4 2 2 máy phát hình rf

MỤC ĐÍCH YÊU CẦU

MỤC ĐÍCH

Dựa vào những kiến thức đã học kết hợp với thực tế, người thực hiện làm luận văn tốt nghiệp với đề tài trên nhằm tìmhiểu về lĩnh vực phát hình, hiểu rõ hơn về những kiến thức kỹ thuật đã học Sau khi tìm hiểu, nghiên cứu qua sách vở, tài liệu nước ngoài và dạng mạch thực tế, người thực hiện sẽ thi công một mô hình máy phát hình với công suất rất nhỏ nhằm ứng dụng trong giảng dạy của xưởng thực tập Điện tử ở trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật.

YÊU CẦU

Dựa vào những điều học được kết hợp với thực tế để hoàn thành tập luận văn tốt nghiệp và thi công mạch hoạt động tốt đúng thời gian qui định.

NỘI DUNG ĐỀ TÀI

Chương II: Giới thiệu về máy phát.

Chương III: Giới thiệu về máy phát hình.

Chương IV: Sóng mang – Môi trường truyền và đường truyền.

Chương V: Kỹ thuật điều chế.

Chương VI: Các vấn đề về mạch tạo dao động.

Chương VII: Khuếch đại công suất cao tần Chương VIII: Anten.

Chương IX: Thi công một máy phát hình RF công suất nhỏ.

PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Đây là đề tài luận văn tốt nghiệp nên nó được thực hiện như sau:

+ Tìm hiểu về kỹ thuật phát hình.

+ Tìm hiểu, nghiên cứu để tính toán cho mạch của mô hình máy phát.

+ Dựa vào tài liệu, tạp chí, sách nước ngoài và trong nước để tham khảo và ứng dụng vào luận văn.

+ Sau cùng là thi công một máy phát hình RF có công suất nhỏ.

KẾ HOẠCH THỰC HIỆN

Căn cứ vào nội dung đề tài, người thực hiện sẽ tiến hành theo các chương.Trong quá trình thi công thì cố gắng tìm hiểu, đọc thêm tài liệu để tính toán cho mạch Mỗi chương sau khi hoàn thành sẽ trình cho giáo viên hướng dẫn xem Cố gắng thực hiện hòan thành đúng thời gian qui định.

GIỚI THIỆU 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 Trong đó máy phát là một thiết bị phát ra tín hiệu dưới dạng sóng điện từ được điều chế dưới một hình thức nào đó.

Sóng điện từ còn gọi là sóng mang hay tải tin làm nhiệm vụ chuyển tải thông tin cần phát đi đến nơi thu (máy thu) Thông tin này được lồng vào (gắn vào) tải tin (sóng mang) bằng hình thức điều chế thích hợp.

Máy phát phải phát đi công suất đủ lớn để cung cấp tỉ số tín hiệu trên tạp âm (S/N : signal/ noise) 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 qui định của hiệp hội thông tin quốc tế (ITV) Các tần số trung tâm (sóng mang) của máy phát phải có độ ổn định tần số cao Do đó cần quan tâm một số chỉ tiêu kỹ thuật của máy phát như sau:

 Công suất ra của máy phát.

 Độ ổn định tần số : f/f0 = 10 -3  10 -7

 Các chỉ số điều chế : AM (mAM) ; FM ( mFM)

 Dải tần số điều chế

* Phân loại máy phát: Người ta phân loại máy phát dựa chủ yếu theo các điều kiện sau đây:

1 Theo công dụng: Được phân loại theo sơ đồ miêu tả sau:

PHÁT ỨNG PHÁT CHƯƠNG DỤNG

Máy phát Môi trường truyền sóngAnten phát Anten thu

2 Theo tần số: Cũng phân loại tương tự như máy thu

+ Từ (3 30) KHz  (100 km  10 km ): Đài phát sóng cực dài (VLW).

+ Từ (30 300) KHz  ( 10km  1km): Đài phát sóng dài (LW).

+ Từ (300 3000) KHz (1 Km  100m ): Đài phát sóng trung (MW).

+ Từ (3 30) MHz  (100m  10m ): Đài phát sóng ngắn ( SW).

+ Từ (30 300) MHz  (10 m  1m): Đài phát sóng mét.

+ Từ (300 3000) MHz  (1 m  0,1m): Đài phát sóng dm.

* Đối với thông tin viba và rađa:

+ Từ (3 30) GHz  (0,1 m  0,01m): Đài phát sóng cm.

+ Từ (30  300) GHz  (0,01 m  0,001m): Đài phát sóng mm.

3 Theo phương phát điều chế:

+ Máy phát điều biên (AM).

+ 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).

Ngày nay, máy phát số đang được nghiên cứu để ứng dụng vào tất cả các loại máy phát thông tin số, phát thanh số, phát hình số …

+ Máy phát công suất nhỏ: Pra < 100 W.

+ Máy phát công suất trung bình: 100W  Pra  10 KW.

+ Máy phát công suất lớn: 10 KW  Pra  1000 KW.

+ Máy phát công suất cực lớn: Pra  1000 KW.

Các máy phát có Pra nhỏ có thể sử dụng hoàn toàn bằng transistor; còn lại loại khác có Pra vừa và lớn, cực lớn thì phải dùng các đèn điện tử đặc biệt.

SƠ ĐỒ KHỐI TỔNG QUÁT MỘT SỐ LOẠI MÁY PHÁT

* Sơ đồ khối tổng quát của máy phát AM.

+ Khối chủ sóng 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 phải dùng mạch dao động LC kết hợp với mạch tự động điều chỉnh tần số (AFC).

+ Khối tiền khuếch đại có thể dùng để nhân tần hoặc khuếch đại dao động cao tần đến mức cần thiết để kích thích tầng 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 mà khối tiền khuếch đại có thể có nhiều tầng: tầng đệm; tầng nhân tần và tầng tiền khuếch đại cao tần.

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

+ Mạch ra để phối hợp trở kháng giữa tầng khuếch đại công suất cao tần cuối cùng và anten để có công suất ra tối ưu nhất (Pra tối ưu).

Tiền KĐ Chủ sóng CSCT

Thiết bị an toàn và làm nguội Nguồn cung cấp Tiền KĐÂT Điều chế Micro

+ Anten để bức xạ năng lượng cao tần (biến đổi năng lượng dao động 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 ân tần từ micro phải đưa qua bộ tiền khuếch đại âm tần và bộ khuếch đại công suất âm tần Tín hiệu ân 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 thường phải có công suất lớn để cung cấp cho transistor công suất hoặc đèn điện tử.

+ Ngoài ra máy phát phải có thiết bị an toàn và thiết bị làm nguội 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 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 vào Anode theo một chu trình kín, phương pháp bốc hơi

2/ Sơ đồ khối tổng quát của máy phát đơn biên (SSB: single sideband)

Ta biết rằng trong kỹ thuật truyền song biên có sóng mang (DSBFC, AM) nội dung tín hiệu được chứa ở một trong hai dải biên; do vậy kỹ thuật truyền những dải biên có thể hoàn toàn thực hiện được Kỹ thuật này có các ưu điểm sau đây so với kỹ thuật truyền song biên cổ điển:

+ Dải sóng có bề rộng còn một nữa so với kỹ thuật cũ, hệ quả là ta có thể truyền được nhiều kênh trong cùng một dải sóng quy định.

+ Công suất truyền sóng giảm một lượng đáng kể.

+ Dải thông thiết bị phát và thu giảm, do vậy độ lợi mỗi tầng khuếch đại tăng, ta có thể dùng thiết bị ít tầng hơn.

+ Có thể sử dụng kỹ thuật ghép nhiều kênh truyền qua cùng một kênh.

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

+ Mức méo phi tuyến : - 35 dB.

+ Bề rộng của mỗi kênh thoại và tổng số kênh phát hình (thoại).

+ Dải tần số làm việc : 3, 5, , 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). f2 f1

Hệ thống DĐ 2 tầng ra

Bộ điều chế đơn biên

Bộ tổng hợp tần số Thiết bị an toàn và

Bộ kích thích đơn biên

Các bộ điều biên cân bằng và bộ lọc dải hẹp được sử dụng để tạo nên tín hiệu đơn biên (SSB), nhưng công suất ra bị hạn chế chỉ vài mW Nếu sóng mang ở dải tần số cao (sóng trung, sóng ngắn) thì không thể thực hiện được bộ lọc với các yêu cầu cần thiết (dải thông hẹp, sườn dốc đứng ), như vậy sẽ có nhiễu xuyên tâm giữa các kênh, làm giảm tỷ số tín hiệu trên nhiễu (S/N) Bởi vậy đối với máy phát đơn biên thì tần số sóng mang cơ bản để tạo tín hiệu đơn biên ở khoảng tần số trung gian: (100  500) KHz Do đó sơ đồ cấu trúc của máy phát đơn biên gồm một bộ tạo tín hiệu đơn biên ở tần số trung gian (100  500) KHz, sau đó nhờ một hay một vài bộ đổi tần để chuyển đến phạm vi tần số làm việc (1  30 MHz), rồi chuyển đến bộ khuếch đại tuyến tính để khuếch đại đến 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 âm tần quá lớn.

Bộ điều chế đơn biên trong các máy phát công suất lớn thường được xây dựng theo phương pháp lọc tổng hợp Trong các máy phát công suất nhỏ, do yêu cầu kỹ thuật không cao nên đôi khi có thể xây dựng bộ điều chế đơn biên theo phương pháp lọc - quay pha Khi đó việc điều chế tín hiệu đơn biên 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 một thiết bị chất lượng cao và phức tạp Nó phải đảm bảo tần số sóng mang gốc f1 và các tần số khác (f2 ) có độ bất ổn định tần số rất nhỏ (10 -7  10 -9 ), vì vậy ta phải dùng thạch anh để tạo các tần số gốc Ở sơ đồ khối trên, bộ tổng hợp tần số phải tạo ra hai tần số f1 và f2 Trong đó f1 là tần số sóng mang gốc, không đổi (100  500) KHz Còn tần số f2 là tần số làm việc của máy phát (tần số ở đầu ra) Bộ đổi tần thực chất là bộ khuếch đại cộng hưởng để lấy thành phần hài nf1 ( 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 phụ thuộc vào công suất ra mà có số tầng từ 2  4 Để điều chỉnh đơn giản một, hai tầng đầu là khuếch đại dải rộng không điều hưởng Còn một, hai tầng sau là 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 1 hay 2 mạch lọc hình , ghép với nhau và giữa chúng thường có phần tử điều chỉnh độ ghép sẽ nhận được tải tốt nhất của máy phát Tầng khuếch đại dao động điều chế đơn biên 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 đối xứng Đối với máy phát công suất ra

Pra = (20  40) KW Người ta dùng biến áp ra đối xứng có lõi ferit Còn đối với máy phát công suất ra Pra = 100 KW thì người ta dùng biến áp đối xứng không có lõi Các máy phát đơn biên thường có dạng đẩy kéo ở tầng khuếch đại dao động điều chế (còn gọi là khuếch đại công suất cao tần).

CÁC MẠCH GHÉP TRONG MÁY PHÁT

Mạch ghép để ghép giữa các tầng và ghép giữa tầng ra của máy phát với anten Yêu cầu chung đối với các mạch ghép:

Phải làm sao cho trở kháng vào cửa tầng kế tiếp phản ánh về cùng trở kháng ra của bộ cộng hưởng tầng trước tạo thành trở kháng phát sóng tối ưu, đảm bảo công suất ra và hiệu suất của tầng đằng trước là lớn nhất Phối hợp trở kháng giữa anten và tầng ra của bộ khuếch đại công suất cao tầng để đạt được công suất theo yêu cầu.

Mạch lọc đầu ra phải đảm bảo sao cho ngoài biên độ không giảm quá 3 dB. Mặt khác dải thông lại tỷ lệ nghịch với hệ số phẩm chất của khung cộng hưởng ( D

= f0/Q) Vì vậy để đảm bảo cả dải thông và hệ số phẩm chất ta phải dùng nhiều bộ lọc ghép với nhau.

3/ Đảm bảo hệ số lọc hài cao: Đối với những máy phát có công suất lớn, yêu cầu các thành phần hài rất nhỏ Mạch ghép phải đảm bảo độ suy giảm yêu cầu ở những tần số mong muốn.

Trong một dải tần số rộng và thay đổi độ ghép với các tải để có tải tối ưu Nói chung không thể đồng thời thỏa mãn các yêu cầu trên mà tuỳ từng trường hợp cụ thể để xét yêu cầu nào là quan trọng, yêu cầu nào là thứ yếu.

+ Đối với tầng tiền khuếch đại, yêu cầu phối hợp trở kháng là chính, không yêu cầu độ chọn lọc cao, không cần hiệu suất cao nên chỉ cần dùng mạch cộng hưởng đơn.

+ Đối với tầng ra yêu cầu hiệu suất cao, độ lọc hài cao nên dùng mạch cộng hưởng phức tạp.

 Sau đây là một số mạch ghép chính trong máy phát:

1 Ghép biến áp ( ghép hỗ cảm): Đối với các tầng trước cuối thì điện trở tải chính là điện trở vào của các tầng kế tiếp sau Còn đối với các tầng cuối thì điện trở tải chính là điện trở của phi

- đơ Thực chất phi - đơ có thể là thuần trở (rA), dung kháng (rA - jXA) hoặc cảm kháng(rA + jXA) Nhưng chỉ khi anten là thuần trở thì công suất ra anten mới lớn nhất Muốn vậy ta phải chỉnh anten cộng hưởng ở tần số làm việc bằng bộ phận tinh chỉnh Nếu là (rA - jXA) thì chỉnh là LC, nếu là (rA + jXA) thì chỉnh là CC.

