1.Chọn loại phần tử khuếch đại trong máy thu : Trong máy thu thường dùng hai loại đèn chủ yếu: bán dẫn (tranzixto) hoặc đèn điện tử khống chế tĩnh điện hoặc kết hợp cả hai loại này.Trong phần chọn phương án chúng ta chỉ chọn loại đèn chủ yếu dùng trong máy thu còn ở các tầng cụ thể sẽ được xét ở phần sau. Dùng bán dẫn có nhiều ưu điểm so với đèn điện tử: Hiệu suất cao hơn Điện áp yêu cầu rất thấp. Công suất nguồn cung cấp yêu cầu Ýt, kích thước và trọng lượng nhỏ. Đèn bán dẫn có nhược điểm là độ ổn định kém, các tham sè thay đổi theo nhiệt độ. Tuy nhiên nhược điểm này có thể khắc phục bằng nhiều biện pháp khác nhau. Vì vậy ta chọn đèn bán dẫn cho việc thiết kế. 2. Chọn loại sơ đồ cho máy thu : Căn cứ vào yêu cầu về độ nhạy,độ chọn loc,dải thông tần số để chọn sơ đồ máy thu(tách sóng thẳng hay khuếch đại thẳng,khuếch đại có hồi tiếp dương,đổi tần một lần hoặc hai lần...) Máy thu tách sóng thẳng có độ chọn lọc tần số lân cận kém, độ nhậy kém và độ méo lớn mặc dù có kết cấu đơn giản là không có các đường thu kÝ sinh nên ta không chọn.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI KHOA ĐIỆN TỬ – VIỄN THÔNG ********************* đồ án thiết kế mạch Analog Thiết kế máy thu đổi tần thu băng FM, tính toán chi tiết mạch vào Giáo viên hướng dẫn : Tạ Quang Đởn : T¹ Quang §ën Sinh viên thực hiện : Phạm Đức Vinh : Ph¹m §øc Vinh Líp : ĐT 4 – K43 : §T 4 – K43 Hà nội – 6/2002 THIẾT KẾ MÁY THU ĐỔI TẦN BẮT SÓNG FM I. Chỉ tiêu kỹ thuật của máy thu theo tiêu chuẩn cấp 1 củaNga Tiêu chuẩn cấp 1 của Nga cho máy thu đổi tần bắt sóng FM: • Băng sóng : Sóng cực ngắn:4,56-4,11m • Tần sè trung gian : f tt =6,5 0,1(MHz) • Độ nhạy khi P ra =50mW và 5mW ( đối với công suất nhỏ) tới 150mW: 0,7mV/m đối với anten từ 0,7mV/m ®èi víi anten tõ 10µV đối với anten ngoài • Độ chọn dốc của đặc tuyến cộng hưởng trong khoảng 6-26dB là : 0,2dB/kHz • Chọn lọc tần số ảnh : 22dB • Dải thông tần của băng sóng cực ngắn :120-180 kHz • Dải thông tần Hz ( méo 14dB theo áp suất âm thanh ) : Máy để bàn : 80-12000 M¸y ®Ó bµn : 80-12000 Máy lưu động : 150-12000 M¸y lu ®éng : 150-12000 • Chống diều biên kí sinh:16dB • Điện áp cung cấp một chiều : 9 -> 12 V II. Chọn phương án thiết kế máy thu: 1.Chọn loại phần tử khuếch đại trong máy thu : Trong máy thu thường dùng hai loại đèn chủ yếu: bán dẫn (tranzixto) hoặc đèn điện tử khống chế tĩnh điện hoặc kết hợp cả hai loại này.Trong phần chọn phương án chúng ta chỉ chọn loại đèn chủ yếu dùng trong máy thu còn ở các tầng cụ thể sẽ được xét ở phần sau. Dùng bán dẫn có nhiều ưu điểm so với đèn điện tử: - Hiệu suất cao hơn - Điện áp yêu cầu rất thấp. - Công suất nguồn cung cấp yêu cầu Ýt, kích thước và trọng lượng nhỏ. Đèn bán dẫn có nhược điểm là độ ổn định kém, các tham sè thay đổi theo nhiệt độ. Tuy nhiên nhược điểm này có thể khắc phục bằng nhiều biện pháp khác nhau. Vì vậy ta chọn đèn bán dẫn cho việc thiết kế. 2. Chọn