Báo cáo thực tập chuyên Đề bài 1 hệ thống truyền tương tự

- SIGNAL: tín hiệu sin, tần số khoảng 1kHz-10kHz lấy từ khối function generator.Điều chỉnh nút CARRIER NULL, biên độ của tín hiệu điều chế, và biên độ tín hiệu sóng mang để tạo ra các dạ

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

BÁO CÁO THỰC TẬP CHUYÊN ĐỀ

Bài 1: Hệ thống truyền tương tự

I MỤC LỤC

I MỤC LỤC 1

II TÓM TẮT BÀI THỰC TẬP 2

III ĐIỀU CHẾ - GIẢI DIỀU CHẾ BIÊN DỘ 3

1 Điều chế biên độ 3

2 Tính hệ số điều chế 5

3 Phổ của tín hiệu AM 7

IV Giải điều chế biên dộ 10

4 Cơ sở lý thuyết 10

V ĐIỀU CHẾ - GIẢI DIỀU CHẾ TẦN SỐ 13

Điều chế biên độ 13

Đường cong đặc tính của điều chế, độ nhạy, độ phi tuyến 13

Độ lệch tần số và chỉ số điều chế 15

VI Giải điều chế tần số 17

II TÓM TẮT BÀI THỰC TẬP

Nội dung:

Phần 1 Điều chê/Giải điều chế biên độ Phần 2 Điều chế/ Giải điều chế tần số Phần 3 Hệ thống AM/FM

Mục đích:

- Khảo sát hoạt động của bộ điều chế/giải điều chế AM.

- Khảo sát hoạt động của bộ điều chế/giải điều chế FM.

- Hệ truyền thông AM.

- Hệ truyền thông FM

Dụng cụ thực nghiệm:

- Module T10A, T10B, T10C

- Dao động ký 2 kênh

III ĐIỀU CHẾ - GIẢI DIỀU CHẾ BIÊN DỘ

1.2-2 Cấp nguồn cho các modul T10A-T10B

1.2-3 Modul T10A - GENERATORS

Dùng dao động ký khảo sát hoạt động (ghi lại dạng sóng, tần số, và biên độ) của các loại máyphát trên module T10A

Xung sin Biên độ: 16 V Tần số: 5 kHz

Xung tam giác Biên độ: 17 V Tần số: 4.8 kHz

Xung vuông Biên độ: 17 V Tần số: 5 kHz

1.2-4 Modul T10B - AM/DSB/SSB

Quan sát tín các dạng tín hiệu điều biên

Cấp tín hiệu cho khối Balanced Modulator 1 (khối thực hiện điều biên), gồm:

- CARRIER: tín hiệu sin, tần số khoảng 450kHz (lấy từ VCO1 hoặc VCO2)

- SIGNAL: tín hiệu sin, tần số khoảng 1kHz-10kHz (lấy từ khối function generator).Điều chỉnh nút CARRIER NULL, biên độ của tín hiệu điều chế, và biên độ tín hiệu sóng mang để tạo ra các dạng sóng điều biên như trên hình 4

Hình 4: Các dạng sóng của bộ điều chế AM

Nhận xét về sự ảnh hưởng của biên độ tín hiệu điều chế đến tín hiệu điều biên lối ra bộ Balanced Modulator 1.

2 Tính hệ số điều chế

Điều chỉnh tín hiệu điều biên có dạng như hình 4c

Sử dụng dao động ký đo biên độ của các tín hiệu (hình 5)

Hình 5: Tính hệ số điều chế

Tính hệ số k của bộ điều chế, k=C/B.

Biên độ tín hiệu điều chế B = 0.72V

Biên độ của hình bao tín hiệu đã điều chế C = 0.65V

H +h = 62.5 % ( Trong đó m là phần trăm tín hiệu điều biên, H là biên

độ tối đa của tín hiệu đã điều biên, h là biên độ tối thiểu của tín hiệu đã điều biên)

Độ tuyến tính của bộ điều chế

Đặt dao động ký ở chế độ X-Y (X=0.2V/độ chia, Y=1V/độ chia) Đưa tín hiệu điều chế (điểm 2 của T10B) vào trục X, tín hiệu điều biên (điểm 3 của T10B) vào trục Y

Quan sát tín hiệu xuất hiện trên dao động ký: hình dưới ứng với bộ điều chế tuyến tính:

Hình dưới ứng với sự bão hòa và tràn điều chế của tín hiệu điều biên khi tăng biên độ của tín hiệu điều chế