Hình minh họa tinh chỉnh của anten

Từ mạch ghép biến áp ở trên; ta đưa về sơ đồ tương đương bên sơ cấp như sau:

* L1, L2 : Trị số điện cảm của cuộn sơ cấp và thứ cấp.

* K : Hệ số ghép phụ thuộc kết cấu của cuộn dây.

+ Nếu :  Sóng ngắn : K = 0,01  0,1  ghép rất lỏng.

 Sóng trung : K = 0,5  0,9 (cuộn dây có lõi từ tính)  ghép rất chặt.

* Điện trở cộng hưởng riêng của mạch sơ cấp:

RK = = p * Điện trở cộng hưởng khi có tải:

* Xét hiệu suất của mạch ghép biến áp ta có:

Với :  PL : là công suất hữu ích trên tải.

 P1 : Công suất Transistor cho (P trên cuộn sơ cấp)

Từ biểu thức (*) trên ta thấy: để hiệu suất biến áp cao (BA = 0,9  0,45) thì rfá = (10  20 ).r

Từ công thức: rfa' = = , nếu muốn rfa' lớn thì ta thấy RL phải

P1 I 2 k (r + rfa') r + rfa' r + rfa' nhỏ và biến áp phải ghép chặt để có hỗ cảm lớn (M lớn) Thường điện trở tải cho trước RL = Const, nên để tăng rfa' ta phải tăng M Biểu thức ở trên có thể biến đổi lại dưới dạng sau: p 2 /Rk Rtđ

Với : Rk, Rtđ là điện trở tương đương của mạch cộng hưởng kho RL = 

Như vậy; để hiệu suất biến áp cao thì Rk phải lớn, mà:

Với Q0: hệ số phẩm chất của riêng khung cộng hưởng  Q0 phải lớn (Q0 = 50 200) Mặc khác ta thay đổi độ ghép hỗ cảm M sao cho Rtđ = Rtđ tớihạn để có hiệu suất cao nhất.

2/ Mạch ghép có 2 mạch cộng hưởng:

Phần này được trình bày có sơ đồ và được tính toán với công thức sau: Sức điện động cảm ứng bên thứ cấp:

(Rtđ = Rk // RL với Rk = r2 Q 2 02 = 0L2Q02 )

3/ Các bước thiết kế một mạch ghép biến áp:

Khi thiết kế ta thường được biết trước các điều kiện: PL ;  và chọn Q1 tùy theo tần số Ta sẽ tiến hành một số bước tính toán như sau:

1 Biết PL, chọn BA = 0,8  0,98 tùy theo công suất yêu cầu theo bảng dưới đây:

Công suất ra Hiệu suất

4 Điện trở cộng hưởng khi có tải Rtđ = _

5 Chọn hệ số phẩm chất của khung cộng hưởng sơ cấp khi đã có tải:

6 Tính trở kháng đặc tính của mạch sơ cấp P1 = _

C ks = C CE của Transistor ; nếu C1  10 CCE thì C'  C1

8 Hệ số phẩm chất riêng của khung cộng hưởng sơ cấp:

9 Tính điện trở tổn hao của cuộn sơ cấp khi không và có tải: r1 = và r1 = suy ra : rfa' = r - r1 hoặc r1 = và r1 10/ Tính hỗ cảm : M M 2 11/ Tính giá trị cuộn cảm bên thứ cấp : L2 = _

(M) 2 Trong trường hợp ghép hai mạch cộng hưởng chỉ khác ở chỗ : rfa' = _ r'2

CÁC MẠCH LỌC CƠ BẢN TRONG MÁY PHÁT

Trong máy phát thường sử dụng các mạch lọc hài hình , T,  trong đó hay dùng nhất là mạch lọc  đơn và  đôi.

+ Mạch các mạch lọc tần giữa + Mạch lọc tầng đầu vào + Mạch lọc tầng cuối

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 2 phần tử L, C như , T,  trong các máy phát, thu Ở trên là một mạch cắt, hệ số truyền đạt thay đổi một cách đáng kể (12db) Độ dốc 12dB/ octave là giá trị tiêu biểu đối với bộ lọc 2 phần tử L/C bất kỳ Ở tần số lớn hơn tần số cắt ta có:

XL = L Ri và Xc =  RL

+6dB0dB -6dB- 12dB- 18dB- 24dB

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

Qi = ( các thành phần nối tiếp) và Q0 = ( các thành phần song song)

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

Qtđ = ( các thành phần nối tiếp)

 Để sự truyền đạt công suất lớn nhất và đáp tuyến tần số bằng phẳng nhất, ta thiết kế mạch sao cho Qi = Q0, nghĩa là Qtđ = 0,5 Qi /.

Nếu 2 tụ C1, C2 có chung giá trị (C) và điện trở nguồn bằng điện trở tải (Ri RL) thì mạch lọc  có d0áp ứng tần số như trên Đối với mạch lọc 3 phần tử đối xứng ta có: Qi = Q0 = với 0  Nếu C1 # C2 ; Ri # RL thì mạch lọc đơn  đơn thỏa mãn đồng thời 3 yêu cầu:

+ Phối hợp giữa điện trở nguồn và mạch lọc:

X 2 C1 = (1) + Phối hợp mạch lọc với tải:

X 2 C2 = X 2 C1 (2) + Điều kiện cộng hưởng  X = 0 nghĩa là : XL = - (XC1 + XC2) (3)

Ta xét sơ đồ mạch lọc sau:

 Nếu C1 # C2 # C3 ; L1 # L2 ; Ri # RL thì mạch lọc  đôi phải thỏa mãn đồng thời 5 yêu cầu sau:

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

XL1 = ; XL2 + Điều kiện liên hệ

XL1 = - ( XC1 + XC2) XL2 = - ( XC2 + XC3) Giải 5 phương trình trên ta có:

XC3 = - với R XL1 = - ( XC1 + XC2)

Với Qi = ; Q0 = ; Qtđ và Qtđ = Qi = Q0 ( khi mạch đối xứng)

 Trước khi tiến hành tính tóan mạch, ta phải kiểm tra xem điện trở tải (Ranten hay Rphiđơ ) có lớn hơn giá trị tối thiểu cho phép không: Đối với mạch  đơn:

RLmin  Đối với mạch  đôi:

Với Qtđ được xác định bằng công thức:

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

+ IC1, ICn : là thành phần hài bậc 1 và bậc n của dòng điện collector. + IL1, ILn : là thành phần hài bậc 1 và bậc n của dòng điện trên tải. + i, r : là hệ số phân giải xung dòng collector bậc 1 và bậc n.

+ : Tổng công suất của các thành phần hài bậc 1.

+ : Tổng công suất của các thành phần hài bậc n.

MCH Lọc  đơn Lọc  đôi

+ Hệ số lọc hài 1 = n 3 Qtđ 2 = n 5 Q 2 tđ

TRUNG HÒA VÀ CHỐNG DAO ĐỘNG KÝ SINH

1/ Hiện tượng trực thông và hồi ký sinh:

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

Ví dụ : Đối với transistor ở tần số cao xuất hiện điện dung CKS Nếu tín hiệu đầu vào xuất hiện trên L1, C1 thì một phần tín hiệu sẽ qua tụ ký sinh CKS đến thẳng đầu ra Đó là tín hiệu trực thông.

Mặt khác tín hiệu ra trên L2, C2 một phần cũng qua CKS về đầu vào Đó 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 coi 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 emiter 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.

SVTH: Nguyễn Hòang Phương ibc

* Tại tần số cộng hưởng : f = f0 = = cả hai mạch cộng hưởng là thuần trở Ztđ = Rtđ do Xtđ = 0 Một phần dòng điện ra ic qua Cbc về đầu vào Tồn tại ibc nhanh pha hơn Vc một pha 90 0 Dòng điện ibc qua mạch cộng hưởng đầu vào tạo nên V'b Do V'b lệch pha 90 0 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 ibc sẽ tạo ra V'b có hai thành phần V'b1 và V'b2 V'b1 ngược pha với Vb, 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.

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

2/ Mạch trung hòa ở tần số cao (có các L ký sinh)

Trên đây là mạch trung hòa trong sơ đồ đẩy kéo ở tần số cao và cầu cân bằng Ở tần số cao các dây nối có các điện cảm ký sinh Lb1, Lb2, Lc1, Lc2 nên ngoài

Cth1, Cth2 ta phải mắc thêm Lth1, Lth2.

 Điều kiện cân bằng của cầu ngoài:

Nếu hai Transistor T1, T2 giống nhau nghĩa là phải thỏa: C'bc1 = C'bc2 và Lb1

= Lb2 thì cầu ngoài sẽ cân bằng khi :

Lth1 = Lth2 = Lb1 = Lb2 và Cth1 = Cth2 = C'bc1 = C'bc2.

Nhưng nếu chỉ có cầu ngoài cân bằng thì hiện tượng trực thông và phản hồi ký sinh chưa được khử đối với riêng từng Transistor Vì nếu VC1đất # 0 sẽ tồn tại

VB1E1, vậy phải khử sao cho VC1đất không tới được VB1E1.

Nếu cầu ngoài cân bằng, coi như B'1 và B'2 được nối với đất Muốn khử hiện tượng trực thông và hồi tiếp ký sinh hoàn toàn thì cầu trong cũng phải cân bằng; nghĩa là phải thỏa điều kiện sau:

= và 3/ Chống dao động ký sinh:

Như trên ta đã phân tích và nhận xét hiện tượng hồi tiếp ký sinh có thể gây nên dao động ký sinh và ta đã khử chóng bằng các tụ và điện cảm trung hòa (tại tần số fKS < fcộng 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 vở hoặc về điều kiện pha (mắc thêm các tụ bên ngoài) hoặc điều kiện 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 base hay collector, khi không có điện áp kích thích (Vin = 0) mà đèn sóng là trong mạch có dao động ký sinh và phải khử ngay lập tức.

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 pháp và hiệu quả không Các chỉ tiêu kỹ thuật quan trọng 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 (Pra 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 Vôn – Ampe kế để đo điện áp Collector trung bình và dòng diện collector trung bình của tầng khuếch đại công suất ra.

* Để đo công suất cao tần của đầu ra có hai phương pháp: a Đo công suất nung nóng thực tế bởi năng lượng cao tần bằng sự cảm ứngù 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 cảm có thể phát hiện mức công suất dưới một mW Nói chung nó cũng được sử dụng ở tầng số siêu cao. b Kiểm tra điện áp cao tần trên tải giả và tính tóan công suất cao tần ở đầu ra theo biểu thức:

GIỚI THIỆU VỀ MÁY PHÁT HÌNH

Gíơi thiệu

Máy phát truyền hình (TV) được phân loại theo dải tần hoạt động, mức công suất, loại đèn phát, phương pháp làm lạnh hay theo công suất thấp Máy phát hình được xem là một phần của mát phát TV; Thu nhận tín hiệu Video; điều chế với sóng mang RF và khuếch đại tín hiệu này lên để đưa ra hệ thống anten Máy phát tiếng cũng được xem là một phần của máy phát TV; thu nhận tín hiệu audio; điều tần FM với sóng mang RF và khuếch đại đưa ra hệ thống anten Ở Mỹ, theo FCC thì công suất tiếng bằng từ (10 – 20)% công suất đỉnh tín hiệu.

Khi thiết kế máy phát thì sự khác biệt của các đặc tính tần số ở các dải tần VHF – low, VHF – high và UHF là các vấn đề chính ở bộ chuyển đổi tần lên (up - converter)và mức công suất ra Ở Mỹ, dải tần VHF – low có 5 kênh từ kênh 2 – 6; VHF – high có 7 kênh từ kênh 7 – 13 và UHF có các kênh từ kênh 14 – 83 Gần đây các kênh từ 70 – 83 được dành cho các dịch vụ thông tin di động Hiện nay, người ta sử dụng một bộ kích hoạt hoạt động ở ngay hoặc gần tần trung IF, sau đó là một bộ phận chuyển đổi tần lên để đổi tần tín hiệu IF lên tần số khuếch đại mong muốn Ngày nay phần lớn việc sửa méo đều thực hiện ở tần IF dù rằng vẫn còn một số thực hiện ở tần RF và dải gốc.

Bảng sau đây là các giới hạn về độ cao và công suất của các loại anten TV ở Mỹ.

Taple power and Height Limitations

Band Channeis Height,ft(m) ERP + ,kw Zone

Phân loại máy phát hình

1 Dựa theo công suất ra:

Công suất ra là công suất đỉnh của máy phát hình Công suất theo FCC là công suất ra máy phát trừ đi công suất hao hụt trên đường dây tải(feedline), nhân với độ lợi công suất của anten.

Khi cần công suất 100 KW, công suất ra của máy phát VHF – Low có thể là

5 KW với độ lợi của anten là 4; hoặc 10 KW với độ lợi của anten là 12 Công suất ra của máy phát VHF – Higt có thể là 50 KW với độ lợi của anten là 8 hay 30 KW với độ lợi của anten là 12 nhằm để tạo ra công suất lớn nhất Để có được mức công suất là 5000 KW, công suất ra của máy phát UHF có thể là 220 KW với anten có độ lợi là 25, không phải bất kỳ trạm UHF nào cũng có thể lắp được máy phát có công suất ra là 220 KW mà phần lớn hoạt động với công suất phát thấp hơn mức cho phép lớn nhất Các ví dụ trên là thích hợp do hao hụt trên đường truyền tải thay đổi theo tần số, độ dài và sẽ ảnh hưởng đến công suất bức xạ hiệu dụng (ERP) tầng cuối.