loại sơ đồ cho máy thu : Căn cứ vào yêu cầu về độ nhạy,độ chọn loc,dải thông tần số để chọn sơ đồ máy thu(tách sóng thẳng hay khuếch đại thẳng,khuếch đại có hồi tiếp dương,đổi tần một lần hoặc hai lần ) Máy thu tách sóng thẳng có độ chọn lọc tần số lân cận kém, độ nhậy kém và độ méo lớn mặc dù có kết cấu đơn giản là không có các đường thu kÝ sinh nên ta không chọn. Máy thu khuếch đại thẳng không có đường thu kÝ sinh. Máy có độ chọn lọc kém, nhất là đối với tần số cao, độ nhậy kém, độ méo lớn nhất là khi phải tách sóng bình phương; Máy thu đổi tần là máy thu đạt được những chỉ tiêu cao nhất về độ nhậy, độ chọn lọc và vì độ khuyếch đại và chọn lọc chủ yếu dùa vào các thành phần tần số trung gian nên tính chất của máy thu hầu như không thay đổi khi thay đổi tần số thu. 3. Chọn loại nguồn cung cấp cho máy thu: Căn cứ vào chỉ tiêu kĩ thuật cho trước mà ta có các loại nguồn cấp khác nhau. VD: Nguồn xoay chiều:110 v ,220 v Nguồn một chiều:có các loại 3;4,5;6;9;12 V Đối với máy thu cấp 1,nguồn cung cấp một chiều khoảng 9-12 v III.Tính toán sơ bộ và lập sơ đồ khối : 1.Xác định tần số trung gian f tg ( hay tần số trung tần f tt ): - Xét về phẩm chất tín hiệu, nếu chọn tần số trung gian lớn thì dải thông tần có thể rộng , độ méo tần số sẽ thấp, tần số trung gian cao hơn tần số điều chế nhiều thì dễ tách sóng. - Xét về độ chọn lọc tần số lân cận nếu chọn tần số trung gian càng thấp thì càng dễ đạt được độ chọn lọc lân cận cao và dải thông tần hẹp. Đối với máy thu độ chọn lọc tần số lân cận là quan trọng nhất vì nó quyết định mức can nhiễu chủ yếu ở đầu ra của máy thu hay nối cách khác là tham gia quyết định độ nhạy của máy thu. - Đối với độ chọn lọc tần số ảnh thì tăng cao tần số trung gian sẽ làm cho độ chọn lọc tần số ảnh cao hơn còn độ khuyếch đậi tần số trung gian thì ngược lại. Tóm lại khi chọn tần số trung gian cao thì phẩm chất của tín hiệu ra tốt hơn, độ chọn lọc tần số ảnh tốt hơn, nhưng độ chọn lọc tần số lân cận, độ khuyếch đại, chỉ tiêu về hệ số tạp âm , độ ổn định đều kém đi. Điều kiện đảm bảo độ chọn lọc tần số ảnh của f tg : = 73 =4,5MHz Tra bảng S a =22dB (S a :Độ chọn lọc tần số ảnh) hay S a =10 2,2 là độ chọn lọc tần số ảnh của băng sóng cực ngắn. d tdR :hệ sè suy giảm tương đương của mạch cộng hưởng. d tdR =1/Q tdmax ,chọn Q tdmax =140. 2.Phân phối méo tần số cho các tầng: Các phần của máy thu đều Ýt nhiều gây ra méo tần số (do tụ nối tầng, tụ C e , ghép biến áp, bộ cộng hưởng LC gây ra). Nhưng gây méo tần số nhiều nhất vẫn là phần có tính chọn lọc cao nhất: phần tần số trung gian. Vì vậy khi phân phối độ méo tần số, phần tần số trung gian bao giê cũng được ưu tiên. Độ méo của tất cả các phần trong máy: M (dB) = M TR (dB) + M TG (dB) + M TT (dB). M (dB) = 14 dB. Méo tần số radio: M TR (dB) = (0,1 - 0,2)M(dB). Chọn M TR (dB) = 0,15 14=2,1 dB. Méo tần thấp: M TT (dB) = ( 0,3 - 1 ) x M (dB). Chọn M TT (dB) = 0,3 x 14 = 4,2 dB. Vậy méo phần tần số trung gian là: M TG (dB) = 14-2,1- 4,2 = 7,7 (dB). 