3 Phổ của tín hiệu AM

Dựa trên sơ đồ hình 6, quan sát phổ của tín hiệu AM

Hình 6: Nguyên lý hoạt động của bộ phân tích phổ sử dụng dao động ký

Đặt tần số sóng mang của tín hiệu AM khoảng 450kHz

Tần số sóng mang được thay đổi sử dụng bộ phát răng cưa SWEEP: DEPTH (lối ra TP2 của

bộ phát răng cưa được đưa vào lối vào TP16 của VCO1)

Tín hiệu điều biên được đưa vào lối vào của bộ lọc CERAMIC FILTER

Lối ra của bộ CERAMIC FILTER được đưa vào lối vào của bộ RF DETECTOR: LEVEL.Đặt dao động ký ở chế độ hiển thị X-Y với: trục Y được nối với lối ra của bộ RF

DETECTOR: LEVEL, và trục X được nối với lối ra TP1 của bộ SWEEP: DEPTH

Câu hỏi: Phổ của tín hiệu AM được biểu diễn trên hình 7 So sánh phổ tín hiệu AM trên hình

7 với phổ tín hiệu AM theo lý thuyết Giải thích sự khác biệt

Hình 7: Phổ của tín hiệu AM

Thay đổi tần số, biên độ, và dạng sóng của tín hiệu điều chế kiểm tra sự thay đổi của phổ

IV Giải điều chế biên dộ

Sử dụng modul T10A và T10B để tạo ra tín hiệu điều biên AM với biên độ khoảng 15mVpp.

Trên modul T10C, chỉ nối các cầu nối J3, J5, J6, J8, J10 và J12

Nối lối ra của bộ điều chế (điểm 3 của T10B) đến lối vào của bộ khuếch đại IF (điểm 12 của T10C) Khảo sát dạng sóng của tín hiệu điều biên và tín hiệu tách sóng tại lối vào và lối ra của bộ tách sóng dùng diode (điểm 15 và 17 của modul T10C) và quan sát tín hiệu AM và tín hiệu tách sóng (hình 15) Khảo sát sự đồng dạng của tín hiệu tách sóng và đường bao của tín hiệu điều biên.

Khảo sát quá trình tách sóng hình bao âm bằng cách chuyển cầu nối J8 sang J9 ta thu được tín hiệu như hình dưới

Chuyển lại cầu nối từ J9 sang J8 ta thu được tín hiệu như hình dưới

2.2- 3 Ảnh hưởng của hằng số thời gian RC

Quan sát sự thay đổi độ bám của tín hiệu tách sóng với hình bao của tín hiệu điều biên (vẽ lạidạng sóng tại điểm 15 và 17 của module T10C) trong các trường hợp sau:

Giá trị R và C được nối sau diode của bộ tách sóng là R7=22kΩ và C7=4.7nF; giảm tần số củatín hiệu điều chế xuống 10kHz

Giảm bớt độ sâu điều chế khoảng 50% (giảm biên độ của tín hiệu điều chế), thay đổi

C7=4.7nF thành C6=1nF

2.2- 4 Tách sóng kết hợp

Sử dụng modul T10A và T10B để tạo ra tín hiệu điều biên AM với đường bao có dạng sin, tần số 1kHz, tần số sóng mang 450Hz, biên độ tín hiệu điều chế bằng ½ biên độ sóng mang

Bộ BM2 có: lối vào SIGNAL được nối với tín hiệu điều biên AM, lối vào CARRIER được nối với tín hiệu sóng mang đồng bộ với sóng mang đưa vào lối vào CARRIER của bộ BALANCED MODULATOR 1 (BM1).

Lối ra của BM2 được nối với lối vào của bộ lọc thông thấp LP FILTER tần số cắt 3,4kHz, ta thu được hình dưới đây

Hình 1 12 Tín hiệu đầu vào từ lối BM2 (kênh 1) và lối ra của nộ lọc thông thấp LP FILTER (kênh 2)

Tín hiệu qua bộ lọc thông thấp 3.4kHz sẽ loại bỏ đi những tín hiệu có tần số lớn hơn 3.4kHz

và giữ những tín hiệu có tần số nhỏ hơn hoặc bằng 3.4kHz lại

Tăng độ sâu điều chế của tín hiệu AM, quan sát độ bám giữa đường bao của tín hiệu điều biên và tín hiệu tách sóng, ta thu được hình dưới

V ĐIỀU CHẾ - GIẢI DIỀU CHẾ TẦN SỐ

Đường cong đặc tính của điều chế, độ nhạy, độ phi tuyến

Đường cong đặc tính điều chế biểu diễn quan hệ giữa tần số lối ra của bộ điều tần theo biên