Các máy phát phân loại theo tiêu chuẩn này là các máy phát IF Các lý do để sử dụng điều chế IF là dễ dàng sửa méo, dễ dàng định dạng biên tần cụt và nhiều ưu điểm về kinh tế đối với nhà sản xuất Ưu điểm về kinh tế do chỉ cần một dạng bộ kích hoạt cho dải VHF và chỉ cần thiết kế cơ bản cho dải UHF.

3 Theo loại đèn phát tầng cuối:

Thường dùng đèn 4 cực cho máy phát VHF và máy phát UHF công suất thấp, dưới 5 KW, đèn klystron thường được dùng cho máy phát UHF có công suất trên 10KW Việc lựa chọn loại đèn nào là phụ thuộc vào yêu cầu loại đó có hoạt động tốt nhất ở tần số yêu cầu không?, kể cả giá thành ban đầu, giá thành hoạt động trong một giờ và chi phí cho các phụ kiện.

4 Theo phương pháp làm mát đèn phát tầng cuối:

Làm mát nhờ nước, không khí, hơi hay hỗn hợp của chúng Nói tóm lại, tần số hoạt động, chi phí hoạt động, tuổi thọ của đèn, nhiễu và công suất làm việc của máy xác định sự lựa chọn sau cùng (sự lựa chọn hợp lý nhất).

5 Bộ chuyển đổi (bộ phiên dịch):

Các tổng đài công suất thấp hoặc các bộ chuyển đổi phát lại một số chương trình của các đài trên tần số khác, thường ở trong vùng phục vụ loại B của đài chính Chúng không tạo ra chương trình riêng và công suất phát ra được giới hạn là

100 W đối với máy phát VHF và 1000 W đối với máy phát UHF.

6 Các đài phát công suất thấp:

Tất cả những điều này là mới mẽ và sự thật chúng là các bộ phận chuyển đổi(bộ phiên dịch) ngọai trừ việc chúng tự tạo các chương trình và có thể được ấn định một số kênh trong tiêu chuẩn FCC Việc giới hạn về công suất là 100W VHF và 1000W UHF với những quy định rằng chúng không được xen nhiễu vào các đài truyền hình khác, thậm chí có thể yêu cầu giảm công suất phát chỉ còn vài W.

HÌNH

Tín hiệu đầu tiên vào được đưa đến khối gồm mạch khuếch đại xử lý tín hiệu hình (proc amp) và bộ cân bằng Bộ khuếch đại xử lý có một số chức năng sau:

+ Khuếch đại tín hiệu hình vào.

+ Cân bằng sự trễ của máy thu.

+ Ghim tín hiệu hình và triệt nhiễu.

+ Hiệu chỉnh lại sự trễ pha.

+ Phục hồi lại tín hiệu đồng bộ.

Tín hiệu hình đã xử lý được biến đổi để điều chế biên độ với tần số trung tần IF được tạo ra hoặc từ bộ dao động thạch anh hoặc bởi bộ tổng hợp tần số Tín hiệu đã điều chế được định dạng dải tần nhờ lọc biên tần cụt, thường là bộ lọc SAW sửa lại trễ bao hình là không cần thiết do các đặc tính sẵn có của bộ lọc mà có thể bù lại phần trể bao hình ở một số phần khác của của máy phát.

Tín hiệu hình IF đã điều chế để sửa lại các dạng méo (sửa lại các dạng sai lệch) và để truyền tải RF kế tiếp theo các tần như sau:

+ Sửa lại độ tuyến tính của mạch khuếch đại công suất.

+ Sửa lại việc trể nhóm của mạch khuếch đại công suất.

+ Sửa lại độ tuyến tính của mạch khuếch đại thúc.

+ Sửa lại phần điều chế pha ngẫu nhiên (không mong muốn).

+ Mạch chuyển đổi lên RF.

+ Mạch lọc thông dải kênh.

Mạch khuếch đại công suất trung tần IF và mạch khuếch đại công suất cuối sau đó khuếch đại đưa công suất lên đến công suất yêu cầu của hệ thống phát. Một bộ nối đơn hướng đặt ở ngỏ ra máy phát sẽ lấy mẫu tín hiệu RF đưa đến mạch tự động điều chỉnh mức công suất đặt trong phần xử lý RF Mạch lọc dải màu được dùng để làm suy giảm cần thiết của tín hiệu mức giải biên gần 3,58 MHz và mạch lọc sóng hài được sử dụng để làm suy giảm sự bức xạ các sóng có tần số ngòai kênh tùy theo yêu cầu của FCC Các bộ nối ngẫu mẫu khác cung cấp các tín hiệu nhằm phục vụ các việc kiểm soát sau:

 Đo VSWR (voltage –Standing – Wave radio): Tỉ số sóng đứng điện áp.

 Kiểm soát RF cho bộ giải điều chế RF.

 Kiểm soát RF cho máy phân tích phổ và đơn vị giải biên.

TIẾNG

Tín hiệu âm thanh được tiếp nhận ở mức chuẩn 75 s và dùng để điều chế tần số sóng mang tạo ra từ bộ dao động Tín hiệu đã điều chế để mạch chuyển đổi lên đến tần số sóng mang RF cuối và chuyển sang các tần khuếch đại trung gian (bộ khuếch đại trung gian IPA) và tần khuếch đại công suất (PA) Bộ lọc sóng hài làm suy giảm sự bức xạ cũa các tần số ngoài băng tần.

Tín hiệu hình và tiếng ở ngỏ ra được đưa đến bộ phối hợp (lai ghép) để kết hợp hai tín hiệu rồi đưa đến anten phát đi Đối với những thiết bị đòi hỏi anten đôi (song hành) thì dùng bộ ghép nối có tín hiệu ở ngỏ ra vuông góc nhau.

IV CÁC ĐẶC TÍNH VỀ CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA MÁY PHÁT.

Có nhiều ảnh hưởng trong việc thu hình ảnh và âm thanh, hậu quả của sự phản xạ và sự giới hạn về địa hình mà các nhà quảng bá không thể điều chỉnh kiểm soát được Tuy nhiên, còn một số vấn đề khác chẳng hạn như độ phân giải kém, sự thay đổi màu sắc, biên màu, sự thay đổi độ chói và chất lượng tiếng kém, có thể được ngăn ngừa nếu như hệ thống kiểm tra có hiệu lực hoạt động và nếu máy phát thiết kế có các bộ phận sửa sai nói trên Các nguyên nhân gây ra là: điều chế pha, pha và độ lợi sai lệch đáp tuyến tần số, trễ bao hình méo cầu phương, sự thay đổi tỉ lệ độ chói, độ màu, đáp tuyến âm thanh và các dạng méo Phần sau sẽ nói rõ hơn về các dạng méo.

Có hai dạng méo tín hiệu trong hệ thống truyền hình, méo tuyến tính và méo phi tuyến Méo tuyến tính xảy ra độc lập với mức độ hình ảnh, trong khi đó méo phi tuyến thay đổi biên độ tín hiệu hình.

* Méo tuyến tính: Thường xảy ra trong hệ thống truyền hình có đáp tuyến tần số sai và được chia ra làm 4 kiểu chính:

1.Méo trong thời gian ngắn ảnh hưởng đến độ sắc.

2.Méo trong thời gian một dòng là nguyên nhân dẫn đến xé ngang.

3.Méo trong thời gian một bán ảnh là nguyên nhân dẫn đến những sai sót trong đáp tuyến tần số thấp và những vệt tối thẳng đứng trên màn hình.

4.Méo trong thời gian dài ở khoảng tần số từ DC đến tần số cự c thấp là nguyên nhân dẫn đến sự nhấp nháy và thay đổi chậm chạp của độ sóng về hình ảnh.

Méo điều chế tới pha xảy ra khi thành phần giải biên cầu phương của hệ thống và biên truyền hình không cân bằng, gây ra hợp lực tức thời của hai phương dải biên xung quanh sóng mang thay đổi pha, và xuất hiện mặc dù hình ảnh và sóng mang phụ màu đang được điều chế pha Nói cách khác, điều biên hình AM bình thường và sóng mang phụ màu trở thành tín hiệu điều tần FM Điều này không mong muốn bởi vì nó tạo ra nhiễu trong việc tái tạo lại âm thanh và tín hiệu màu trên màn hình.

* Méo phi tuyến: méo phi tuyến xảy ra với việc mức trung bình hình ảnh thay đổi (APL) Méo phi tuyến độ chói xảy ra khi độ lợi của hệ thống thay đổi như là tín hiệu chuyển đổi từ đen qua trắng Méo độ lợi vi sai là sự thay đổi biên độ của tín hiệu màu khi biên độ của độ chói thay đổi từ đen qua trắng Méo sai pha là sự thay đổi pha sóng mang phụ màu khi tín hiệu chói thay đổi về biên độ.

* Nhóm trễ IF (delay IF): nhóm làm trễ là dạng méo và kết quả là nhóm có quan hệ về tần số khác nhau trong thời gian truyền khi truyền qua một mạch nào đó Các ví dụ như các dạng méo do sự hạn chế đối với đáp tuyến tần số của mạch lọc biên tần cụt, mạch lọc khác, đường âm thanh, mạch lọc khác đường màu và đáp tuyến bộ thu trung bình.

 Trễ tần số thấp: Trễ LF (low frequency) có ảnh hưởng đáng kể đến tín hiệu chói, trong khi đó mạch trễ tần số cao chỉ ảnh hưởng đến tín hiệu sắc xung 2 – T chu kỳ là đại diện cho năng lượng trong dạng sóng của bộ tạo ký tự điển hình (mẫu).

Khi nhìn vào biểu đồ này (7.2) hầu hết năng lượng của xung hai chu kỳ được phân phối ở các tín hiệu có tần số dưới 2 MHz Xung 12,5 chu kỳ là tín hiệu kiểm tra tuyệt vời để đo lỗi định thời từ độ sắc đến độ chói bởi vì năng lượng phân bố khổ được tập hợp (nhóm) lại trong băng tần hẹp tại tần số rất thấp cũng như xung quanh tần số sóng mang phụ màu Việc sử dụng tín hiệu kiểm tra này để phát hiện sự méo lệch pha trong độ chói và độ sắc, nhưng không nằm trong các nhóm tần số khác Hình ảnh sau đây sẽ thể hiện sự phân bố năng lượng khổ của 12,5 chu kỳ xung.

* Méo cầu phương: Đây là sự thay đổi (dịch chuyển) pha bên ngoài (biểu kiến) của sóng mang hình khi năng lượng tồn tại trong hai dải biên không cân bằng Một kiểm tra đơn giản méo cầu phương là quan sát ngõ ra của máy phát khi dùng 2 chu kỳ xung điều chế máy phát và sử dụng bộ phát hiện bao hình Khi các xung vào và ra tại mức điều chế bình thường được so sánh với xung vào và ra tại mức điều chế 50% sẽ không có thay đổi về biên độ và dạng sóng nếu không có méo cầu phương Hình minh hoạ sau sẽ giải thích hiện tượng méo này xảy ra như thế nào:

* Méo điều chế sai pha và tới pha:

Sai pha là sự chuyển đổi trong pha của sóng mang màu phụ khi thay đổi mức độ tương phản Điều chế tới pha là sự điều chế pha không mong muốn của sóng mang hình và sóng mang phụ màu có quan hệ với sóng mang phụ hình cần điều chế biên độ Hầu hết trong các máy phát thì điều chế sai pha thường ít hơn điều chế tới pha Nhìn chung thì điều chế tới pha là tín hiệu (tiếng kêu) từ đồng bộ và lượng hình ảnh sóng như là bộ tạo kí tự (dao động) Điều này xảy ra bởi vì việc tách tiếng đòi hỏi một sự khác nhau không đổi giữa sóng mang hình và sóng mang tiếng để tạo ra sóng mang tiếng xuyên điều chế (4,5Mhz) Nếu sóng mang hình được điều chế pha như sóng mang được điều chế biên độ bình thường, thì sự cách

Dải biên cân bằng Biên độ ;pha cân bằng Dải biên khác nhau

Biên độ ;pha cân bằng biệt luôn thay đổi giữa hai sóng mang sẽ tạo ra sự điều tần không mong muốn hoặc tiếng ù Các thiết kế thiết bị kiểm tra đời cũ không thể tách méo điều pha sai biệt từ méo tới pha Hiện nay nhiều tải điều chế rất có giá trị có thể giải điều chế tín hiệu

RF theo kiểu bao hình hoặc kiểu đồng bộ Máy phát hình có mạch sửa điều chế tới pha làm giảm méo tới mức độ tới thiểu.

* Méo độ lợi vi sai:

Méo độ lợi vi sai xảy ra khi biên độ của tín hiệu sắc thay đổi có quan hệ với tín hiệu chói Điều này gây nên sự thay đổi về sự bão hoà màu sắc khi thay đổi độ chói giữa mức đen và trắng.

*Đặc tính âm thanh và sự méo dạng:

SÓNG MANG – MÔI TRƯỜNG

CÁC DẢI TẦN SÓNG, ĐỊNH DANH, ĐẶC TÍNH TRUYỀN VÀ QUY ĐỊNH SỬ DỤNG

 Định danh : Very Low Frequency (VLF): tần số thấp nhất.