3. Phân phối chỉ tiêu độ chọn lọc cho các tầng: •Tính toán yêu cầu về hệ chọn lọc: Từ chỉ tiêu ta có độ chọn lọc ở độ lệch cộng hưởng là và độ méo cho phép bằng M thì có thể xác định hệ số hình chữ nhật cần thiết của máy thu ở mức : Như vậy hệ số hình chữ nhật thực tế của bộ lọc K cnl phải nhỏ hơn hoặc bằng hệ số hình chữ nhật yêu cầu Hệ số phẩm chất và hệ số hình chữ nhật của các loại mạch có thể tính như sau: Mạch cộng hưởng đôi, ghép tới hạn: n : sè tầng Q tđ : hệ số phẩm chất tương đương của mỗi mạch cộng hưởng Đối với phần tần số trung gian thì độ chọn lọc tính ở mức lệch cổng hưởng . với n=2 thì thoả mãn điều kiện Vậy số tầng trung gian là hai tầng với hai mạch cộng hưởng kép. Do dùng phương pháp đổi tần nên sinh ra nhiễu tần số ảnh và nhiễu trung tần (lọt thẳng). Điều này phải được giải quyết ngay ở mạch vào và tầng khuyếch đại cao tần đầu tiên. Độ chọn lọc đối với tần số lân cận sẽ được giải quyết ở tầng tần số trung gian là chủ yếu. 4. Tính sơ bộ hệ số khuếch đại tổng cộng của máy : nhy ca mỏy thu l 10àV, cụng sut ra l 150mW thỡ,núi chung anten trong mỏy thu ch cú th a ra c mt cụng sut khong 1,5.10 -12 W. Do ú cn phi cú h s khuch i tng cng cho ton mỏy l : m bo cho c tuyn tỏch súng l ng thng, u vo ca b tỏch súng cn phi cú cụng sut khong 8àW. Do ú h s khuch i ca mỏy thu cho n trc b tỏch súng cn phi t ít nht l : 5.T tớnh toỏn s b ta cú s khi ca mỏy thu i tn nh sau: 6.Nguyờn lý lm vic ca mỏy thu : Tớn hiu cao tn t mỏy phỏt súng truyn ti anten ri c anten thu li v a vo mch thu. Ti õy, tớn hiu cao tn c cng hng vi mch LC chn ly tớn hiu cn thu. Sau khi c x lớ s b, súng cao tn s c chuyn ti mch i tn. V õy, tớn hiu cao tn s c trn vi tớn hiu ngoi sai t b dao ng ngoi sai a ti thu c tớn hiu trung tn. Tn s trung tn thu c l nh nhau i vi cỏc tớn hiu cao tn cú tn s khỏc nhau mc dự khụng thay i qui lut iu ch. B to tớn hiu ngoi sai cú tn s thay i c v tho món : f th = f ns + f tt Tớn hiu trung gian cú cha õm tn c khuch i thờm qua khi khuch i trung tn m bo cụng sut u ra ln v c a sang Mạch vào Trộn tần Khuếch đại trung tần Tách sóng Mạch TĐK Dao động ngoại sai Khối nguồn Khuếch đại âm tần Khuếch đại công suất Anten f th f tt f ns khối tách sóng .Tại đây, tín hiệu âm tần sẽ được tách ra từ tín hiệu trung tần và tiếp tục được khuếch đại thêm một lần nữa qua khối khuếch đại âm tần và khối khuếch đại công suất để đưa ra loa. Phần mạch TĐK có chức năng điều chỉnh độ khuếch đại của tầng khuếch đại trung tần để tín hiệu được ổn định trong giới hạn cho phép. Mạch hoạt động dùa trên nguyên lí hồi tiếp dòng một chiều lấy từ đầu ra của bộ tách sóng đưa về đầu vào của mạch khuếch đại trung tần để điều chỉnh độ khuếch đại của mạch. Điện áp cung cấp cho mạch làm việc ổn định khoảng 9V. Giá trị này đủ lớn để cung cấp cho transistor làm việc tốt theo yêu cầu