TỔNG QUAN VỀ MÁY PHÁT SÓNG FM
Công suất ra Anten, PA
Công suất quyết định cự ly và độ tin cậy của kênh thông tin Công suất càng lớn thì cự ly càng xa và càng đảm bảo độ tin cậy Tuy nhiên trong các thiết bị ở các đài cơ sở với địa bàn tương đối hẹp khoảng vài chục km thì công suất lớn sẽ dẫn đến gây nhiễu cho các đài lân cận, đối với quân sự ảnh hưởng lớn đến sự bảo mật Hiện nay công suất máy phát thanh được chia thành các loại sau: Công suất nhỏ và rất nhỏ: P A = vài trăm mW đến vài chục W.
- Công suất trung bình: P A = vài trăm W đến vài chục KW.
Công suất lớn rất lớn: P A = công suất lớn hơn vài KW đến vài trăm KW.
Các đài cấp trung ương và cấp tỉnh có công suất lớn để bán kính phủ sóng rộng.
Các đài cấp huyện và cơ sở thường chọn máy phát có công suất nhỏ và trung bình từ vài chục W đến vài trăm W.
Công suất quyết định số tầng khuếch đại, công suất càng lớn thì số tầng khuếch đại công suất càng nhiều và vì vậy tùy theo từng điều kiện cụ thể mà chọn mức công suất cho hợp lý.
Tần số công tác
Theo quy định về quy hoạch tần số của Quốc tế và Cục tần số của nước ta thì máy phát thanh cấp cơ sở được bố trí ở dải tần VHF với khoảng tần số từ 87.5MHz ÷ 108 MHz.
Với dải tần này sóng truyền lan theo phương thức sóng truyền thẳng Như đã biết có ba loại sóng cơ bản:
Sóng đất: Truyền lan theo bề mặt của trái đất, thường dùng ở sóng trung và phần đầu của sóng ngắn và do sự hấp thụ của về mặt trái đất nên cự ly không được xa, vì tổn hao sóng điện từ lớn.
Sóng trời: Bằng phản xạ qua các tầng điện ly, chia thành các tầng D, E, F1, F2. Được dùng ở dải sóng ngắn và truyền được ở các cự ly xa, nếu công suất phù hợp có thể truyền được rất xa do phản xạ nhiều lần.
Sóng truyền thẳng: Trong trường hợp này khoảng cách giữa anten phát và thu không bị che khuất bởi chướng ngại vật như đồi, núi, bề cong của trái đất và làm hạn chế rất nhiều sự truyền sóng, do vậy những yếu tố trên sẽ ảnh hướng rất lớn đến cự ly truyền sóng Khi chiều cao của anten phát và thu khoảng vài chục m,thì phạm vi phủ sóng chỉ được giới hạn vài chục km, và chính vì điều đó các đài phát thanh cơ sở có sóng truyền thẳng tỏ ra có nhiều ưu việt:
Cự ly hạn chế trong những vùng nhất định nên không ảnh hưởng tới đài cơ sở xung quanh, chính vì thế Ủy ban tần số của nước ta đã quy định các đàu cơ sở chỉ được sử dụng dải sóng VHF với các phương thức truyền lan sóng thẳng Trên thực tế nước ta có 61 tỉnh thành và tính ra có khoảng hơn 500 huyện nên không đủ phần chia mỗi cơ sở một tần số riêng, nên một số huyện trùng nhau mà vẫn không bị ảnh hưởng lẫn nhau.
I.3 Độ ổn định của tần số Độ ổn định của tần số càng cao thì đảm bảo thông tin cần tìm kiếm trong quá trình liên lạc không cần phải tinh chỉnh tần số Dải thông tin của máy thu có thể chọn hẹp do vậy có thể nâng cao khả năng chống nhiễu và tăng chất lượng đường truyền.
Tuy nhiên độ ổn định tần số càng cao thì mức độ phức tạp của bộ Tổ hợp tần số càng lớn, nên việc xây dựng thiết kế bộ Tổ hợp tần số là cả một công trình công phu và trong một số trường hợp nó là một bản thiết kế hoàn chỉnh. Đối với đài phát thanh của nước ta thì độ ổn định tần số phải đảm bảo độ không ổn định tương đối:
∆f/f = 5.10 -6 Với độ ổn định này cần phải sử dụng thạch anh và khi yêu cầu làm việc trong dải tần rộng phải xây dựng sơ đồ bộ tổ hợp tần số theo phương pháp hiện đại.
