Mạch micro không dây sử dụng băng tần FM

MỤC LỤC Giới thiệu 1 Mục lục 2 Tài liệu tham khảo 3 Chương 1 : Nguyên lý thu phát vô tuyến 1.1. Ý tưởng đề tài 4 1.2. Nguyên lý thu phát vô tuyến 4 Chương 2: Cơ sở lý thuyết điều chế FM 2.1. Giới thiệu về điều chế 7 2.2. Điều chế góc pha 7 2.2.1. Tín hiệu FM và PM 8 2.2.2. Biên tần và phổ FM 9 2.2.3. Hiệu ứng bắt FM 12 2.2.4. Mạch điều tần và điều pha 13 2.2.5. Mạch giải điều chế FM 20 Chương 3: Thiết kế mạch Microphone phát FM 3.1. Sơ đồ khối 22 3.2. Sơ đồ nguyên lý 23 3.2.1. Khối nguồn 23 3.2.2. Microphone 24 3.3.3. Khối khuếch đại âm tần 25 3.3.4. Khối điều tần 30 3.3.5. Khối khuếch đại công suất cao tần và phối hợp trở kháng với anten 34 Đánh giá kết quả 39 Phụ lục : datasheet 40 1 ĐỒ ÁN MÔN HỌC 1 Đề tài: THIẾT KẾ MẠCH MICROPHONE KHÔNG DÂY DÙNG NGUYÊN LÝ PHÁT FM SVTH : HUỲNH THANH KHOA MSSV : 40201240 NHÓM : 04 CBHD : KS. VƯƠNG PHÁT BỘ MÔN : VIỄN THÔNG Chương 1:NGUYÊN LÝ THU PHÁT VÔ TUYẾN tín hiệu gốc tín hiệu ra nhiễu Hình 1.1.Sơ đồ khối hệ thống thu phát thông tin cơ bản A TX tín hiệu vào m(t) Hình 1.2.Sơ đồ máy phát hiện đại. Anten LNA Mix IF 1 Mix IF2 DEM Amlifier AGC Digital control Frequency synthesizers 2 Máy phát T X Môi trường truyền Máy thu R X ĐIỀU CHẾ TRỘN TẦN KHUẾCH ĐẠI CÔNG SUẤT CAO TẦN TỔNG HỢP TẦN SỐ ĐIỀU KHIỂN SỐ Hình 1.3. Sơ đồ khối của máy thu vô tuyến Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ĐIỀU CHẾ FM v(t) = V cos( θ (t)) = Vcos(ω c t +m.x(t)) Giữa tần số và pha có quan hệ : ω(t) = dt td )( θ ; θ(t) = ∫ dtt)( ω Dạng tổng quát dao động cao tần: v = V cos θ(t) = Vcos ∫ dtt)( ω Tín hiệu FM và PM có dạng như sau : X c (t) = A c cos[ω c t + m.cos ω m t ] *Xét PM: luật biến đổi pha ban đầu của PM có dạng : Ф(t) = ∆ Фsinω m t ∆ Ф đặc trưng cho sự lệch pha của θ(t) so với pha ban đầu khi không điều chế .Nó( ∆ Ф) tỷ lệ với v m . Tín hiệu cao tần và tần số tức thời của PM có dạng: v pm (t) = V C [cos (ω c t + ∆ Ф.sinω m t )] = A c [cos(ω C .t+m p sinω m t)] tt dt td t mCmmC ωωωωωω θ ω cos.cos. )( )( ∆+=∆Φ+== Δω=ΔΦ.ω m độ dịch tần PM. Độ dịch tần Pm phụ thuộc vào biên độ tín hiệu điều chế tần thấp v m và tần số ω m . *Xét FM:dòng cao tân FM: v FM =V C .[cos(ω C .t +m f .sinω m t)]=V C [cos(ω C t+ m ω ω ∆ sinω m t)] Pha đầy đủ của tín hiệu FM: θ(t)=(ω C t+ m ω ω ∆ sinω m t) Tần số tức thời FM: ω(t)= dt td )( θ =ω C +Δω.cosω m t Độ di tần FM Δω tỷ lệ với v m Nhận xét: giữa FM và PM có sự tương đồng . Ở FM độ di tần tỷ lệ với v m mà không phụ thuộc vào ω m . Ở PM độ di pha Δφ tỷ lệ với v m mà không phụ thuộc vào ω m . 