ở các chế độ, trên thực tế đây cũng là giá trị điện áp phù hợp dùa theo các nguồn điện sẵn có như điện áp ra của các bộ nắn dòng một chiều, các loại pin thông dụng rất tiện lợi cho việc cấp điện để máy thu hoạt động tốt. 6. Phân phối chỉ tiêu cho các tầng : Dùa vào sơ đồ khối và các thông số kĩ thuật ở trên ta chia ra từng tầng để xét các chỉ tiêu cụ thể, từ đó chọn điểm làm việc cũng như tính toán các giá trị linh kiện cụ thể cho các mạch. • Mạch vào chọn sóng : Chuyển tín hiệu radio từ anten tới đầu vào của máy thu và chọn lọc tần số tín hiệu cộng hưởng. Hệ số truyền đạt theo yêu cầu là -3dB. • Khối khuếch đại cao tần : Dùng để nâng cao độ nhạy thực tế và độ chọn lọc tần số ảnh cho máy thu. Hệ số truyền dạt yêu cầu khoảng 25 dB • Khối đổi tần : Trộn tín hiệu cao tần với tín hiệu ngoại sai từ khối tạo tín hiệu ngoại sai để tạo tần số trung gian là 6,5MHz ứng với mọi tín hiệu cao tần thu được nhờ các mạch cộng hưởng tần số. Hệ số truyền đạt sơ bé : 20dB. Suy giảm ghép biến áp : -6,5dB. • Khối khuếch đại trung tần : Đảm bảo phần lớn chỉ tiêu độ nhạy, quyết định độ chọn lọc tần số lân cận. Hệ số khuếch đại : K tt =40dB. Suy giảm ở biến áp trung tần : -6,5dB. • Khối tách sóng : Lọc tín hiệu âm tần từ tín hiệu trung tần rồi đưa vào khối khuếch đại âm tần. Nó quyết định tần số tín hiệu cần thu. Khối này sử dụng diode với hệ số khuếch đại bị suy giảm là -20dB. Khi khuch i õm tn : Khuch i tớn hiu õm tn ln gi nguyờn dng tớn hiu a ra khuch i cụng sut, m bo tớn hiu khụng b mộo. H s khuch i õm tn : K AT = 40dB. Suy gim bin ỏp : - 0,7dB. Khi khuch i cụng sut : Khuch i cụng sut cho tớn hiu ln a ra loa. Cụng sut thu c phi khụng quỏ ln v chn mch khuch i sao cho di tn u ra khụng b nh hng nhiu.Thng dựng mch khuch i y kộo. H s khuch i cụng sut : K CS = 25dB. Suy gim do bin ỏp : - 0,7dB. H s khuch i ton mỏy l : K =-3 + 25 +20- 6,5 + 40 - 6,5 - 20 + 40 - 0,7 + 25 - 0,7 = 110dB IV.Chn mch chi tit cho tng khi : 1.Mch vo : Nhim v ca mch vo : mch vo gi nhim v chuyn tớn hiu t anten n tng u ca mỏy thu. Nú m nhim mt phn nhim v chn lc trong mỏy thu (chn lc tn s nh, chn lc lt thng). Yờu cu i vi mch vo ch yu l: Cú h s truyn t ln. m bo yờu cu v chn lc vi chn lc tn s nh l 22 dB . chn lc lõn cn l 10 dB. m bo cỏc ch tiờu v di thụng, mộo tn s nh. Tn s cng hng ít b bin thiờn vỡ cỏc yu t bờn ngoi. Tần số cộng hởng ít bị biến thiên vì các yếu tố bên ngoài. Chn phng ỏn: nu chn mch ghộp thỡ s phn t iu chnh tng, ghộp gia cỏc mch cng hng núi chung ph thuc vo tn s nờn iu chnh khú khn mch cng hng ghộp thng ch dựng cho mch vo lm vic tn s c nh hoc mch vo lm vic on súng di, súng trung. õy ta chn mch cng hng n. Cú 3 loi mch cng hng n. -Mch vo ghộp in dung vi anten ngoi v kt cu thỡ n gin nhng h s truyn t khụng n nh v cỏc tham s ca anten nh hng nhiu n mch cng hng, do ú nú c dựng khi mỏy thu ch thu mt i c nh hoc trong phm vi tn s hp. -Mch vo ghộp h cm vi anten ngoi