I.4 Mức độ loại bỏ các dao động phụ
Dao động phụ của máy phát sóng bao gồm:
- Các dao động không mong muốn là các tần số khác với tần số công tác danh định do bộ tổ hợp tần số phát sinh ra.
- Các hài bậc cao là các dao động phụ do bộ khuếch đại làm việc không tuyến tính sinh ra.
Các dao động phụ này sẽ gây ra các tác hại lớn, sẽ làm giảm các chỉ tiêu của thiết bị và đồng thời gây cản nhiễu cho các thiết bị vô tuyến khác mà làm việc ở các tần số trùng với các tần số sóng hài Chính vì thế yêu cầu ở mục này rất cao, thông thường cần loại bỏ các dao động phụ này với mức không nhỏ hơn
- Méo tuyến tính bao gồm méo tần số và méo pha.
- Méo phi tuyến, méo không đường thẳng.
Méo sẽ làm giảm độ trung thực của tiếng nói và ảnh hưởng rất lớn tới chất lượng phát thanh, cho nên yêu cầu méo là:
- Méo tần số không lớn hơn ± 1 dB
Trong dải tần f = 30Hz ÷ 15.000Hz
I.6 Điều chế FM và ưu điểm
1 Điều chế tần số là quá trình làm cho tần số của dao động sóng mang thay đổi theo quy luật tức thời của tín hiệu điều chế ( Tín hiệu âm tần), như chỉ ra trên hình 3.
Hình I.3: Quá trình điều chế 1.1 Trong những tham số cơ bản lượng di tần là độ lệch tần số cực đại so với tần số danh định trong quá trình điều chế trong máy FM lượng di tần (75÷150)Khz Với phổ rộng:
Trong đó: Fmax là tần số cực đại của tín hiệu điều chế. m là độ sâu điều chế
Như ta đã biết độ sâu điều chế càng lớn thì tính chống nhiễu của tín hiệu điều tần càng cao và chất lượng phát thanh càng tốt, tuy nhiên với m càng lớn thì phổ của tín hiệu điều tần càng rộng, do vậy điều tần chỉ sử dụng ở dải siêu cao tần bắt đầu từ băng VHF trở đi So sánh với tín hiệu điều biên thì phổ của tín hiệu điều biên hẹp hơn rất nhiều.
2 f F với Fmax= 10Khz, thì bề rộng phổ của tín hiều điều biên bằng khoảng 20Khz, trong khi phổ của tín hiệu điều tần lên đến hàng trăm Khz Chính vì vậy khoảng cách giữa các tần số không chọn quá nhỏ.
Lượng di tần (hay độ di tần) là độ lệch tần số so với tần số danh định Trong quá trình điều chế với máy phát sóng FM thì độ di tần từ 75 đến 100 KHZ.
Trong thực tế người ta chọn ∆fo = 100 Khz
Vì vậy số tần số làm việc
N F tần số, bắt đầu 87.5, 87.6 ÷ 108Mhz
Do chất lượng phát thanh đòi hỏi rất cao nên để thỏa mãn nhu cầu ngày càng tinh xảo của thính giả, trong thực tế người ta đã sử dụng phát thanh FM Stereo để đảm bảo cho việc phát đi các âm thanh có tính không gian Muốn phát thanh stereo thì trong máy phát phải có bộ giải mã stereo.
I.8 Biên độ của tín hiệu điều tần là không đổi
Mức độ loại bỏ các dao động phụ
Dao động phụ của máy phát sóng bao gồm:
- Các dao động không mong muốn là các tần số khác với tần số công tác danh định do bộ tổ hợp tần số phát sinh ra.
- Các hài bậc cao là các dao động phụ do bộ khuếch đại làm việc không tuyến tính sinh ra.
Các dao động phụ này sẽ gây ra các tác hại lớn, sẽ làm giảm các chỉ tiêu của thiết bị và đồng thời gây cản nhiễu cho các thiết bị vô tuyến khác mà làm việc ở các tần số trùng với các tần số sóng hài Chính vì thế yêu cầu ở mục này rất cao, thông thường cần loại bỏ các dao động phụ này với mức không nhỏ hơn
Méo tín hiệu
- Méo tuyến tính bao gồm méo tần số và méo pha.
