại đẩy kéo

a) Sơ đồ đẩy kéo song song b) Sơ đồ đẩy kéo nối tiếp

Phần tửKĐ

R

CC

Trong sơ đồ đẩy kéo song song, các phần tử tích cực đợc mắc trong cácnhánh bên trái của cầu Trong các nhánh phải của cầu là điện trở tải, có điểmgiữa nối với nguồn cung cấp, tải nằm trong nhánh chéo của cầu Ngợc lại, trongsơ đồ đẩy kéo nối tiếp nguồn cung cấp có điểm giữa nối với tải, tải nằm nằmtrong nhánh chéo của cầu Tóm lại sơ đồ đẩy kéo song song có các phần tử tíchcực đấu song song về mặt một chiều và sơ đồ đẩy kéo nối tiếp có các phần tửtích cực đấu nối tiếp về mặt một chiều.

Các tầng đẩy kéo có thể làm việc ở chế độ A, AB hoặc B, nhng thông ờng ngời ta hay dùng chế độ AB hoặc B Mỗi Transistor chỉ khuếch đại một nửadơng hoặc một nửa âm tín hiệu vào Hai nửa tín hiệu này sẽ đợc tổng hợp lạithành tín hiệu hoàn chỉnh trên điện trở tải

th Sơ đồ đẩy kéo song song:

Tất cả các sơ đồ đẩy kéo song song đều phải dùng biến áp ra để phối ghépgiữa hai nữa điện trở tải Rt Mạch điện nguyên lý biểu diễn trên hình 9 Để có

điện áp đặt vào hai Transistor ngợc pha, dùng biến áp BA1

Nếu điện áp đặt vào có dạng sin thì hai Transistor thay nhau khuếch đạihai nữa hình sin, vì điện thế đầu cuộn thứ cấp BA1 ngợc pha Các điện trở R1, R2

đợc chọn sao cho dòng tĩnh qua chúng nhỏ (chế độ AB) Khi cho R2 = 0 thì UB =

0, do đó bộ khuếch đại làm việc ở chế độ B ở chế độ AB dòng tĩnh colecto nằmtrong khoảng (10 100)A

Hai nửa hình sin của điện áp đợc phối hợp lại trên biến áp BA2 Điện trởcủa mỗi transistor đợc xác định nh sau: R’

t = n2Rt, trong đó n là hệ số của máybiến áp: n = N1/N2, N1, N2 theo thứ tự là số vòng dây của một nữa cuộn sơ cấp và

số vòng của cuộn thứ cấp Vậy ta có quan hệ:

IC = UCE/R’

t và UCE = nUr.Công suất ra của mạch:

t 2

2 CE t

2 r r

R n

U R 2

U

12

Hình 9: Tầng công suất đẩy kéo song song.

Biên độ điện áp ra cực đại giữa colecto và emito của một Transistor (hình

9b): UCEMAX = UCC - UCER

Do đó nhận đợc công suât cực đại:

t 2

2 CER CC

max r

R n 2

) U U (

0 C C

I dt ) t ( i T

1

Do đó công suất cung cấp một chiều:

t 2 CC CE CC

C 0

R n

U U 2 U

I

2 P

c)