do ghộp h cm nờn h s truyn t gim. -Mạch vào ghép hỗn hợp ( vừa điện dung vừa hỗ cảm )với anten khắc phục được các nhược điểm trên. Vì vậy ta chọn loại này. • Anten : chọn loại anten đồng chuẩn, cần phải phối hợp trở kháng để đảm bảo hệ số khuyếch đại hoặc hệ số tạp âm cực tiểu nên cần do đó cần ghép kiểu hỗn hợp với mạch vào. • Chọn phương thức điều chỉnh tần sè . Hệ số trùm băng: K' B = = (f B ' max, f B ' min : giới hạn tần số có nới rộng so với băng tần ) Phạm vi tần số tương đối rộng nên cần có phương thức điều chỉnh tần số bằng tụ điện có điện dung biến đổi hoặc cuộn dây có điện cảm biến đổi. Tụ điện biến đổi dễ được chế tạo một cách chính xác, đảm bảo hệ số trùm băng lớn vì phạm vi biến thiên của điện dung (tỉ số C max /C min ) thường khá lớn chọn phương thức điều chỉnh bằng tụ điện biến đổi. • Sơ đồ nguyên lý mạch vào : Tụ ghép C gh có tác dụng tránh ảnh hưởng của anten tới phẩm chất của mạch vào C gh phải có giá trị nhỏ để đối với tín hiệu cao tần thì cảm kháng sẽ tiến dần tới 0. Do đó đối với tín hiệu cao tần thì không bị mất mát hay tổn hao trên tụ C gh . Cuộn L l và tụ C l có mục đích nâng cao độ chọn lọc và khử nhiễu lọt thẳng. Cuộn L l và tô C l tạo thành mạch cộng hưởng nối tiếp. Mạch cộng hưởng này chỉ cộng hưởng ở tần số trung tần f tt = 6,5MHz. • Đồng chỉnh giữa mạch vào và mạch dao động ngoại sai: Trong máy thu thanh đổi tần khi thu tín hiệu bao giê cũng phải có: f th - f ns = f tg là mét số không đổi. Vì vậy khi f th thay đổi thì f ns còng phải thay đổi tương ứng để đơn giản việc điều chỉnh ta dùng tụ xoay kép có hai ngăn, mét ngăn dùng cho mạch vào và một ngăn dùng cho mạch dao động. Các phiến động của ngăn tụ xoay cùng nối liền với trục chung. Như vậy hai ngăn tụ xoay của mạch vào và mạch dao động đồng trục. Tụ điện C 1 của mạch L Cl Ll CdCo C Ra K§CT Lgh Cgh vào đồng trục với tụ điện C của mạch dao động. Tụ điện C 2 có tác dụng đồng chỉnh ở hai đầu băng sóng giữa mạch vào và mạch dao động. 2. Mạch khuếch đại cao tần: Trong các máy thu bình thường,ít có tầng khuếch đại cao tần.Tuy nhiên trong các máy thu chất lượng cao có thể lắp thêm một tầng khuếch đại cao tần giữa mạch vào và mạch đổi tần. Tác dụng chủ yếu của tầng khuếch đại cao tần là nâng cao độ nhạy thực tế và độ chọn lọc tần số anhr cho máy thu.Ngoài ra tầng khuếch đại cao tần còn làm giảm ảnh hưởng giưa mạch vào và mạch ngoại sai.Tầng khuếch đại cao tần có thể mắc theo các kiểu EC,CC hoặc BC nhưng vì mạch EC có hệ số khuyếch đại lớn hơn cả nên dùng loại mạch này. Yêu cầu: Hệ số khuếch đại tín hiệu phải đồng đều và lớn trong cả dải tần số,không gây méo. Cùng với mạch vào đảm bảo được độ chọn lọc tần số ảnh. Độ ổn định cao Mức tạp âm phải nhỏ Hình trên là một mạch KĐCT không cộng hưởng. L k :cuộn chặn cao tầnđể nâng cao thêm hệ số khuếch đại của tầng ở phía tần số cao. R 1 ,R 2 :tạo thiên áp cho transistor 3. Mạch đổi tần : Trong máy thu