- Méo phi tuyến, méo không đường thẳng.
Méo sẽ làm giảm độ trung thực của tiếng nói và ảnh hưởng rất lớn tới chất lượng phát thanh, cho nên yêu cầu méo là:
- Méo tần số không lớn hơn ± 1 dB
Trong dải tần f = 30Hz ÷ 15.000Hz
Điều chế FM và ưu điểm
1 Điều chế tần số là quá trình làm cho tần số của dao động sóng mang thay đổi theo quy luật tức thời của tín hiệu điều chế ( Tín hiệu âm tần), như chỉ ra trên hình 3.
Hình I.3: Quá trình điều chế 1.1 Trong những tham số cơ bản lượng di tần là độ lệch tần số cực đại so với tần số danh định trong quá trình điều chế trong máy FM lượng di tần (75÷150)Khz Với phổ rộng:
Trong đó: Fmax là tần số cực đại của tín hiệu điều chế. m là độ sâu điều chế
Như ta đã biết độ sâu điều chế càng lớn thì tính chống nhiễu của tín hiệu điều tần càng cao và chất lượng phát thanh càng tốt, tuy nhiên với m càng lớn thì phổ của tín hiệu điều tần càng rộng, do vậy điều tần chỉ sử dụng ở dải siêu cao tần bắt đầu từ băng VHF trở đi So sánh với tín hiệu điều biên thì phổ của tín hiệu điều biên hẹp hơn rất nhiều.
2 f F với Fmax= 10Khz, thì bề rộng phổ của tín hiều điều biên bằng khoảng 20Khz, trong khi phổ của tín hiệu điều tần lên đến hàng trăm Khz Chính vì vậy khoảng cách giữa các tần số không chọn quá nhỏ.
Lượng di tần (hay độ di tần) là độ lệch tần số so với tần số danh định Trong quá trình điều chế với máy phát sóng FM thì độ di tần từ 75 đến 100 KHZ.
Trong thực tế người ta chọn ∆fo = 100 Khz
Vì vậy số tần số làm việc
N F tần số, bắt đầu 87.5, 87.6 ÷ 108Mhz
Chất lượng phát thanh
Do chất lượng phát thanh đòi hỏi rất cao nên để thỏa mãn nhu cầu ngày càng tinh xảo của thính giả, trong thực tế người ta đã sử dụng phát thanh FMStereo để đảm bảo cho việc phát đi các âm thanh có tính không gian Muốn phát thanh stereo thì trong máy phát phải có bộ giải mã stereo.
Biên độ của tín hiệu điều tần là không đổi
Biên độ của tín hiệu điều tần không thay đổi trong quá trình điều chế, do đó có khả năng loại bỏ được can nhiễu trong quá trình lan truyền bằng các bộ phận liên quan trong quá trình thu.
Hình I.4: Dạng sóng điều biên và điều tần
Chính vì vậy chất lượng của phát thanh FM càng đảm bảo tốt hơn so với điều chế biên độ Điều này dẫn tới các chương trình ca nhạc có chất lượng cao đều được sử dụng theo nguyên lý điều chế tần số.
Các phương pháp thực hiện điều chế tần số
I.9.1 Điều chế gián tiếp Điều tần thông qua điều pha Như vậy tín hiệu đi qua tích phân, điều pha đầu ra được ф(1) là tín hiệu điều chế tần số.
Hình I.5: Điều chế gián tiếp
Với phương pháp này chỉ số điều chế nhỏ, độ méo mó tương đối lớn nên ít dùng.
Khi điều tần trực tiếp, tần số dao động riêng của mạch tạo dao động được điều chế theo tín hiệu điều chế
Mạch điều tần trực tiếp thường được thực hiện bởi các mạch tạo dao động mà tần số dao động riêng của nó được điều khiển bởi dòng hoặc áp (VCO: Voltage Controlled Oscilator) Các mạch tạo dao động có tần số biến đổi theo điện áp đặt là các mạch tạo dao động xung, hoặc các mạch tạo dao động điều hòa
LC Các mạch tạo dao động điều hòa LC cho khả năng biến đổi tần số khá rộng và có tần số trung tâm cao Nguyên tắc thực hiện điều tần trong các bộ tạo dao động là làm biến đổi trị số điện kháng của bộ tạo dao động theo điện áp đặt vào. Phương pháp phổ biến là dùng điốt biến dung (varicáp) và Tranzitor điện kháng. Sau đây sẽ lần lượt xét các loại điều tần đó.