độ điện áp lối vào của bộ điều tần, hình 2.6

Hình 21: Đường cong đặc tính điều chế

Vẽ đồ thị biểu diễn đặc tính điều chế của bộ điều tần sử dụng VCO1 trên modul T10A với:VCO1: LEVEL khoảng 2V, FREQ ở mức nhỏ nhất, bật lên nấc 1500kHz

Nối vôn kế với điểm 17 để đo điện áp

Nối dao động ký với điểm 19 để đo tần số

Thay đổi điện áp với bước thay đổi 0.5V thì thu được bảng 2 như sau:

Nhận xét về đồ thị thu được: tuyến tính/không tuyến tính?

 Tuyến tính

Xác định độ nhạy và độ phi tuyến của bộ điều chế:

Hình 22 biểu diễn đường cong đặc tính điều chế trong khoảng tần số từ 400kHz - 1500kHz

Độ nhạy điều chế được tính bởi S=dF dV (V )

Hình 22: Đường cong đặc tính điều chế trong khoảng 400kHz-1500kHz

Độ lệch tần số và chỉ số điều chế

Sử dụng modul T10A để tạo tín hiệu điều tần với các tham số:

Tín hiệu điều chế có dạng sin, biên độ khoảng 0.2V, tần số khoảng 1kHz

Bộ điều tần VCO1: LEVEL khoảng 2V, FREQ ở vị trí giữa, bật công tắc lên 1500kHz

Sử dụng dao động ký, quan sát và ghi lại dạng sóng của tín hiệu điều tần tại điểm 19

Đo độ lệch tần:

Phổ của tín hiệu thu được gồm nhiều thành phần, trong đó có thành phần tổng và hiệu của haitần số lối vào, (f+f2) và (f-f2) Chỉ thành phần f-f2 được tách bằng bộ tách RF (RF

DETECTOR), thành phần tần số cao f+f2 bị loại bỏ bởi bộ lọc thông thấp của bộ tách RF

Vì f thay đổi, nên khi f gần bằng f2, có thể quan sát được thành phần phổ này dưới dạng các đỉnh nhỏ

Thay đổi tần số của VCO2, các đỉnh này di chuyển từ phía bên này sang phía bên kia của đường cong

Sử dụng dao động ký, đo các tần số của VCO2 ứng với hai vị trí này Hiệu hai tần số đó cho

ta độ lệch tần số của bộ điều chế FM

1.2.4 Phổ của tín hiệu điều tần FM

Sử dụng modul T10A và T10B như trong hình 25 với các thông số:

Hình 25: Sơ đồ khối hiển thị phổ của tín hiệu điều tần

Tín hiệu điều tần có dạng sin biên độ 0.5V, tần số khoảng 10kHz

VCO2: LEVEL khoảng 2V, FREQ ở vị trí giữa

VCO1: LEVEL khoảng 2V, bật công tắc lên 1500kHz, FREQ để ở vị trí giữa

SWEEP: DEPTH vặn hết theo chiều ngược kim đồng hồ

BALANCED MODULATOR 1: CARRIER NULL ở vị trí giữa, sao cho mạch hoạt động như một bộ nhân.

Đặt dao động ký ở chế độ X-Y Quan sát phổ của tín hiệu điều tần FM (hình 2.10) Kiểm tra tính đối xứng của các thành phần phổ đối với sóng mang

Phổ có tính đối xứng của các thành phần phổ đối với sóng mang

Thay đổi biên độ và tần số của tín hiệu điều chế và xem xét sự thay đổi của phổ Nhận thấy rằng: khi tăng biên độ thì số đường phổ cũng tăng lên (sự tăng biên độ của tín hiệu điều chế làm tăng độ lệch tần số ΔF, điều này làm tăng chỉ số điều chế mf và do đó làm mở rộng phổ) Xác định độ lệch tần số ΔF

VI Giải điều chế tần số

Bộ giải điều chế Foster-Seely

Thực hiện kết nối modul T10A và T10D theo sơ đồ trên hình 34 Cấp nguồn +/-12V và thực hiện các thiết lập sau:

Hình 34: Hiển thị đường cong đặc tính của bộ giải điều chế

VCO1: LEVEL đặt khoảng 1V, bật công tắc lên 500kHz

Đặt bộ giải điều chế ở chế độ Foster-Seely (Jump vào điểm PS)

Sử dụng dao động ký quan sát tín hiệu lối vào (điểm 16) và lối ra (điểm 20) của bộ giải điều chế