đổi tần, tác dụng chủ yếu của tầng đổi tần là biến đổi tín hiệu cao tần điều biên thành tín hiệu trung tần .Việc thay đổi tần số thực hiện được là nhờ đặc tính không đường thẳng của transistor. Để thực hiện việc đổi tần, trong máy thu cần phải có bộ dao động ngoại sai và bộ trộn tần. Mạch điện tổ hợp của bộ dao động ngoại sai với bộ trộn tần được gọi là mạch đổi tần. Mạch đổi tần có thể phân làm hai loại : mét loại chỉ dùng một transistor vừa làm nhiệm vụ tạo dao động vừa làm nhiệm vụ trộn tần. Mạch yêu cầu transistor phải có tần số cắt cao và hệ số khuếch đại lớn , nhưng về kết cấu mạch điện tương đối đơn gián , Ýt linh kiện , do đó dược dùng trong máy thu thanh thông thường . Còn một loại mạch điện dùng hai transistor cao tần riêng biệt, một transistor chuyên tạo dao động , mét transistor chuyên làm nhiệm vụ trộn tần. Mạch điện này tuy phức tạp , nhiều linh kiện nhưng có dé ổn định cao , hiện tượng trôi tần số nhỏ, do đó thường dùng trong máy thu thanh chất lượng cao và nhiều băng sóng. a)Mạch dao động ngoại sai : Mạch dao động dùng transistor cũng giống mạch tạo dao động dùng đèn điện tử, có thể dùng diện dung(RC) hoặc điện cảm điện dung (LC) để tạo thành mạch dao động , chỉ khác ở chỗ trở kháng vào của transistor rất nhá , do đó điện kháng vào của điện cảm hoặc điện dung mắc giữa bazơ và emitter của transistor rất nhỏ. Trong các máy thu , bé dao động ngoại sai hầu hết đều dùng mạch tạo sóng LC. Nói chung mạch điện của bộ dao động có thể được mắc theo ba kiểu như sau : + Mạch dao động ba điểm điện cảm. + Mạch dao động ba điểm điện dung. + Mạch dao động ghép biến áp. Re Rb + Ec C1 L2 C2 L1 C C4 C2 C1 C C3 L + Ec R3 R2 R1 Để mạch điện có thể dao động , các điện kháng phải thoả mãn điều kiện về pha như sau : X ce và X be luôn cùng dấu còn X cb phải luôn khác dấu với hai điện kháng kia. b)Mạch trộn tần: Trộn tần là quá trình tác động lên hai tín hiệu sao cho trên đầu ra bộ trộn tần nhận dược các thành phần tần số tổng và hiệu của hai tần số đó. Thông thường một trong hai tín hiệu là tín hiệu đơn âm (có một vạch phổ), tín hiệu dó được gọi là tín hiệu ngoại sai và có tần số f ns , tín hiệu còn [...]... i(TK) : Thc t mỏy thu cú hin tng õm lng lỳc to lỳc nh khi thu cỏc i khỏc nhau, tuy chit ỏp t cựng mt v trớ Nguyờn nhõn do cng súng in t thu c trong mỏy ph thuc vo c li ca i phỏt khc Lấy từ mạch tách sóng đi về mạch khuếch đại trung tần phc hin tng trờn, gi cho õm lng thu ng u cho cỏc loi mi mỏy, ta dựng mch t ng iu chnh h s khuch i Nguyờn lớ ca mch l : dựng tớn hiu õm tn sau khi tỏch súng a v hi tip... Cmin=6pF,Cmax=20pF -Mch chn lc i vi tn s bng trung tn: Cl =100pF, Ll =6àH -Mch ghộp: Cgh=0,5pF, Lgh=2,5àH -H s phm cht ca mch cng hng: Qtd =62, Qo=124 S chi tit ton mỏy +V 9V + Cgh Lo Lgh Co NPN NPN L1 Mạch vào NPN NPN Khuếch đại CT Trộn tần T.Đ.K KĐ TT DIODE + DIODE 8 + NPN NPN + C1 NPN C2 + + + + Tách sóng KĐAT DIODE KĐCS