Điều tần trực tiếp dùng điốt biến dung (Varicáp) Đi ốt biến dung có điện dung mặt ghép biến đổi theo điện áp ngược đặt vào Nó có sơ đồ tương đương chỉ ra trên hình I.6a Trị số của RD và CD phụ thuộc vào điện áp đặt lên đi ốt Trường hợp đi ốt phân cực ngược RD = ∞ con CD được xác định theo biểu thức (1÷1)
Trong đó: k là hệ số tỷ lệ
k là hệ điện thế tiếp xúc của mặt ghép với đi ốt silic k = 0.7V
là hệ số phụ thuộc của vật liệu: = 1/3 1/2
Mắc đi ốt song song với bộ dao động, đồng thời đặt điện áp điều chế lên đi ốt thì CD thay đổi theo điện áp điều chế, do đó tần số cộng hưởng riêng của bộ tạo dao động cũng biến đổi theo Trên hình 1.6 là mạch điện bộ tạo dao động điều tần bằng đi ốt biến dung Trong mạch điện này đi ốt phân cực ngược nhờ nguồn E0.
Hình I.6: Mạch tạo dao động điều tần bằng đi ốt biến dung
Tần số dao động của mạch gần bằng tần số cộng hưởng riêng của bộ dao động và được xác định như sau:
CD xác định theo biểu thức Điện áp đặt lên đi ốt
UD = Ut - Us - E0 = U + cos ωtt - U cos ωst - Ett - U cos ωtt - U cos ωst - Est - E0
Khi cho đi ốt luôn được phân cực ngược phải đảm bảo điều kiện
UD = UDmax = U t U s E 0 ≤ 0 Nhưng điện áp được đặt lên đi ốt cũng không được vượt quá trị số cho phép, nó phải đồng thời thỏa mãn biểu thức:
Khi điều tần bằng đi ốt biến dung phải chú ý đặc điểm sau đây:
- Chỉ phân cực ngược cho đi ốt để tránh ảnh hưởng của RD đến phẩm chất của hệ dao động nghĩa là ổn định tần số của mạch.
- Phải hạn chế khu vực làm việc trong đoạn tuyến tính của đặc tuyến CD
(UD) của đi ốt biến dung, để giảm méo phi tuyến Lượng di tần tương đối khi điều tần dùng đi ốt biến dung đạt được khoảng 1%.
- Vì dùng đi ốt điều tần, nên thiết bị điều tần có kích thước nhỏ Có thể dùng đi ốt bán dẫn để điều tần ở tần số siêu cao, khoảng vài trăm MHz. Tuy nhiên độ tập tán của tham dố bán dẫn lớn, nên kém ổn định.
Điều tần dùng Tranzitor điện kháng
Phần điện tử kháng: hoặc dung tính hoặc cảm tính có trị số biến thiên theo điện áp điều chế đặt trên nó, được mắc song song với hệ dao động của bộ tạo dao động, làm cho tần số dao động thay đổi theo tín hiệu điều chế Phần tử điện kháng được thực hiện nhờ một mạch đi pha mắc trong mạch hồi tiếp của một tranzitor Có 4 cách mắc phần tử điện kháng (Hình I.7)
Hình I.7: Điều tần dùng Tranzitor điện kháng
Điều tần trong các bộ tạo xung
Trên hình 7 là sơ độ mạch dao động đa hài mà dãy xung ra của nó có tần số lập theo đổi theo điện áp điều chế Us.
Tần số lặp của bộ dao động đa hài trên hình 8 được xác định bởi quá trình phóng của tụ C qua điện trở RB sau khi có một sụt áp trên điện trở colector RC. Khi RB được đấu trực tiếp với nguồn UCC, quá trình phóng xảy ra giữa các mức bão hòa của Tranzitor: T1 và T2 gần như tuyến tính Tần số lặp của dãy xung được xác định như sau:
Hình I.8: Điều tần trong dao động tạo xung
Kết luận: Hiện nay người ta hay dùng điều chế bằng varicáp, rất đơn giản nhưng đảm bảo chất lượng cao, méo nhỏ.