3 Dựa trên tính chất này có thể biến đổi từ loại điều chế FM sang PM, hay PM sang FM. 2.2.2.Biên tần và phổ FM: v FM ={[cos(m f .sin ω m t)]cosω C t –[sin(m f .sin ω m t)]sin ω C t} Xét FM dải hẹp: (NBFM: m f <0.25) Nếu độ di tần nhỏ (m f <0.25); cosΔΦ =1; sinΔΦ=ΔΦ Ta có: v NBFM =V C [cosω C t –(m f .sin ω m t).sin ω C t] V C .m f .sin ω C t.sin ω m t= ])cos()[cos( 2 . tt mV mCmc f ωωωω +−− Phổ của BNFM gồm sóng mang và hai biên tương tự AM. Xét FM dải rộng: (WBFM : wide band FM,m f >0.25) Gồm có thành phần tần số sóng mang và các thành phần biên ω C ±nω m với n=1,2,3,… ]})cos()1()[cos(cos{ )( 1 )(0 tntJtJVv mc n mCmfn n CmfCFM ωωωωω −−+++= ∑ ∞ = =V C [ J 0(mf) .cos ω C t +J 1(mf) .cos (ω C +ω m )t – J 1(mf) .cos (ω C –ω)t + +J 2(mf). cos(ω C +2ω m )t +J 2(mf) .cos(ω C - 2ω m )t + … ] Trong đó :         + − + + + −= )!3(!3 )2/( )!2(!2 )2/( )!1(!1 )2/( ! 1 . 2 642 )( n m n m n m n m J fff n f mfn m f J 0 J 1 J 2 J 3 J 4 J 5 J 6 J 7 J 8 J 9 J 10 J 11 J 12 J 13 J 14 0.0 1.00 - - - - - - - - - - - - - - 0.25 0.98 0.12 - - - - - - - - - - - - - 0.5 0.94 0.24 0.03 - - - - - - - - - - - - 1.0 0.77 0.44 0.11 0.02 - - - - - - - - - - - 1.5 0.51 0.56 0.23 0.06 0.01 - - - - - - - - - - 2.0 0.22 0.58 0.35 0.13 0.03 - - - - - - - - - - 2.4 0 0.52 0.43 0.20 0.06 0.02 - - - - - - - - - 2.5 -0.05 0.50 0.45 0.22 0.07 0.02 0.01 - - - - - - - - 3.0 -0.26 0.34 0.49 0.31 0.13 0.04 0.01 - - - - - - - - 4.0 -0.40 -0.07 0.36 0.43 0.28 0.13 0.05 0.02 - - - - - - - 5.0 -0.18 -0.33 0.05 0.36 0.39 0.26 0.13 0.05 0.02 - - - - - - 6.0 0.15 -0.28 -0.24 0.11 0.36 0.36 0.25 0.13 0.06 0.0 2 - - - - - 7.0 0.30 0.00 -0.30 -0.17 0.16 0.35 0.34 0.23 0.13 0.06 0.0 2 - - - - 8.0 0.17 0.23 -0.11 -0.29 -0.10 0.19 0.34 0.32 0.22 0.13 0.06 0.03 - - - 4 9.0 -0.09 0.25 0.14 -0.18 -0.27 -0.06 0.20 0.33 0.31 0.2 1 0.1 2 0.06 0.03 0.01 - 10.0-0.25 0.05 0.25 0.06 -0.22 -0.23 -0.01 0.22 0.32 0.29 0.2 1 0.1 2 0.06 0.03 0.01 m f =0.25 m f =2 m f =2.4 . f C f C f C Hình 2.2.Phổ FM điều chế đơn âm với m f =0.25; 2 và 2.4 totalC P R V P == 2 2 Công suất FM khi có điều chế : ]2 22[ 22 2 2 1 2 0 nCFM JJJJPP ++++= 99% năng lượng cao tần tập trung trong băng thông FM.Băng thong này tính theo công thức: B FM ≈2.f m (1+m f + f m )=2(Δf +f m ) dB 50- m FM =5 40- FM threshold m FM =1 SSB 30- AM 20- 10- 5 S/N sau giảI điều chế dB | | | 10 20 30 S/N trước giải điều chế Hình 2.3. Đáp tuyến S/N trước và sau giải điều chế nm C mnm C f Pf P f f Pf P m N S 2 3 2 3 2 2         ∆ == C 12 V C C C B 1 2 C 7 1 2 R 6 2 1 C 5 1 2 m ( t ) C 6 12 R 1 2 1 F r o m A F C L 3 1 2 R 5 2 1 R 3 2 1 R 7 2 1 C 2 1 2 C 3 1 2 C v C 1 1 2 R 2 2 1 C 4 12 R 2 1 R 4 2 1 Hình 2.7. FM trực tiếp dung varicap R F C 1 2 1 2 1 2 1 2 f o 1 L 6 1 2 2 1 1 2 1 2 1 2 2 1 2 1 f o 2 + V C C + V 1 L 4 1 2 C 3 1 2 1 2 1 2 2 1 C 9 1 n 1 2 B P F + V C C