 Đặc tính truyền: Truyền sóng đất tức là sóng truyền theo đường gần mặt đất, sóng ít bị suy giảm vào ban ngày lẫn ban đêm, bị nhiều cơn nhiễu khí quyển.

 Quy định sử dụng: dùng trong thông tin hàng hải, thông tin giữa các tiềm thủy đỉnh và giữa tiềm thủy đỉnh với căn cứ.

 Định danh: Low Frequency; Long Wave (LF, LW): tần số thấp, sóng dài.

 Đặc tính truyền: tương tự như dải tần đầu có độ tin cậy cao hơn, ban ngày suy giảm nhiều hơn ban đêm.

 Công dụng: dùng trong thông tin hàng hải và đạo hàng (đi biển), pha vô tuyến (các đài định vị vô tuyến).

 Định danh: Medium Frequency (MF); Medium Wave (MW): tần số trung bìng, sóng trung.

 Đặc tính truyền: truyền sóng đất và sóng trời, truyền ban ngày bị suy giảm nhiều, truyền ban đêm ít bị suy giảm, có can nhiễu khí quyển.

 Công dụng: dùng trong thông tin hàng hải, vô tuyến tầm phương phát tin khẩn cấp, phát thanh vô tuyến điều biên (AM: Amplitude ModulatiaDa,

 Định danh: High Frequency (HF); Short Wave (SW): tần số cao, sóng ngắn.

 Đặc tính truyền: có hiện tượng khúc xạ và phản xạ ở tầng điện ly của khí quyển, hiện tượng thay đổi nhiều hay ít theo giờ trong ngày, theo mùa trong năm, theo tần số trong dải Do vậy, sóng truyền được khắp thế giới, nếu công suất phát lớn thì có thể truyền nhiều vòng, quanh địa cầu tạo ra hiệu ứng lập lại tín hiệu nhiều lần, người ta còn gọi sóng này là sóng trời.

 Công dụng: dùng cho vô tuyến truyền thanh nghiệp dư, vô tuyến truyền thanh quốc tế, thông tin quân sự, điện thoại, điện tín, fax, …

 Định danh: Very High Frequency (VHF) : tần số rất cao.

 Đặc tính truyền: sóng truyền gần như theo đường nhìn thấy, có hiện tượng tán xạ sóng do có sự thay đổi chiết suất bất thường ở các vị trí khác nhau trong lớp khí quyển, cách mặt đất khoảng 100 km, do vậy có thể truyền xa hơn đường nhìn thấy, có rất ít hiện tượng khúc xạ trong tầng điện ly, dẫn đến sóng truyền qua tầng điện ly vào không gian Đặc tính truyền của sóng bất lợi cho việc truyền sóng giữa đài phát với đài thu mặt đất ở cự ly xa, nhưng lại có thể truyền qua vệ tinh tiếp sóng có can nhiễu vũ trụ.

 Công dụng: Dải tần này được sử dụng cho vô tuyến truyền hìnhVHF, vô tuyến truyền thanh điều tần FM (Frequency Modulation), liên lạc vô tuyến VHF hai chiều, liên lạc VHF điều biên với tàu bay, thiết bị đạo hàng hàng không.

 Định danh chung: Ultra High Frequency (UHF): tần số cực cao.

 Định danh riêng cho mỗi phân dải:

 Đặc tính truyền: cũng gống như VHF, cũng truyền theo đường nhìn thấy, có can nhiễu vũ trụ, nhưng nó có dải tần sử dụng cực cao.

 Công dụng: được dùng cho vô tuyến truyền hình UHF, thiết bị đạo hàng, rađa, đường liên lạc vi ba, …

 Định danh chung: Super High Frequency (SHF: tần số siêu cao).

 Định danh riêng cho mỗi phân dải:

 Đặc tính truyền: truyền theo đường nhìn thấy, nếu tần số cao hơn 10 GHz thì sẽ có hiện tượng suy giảm khi truyền qua mưa, nếu tần số cao hơn 22,2 GHz thì sẽ có hiện tượng suy giảm do oxy và hơi nước ở khí quyển quả đất.

 Công dụng: được dùng trong thông tin qua vệ tinh, rada.

 Định danh chung: Extremely High Frequency (EHF: tần số siêu cực cao).

 Định danh rtiêng cho mỗi phân dải:

 Đặc tính truyền: bị suy giảm do hơi nước ở 183 GHz; oxy ở 60 GHz và 119 GHz.

 Công dụng: được sử dụng cho các hệ thống rađa, liên lạc qua vệ tinh, hay để thí nghiệm.

 Định danh : Dải các tia hồng ngoại, ánh sáng nhìn được và các tia tử ngoại.

 Đặc tính truyền: truyền theo đường nhìn thấy.

 Công dụng: dùng trong thông tin quang.

MÔI TRƯỜNG TRUYỀN TIN HỮU TUYẾN

Tín hiệu hay sóng mang tin có thể truyền qua dây dẫn điện, sóng có tần số trong dải hồng ngoại, ánh sáng nhìn thấy được, hay tia tử ngoại có thể truyền và phản xạ qua môi trường trong suốt có đường hướng dẫn Ở đây, người viết xin nêu ra một số môi trường truyền hữu tuyến:

1 Đôi dây dẫn điện xoắn: Đây là loại dẫn truyền tin khá phổ biến, nó được dùng nhiều cho dây điện thoại để dẫn vào các hộ thuê bao điện thoại Đây là loại dây có từng đôi dây, có vỏ cách điện được xoắn lại với nhau, mỗi dây có dây dẫn điện nhiều sợi, các dây đồng nhỏ xe lại với nhau, nếu có nhiều (dây) đôi được bó lại thì tạo thành dây cáp.

 Đặc tính truyền và công dụng:

Loại này truyền được tín hiệu tương tự có tần số điện 250 KHz với cự ly từ (5  6) km, nếu xa hơn ta phải có mạch khuếch đại tăng tín hiệu Nếu dùng cáp nhiều đôi sẽ có hiện tượng xuyên âm, nếu thiếu vỏ bọc giáp cho mỗi đôi.

Tuy vậy, loại dây truyền này vẫn có thể truyền được tín hiệu số với tốc độ tối đa là 100 (KByte/s) với bộ lặp cách nhau từ (2  3) km.

Là loại dây có đường dây dẫn điện ở giữa và ngoài vỏ đồng trục nhau nối từ ngõ vào RF của đầu máy video với jack cắm anten của máy vô tuyến truyền hình mà các bạn đều thấy Cáp đồng trục gồm có dây dẫn điện, lõi trong cùng làm bằng dây đồng bền, có ống cách điện hay khoảng cách điện đặt cách khoảng đều nhau Lớp vỏ bọc làm bằng dây đồng quấn đan nhau, tạo thành dây dẫn thứ hai bọc quanh lõi dây cáp Ngoài cùng là lớp vỏ cách điện.

 Đặc tính truyền và công dụng: có nhiều loại cáp, có tổng trở đặc tính khác nhau Cáp truyền được tín hiệu tương tự, có tần số 400MHz với cự ly vài km. Muốn truyền xa hơn cần phải có mạch khuếch đại tăng cường tín hiệu đặt cách nhau vài Km Cáp truyền được tín hiệu số với tốc độ cao nhất là 800 Mb/s với bộ lặp tín hiệu cách nhau 1 km.

 Công dụng của cáp đồng trục (các loại cáp nói chung): thường được sử dụng trong:

+ Cáp phân phối tín hiệu truyền hình

+ Cáp trung kế ( giữa các tổng đài chuyển mạch điện thoại).

+ Cáp điện thoại liên tỉnh (nhưng ngày nay đã được thay bằng sợi quang).

Sợi quang có đường kính từ (2  125) m có thể uốn cong được, thường sợi quang được chế tạo bằng thủy tinh, silic cực thuần Sợi thủy tinh khó chế tạo, thường được thay bằng thủy tinh nhiều thành phần có giá thành thấp hơn mà vẫn đạt yêu cầu Ngoài ra, còn có sợi nhựa dẻo đặc biệt có thể truyền thông tin ở các cự ly gần (ngắn) sợi gồm có ruột là môi trường truyền ánh sáng có chiết suất cao hơn lớp vỏ bằng thủy tinh hay nhựa dẻo, ngoài cũng có lớp vỏ bọc bảo vệ bằng sợi bọc nhựa dẻo không ẩm ướt, không bị mài mòn, ít va chạm và ít các nguy cơ hư hỏng.

 Đặc tính truyền và công dụng: có 3 cách truyền ánh sáng trong sợi quang tùy theo cấu tạo.

+ Nếu đường kính của nó lớn: chiết suất phần ruột đồng đều và cao hơn lớp vỏ bọc, nếu góc tới của tia sáng đến đầu sợi, tia sáng sẽ vào sợi, nếu góc tới tại 1 tiếp giáp giữa sợi với vỏ bọc lớn hơn các góc tới hạn phụ thuộc vào chiết suất của sợi với vỏ thì tia sẽ được phản chiếu toàn phần nhiều lần khi truyền dọc theo sợi Có nhiều tia truyền, do vậy ở đầu nhận tin các tia không đồng pha nhau dẫn đến tốc độ truyền bị hạn chế.

+ Nếu đường kính sợi thật nhỏ, chiết suất sợi đồng đều thì chỉ có 1 tia được truyền qua.

+ Nếu chiết suất trong sợi không đồng đều, chiết suất cao nhất tại trục sợi, giảm dần khi ra ngoài vỏ, tia sáng không được phản xạ toàn phần tại một tiếp giáp giữa ruột và vỏ bọc mà phản xạ toàn phần ngay trong sợi.

Sợi quang truyền tia sáng có tần số từ (10 14  14 17 ) Hz, (10 5  10 7 ) GHz; từ tia nhìn được đến tia hồng ngoại Muốn truyền tin, tín hiệu phải được chuyển đổi thành tín hiệu số, chuyển đổi sang thanh tín hiệu ánh sáng rời rạc bằng nguồn phát tia sáng như diode phát quqng, led bàn dẫn, … Khi thu nhận, ánh sáng được diode quang điện đổi ra tín hiệu điện rời rạc, sau đó chuyển đổi thành tín hiệu nguyên thủy (t/h số) Tốc độ truyền lên đến : 9 Gb/s.

 Công dụng: được sử dụng chuyên biệt cho các hệ thống, công trình sử dụng cáp quang, đường dây truyền mang tính kỹ thuật cao, cự ly truyền xa, bảo đảm tín hiệu quả cao.

MÔI TRƯỜNG TRUYỀN VÔ TIUYẾN

Khí quyển quả đất và không gian là môi trường truyền sóng điện từ Khí quyển quả đất có 2 tầng ảnh hưởng đến sự truyền sóng: thứ nhất là tầng đối lưu (tầng này cao hơn mặt đất vài chục km), tán xạ sóng trong dải tầng từ 40 MHz  40GHz đã từng được sử dụng trong kỹ thuật truyền tin tropo (tầng đối lưu), ngày nay không còn sử dụng nữa do sự phát triển của kỹ thuật truyền vi ba qua vệ tinh địa tĩnh.

Thứ hai là tầng điện ly, tầng này phản xạ sóng trong dải tầng từ (3  30) MHz.

Do vậy, sóng ở dải tầng này có thể phủ một vùng đất rộng trên quả đất. Tầng điện ly không phản xạ sóng có tần số từ 30 m trở lên Do vậy sóng truyền theo đường nhìn thấy, vùng phủ sóng bị hạn chế và phụ thuộc vào chiều cao của vị trí đặt anten thu và phát Khi muốn truyền đi xa, phải có trạm tiếp sóng, trạm lặp tín hiệu hay vệ tinh.

Tần số sóng xác định kích thước anten, tần số sóng càng cao thì anten càng gọn nhẹ, để đặt trên các thiết bị di chuyển, sóng phát ra càng có tính định trường cao, do vậy muốn thiết lập đường thông tin từ một điểm đến một điểm khác thì thường sử dụng sóng có tần số từ dải UHF hay cao hơn Tần số càng thấp, anten có kích thước chiều cao càng lớn, sóng phát ra càng có tính định hướng thấp, không thuận lợi để liên lạc từ điểm này đến điểm kia mà chỉ thuận lợi để phủ sóng vô tuyến truyền thanh hay vô tuyến truyền hình quảng bá cho nhiều người nghe và xem như các đài vô tuyến truyền thanh, vô tuyến truyền hình.

Sau khi nói về đặc tính truyền của môi trường truyền vô tuyến và đặc tính của sóng, ta có thể nghiên cứu thêm về các vùng phủ sóng và các đường truyền vô tuyến.

Sóng này có đặc tính là ít bị suy giảm vào ban ngày lẫn ban đêm, nó được dùng phổ biến ở Châu  để phủ sóng các chương trình truyền thanh, ít được sử dụng ở Châu Á do có nhiễu khí quyển (sấm sét nhiều).

Sóng này có tần số từ (540  1600) KHz và được gọi là dải vô tuyến truyền thanh điều biên (AM), ban đêm có thể truyền ở cự ly xa, nhưng ban ngày cự ly bị giới hạn rất nhiều Do vậy mà sóng trung chỉ để phủ sóng vô tuyến ở từng địa phương Ở việt Nam, cỏc địa phương đềứu phủ súng điều biờn ở dải súng trung.