Phương pháp ổn định tần số trung tâm
Để tạo dao động có thể dùng các phần tử tích cực như đèn điện tử, tranzitor lưỡng cực, Fet, mạch khuếch đại thuật toán, hoặc các phần tử đặc biệt như đi ốt Tunel, đi ốt Gene. Ở tần số thấp trung bình thường dùng mạch khuếch đại thuật toán để tạo dao động, còn ở tần số cao thì dùng tranzitor lưỡng cực hoặc Fet, trong phạm vi tần số MHz hoặc cao hơn thì dùng Tranzitor, Fet hoặc các đi ốt đặc biệt đã nêu trên.
Các tham số của mạch tạo dao động gồm tần số ra, biên độ điện áp ra, độ ổn định tần số (nằm trong khoảng 10 -2 - 10 -9 ), công suất ra và hiệu suất Tùy thuộc vào mục đích sử dụng, khi thiết kế có thể đặc biệt quan tâm đến một vài tham số nào đó. Độ ổn định tần số mạng là một chỉ tiêu quan trọng quyết định độ tin cậy của kênh thông tin.
Tần số mạng ổn định dẫn đến kênh thông tin được thiết lập một cách chính xác đảm bảo trong quá trình làm việc. Để nâng cao độ ổn định tần số điều tần ta có thể tiến hành theo những giải pháp sau:
Các biện pháp nhằm nâng cao việc ổn định tần số của mạch dao động:
- Dùng các phần tử có hệ số nhiệt nhỏ.
- Giảm ảnh hưởng của tải đến mạch tạo dao động bằng cách mắc thêm tầng đệm ở đầu ra tầng tạo dao động.
- Dùng các linh kiện có sai số nhỏ.
- Dùng các phần tử ổn nhiệt.
- Chọn mạch tạo dao động thích hợp ( ba điểm điện cảm, ba điểm điện dung, hoặc ghép biến áp…)
- Sử dụng các phần tử có phẩm chất cao Dùng mạch cộng hưởng thạch anh.
Thông thường nếu không dùng các biện pháp ổn định đặc biệt thì độ ổn định tần số ∆f/∆0 của các bộ dao động điều hòa có thể đạt được trong khoảng 10 -2 ….10 -3 Khi dùng các biện pháp ổn định trên đây có thể tăng độ ổn định tới 10 -4 hoặc cao hơn, trong trường hợp dùng thạch anh có thể đạt được ∆f/∆0 = 10 -6 ….10 -8
Nếu máy phát chỉ thiết kế làm việc ở một tần số thì chỉ cần chú ý vừa trên.
Tuy nhiên với máy phát sóng FM không cần thiết để dùng ở một tần số vì như vậy không tiện Với yêu cầu sản xuất và sử dụng số lượng lớn các máy phát có tần số tùy ý trong phạm vi dải tần từ 88 đến 108 MHz, người ta thường dùng mạch F0 cao và F biên thấp điều chỉnh Mạch tổ hợp tần số dùng mạch vòng khóa pha (PLL).
Vòng giữ pha đóng vai trò quan trọng trong kỹ thuật vô tuyến điện, trong kỹ thuật truyền số liệu cũng như kỹ thuật đo lường Nó được để tổng hợp tần số, để điều chế, để giải mã tiếng
Nguyên lý vòng giữ pha đã có từ nhiều năm nay, nhưng gần đây mới được ứng dụng rộng rãi nhờ sự ra đời của các vi mạch PLL làm giảm nhẹ kết cấu quá phức tạp của mạch.