R F C 1 2 1 2 C 5 1 2 1 2 L 5 1 2 2 1 C 4 1 2 2 1 1 2 m ( t ) - V 2 1 2 - - V C C Hình 2.8.Sơ đồ mạch điều tần đẩy kéo 6 C 1 12 R 2 2 1 R 1 2 1 R 3 2 1 0 m ( t ) C B V 0 Q 2 C B 1 2 R 2 1 C 0 1 2 V C C C 12 C 1 2 R F C 1 2 Q 1 R F C 1 2 L 0 1 2 Hình 2.10.Sơ đồ mạch điều tần điện kháng Hình 2.11. Sơ đồ mạch điều tần dùng IC-MS1376 Hình 2.12. Sơ đồ máy phát FM-Crosby 7 Hình 2.13.Máy phát FM dùng PLL Hình 2.14.Sơ đồ điều chế FM gián tiếp qua điều chế pha PM 8 Hình 2.16. Foster – Seeley discriminator Hình 2.17.Sơ đồ và đáp tuyến tách sóng vi sai đỉnh FM Chương 3: THIẾT KẾ MẠCH MICROPHONE PHÁT FM 3.1.Sơ đồ khối : antena microphone 9 Power source Amplifier Frequency Modulation BFP RF Amplifier Hình 3.1. Sơ đồ khối microphone không dây dùng phát FM R 1 2 1 0 D 1 L E D 0 0 3 V 0 Z L C 1 Hình 3.3. Sơ đồ khối nguồn mạch microphone. \ \ D \ I \ A \ WIRE < INSERT INTO TUBE P \ COIL H | + ___________________|| R | /////// | | PERMANENT MAGNET || BASE A | /////// | | || G | | | + || M / | | TUBE / | | / | | / +| |- / OUTPUT / WIRE 10 [...]... Hình 3.7 Sơ đồ0 tương đương mạch khuếch đại tín hiệu nhỏ tần số cao 11 1 L 1 2 C 9 R 6 2 1 C 5 1 Q 2 Q 2 N 2 2 2 2 A 3 V C 6 2 C 8 1 2 2 0 R 7 2 R 8 C 7 D 2 M V 2 1 0 9 1 0 0 V T 2 1 1 0 0 0 Hình 3.8 Sơ đồ nguyên lý mạch điều tần 1 1 2 L1 L1 R 6 3V 1 2 3V 2 0 Q 2 Q 2N 2222A R b 2 1 Q 2 Q 2N 2222A 1 2 2 R 7 R 8 R 8 1 0 1 0 2 V b2 0 0 0 Hình 3.9 Sơ đồ phân cực DC của mạch điều tần 1 2 L1 C b 'c 1 1 C 6... 0 Hình 3.4 Sơ đồ nguyên lý mạch khuếch đại âm tần 2 2 R 2 R 4 1 R 4 0 1 3 V Q 1 Q 2N 2222 A 1 R 3 0 1 3V 2 R b 2 1 Q 1 Q 2 N 222 2A 1 1 R 5 2 V bb R 5 2 0 R 12 1 2 0 Hình ib C 2 a 3.5.Sơ 2 1 h ie 0 0 đồ tương đương mạch b phân cực DC 2 1 1 1 V in R 5 (h f e + 1 ) R b C 3 /(h f e + 1 ) L3 2 2 h f e ib ZL R 4 2 2 1 0 Hình 3.6 Sơ đồ tương đương mạch khuếch đại tín hiệu nhỏ tần số thấp 1 R 12 2 1 + 1... 3.10 Sơ đồ tương đương chế độ AC của mạch dao động 2 R 10 2 3V R 9 0 1 1 C 11 C 1 0 1 R in C 9 2 Q 3 Q 2N 22 22A 1 1 2 L2 V in 0 R a 1 2 0 2 0 0 Hình 3.11 Sơ đồ mạch khuếch đại cao tần và phối hợp trở kháng với anten 12 Zi ZA vin L Hình 3.12 Sơ đồ tương đương của anten 2 2 R 1 0 R 9 3 V 1 1 Q 3 Q 2 N 2 2 2 2 A 0 0 Hình 3.13 Sơ đồ phân cực DC của mạch khuếch đại cao tần 2 R 0 ib 1 2 V in C b 'c 2 1 2... 2 2 2 A 0 0 Hình 3.13 Sơ đồ phân cực DC của mạch khuếch đại cao tần 2 R 0 ib 1 2 V in C b 'c 2 1 2 R9 2 7 K 2 h ie 1 2 h f e ib C b 'e R 10 2 10 1 1 RL 1 1 0 Hình 3.14.Sơ đồ tương đương chế độ AC của mạch khuếch đại công suất 2 R 0~R 10 1 C 11 1 1 V in 2 L2 V 2 R 11 2 5 4 1 2 0 2 0 0 Hình 3.13 Sơ đồ phối hợp trở kháng với anten 13 2 1 LED C 1 3V 2 R 2 12k 220u 2 1 R 1 5 6 k L1 3 7 9 4 n R 6 4k 0 0