Như đã trình bày ở phần trên, sóng ngắn do có tầng điện ly nên vùng phủ sóng rất rộn, được các ủy hội tư vấn khuyến cáo là nên sử dụng Sóng này dùng để phát chương trình vô tuyến truyền thanh quốc tế Cũng do quy ước quốc tế, các bước sóng được phát trong dải 13m, 16m, 19m, 25m, 31m, 41m, 49m, 63m và 75m.

Cũng như phần trên đã nói, sóng VHF và UHF truyền theo đường nhìn thấy được (Los/line of light), do vậy vùng phủ sóng phụ thuộc vào vị trí đặt anten thu và phát Ở Việt Nam, hệ thống phát vô tuyến truyền hình sử dụng sóng này để phát hình.

Ta có thể tính toán như sau: Đây là sơ đồ đường truyền sóng: VHF, UHF, SHF, EHF hp, ht: chiều cao của anten phát và thu sóng truyền theo đường nhìn thấy.

Ta có: dp + dt theo chiều cao của anten phát và thu hp, ht:

Với r : là bán kính của quả đất

Như vậy nếu đưa vào hệ thứ trên bán kính của quả đất, ta có: dt dr ht hp r

Bán kính vùng phủ sóng đài phát bằng: hp, ht được đo bằng (m). dp, dt : cự ly truyềứn (km).

Do hiện tượng tán xạ ở tầng đối lưu, cho nên cự ly truyền có thể xa hơn.

Cũng như phần trên đã nói, tần số càng cao thì sóng phát xạ từ anten càng có tính định hướng cao, thuận tiện cho kỹ thuật truyền từ một điểm đến một điểm.

Từ phần cao dải UHF đến EHF, sóng được gọi chung là sóng vi ba, được phát và thu bằng anten ngắn có gương phản xạ hay phần tử phản xạ.

 Sau đây là hình vẽ của hai kiểu truyền cơ bản và phổ biến: a Truyền trực tiếp: Lối truyền này là phương pháp truyền từ trạm phát đến trạm thu theo đường nhìn thấy. b Truyền qua trạm tiếp sóng hay trạm lặp:

Các trạm lặp có thể đặt trên núi cao, trên tàu bay bay vòng quanh một địa điểm (vị trí) đã quy định hay trên vệ tinh địa tĩnh ở độ cao 35.784km.

Trên đây là phần khảo sát, tìm hiểu và nghiên cứu về sóng mang; môi trường truyền và các đường truyền sóng Vấn đế phát và thu phải có sự đồng bộ và quá trình này khá phức tạp nếu như muốn hiểu tường tận vấn đề. Đường nhìn thấy (LOS)

Trạm phát Trạm thu hp ht Đường nhìn thấy (LOS) Đường nhìn thấy (LOS)

KỸ THUẬT ĐIỀU CHẾ

KỸ THUẬT ĐIỀU BIẾN: (Amplitude Modulation)

Kỹ thuật điều biến biên độ là kỹ thuật thay đổi biên độ của sóng mang có tần số cao, có khả năng phát xạ sóng điện từ theo biên độ của một tín hiệu gốc mang nội dung tin tức cần được truyền trong không gian Tín hiệu gốc tuy có nội dung tin tức, nhưng không phát xạ sóng điện từ, sóng cao tần có thể phát xạ sóng điện từ truyền trong không gian Do vậy, biên độ sóng được biến thiên theo tín hiệu gốc để truyền được tín hiệu gốc trong không gian. Để tiếp cận với kỹ thuật này, ta xét trường hợp đơn giản là tín hiệu điều biến điều hoà có biểu thức: em = Emcosmt (m : modulation)

Với : em điệnáp tức thời của tín hiệu điều biến tức là điện áp tín hiệu gốc.

Em : biên độ cực đại tín hiệu điều biến.

m : tầnsố gốc tín hiệu điều biến (rad/s). và fm : tần số tín hiệu điều biến (Hz).

Sóng cao tần có thể truyền được torng không gian có biểu thức sau: ec = Ecsinc t

Với : + ec : điệnáp tức thời của sóng mang là sóng cao tần để mang tin

+ Ec : biênđộ cực đại sóng mang + c : 2fc : tầnsố gốc sóng cao tần + fc : tần số sóng mang

Khi sóng đã được điều biến biên độ thì : e = Ec ( 1+ mcosmt )sin c t

Với Em/Ec gọi là chỉ số điều biên hay hệ số điều chế hoặc là độ sâu điều chế.

Khi sử dụng kỹ thuật điều biên cần phải lưu ý là biên độ gốc Em phải nhỏ hơn biên độ sóng mang Ec Như vậy:

Nếu m > 1 thì mạch có hiện tượng quá điều chế và tín hiệu bị méo trầm trọng Thực tế thì:

Mmax = 0,7  0,9 là được để đảm bảo việc thu tín hiệu không bị méo.

 Ta xác định m trong thực tế bằng cách đo các giá trị Vmax, Vmin, và áp dụng công thức:

Khi m = 1, ta có: Vmax = 2Vc; Vmin = 0

2/ Phổ tần và bề rộng dải tần:

Theo như trên, ta có: e = Ec ( 1+ mCosmt )Sin c t e = Ec Sin c t + m Ec Cosmt + sin c t e = Ec sin c t +

Và: * : gọi là sóng biên trên và có tần số là:

* : gọi là sóng biên dưới, có tần số là:

m - c (rad/s) hay fc - fm (Hz)

* Ec sin c t là sóng mang, có tần số là c (rad/s) hayfc (Hz)

Phổ sóng điều biên được vẽ như sau:

Hai sóng biên nằm ở cả hai bên sóng mang, độ rộng dải tần bằng hiệu số của tần số cao nhất là fc + fm vớitần số thấp nhất là fc - fm.

BW = (fc + fm) - (fc - fm) = 2fm

3 Sự phân bố công suất trong sóng đã điều biến:

Hình vẽ phổ sóng đã điều biến bởi tín hiệu đơn tần em = EmCosm t cho thấy sự phân bố điện áp trong sóng Điều này cho ta thấy được công suất được phân phối (phân hgố theo tỉ lệ với bình phương của các giá trị điện áp là: , Ec và

Công suất sóng mang được tính bằng công thức:

Công suất mỗi sóng biên bằng:

Công suất của sóng đã điều biến bằng:

Như vậy công suất được phân bố thành các phần là: với

Với PSf : tần số biên dưới : PSF = fc - fm

PUSf : tần số biên trên : PUSf = fc + fm

Ta thấyrằng công suất phân bố cho các tần số biên lệ thuộc vào hệ số điều biên m.

4 Trường hợp tín hiệu điều biến là tín hiệu phức tạp:

Nếu tín hiệu điều chế (điều biến) là tín hiệu phức tạp gồm nhiều tần số khác nhau, giả sử có nhiều thành phần, thấp nhất là fmin đến cao nhất fmax thì ta có sóng đã điều biến là: e

Như vậy hệ số điều chế:

Và phổ sóng có dạng:

Công suất của sóng được phân bố như sau:

 Công suất toàn sóng biên trên:

 Công suất toàn sóng biên dưới:

 Lưu ý: độ rộng dải tần của sóng bằng:

BW = (fc + fmax) - (fc - fmax) = 2 fmax fmax : tần số cao nhất trong dải tần tín hiệu điều biến.

5 Các kỹõ thuật truyền sóng điều biên:

Trước khi nghiên cứu các kỹ thuật truyền khác nhau, ta xét lại biểu thức sóng mang đã điều biến: e = Ec ( 1+ mCosmt )sin c t e Sóng mang Ec Sinct không mang nội dung tin, cả hai sóng điều biên mang cùng một nội dung tin tức và phụ thuộc vào m, m. a/ Kỹ thuật truyền sóng biên với trộn sóng mang gọi tắt là kỹ thuật DSBFC (Double Side Band Carrier) Đây là kỹ thuật truyền tin cổ điển dùng sóng điều biên Kỹ thuật này có nhược điểm: lãng phí công suất phát sóng và dải tần, nhưng lại có ưu điểm là kỹ thuật giản đơn, thiết bị phát và thu cũng đơn giản, đỡ tốn kém.

Kỹ thuật này được áp dụng trong kỹ thuật truyền thanh bằng sóng điều biên Tiêu chuẩn phát sóng lệ thuộc vào cơ quan quản lý phát sóng các nước Sau đây là tiêu chuẩn phát thanh sóng điều biên của cơ quan FCC (Feederal Communication Commisssion), cơ quan liên bang quản lý việc phân phối sử dụng và phát sóng tại

Mỹ được nhiều nước áp dụng, do vậy được lấy ra làm ví dụ minh hoạ:

 Dải tần quy định: từ (540  1600) KHz, mỗi cấp tăng tần số là 10 KHz (dành cho chương trình đài địa phương).

 Độ rộng dải tần phát sóng 10 KHz.

 Độ ổn định tần số sóng mang 20Hz so với tần số quy định phát sóng.

 Hệ số điều biên từ : 0,85  0,95.

 Dải tín hiệu âm tần từ 100 Hz  5KHz, một KHz là tần số chuẩn ở Ođêxjen.

 Hệ số méo biên độ thấp hơn 0,05 cho hệ số điều biên tới 0,85, thấp hơn 0,075 cho hệ số điều biên từ 0,85  0,95.

 Can nhiễu và tiếng ù ít nhất là 45dB khi hệ số điều biên bằng 1 (m

= 1) ở dải âm tần từ 30 Hz  20 KHz.

 Công suất phát cực đại cho phép 50 KW (để phát đài địa phương trên sóng trung bình từ 540  1600Hz).

Ngoài ra còn có quy định phát chương trình quốc tế bằng sóng ngắn với công suất phát có thể đến 500 KW. b/ Kỹ thuật truyền đơn biên: gọi tắt là SSB (Single Side Band) Kỹ thuật này được phân thành nhiều loại:

 Kỹ thuật đơn biên triệt sóng ngang gọi tắt là kỹ thuật SSBSC (Single Side Band Suppered Carrier), kỹ thuật này vẫn truyền được tin tức vì nội dung đầy đủ của tin tức đã được mang bởi mỗi dải sóng biên Do vậy, có ưu điểm là công suất truyền thấp; chỉ còn bằng với mt < 1, Pc: công suất sóng mang.

Một ưu điểm nữa là dải tần súng bằng ẵ so với kỹ thuật truyền súng biờn. Điều này rất có ý nghĩa nếu dùng kỹ thuật ghép kênh Do dải tần sóng phát chỉ cũn ẵ thỡ số kờnh truyền được ghộp sẽ tăng gấp đụi lờn Nhưng nú cú nhược điểm là thiết bị phát và thu phức tạp vì khi thu được són, sóng mang phải được tái tạo và chèn vào sóng biên thì quá trình giải điều chế (điều biến) mới thực hiện được.

 Kỹ thuật truyền đơn biên với sóng mang giảm biên độ gọi tắt là SSBRC (Single Side Band Reduced Carrier), kỹ thuật truyền này cũng có ưu điểm như kỹ thuật SSBSC ở trên, nhờ sóng mang hạn chế biên độ nên sóng mang có thể tái tạo được dễ dàng tại máy thu c/ Kỹ thuật truyền hai dải biên độc lập: Kỹ thuật này gọi tắt là ISB(Independent Side Band), kỹ thuật này truyền cả hai dải sóng biên, mỗi dải mang một nội dung tin tức độc lập nhau, như vậy là với cùng một sóng mang, có thể truyền được hai thông tin khác nhau. d/ Kỹ thuật truyền song biên triệt sóng mang: gọi tắt là DSBSC (Double Side Band Suppressed Carrier), kỹ thuật truyền 2 dải sóng biên, sóng mang không truyền Như vậy không phải mất công suất sóng mang nhưng ở máy thu phải dùng mạch giải điều biến tích số tốn kém hơn mạch giải điều biến đường bao, ở mày thu song biên có sóng mang thường gặp hơn. e/ Kỹ thuật truyền 1 dải biên hẹp: gọi tắt là VSB (Vestigial Side Band), kỹ thuật này được sử dụng cho kỹ thuật phát hình mà chúng ta đang nghiên cứu.Không được dùng cho kỹ thuật truyền thanh Đây là kỹ thuật tổng hợp của kỹ thuật truyền song biên với kỹ thuật truyền một dải biên Vấn đề truyền đơn biên sẽ được nghiên cứu và trình bày rõ hơn ở phần sau.

ƯU VÀ KHUYẾT ĐIỂM CỦA ĐIỀU CHẾ ĐƠN BIÊN

e/ Kỹ thuật truyền 1 dải biên hẹp: gọi tắt là VSB (Vestigial Side Band), kỹ thuật này được sử dụng cho kỹ thuật phát hình mà chúng ta đang nghiên cứu. Không được dùng cho kỹ thuật truyền thanh Đây là kỹ thuật tổng hợp của kỹ thuật truyền song biên với kỹ thuật truyền một dải biên Vấn đề truyền đơn biên sẽ được nghiên cứu và trình bày rõ hơn ở phần sau.

II ĐIỀU CHẾ ĐƠN BIÊN (SSB: Single Side Band)

A ƯU VÀ KHUYẾT ĐIỂM CỦA ĐIỀU CHẾ ĐƠN BIÊN:

Như ta đã biết tin tức chỉ chứa trong biên tần, nên chỉ cần truyền đi một biên tần là đủ thông tin về tin tức Quá trình điều chế nhằm tạo ra một dải biên tần gọi là điều chế đơn biên Tải tần chỉ cần dùng để tách sóng, do đó có thể nén toàn bộ hoặc một phần tải tần trước khi truyền đi.