Nguyên lý tác dụng của mạch PLL được chỉ ra trên hình 8 PLL hoạt động theo nguyên tắc vòng điều khiển Khác với các vòng điều khiển thường dùng trong kỹ thuật điện tử, điện áp và dòng điện là các đại lượng vào và đại lượng ra là tần số mà chúng được so sánh với nhau về pha có nhiệm vụ phát hiện và điều chỉnh sai số nhỏ về tần số giữa tín hiệu vào và tín hiệu ra Nghĩa là PLL làm cho tần số ωtt - U cos ωst - E£r của tín hiệu so sánh bám theo tần số ωtt - U cos ωst - E£r của tín hiệu vào Tần số của tín hiệu so sánh bằng tần số tín hiệu ra (ωtt - U cos ωst - E£r = ωtt - U cos ωst - Er) hoặc tỷ lệ với tần số tín hiệu ra theo một tỉ lệ nào đó ωtt - U cos ωst - E£r = ωtt - U cos ωst - Er/N. Để có tín hiệu điều chỉnh Ud tỷ lệ với tín hiệu pha ∆φ = φv - φt phải dùng tách sóng pha (với PLL tuyến tính thì dùng mạch nhân tương tự để tách sóng pha, với PLL số thì dùng mạch AND hoặc Trigơ để tách sóng pha) Ở đầu ra bộ tách sóng pha là tín hiệu hiệu chỉnh được đưa đến bộ tạo dao động khống chế bằng điện áp (VCO) hoặc bộ tạo dao động khống chế bằng dòng điện (CCO) làm thay đổi tần số dao động của nó sao cho hiệu tần số của tín hiệu ra giảm dần và tiến tới 0, nghĩa là ωtt - U cos ωst - E£r = ωtt - U cos ωst - Ev.
Các phần tử cơ bản của vòng giữ pha gồm có bộ tách sóng pha, bộ lọc thông thấp và một VCO dao động chuẩn Như chỉ ra trên hình I.9.
Bộ tách sóng pha có nhiệm vụ cho ra một tín hiệu phụ thuộc vào hiệu pha của hai tín hiệu vào Các tín hiệu vào thường là tín hiệu hình sin hoặc là các dãy xung chữ nhật Người ta phân biệt tách sóng pha tuyến tính và tách sóng pha phi tuyến (tách sóng pha số).
Bộ tách sóng pha tuyến tính thường được thực hiện bởi mạch nhân tương tự Tín hiệu ra của nó tỷ lệ với các biên độ tín hiệu vào.
Bộ tách sóng pha số được thực hiện bởi các mạch số (và, hoặc, không, tương đương…) Tín hiệu của nó là dãy xung chữ nhật Tín hiệu ra không phụ thuộc vào biên độ của các tín hiệu vào.
Trong hệ thống PLL, bộ lọc không thấp có những chức năng sau:
+ Cho qua tín hiệu tần số thấp, nén thành phần tần số cao.
+ Đảm bảo cho PLL bắt nhanh và bắt được tín hiệu khi tần số thay đổi, nghĩa là nó phải có tốc độ đáp ứng đủ cao.
+ Vì dải bắt của PLL phụ thuộc dải thông của bộ lọc, nên yêu cầu dải thông của bộ lọc phải đủ lớn để đảm bảo dải bắt cần thiết của PLL.
Tổng hợp tần số: Đây là một ứng dụng rất quan trọng của PLL Tổng hợp tần số là quá trình tạo ra một mạng tần số rời rạc từ một tần số chuẩn có độ ổn định cao.
Do PLL thực hiện được chế độ giữ pha, nên có đặc tính ổn định và trôi nhiệt của các tần số được tạo ra cũng giống như tần số chuẩn.
Những phép biến đổi cơ bản trong tổng hợp tần số là nhân và chia tần số.PLL có thể dùng để thực hiện các phép biến đổi đó.
Nguyên lý để phát và tạo tín hiệu stereo
I.11.1 Nguyên lý tạo tín hiệu stereo
Trong thực tế đời sống, hầu hết những âm thanh mà ta nghe được đều là âm thanh nổi có tính không gian Do đặc điểm cấu trúc của cơ quan thính giác mà con người có thể nhận biết và phân biệt được vị trí của nguồn âm thanh trong không gian. Để nâng chất lượng thưởng thức, trong kỹ thuật âm thanh người ta đã sử dụng nhiều biện pháp để mang lại một thuộc tính quan trọng của âm thanh – đó là tính không gian hay âm thanh nổi Hiệu ứng này được gọi là hiệu ứng STEREO.
Một phương pháp đơn giản nhất để có được âm thanh STEREO là: Dùng hai micro để thu lấy âm thanh từ 2 vị trí khác nhau: Bên trái (Left) và bên phải (Right) của nguồn âm thanh; các tín hiệu này đưa đến 2 đường khuếch đại, ghi và xử lý giống hệt nhau, rồi đưa ra 2 loa đặt tương ứng bên trái và bên phải.