Xác định đường cong đặc tính của bộ giải điều chế

Hình 33: Đường cong đặc tính của bộ giải điều chế

Đường cong đặc tính của bộ giải điều chế biểu diễn quan hệ giữa điện áp lối ra của bộ giải điều chế với tần số lối vào (hình 33)

Thay đổi tần số lối vào từ 400kHz đến 500kHz với bước thay đổi 5kHz, ghi lại điện áp lối ra tương ứng (biến đổi trong khoảng từ -200mV đến 200mV)

Vẽ đường cong đặc tính Nhận thấy đường cong này có độ phi tuyến thấp ở đoạn trung tâm

Giả sử bộ giải điều chế hoạt động trong dải từ 445kHz đến 455kHz, với tần số trung tâm là 450kHz, tính độ nhạy S (khoảng 100mV/10kHz) và độ phi tuyến của bộ giải điều chế.

Hiển thị đường cong đặc tính của bộ giải điều chế

Thực hiện kết nối modul T10A và T10C như trên hình 3.9 Cấp nguồn +/-12V và thực hiện các thiết lập sau:

VCO1: Bật công tắc lên 500kHz, LEVEL khoảng 1V, FREQ khoảng 450kHz

SWEEP: DEPTH đặt ở mức nhỏ nhất

Bộ giải điều chế tần số đặt ở chế độ Foster-Seely (Jump FS)

Dao động kýđặt ở chế độ X-Y (trục X: 2V/div, trục Y: 200mV/div)

Nối trục X của dao động ký với điểm X-AXIS của máy phát SWEEP Nối trục Y đến lối ra của bộ giải điều chế

Điều chỉnh tần số trung tâm của VCO1 và biên độ của SWEEP (DEPTH) để thu được đường cong đặc tính (hình 33)

Dạng sóng của tín hiệu giải điều chế

Thực hiện kết nối modul T10A và T10D như hình 34 Cấp nguồn +/-12V và thực hiện các thiết lập sau:

VCO1: Bật công tắc lên 500kHz, LEVEL khoảng 1V, FREQ khoảng 450kHz

Bộ giải điều chế đặt trong chế độ Foster-Seely (Jump FS)

Máy phát chức năng: sin (J1), LEVEL khoảng 100mV, FREQ khoảng 500Hz

Sử dụng dao động ký quan sát tín hiệu điều tần (điểm 16) trên modul T10A và tín hiệu giải điều chế (điểm 20) trên modul T10D

Dạng sóng của tín hiệu giải điều chế được biểu diễn trên hình 35(nếu tần số trung tâm của bộgiải điều chế và tần số sóng mang của tín hiệu FM đồng nhất) Như vậy, tín hiệu giải điều chế là tín hiệu có thành phần một chiều bằng 0.

Thay đổi biên độ của tín hiệu điều chế và quan sát sự thay đổi của tín hiệu giải điều chế

Hình 36: Tín hiệu giải điều chế khi thay đổi tần số sóng mang FM (a, b)&biên độ tín hiệu điều chế (c)

Tăng tần số sóng mang của tín hiệu điều tần, tín hiệu giải điều chế bị méo (hình 36a) và có thành phần một chiều dương

Giảm tần số sóng mang của tín hiệu điều tần, tín hiệu giải điều chế cũng bị méo (hình 36b).Đặt tần số sóng mang của tín hiệu điều tần bằng 450kHz Tăng biên độ của tín hiệu điều chế (LEVEL của máy phát chức năng) sao cho tín hiệu FM có băng thông vượt quá vùng tuyến tính của bộ giải điều chế Tín hiệu giải điều chế bị méo rất lớn (hình 36c)

2.3- 3 Bộ giải điều chế cầu phương

Nối modul T10A và T10D như hình 3.14 Đặt VCO1 với LEVEL khoảng 0.5V, công tắc bật lên 500kHz, FREQ khoảng 450kHz

Lặp lại các thí nghiệm như phần 2.3-1.

Vẽ đường cong đặc tính của bộ hạn biên (phần 3.2- 5)

Nối bộ hạn biên vào trước mạch giải điều chế tỉ lệ hoặc giải điều chế Foster-Seely Thay đổi biên độ của tín hiệu FM và nhận thấy rằng với biên độ lớn hơn 200mV, biên độ tín hiệu lối rađược giữ cố định

PHẦN III HỆ TRUYỀN THÔNG AM/FM

Lắp máy thu đổi tần FM

Kiểm tra dạng sóng của tín hiệu thu:

Hệ thống liên lạc FM (modun T10G)