 Một số ưu điểm của điều chế đơn biên (SSB) so với điều biên được ghi như sau: Đây là dạng phổ của SSB

1 Độ rộng dải tần giảm một nửa:

DSSB < ẵ DAM Do vậy mà trong cựng một dải tần số thỡ số đài cú thể bố trí tăng gấp đôi.

2 Hiệu suất rất cao so với điều chế AM:

Phữu ích = Pbt = 1/3PAM khi m = 1

Còn đối với điều chế đơn biên : Phữu ích = Pbt = PSSB f

Nếu xét về hệ số sử dụng công suất:

Như vậy, khi m càng nhỏ thì máy phát đơn biên càng có công suất hữu ích lớn hơn nhiều lần so với công suất hữu ích của máy phát điều biên.

3 Do DSSB  2DAM nên đối với các loại nhiễu nói chung (S/N)SSB > (S/N)AM và riêng đối với nhiễu trắng (nhiễu có cường độ như nhau) thì (S/N)SSB  (S/N)AM Như vậy để máy phát AM và SSB có cùng S/N, ta phải tăng PAM lên 2 lần.

4 Do hiện tượng pha đinh trong truyền sóng mà tần số sóng mang fc có thể bị suy giảm Cho nên với máy thu AM khi thu có lúc m > 1 sẽ gây méo do quá điều chế Nếu pha đinh rất lớn làm mất hẳn tần số sóng mang thì máy thu AM sẽ không thu được Còn đối với máy thu SSB, pha đinh làm suy giảm hay triệt tiêu tần số sóng mang thì không có (bị) ảnh hưởng gì.

5 Đối với tín hiệu AM trong dải sóng ngắn, do sự phân tán của đặc tuyến pha mà xảy ra sự chia pha các dao động trong dải biên Điều này làm méo tín hiệu truyền và làm giảm biên độ điện áp ở đầy vào bộ tách sóng của máy thu

AM Tổn hao công suất ở đầu, do đó được đánh giá là 50% Còn đối với tín hiệu SSB thì mọi tin tức đều được phát trong một dải biên nên không có hiện tượng chia pha.

6 Dùng tín hiệu SSB sẽ thực hiện được sự bảo mật tốt, do nếu không biết tần số sóng mang thì sẽ không thu được tin tức Do vậy, máy phát và thu SSB được sử dụng rất nhiều trong lĩnh vực quân sự, truyền hình.

Tuy có nhiều ưu điểm, song do yêu cầu kỹ thuật khá cao như: mạch lọc dải phải rất hẹp và dốc đứng, việc tạo lại tần số sóng mang fc trong máy thu phải rất chính xác mới không gây méo tín hiệu… cho nên máy phát và máy thu đơn biên có cấu tạo phức tạp hơn so với máy phát và thu AM Cho nên nó chỉ được dùng trong các máy phát chuyên dụng: máy phát hình, máy phát thoại, phát tín hiệu nhiều kênh.

CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ ĐƠN BIÊN

Phương pháp đầu tiên để tạo ra tín hiệu đơn biên (SSB) là từ tín hiệu điều biên AM người ta dùng bộ lọc dải để tách một biên tần cần thiết ra Song do yêu cầu chất lượng cao nên bộ lọc dải rất phức tạp Bởi vậy người ta sử dụng hai phương pháp tạo tín hiệu SSB khác: phương pháp quay pha và phương pháp lọc pha Nhưng hai phương pháp này ngày nay không còn sử dụng nữa do nó có nhiều mặt hạn chế Còn tần số sóng mang fc, dải biên thứ hai … Ngày nay phương pháp tạo tín hiệu SSB được sử dụng rộng rải nhất là phương pháp tổng hợp: tạo tín hiệuSSB bằng các tần số sóng mang khác nhau Đặc biệt là khi bộ lọc thạch anh xuất hiện thì phương pháp này được sử dụng rất rộng rải Ta sẽ lần lượt xét các phương pháp tạo tín hiệu SSB khác nhau:

1 Phương pháp lọc và phương pháp tổng hợp: a Phương pháp lọc:

Tín hiệu điều chế ec và tải tin Ec được đưa vào bộ điều chế cân bằng Sau bộ điều chế cân bằng ta thu được 2 dải biên, sau đó dùng bộ lọc dải ta sẽ thu được biên trên hoặc biên dưới như sơ đồ khối và phổ tín hiệu của phương pháp lọc (fc: tần số sóng mang, : một nữa khoảng cách giữa tần số cần lọc và tần số cho qua).

Nhưng do f > fc và  = f1 + fmin rất lớn nên dễ lọc được Vì vậy bộ lọc 2 thường là bộ lọc L, C đơn giản Nếu f2 chưa ở trong dải tần số làm việc thì buộc ta phải đổi tần lần thứ hai: dùng bộ ĐCCB3 Bộ lọc 3 cũng đơn giản như bộ lọc 2 vì  lớn :  = f1 + fmin Cứ thế cho đến khi nào ta đạt được tần số làm việc f0.

0 f1 fmin fmax f1-fmax f1-fmin f1+fmi n f1+fma x

2 = 2f1 + 2fmin f2 f2 - f1-fmax f2 +f1+fmin f2 + f1+ fmax f2 +f1+fmin f2 + f1+ fmax Đây là phổ tín hiệu theo phương pháp tổng hợp Đây là phương pháp khá phức tạp và khó nhưng cho kết quả không cao, người ta gần như không sử dụng nữa Trong luận văn tốt nghiệp này; người làm xin được không trình bày.

II CÁC MẠCH ĐIỀU BIẾN BIÊN ĐỘ:

Vị trí mạch điều biến biên độ trong máy phát cho biết mạch máy phát thuộc loại được điều biên ở mức thấp hay mức cao Đối với máy điều biên mức thấp, mạch điều biến ở phía trước điện cực ra của tầng khuếch đại công suất phát sóng, tức là điện cực trước cực thu của transistor khuếch đại công suất cao tần phát công suất như cực khiển hay cực phát Nếu là đèn điện tử thì phải trước anode (tức là lưới khiển), lưới màn cathode, nếu là transistor trường thì phải trước cực thoát là cổng hay nguồn. Ưu điểm của kỹ thuật điều biên mức thấp là không yêu cầu công suất tín hiệu điều biến cao để có tỉ số điều biên cao Máy điều biến mức cao có mạch điều biến ở ngay điện cực ra của tầng khuếch đại công suất cao tần phát sóng tức là ở ngay cực thu của transistor công suất cao tần anode đèn khuếch đại công suất cao tần hay cực thoát transistor trường khuếch đại công suất cao tần Nhược điểm của kỹ thuật này là phải có công suất tín hiệu điều biến cao.

1/ Mạch điều biến mức thấp: a Mạch điều biến cực phát transitor: có sơ đồ mạch như sau:

 Tín hiệu điều biến : em = Emcosmt

 Mạch điều biến cực phát:

Sóng mang ec = Ecsinct Điện áp tại cực thu Vc:

 Sóng đã điều biến tại ngõ ra:

 Nguyên lý làm việc của mạch:

Tín hiệu điều biến vào cực phát làm thay đổi điện trở mặt tiếp giáp giữa cực phát với cực khiển re vì : , với IE là dòng cực phát tính bằng (mA).

Hệ số khuếch đại sóng mang của transistor bằng: mà hie = re Do vậy hệ số khuếch đại biến thiên theo dòng tín hiệu điều biến vào cực phát. Điện áp tín hiệu điều biến tăng lên, dòng ie giảm do điện áp phân cực transistor ổn định, Av giảm, re tăng Ngược lại, khi tín hiệu điều biến giảm, ie tăng, re giảm, re giảm, Av tăng lên Do đó ta có điện áp ra tại cực thu và sóng đã điều biến tại ngõ ra Mạch này đạt yêu cầu đối với máy phát công suất nhỏ, nhưng không đạt ở máy công suất cao do transistor làm việc ở chế độ lớp A, mạch có hiệu suất kém. b Mạch điều biến cực thu transistor:

Nếu mạch này là tầng khuếch đại công suất cuối cùng của máy phát thì đây là mạch điều biến mức cao vì điện áp điều biến đặt vào cực thu là ngõ ra của mạch khuếch đại cao tần phát sóng Nếu là tầng khuếch đại đặt trước mạch khuếch đại công suất cuối cùng thì đây là mạch điều biến mức thấp Ta xét sơ đồ mạch như sau:

Với L: cuộn cảm cách ly cao tần.

 Nguyên lý làm việc của mạch: transistor Q1 khuếch đại sóng mang ec ở chế độ C, sóng mang ec được đưa vào cực khiển khi ec nhỏ hơn 0,6V, Q1 không dẫn, khi ec > 0,6V thì Q1 dẫn, mỗi chu kỳ sóng mang Q1 chỉ dẫn trong một góc nhỏ hơn 180 o Tín hiệu điều biến làm thay đổi điện áp nuôi transistor vì được mắc nối tiếp với điện áp một chiều Vcc.

- Sóng mang : ec = Ec sinct

Như vậy điện áp ra có tín hiệu điều biến sóng mang và thành phần một chiều VCC.

Do Q1 làm việc không tuyến tính nên các thanh phần khác như: fc = f(m), 2fc, 2fm Re là mạch tự phân cực, cũng là mạch điện áp âm vào cực khiển Q1 làm việc ở chế độ lớp C Ngày nay, người ta đã cải thiện mạch có thêm mạch cộng hưởng L, C, thay cho cuộn cảm L để loại các thành phần không cần thiết.

Sơ đồ mạch minh hoạ như sau: t em t ic

Sóng mang ec = Ec Sinct chưa điều biến n1 n2

C th : tụ điện trung hoà chống dao động

2 Mạch điều biến mức cao:

Mạch điều biến cực thu vừa nói trên được phân vào loại mạch điều biến mức cao nếu cực thu là ngõ ra của máy phát, transistor Q1 là transistor công suất khuếch đại cao tần cuối cùng Để có hiệu suất cao thì transistor làm việc ở chế độ

C tức là chỉ dẫn trong thời gian ngắn hơn một nửa chu kỳ sóng Với mạch điều biến cực thu, ta có tỉ số điều biến m cao hơn, tín hiệu gốc ít biến dạng hơn, nhưng nếu là mạch ở mức cao tức là mạch phát sóng ra thì tín hiệu điều biến cần có công suất tương ứng với sự phân bố công suất. Để có thể điều biến sâu hơn với tín hiệu gốc ít méo, ta có thể sử dụng mạch điều biến đồng thời cực khiển và cực thu sau đây:

Tín hiệu điều biến đã được đưa vào cực thu của hai transistor khuếch đại công suất cao tần phát sóng Q2 và Q3 và cực thu của transistor khuếch đại sóng cao tần Q1 Như vậy, ở các cực khiển của Q2 và Q3 là các sóng đã điều biên một phần phát ra từ Q1 Các sóng này lại được điều biến tần thứ hai bởi cùng một tín hiệu tại các cực khiển và cực thu của Q1 và Q3 Mạch này ít làm méo tín hiệu điều biến và sóng được điều biến với tỉ lệ cao hơn.

Vi mạch tạo hàm có thể dùng làm mạch điều biên phù hợp với các đặc tính máy phát tần số rất ổn định, rất ít gây méo tín hiệu điều biến, nếu gọn nhẹ và thiết kế giản đơn

Tuy nhiên có nhược điểm là công suất ra thấp, phạm vi tần số hữu ích hẹp.

CÁC MẠCH ĐIỀU PHA: (PM: PHASE MODULATION)

1/ Điều chế pha theo Amstrong:

Dao động thạch anh ĐB1

Tín hiệu sóng mang được tạo ra từ bộ dao động thạch anh (để có độ ổn định tần số cao), được đưa tới hai bộ điều biên (ĐB1 và ĐB2) lệch pha nhau 90 0 Còn tín hiệu điều chế âm tần V0 được đưa đến 2 mạch điều biên ngược pha Điện áp ra trên 2 bộ điều biên sẽ là:

Và đồ thị Vectơ của VAM1,VAM2 và V = VPM được sẽ như sau:

Từ đồ thị ta thấy rằng tổng các dao động đã điều biên V = VAM1 + VAM2 là một dao động điều chế về pha và biên độ Điều biên ở đây là điều biên ký sinh. Mạch có nhược điểm là có độ di pha pha Để hạn chế mức điều biên ký sinh, chọn

 nhỏ Để có điều biên ký sinh nhỏ hơn 1% thì   0,3 Mặt khác sau bộ điều pha ta có thể đặt bộ hạn chế biên độ để loại bỏ điều biên ký sinh Do gây ra điều biên ký sinh và độ di pha nhỏ ( nhỏ) nên phương pháp này ít được sử dụng.

2) Mạch điều chế pha dùng mạch lọc: Điều chế pha dùng mạch lọc.

Bộ điều chế pha được thực hiện bởi 3 mắt lọc là 3 mạch cộng hưởng giống nhau, được điều chỉnh cộng hưởng bởi varicap.