Vùng giữa phía trước của 2 loa cho ta một âm thanh gần giống với âm thanh mà ta nghe được trong thực tế: Âm thanh STEREO.
Trong phát thanh FM chất lượng cao, việc xử lý để điều chế STEREO theo hai nguồn tín hiệu AUDIO riêng rẽ nhằm nâng cao chất lượng phát thanh là hợp lý và phù hợp với yêu cầu ngày càng cao của bạn nghe đài Để thực hiện điều đó ở máy phát và máy thu cần phải có bộ mã hóa và giải mã STEREO nhằm đảm bảo nhận biết và tách ra một cách chính xác tín hiệu của 2 kênh.
Sơ đồ khối máy phát thanh FM- STEREO
Mục đích: Giới thiệu về sơ đồ tổng quát và đặc điểm của một số tầng cơ bản của máy phát, nhấn mạnh một số giải pháp kỹ thuật chủ yếu trong các tầng nhằm thỏa mãn các chỉ tiêu kỹ thuật của máy phát song FM-STEREO.
Hình 11: Sơ đồ khối tổng quát của máy phát sóng FM-STEREO
Tín hiệu Audio kênh trái (L) và kênh phải (R) được đưa đến bộ mã hóaSTEREO và điều chế FM Tại đây chúng được khuếch đại, lọc và xử lý, mã hóa để hình thành tín hiệu Audio – Stereo tổng hợp duy nhất đưa vào điều chế FM, làm thay đổi tần số của dao động chủ sóng (sóng mang RF) do bộ tổ hợp tần số tạo ra.Sóng mang RF này còn yếu, cần được khuếch đại bao gồm nhiều tầng: Khuếch đại đệm, khuếch đại cao tần (RF Amp), khuếch đại kích và khuếch đại công suất để cuối cùng đảm bảo công suất thỏa mãn chỉ tiêu đưa đến thiết bị anten, biến đổi thành năng lượng sóng điện từ bức xạ ra môi trường truyền lan sóng.
Khối nguồn cung cấp có nhiệm vụ biến đổi nguồn điện xoay chiều AC thành các nguồn điện một chiều DC đảm bảo cho các khối làm việc.
Bộ chỉ thị làm nhiệm vụ đo đạc giúp cho ta nhận biết các thông số kỹ thuật của máy: mức tín hiệu vào các kênh R, L; tần số công tác; dòng tiêu thụ và điện áp công tác của các tầng, công suất ra, công suất phản xạ, nhiệt độ làm việc…
Bộ bảo vệ làm nhiệm vụ bảo vệ các tầng của máy phát khi có hiện tượng quá tải (over load) khi anten có sự cố, quá dòng, quá áp, quá nhiệt…Bộ lọc hài có nhiệm vụ loại bỏ các thành phần hài của máy phát trước khi đưa ra anten.
Sơ đồ khối bộ mã hóa STEREO như chỉ ra trên hình 12.
Hình I.12: Sơ đồ khối bộ mã hóa STEREO LPB: bộ lọc thông thấp; Pre-emphasis: bộ lọc tiền nâng biên; pilot; tín hiệu lái
Thông thường trong hệ thống PLL người ta dùng các bộ lọc thông thấp bậc nhất, vì dùng các bộ lọc bậc cao hơn có thể ảnh hưởng đến tính ổn định của hệ thống, có thể dùng lọc thụ động hoặc lọc tích cực đều được Dùng bộ lọc thụ động thì đơn giản, do đó độ tin cậy cao và ổn định Dùng bộ lọc tích cực thì có thể tăng hệ số khuếch đại của các hệ thống và cho phép có được dải bắt mong muốn hay dải bám tùy ý khi thay đổi dải thông và hệ số khuếch đại.
Bộ tạo dao động có tần số điều khiển được
Yêu cầu chung đối với các bộ tạo dao động có tần số điều khiển được là quan hệ giữa các điện áp điều khiển và tần số dãy xung phải tuyến tính Ngoài ra mạch còn phải có độ ổn định tần số cao, dải biến đổi của tần số theo điện áp vào rộng, đơn giản dễ điều chỉnh và thuận lợi đối với việc tổ hợp thành vi mạch (không có điện cảm).