Khi V thay đổi, CV thay đổi, dẫn đến tần số cộng hưởng f0 thay đổi, nên trở kháng tương đương của mạch cộng hưởng thay đổi theo: trong đó : ; ;

Góc pha của trở kháng tương đương được xác định theo biểu thức:

Rõ ràng là khi V thay đổi thì  thay đổi, do đó góc pha  biến đổi 1 lượng tương ứng Do Zk cũng biến thiên theo  nên mạch này có điều biên ký sinh Nếu chọn các mắt lọc LC hợp lý (mỗi mắt lọc dịch pha 60 0 ), có thể làm cho đặc tuyến  = f (V) tuyến tính hơn, do đó đạt được lượng di pha tương đối lớn 

=  và méo phi tuyến nhỏ Y  1%.

Các tụ ghép C trên mạch có chức năng là ngăn chặn điện áp 1 chiều và cho điện áp cao tần đi qua, các tụ thoát C’ dùng để ngăn điện áp 1 chiều và điện áp cao tần, chỉ cho điện áp âm tần V đi qua Do đó C’>>C.

ỔN ĐỊNH TẦN SỐ TRUNG TÂM CỦA TÍN HIỆU ĐIỀU TẦN

Trong các máy phát điều tần, nếu tần số trung tâm không ổn định thì nó trực tiếp làm méo và làm sai lệch tín hiệu điều chế vì tin tức chứa đựng trong độ di tần Chính vì vậy, người nghiên cứu đưa ra các biện pháp ổn định tần số trung tâm f0.

1/ Đối với điều tần trực tiếp bằng thạch anh:

Cho thạch anh dao động ở tần số cộng hưởng riêng 4 làm bộ tạo dao động Khi đóng  = Const, thay đổi Cq theo điện áp điều chế V, ta sẽ tạo ra độ di tần.

Sơ đồ tương đương của thạch anh

Thay đổi Cp bằng cách thay đổi điện dung tiếp giáp của đèn điện tử, transistor hoặc FET, mắc varicap hay đèn điện kháng song song với thạch anh. Nhưng do độ di tần tương đối nhỏ ( ) nên điều tần trực tiếp bằng thạch anh chỉ được sử dụng trong các máy phát thoại quốc tế (f  6 Khz).

2/ Sử dụng thạch anh làm bộ tạo dao động để  0 = Const:

Sau đó dùng bộ điều chế pha để tạo tín hiệu điều tần Khi đó ta đạt được độ méo phi tuyến nhỏ (Y  1%), nhưng độ di tần vẫn còn khá nhỏ Vì vậy, phương pháp này chỉ dùng trong các máy phát thoại quốc tế có độ di tần nhỏ (f  6KHz) và độ méo phi tuyến nhỏ (Y 1%).

Trong bộ điều tần sử dụng các nguồn cung cấp được ổn định và được bù nhiệt bởi các điện trở hoặc các linh kiện có hệ số nhiệt âm (Khi T 0 tăng thì C giảm,

R giảm) Vì khi điện áp nguồn cung cấp thay đổi, làm điện dung ký sinh của Transistor thay đổi, dẫn tới tần số cộng hưởng trung tâm thay đổi theo hoặc khi điện áp phân cực cho varicap thay đổi, làm điện dung Cv thay đổi dẫn đến f0 thay đổi Nhưng phương pháp này chỉ ổn định được tần số trung tâm f0 khi T 0 thay đổi, còn khi độ ghép hay điện trở tải thay đổi thì f0 vẫn thay đổi.

Hạ thấp tần số trung gian của bộ điều tần để nâng cao độ ổn định tần số. Khi đó độ bất ổn định tần số của tín hiệu sẽ là:

+ f0, 0 là tần số cộng hưởng riêng của thạch anh và độ bất ổn định của nó (0  10 -6 ).

+ ftg, tg là tần số cộng hưởng của mạch dao động LC và độ bất ổn định của nó (tg  10 -3 ).

* Nếu ta chọn ftg f2, vòng PLL vượt ra ngoài dải đồng bộ, tức là PLL hết duy trì sự đồng bộ, điện áp sai số đột ngột trở về giá trị “0” và VCO trở lại “ chạy tự do” ở tần số dao động của nó.

Nếu tín hiệu đầu vào có tần số biến thiên chậm theo hướng ngược lại, (xét đặc tuyến b) thì chu trình hoạt động được lặp lại như hình trên (a) Vòng bắt trở lại tín hiệu tại f3 và giữ nó cho đến tận f4 với f3 = f0 + fc.

Dải tần số giữa (f1, f3) và giữa (f2,, f4) tương ứng với dải bắt và dải giữ (hay đồng bộ) của hệ thống PLL:

Ta nhận thấy rằng dải bắt là dải tần số mà tín hiệu vào ban đầu phải có tần số nằm trong phạm vi của nó để PLL có thể thiết lập được chế độ đồng bộ Còn khi hệ thống đã ở chế độ đồng bộ thì tần số VCO có khả năng bám theo tần số tín hiệu vào trong một dải tần số tín hiệu vào trong một dải tần số lớn hơn, đó là dải giữ hay dải đồng bộ Như vậy, hệ thống PLL có sự chọn lọc tự nhiên về tần số trung tâm f0 mà tần số chạy của VCO phải bám theo và hệ thống PLL chỉ đáp ứng với những tín hiệu vào có tần số cách tần số trung tâm f0 một khoảng không vượt quá

fb hay fg (nếu như tình trạng ban đầu của PLL đã ở trong chế độ đồng bộ).

Sự tuyến tính của đặc tuyến truyền đạt tần số – biên độ của hệ thống PLL được xác định duy nhất bởi độ lợi chuyển đổi của VCO Như vậy, trong nhiều ứng dụng VCO yêu cầu có đặc tuyến truyền đạt điện áp – tần số tuyến tính cao Dải bắt của PLL phụ thuộc vào dải thông của bộ lọc (fb = fg), còn dải giữ phụ thuộc vào biên độ điện áp điều khiển Vd (t) và vào khả năng biến đổi tần số của VCO.

III/ CÁC KHỐI CƠ BẢN CỦA PLL:

CÁC VẤN ĐỀ VỀ MẠCH DAO ĐỘNG

Đặc điểm của các mạch dao động

Mạch tạo dao động có thể tạo ra các dạng dao động khác nhau như dao động hình sin, dao động xung chữ nhật, dao động xung tam giác Trong một thời gian hạn hẹp cho phép, người nghiên cứu xin phép chỉ nghiên cứu các mạch dao động điều hoà ở tần số thấp (dùng RC) và tần số cao (dùng LC, thạch anh …).

Các mạch tạo dao động điều hòa thường được dùng trong nhiều hệ thống thông tin (máy phát, máy thu), trong các máy đo, máy kiểm tra trong các thiết bị y tế.

Các mạch tạo dao động có thể làm việc trong dải tần số từ vài Hz đến vài nghìn MHz Ở tần số thấp và trung bình, ta thường dùng bộ khuếch đại thuật toán (KĐTT – OP – AMP) để tạo dao động Ở tần số cao ta thường dùng transistor, FET, đèn điện tử, thạch anh và các diod đặc biệt như Diod Tunel, Diod Gum… để tạo dao động

Bộ tạo dao động dùng transistor và FET được sử dụng rộng rãi ở dãi tần số không cao lắm với công suất ra không lớn lắm Nhưng do các tham số tĩnh của các transistor phụ thuộc nhiều vào các yếu tố bất ổn định như sự thay đổi của nhiệt độ

T o của điện áp nguồn cung cấp Vcc … dẫn đến thay đổi biên độ, tần số của bộ tạo dao động Điện trở vào của transistor nhỏ cũng ảnh hưởng đến tần số và điều kiện tự kích của bộ tạo dao động Ngoài ra, ở tần số cao các tụ ký sinh của transistor (Cb’c, Cb’e) xuất hiện cũng làm thay đổi tần số cộng hưởng của mạch tạo dao động. Để giảm ảnh hưởng của các yếu tố ổn định đến tham số của transistor, ta áp dụng các biện pháp sau: a Ổn định điện áp nguồn cung cấp, đặc biệt là điện áp cung cấp cho cực base của transistor Trong các sơ đồ thực tế cho phép độ bất ổn định đối với nguồn Vcc khoảng: Vcc/Vcc   5%, còn đối với nguồn VBB khoảng: VBB/VBB   1%. b Bù ảnh hưởng của sự thay đổi nhiệt độ T o bằng cách mắc trong các mạch tạo dao động dùng transistor các phần tử phụ thuộc nhiệt độ như điện trở nhiệt âm, điện trở nhiệt dương, diod hoặc bộ bù nhiệt. c Chọn các chân transistor sao cho tần số dao động fo 1 thì bộ khuếch đại có hồi tiếp dương cũng sẽ tự kích Khi đó, biên độ dao động ở đầu ra sẽ tăng dần cho đến khi đoạn cong phía trên của đặc tuyến biên độ làm giảm hệ số khuếch đại tới giá trị tương ứng với A = 1 Lúc này biên độ dao động không tăng nữa và dao động chuyển sang trạng thái xác lập.

Tóm lại, điều kiện để một hệ thống có hồi tiếp đóng kín phát sinh tự kích là:

Từ điều kiện này, ta tách ra cụ thể như sau:

+ Điều kiện cân bằng biên độ để có tự kích : A = 1

+ Điều kiện cân bằng pha để có tự kích: với n = 0,1,2,3,…

 : tổng dịch pha của cả mạch khuếch đại và hồi tiếp.

Ổn định biên độ và tần số dao động

a/ Ổn định biên độ: Để đảm bảo ổn định biên độ ở trạng thái xác lập, ta có thể thực hiện các biện pháp sau:

 Hạn chế biên độ điện áp ra bằng cách chọn trị số điện áp nguồn cung cấp thích hợp và phải đảm bảo sao cho Vcm < Vcc

 Dùng mạch hồi tiếp phi tuyến hoặc dùng phần tử hiệu chỉnh như điện trở nhiệt, diode. b/ Ổn định tần số: Độ ổn định tần số của một bộ dao động là một trong các tham số quan trọng nhất của bộ dao động Nó được đặc trưng bởi độ bất ổn định : với 0 : tần số dao động của bộ dao động.

 : giá trị lệch cực đại của tần số dao động được đo hằng ngày, hằng tháng, hằng năm.

Vấn đề ổn định tần số dao động liên quan chặt chẽ đến điều kiện cân bằng pha khi dịch pha giữa điện áp hồi tiếp đưa về và điện áp ban đầu thay đổi, sẽ dẫn đến sự thay đổi của tần số dao động Mặt khác, khi tải của mạch khuếch đại là một mạch cộng hưởng thì điều kiện cân bằng pha sẽ trở thành:

ch : góc dịch pha do mạch cộng hưởng gây nên.

Nếu A = 180 0 , ht = 180 0 , thì ch = 0 0 để mạch tự kích ( = 2), khi đó tần số dao động của mạch sẽ trùng với tần số cộng hưởng riêng của mạch cộng hưởng 0 = ch.

Nếu A + ht  0 thì ch 0 để  = 0.Lúc đó tần số dao động của mạch sẽ khác với tần số cộng hưởng riêng của mạch cộng hưởng 0 ch Trong thực tế các yếu tố bất ổn định ảnh hưởng trực tiếp đến tần số cộng hưởng ch, mà không ảnh hưởng đến A và ht (A =ht  0) Nếu ch bị thay đổi một lượng ch thì ở tần số ch  0 ta có:

 = ch = ch.2Q/0 Khi đó từ:

Ta có: nếu Q càng lớn thì  càng nhỏ, có nghĩa là mạch càng ổn định và

 càng nhỏ thì  càng nhỏ.

Tóm lại: để độ ổn định tần số cao trong bộ dao động ta phải thực hiện các biện pháp sau:

+ Dùng nguồn ổn áp để Vcc = const, Vb = const.

+ Dùng các phần tử có hệ số nhiệt nhỏ.

+ Chọn mạch cộng hưởng có hệ số phẩm chất Q cao(50  100)

+ Giảm ảnh hưởng của tải đến mạch dao động (mắc thêm tầng đệm collector chung (CC), ghép lỏng giữa các tầng …).

+ Dùng các phần tử ổn định nhiệt (diode, điện trở nhiệt âm).

+ Chọn mạch dao động thích hợp để giảm sự thay đổi pha.

Sau đây là phần giới thiệu và đưa ra các công thức tính toán cho mạch tạo dao động LC dùng transistor.

* Mạch tạo dao động ba điểm:

Sơ đồ tổng quát mạch dao động ba điểm

Trong các hệ thống dao động, trị số của các điện trở tổn hao rất nhỏ, thường không đáng kể so với các trị số của các điện kháng, do vậy để dễ tính hơn ta xem như:

Như vậy hệ thống dao động bao gồm ba phần tử điện kháng Sơ đồ này sẽ tự kích ở tần số cộng hưởng riêng nếu thỏa mãn điều kiện cộng hưởng: X1 + X2 +

Nếu mạch cộng hưởng có hệ số phẩm chất Q rất lớn thì ik >> ic, ib Khi đó ta xem chỉ có dòng điện ik chạy qua cả ba phần tử điện kháng Hệ số hồi tiếp sẽ được xác định gần đúng như sau:

Theo điều kiện cân bằng pha, để có hồi tiếp dương, tổng dịch pha do mạch khuếch đại và mạch hồi tiếp gây nên phải bằng 0, tức là A > 0, nghĩa là X1 ,X2 cùng đặc tính (X1.X2 >0) và để thỏa phương trình X1 + X2 + X3 =0 thì X3 phải trái dấu với X1 , X2 Dựa vào đây ta chia ra làm hai loại mạch:

+ Mạch dao động ba điểm điện cảm: X1 , X2 > 0 và X3 < 0

+ Mạch dao động ba điểm điện dung: X1 , X2 < 0 và X3 > 0.

MẠCH DAO ĐỘNG BA ĐIỂM ĐIỆN CẢM (HARLEY)

Trong các hình vẽ Cb,Ce,Cc hở mạch về một chiều và kín mạch về xoay chiều Hai dạng mạch trên thỏa mãn điều kiện về pha, vì:

Do đó ta chỉ cần quan tâm đến điều kiện biên độ Cuộn cảm L1,L2 có thể ghép chặt trên cùng một lõi (k = 1) hoặc ghép lỏng trên từng lõi riêng (k = 0) Nói một cách tổng quát là độ hỗ cảm giữa hai cuộn dây được tính như sau:

Trong đó : k: hệ số ghép phụ thuộc băng sóng.

Thường: k = 0,5  0,9 ở băng sóng dài và trung. k = 0,1  0,2 ở băng sóng ngắn.

* Hệ số hồi tiếp khi L1 , L2 ghép trên cùng một lõi: a) Mắc EC b) Mắc BC Ở dải sóng dài và trung khi L1 ,L2 được ghép rất chặt với nhau k = 1 thì:

Và nếu dây quấn L1, L2 có kích thước hình học như nhau ta có  = 1 =2

L1 = 1.n1 2 với n1 là số vòng dây của L1

L2 = 2.n2 2 với n2 là số vòng dây của L2

* Hệ số hồi tiếp khi L1, L2 ghép trên từng lõi riêng (k = 0)

Nếu dây quấn L1, L2 có cùng kích thước hình học  = 1 = 2 thì

Hệ số khuếch đại của mạch EC:

Zc là trở kháng giữa collector và đất Zc là một phần trở kháng của khung cộng hưởng và nó được xác định như sau:

Với : Rk là điện trở tương đương của mạch cộng hưởng.

P là hệ số ghép Transistor với khung cộng hưởng.

Zinpa là điện trở vào của transistor phản ánh sang nhánh C _ E.

Khi L1,L2 ghép trên cùng một lõi.

Khi L1,L2 ghép trên từng lõi riêng lẽ.

Với điều kiện dao động của mạch là: A > 1

Thường  = -n 0) và tiếp giáp Collecter đóng (VCB > 0).

+ Vùng cắt: Tiếp giáp Emiter và Collecter cùng đóng (VBE < 0 và VCB > 0).

+ Vùng đảo: tiếp giáp Emiter đóng (VBE < 0) và tiếp giáp Collecter mở (VCB < 0) trong sơ đồ trên tiếp giáp Emiter được đặt trưng bởi hai phần tử không tuyến tính:

- Điện dung khuyếch tán (Ckt) tính đến khả năng tích lũy điện tích ở cực B của transistor

- Điện trở tái hợp (Rth) tính đến sự tái hợp của các điện tích với hằng số thời gian

Dòng điện Emiter i’e phụ thuộc vào điện áp VBE theo hàm mũ:

I’ng là dòng điện ngược cực góp không điều khiển được Đó cũng chính là nguyên nhân gây nên sự không ổn định chế độ làm việc của transistor Muốn giảm trị số I’ng ta cần phải giảm nồng độ điện tích thiểu số phần góp và phần gốc.

Với T: điện thế nhiệt. qe: điện tích của tử, qe = 1,602 x 10 -19 C k: hằng số Boltman, k = 1,38 x 10 -16

T: nhiệt độ tuyệt đối Kelvin, T= 300 o T = 27 o C

Bản chất của transistor là một bộ khuếch đại dòng, trong đó dòng điệnCollector i’c phụ thuộc vào dòng i’b theo hàm:

Trong đó (D): toán tử vi phân tuyến tính (D = d/dt)

: là hệ số khuếch đại dòng điện tĩnh trong sơ đồ mắc Emiter chung (EC).

T: thời gian dịch chuyển qua khoảng cách Emitter – Collector phụ thuộc vào kết cấu của transistor, chủ yếu là bề dày của Base.

: tham số đặc trưng cho sự biến đổi bản chất của transistor theo tần số.

* Sự phụ thuộc của  và  vào tần số:

Ta thấy ở tần số  =  = 1/ = 0 thì {} = 0/ và ở tần số  = T 1/T = 0 (tần số giới hạn) thì () = 1 Như vậy, tần số làm việc của transistor được chia làm 3 đoạn:

*   0,3: tần số thấp dẫn đến các thông số của transistor được coi là không đổi:  = 0.

* 0,3 <   3: tần số trung bình Khi đó cần phải tính đến các điện trở ký sinh như b và các tụ ký sinh như CB’E, CB’C, CCE.

*  > 3: tần số cao Các tham số của transistor thay đổi theo tần số.

Khi đó, ngoài các điện trở va tụ ký sinh còn phải tính đến các điện cảm ký sinh của các dây dẫn.

2 Sơ đồ tương đương cua Transistor ở tần số trung bình:

Sơ đồ tương đương của Transistor ở tần số trung bình có kể đến cả các điện dung hàng rào của tiến giáp Emitter – Collector, điện trở của bản thân cực Base Sự có mặt của rb làm cho điện áp vào VBE khác với điện áp VB’E’.

Tần số thấp Tần số trung bình Tần số cao

* Sơ đồ tương đương của Transistor ở tần số trung bình:

* Sơ đồ tương đương thay thế của Transistor ở tần số trung bình: Đối với các Transistor làm việc trong bộ khuếch đại công suất cao tần dòng điện Emitter i’E lớn hơn dòng điện ngược Ing vài chục lần, đó là khi VBE > 34 thì tiếp giáp Emitter có thể được biểu diễn gần đúng bởi một mô hình đơn giản Vì dòng Emitter phụ thuộc vào điện áp VBE theo hàm mũ, nên chỉ một sự thay đổi nhỏ của điện áp VBE cũng làm cho dòng Emitter thay đổi rất nhiều Bởi vậy điện áp này có thể coi là một tham số không đổi và được gọi là điện áp cắt VB’E0. Đối với loại Ge thì VB’E0 = 0,2 V, đối với transistor Si thì VB’E0 = 0,7 V Theo đó, sơ đồ tương đương của tiếp giáp Emitter của một Transistor lý tưởng có thể thay thế bằng một nguồn sức điện động VB’E0 và khóa Ke Khoá Ke chỉ đóng khi Ic chảy qua và mở khi không có dòng i’c

Ta có VB’E = VB’E0 khi i’c > 0 dẫn đến Ke đóng.

VB’E < VB’E0 khi i’c = 0 dẫn đến Ke mở.

Tương tự ta có thể dùng nguồn sức điện động VC’B’0 và khóa K’e để thay thế cho lớp tiếp giáp Collector khi VC’B’0 thay đổi cực tính.

VC’B’ > VC’B’0 dẫn đến khóa Kc mở và khi VC’B’ < VC’B’0 thì dẫn đến khóa KC đóng.

3 Sơ đồ tương đương của transistor ở tần số cao:

Các transistor được sử dụng trong trong các bộ khuếch đại công suất cao tần công suất lớn có cấu tạo khác với các transistor được sử dụng trong các bộ khuếch đại công suất cao tần công suất nhỏ ở những điểm sau:

+ Một transistor công suất lớn bao gồm từ 10 đến 100 transistor có công suất nhỏ mắc song song nhau.

+ Trong mạch Emitter của mỗi transistor thành phần có điện trở ổn định nhiệt rôđ để đảm bảo sự phân phối dòng điện đồng đều giữa các transistor thành phần. Ở phạm vi tần số cao( > 3), ngoài các thành phần điện trở và tụ điện kỳ sinh, ta phải tính đến cả các điện cảm dây dẫn Le, Lb, Lc Chú ý rằng các transistor thành phần có thể được biễu diễn gần đúng bằng sơ đồ tương đương trên chỉ trong phạm vi tần số : < 0,5T.

Sơ đồ tương đươngtrên có thể được sử dụng như một cơ sở lý thyết cho bộ khuếch đại công suất cao tần ở cả tần só âm tần (audio) và cả tần số cao tần (radio) mà không phải dùng tới các tham số tĩnh. Đặt tuyến vào và ra của Transistor.

Từ sơ đồ tương đương của transistor ta có thể xác định một cách gần đúng các tham số tĩnh của Transistor lý tưởng và Transistor thực như chỉ ra trên đặt tuyến vào ra của nó.

Ta có: iB iC iC, iB

Vùng bão hòa Vùng tích cực

Với rbh = rc + rôđ: điện trở bão hòa.

Các tham số của Transistor công suất lớn không được vượt quá các giá trị an toàn lớn nhất cho phép Nếu không sẽ làm hư hỏng Transistor dẫn đến làm giảm độ tin cậy của nó Đối với loại này, ta thường dùng sổ tay tra cứu các thông số cho phép của nó, các thông số đó là: PCmax cho phép, VCB cho phép, VCE cho phép, icmax, t o cho phép.

CÁC MODE HOẠT ĐỘNG CỦA BỘ KHUẾCH ĐẠI CÔNG SUẤT CAO TẦN DÙNG TRANSISTOR

Ở chế độ lớp C, tiếp giáp Emitter chỉ mở trong một phần chu kỳ điện áp cao tần Phần đó được gọi là góc dẫn: dẫn =  dẫn và nếu xung dòng Collector đối xứng thì:  = dẫn/2

Khuếch đại công suất cao tần dùng Transistor có 4 mode hoạt động khác nhau như:

Transistor luân phiên ở trạng thái tích cực hay khóa (khóa Ke luôn phiên đóng và mở còn khóa Kc thì luôn luôn mở).

Chế độ khóa Transistor ở trạng thài bão hòa hay trạng thái cắt (khóa Kc được đóng và mở đồng thời với khóa Ke).

Mode này nằm giữa mode 1 và mode 2 Ở đây transistor luân phiên vận hành ở vùng tích cực, cắt và bão hòa (khóa Kc đóng với khoảng thời gian nhỏ hơn khóa Ke).

4/ Chế độ tới hạn: Đó là biên giới giữa chế độ kém áp và chế độ quá áp.

II BỘ KHUẾCH ĐẠI CÔNG SUẤT CAO TẦN DÙNG TRANSISTOR:

1 Bộ khuếch đại công suất cao tần dùng Transistor ở chế độ kém áp mắcEmitter chung (EC).

* Bộ khuếch đại công suất cao tần dùng Transistor

Khi thiết kế bộ khuếch đại công suất cao tần dùng Transistor cần chú ý đến

2 đặc điểm sau: a Thời gian trễ (quán tính):

Thời gian trễ của Transistor ở mọi băng tần số không thể bỏ qua Do đó, không thể sử dụng đặc tuyến tĩnh để thiết kế, mà phải thay thế Transistor bằng sơ đồ tương đương ở các vùng tần số khác nhau. b Trở kháng vào của Transistor công suất lớn có thể so sánh được với trở kháng trong của nguồn kích thích cả ở trạng thái tắt và mở Do đó dạng sóng của dòng điện và điện áp ở đầu vào của Transistor là khác với dạng sóng của dòng điện và điện áp của nguồn kích thích.

Ngoài ra, trong Transistor có hiện tượng hồi tiếp âm giữa đầu vào và đầu ra do sự có mặt của điện dung tiếp giáp Collector và điện cảm dây dẫn Emitter (Le) khi đó sơ đồ bộ khuếch đại công suất cao tần dùng transistor trên có sơ đồ tương đương đầy đủ như sau:

* Sơ đồ tương đương của bộ khuếch đại công suất cao tần dùng Transistor

Trong đó: ZL chính là một mạch cộng hưởng song song Lc, Cc có điện trở cộng hưởng tương đương Rtđ Chúng ta giả thiết các thành phần hài bậc cao của điện áp rơi trên tải là nhỏ, do đó ta có biểu thức gần đúng:

VCE = VCC – Vcm1Cost = VCC –Icm1 RtđCost

+Vcm1, Icm1: là biên độ hài bậc nhất của điện áp và dòng điện Collector

+ Rtđ: điện trở tương đương của mạch cộng hưởng.

Giả thiết bộ khuếch đại công suất cao tần được kích thích bởi một nguồn sức điện động: en = Vn cos(t + n) (1) có điện trở nguồn Rn

Ta có thể thay nguồn điện áp en có nội trở Rn bằng một nguồn dòng In Vn/ Rn (2) (mắc song song với Rn). Ở chế độ kém áp, khóa Ke luôn mở Vì điện dung tiếp giáp Collector (Cb’c’) rất nhỏ nên điện kháng của nó luôn luôn lớn hơn rất nhiều so với tất cả các thành phần điện trở khác Khi đó, dước tác dụng của VC’E’ ta có: ic B’C’ = jCB’C’.VC’E’ (3) Ảnh hưởng của điện dung CC’B’ tạo ra giá trị mới cho dòng điện kích thích ở đầu vào:

* Sơ đồ tương đương rút gọn của bộ khuếch đại công suất cao tần dùng Transistor có Rn >> R’n với R’n = rb + 0rôđ.

Về mặt dòng một chiều, các điện trở rb và rôđ ảnh hưởng đến mạch một chiều của Base Còn về mặt xoay chiều, ảnh hưởng của các điện trở rb, rôđ và các điện cảm Lb, Lc là không đáng kể, vì điện trở và cảm kháng của chúng luôn luôn nhỏ hơn rất nhiều so với điện trở của nguồn kích thích , tức là R’n