Về nguyên tắc, có thể dùng một mạch tạo dao động mà tần số dao động của nó có thể biến thiên được trong phạm vi ±10% đến ±50% xung quanh tần số dao động tự do ωtt - U cos ωst - E0.
Hình I.10: Quan hệ giữa tần số dao động ra của VCO với điện áp điều khiển đầu vào.
Nhiệm vụ của bộ tạo mã Stereo là ghép hai kênh L và R của tín hiệu Audio để hình thành tín hiệu Audio Stereo duy nhất trước khi đưa vào điều chế
FM Cấu trúc của mã phải thỏa mãn điều kiện kết hợp sau:
- Cho phép tách được chính xác tín hiệu Audio của hai kênh L và R (giải mã) ở máy thu Stereo.
- Cho phép máy thu Mono thu được tín hiệu của cả hai kênh mà không bị mất thông tin.
Nếu thực hiện phát 2 kênh riêng biệt thì không thể đồng thời thỏa mãn hai điều kiện trên, vì vậy cần phải thực hiện mã hóa Stereo.
Trên hình I.12, các tín hiệu Audio hai kênh R, L sau khi lọc cùng được đưa tới ma trận cộng tín hiệu với hai lối ra Lối ra tổng R+L có phổ tần thấp 30Hz đến 15KHz qua bộ lọc đưa đến bộ cộng Lối ra hiệu L-R được đưa đến bộ điều chế cân bằng ở tần số sóng mang phụ fp8 KHz có phổ nằm trong dải (23÷53)KHz, sau khi lọc cũng được đưa tới bộ cộng Cùng đưa tới bộ cộng còn có tín hiệu lái Pilot, có tần số 19 KHz.
Như vậy cấu trúc phổ của tín hiệu Audio – Stereo tổng hợp có dạng như chỉ ra trên hình I.13.
Hình I.13: Cấu trúc phổ của tín hiệu Audio – Stereo.
Nguyên tắc xây dựng bộ tổ hợp tần số
Để nâng cao độ ổn định tần số phải dùng thạch anh, tuy nhiên thạch anh chỉ làm việc ở một tần số hoặc một dải rất hẹp cho nên để thỏa mãn các yêu cầu đã nêu trên thì cần phải sử dụng bộ tổ hợp tần số Nhằm đảm bảo ổn định tần số bằng thạch anh trong cả dải tần Có nhiều phương pháp để xây dựng các sơ đồ này.
- Sơ đồ kết hợp: Mạng tần số được tạo ra từ một số bộ dao động thạch anh thông qua bộ nhân bộ chia và biến đổi tần số.
- Phương pháp bù trừ nhằm mục đích để loại bỏ các dao động phụ bằng bộ lọc giải hẹp chất lượng cao.
- Sử dụng các hệ thống tự động điều chỉnh bao gồm: Tự động điều chỉnh tần số và tự động điều chỉnh pha Các hệ thống này lôi kéo tần số dao độngVCO theo tần số của thạch anh Hiện nay các máy phát thanh của nước ta thường sử dụng phương pháp tự động điều chỉnh Nó đảm bảo tạo ra dao động có tính ổn định cao với mức loại bỏ các dao động phụ lớn và dễ dàng thực hiện việc điều chế tần số.
Nguyên tắc xây dựng các bộ khuyếch đại
Các bộ khuếch đại cần thỏa mãn các yêu cầu hệ số khuếch đại đủ lớn, méo nhỏ, số tầng hợp lý.
Có một số các dạng khuếch đại thường được sử dụng rộng rãi như sau:
- Khuếch đại cộng hưởng: Đảm bảo hệ số khuếch đại lớn, nhưng ngược điểm là cần điều chỉnh ở từng tần số.
- Khuếch đại dải rộng: Không cần điều chỉnh.
Nhược điểm: hài lớn và hệ số khuếch đại nhỏ.
* Trong bộ khuếch đại hiện nay ở một số máy phát sóng, người ta thường kết hợp cả hai, tuy nhiên bộ khuếch đại dải rộng, do phù hợp với thực tiễn, nên ưa được dùng rộng rãi hơn Các dao động hài được xử lý bằng các bộ lọc hài riêng.
