kỹ thuật audio–video

Tín hiệu âm tần là tín hiệu điện có biên độ tỉ lệ với sóng âm, và tần số bằng với tần số sóng âm Đặc điểm của âm thanh: Không truyền đi xa được.. Bài gi ảng: Kỹ thuật Audio - Video tươn

Trang 1

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

BÀI GIẢNG

KỸ THUẬT AUDIO – VIDEO

GV: NGUYỄN VĂN HÂN

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ TỰ ĐỘNG

Nha Trang, tháng 4 năm 2009

Trang 2

Bài giảng: Kỹ thuật Audio-Video tương tự

MỤC LỤC

MỤC LỤC 1

Chương 1 5

TỔNG QUÁT VỀ HỆ THỐNG AUDIO-VIDEO TƯƠNG TỰ 5

1.1 Khái niệm và phân loại tín hiệu 5

1.1.1 Khái niệm 5

1.1.2 Phân loại 5

1.2 Hệ thống Audio tương tự 6

1.2.1 Các khái niệm 6

1.2.2 Hệ thống Audio tương tự 7

1.3 Hệ thống Video tương tự 8

1.3.1 Các khái niệm cơ bản 8

1.3.2 Hệ thống Video tương tự 10

1.4 Biểu diễn tín hiệu trong miền tần số * 11

1.4.1 Phổ Fourier của tín hiệu tuần hoàn 11

1.4.2 Phổ Fourier của tín hiệu không tuần hoàn 12

1.4.3 Một số tính chất của biến đổi Fourier 13

Chương 2: 16

HỆ THỐNG THU PHÁT THANH 16

2.1 Điều chế và giải điều chế 16

2.1.1 Điều biên và giải điều biên 16

2.1.2 Điều chế góc và giải điều chế góc 20

2.2 Máy phát AM 22

2.2.1 Sơ đồ khối của máy phát AM. 22

2.3 Máy thu AM 26

2.3.1 Sơ đồ khối máy thu AM 26

2.3.2 Các thông số kỹ thuật của máy thu AM 28

2.3.3 Các mạch điện trong máy thu AM 29

2.3 Máy phát FM 33

2.3.1 Sơ đồ khối máy phát FM. 33

2.3.2 Các mạch điện trong máy phát FM 33

2.4 Máy thu FM 34

2.4.1 Sơ đồ khối máy thu FM. 34

2.4.2 Các mạch điện trong máy thu FM 34

2.5 Hệ thống thu phát thanh FM Stereo 36

2.5.1 Máy phát FM stereo 36

2.5.2 Máy thu FM Stereo 37

2.6 Ghi, và tái tạo lại âm thanh 38

2.6.1 Méo ghi âm 39

2.6.2 Vật liệu từ 39

Trang 3

Bài gi ảng: Kỹ thuật Audio - Video tương tự 3

2.6.2 Băng từ. 41

2.6.3 Đầu từ. 42

2.6.4 Quá trình ghi âm 43

2.6.5 Quá trình đọc (tạo lại âm thanh) 43

Chương 3 47

HỆ THỐNG THU PHÁT HÌNH ĐEN TRẮNG 47

3.1 Nguyên lý truyền hình 47

3.1.1 Sơ đồ khối hệ thống truyền hình đen trắng 47

3.1.3 Nguyên lý phân tích và tổng hợp ảnh 48

3.1.3.2 Nguyên lý chuyển đổi ảnh – tín hiệu 52

3.1.3.3 Nguyên lý khôi phục ảnh quang 54

3.1.4 Sự cảm thụ của mắt và các tham số của ảnh truyền hình 54

3.1.5 Đặc điểm của tín hiệu truyền hình 60

3.1.6 Đồng bộ trong truyền hình 64

3.1.7 Phát sóng tín hiệu truyền hình 69

3.2 Sơ đồ khối máy phát hình đen trắng 72

3.3 Sơ đồ khối máy thu hình đen trắng 74

Chương 4 77

HỆ THỐNG TRUYỀN HÌNH MÀU 77

4.1 Ánh sáng và màu sắc 77

4.1.1 Ánh sáng và đặc điểm của nguồn sáng. 77

4.1.2 Màu sắc và các đặc tính của màu sắc 77

4.2 Cấu trúc của mắt người 79

4.2.1 Cấu tạo của mắt người 79

4.2.2 Độ chói của mắt. 79

4.3 Thuyết 3 màu 80

4.3.1 Thuyết 3 màu 80

4.3.2 Thí nghiệm kiểm chứng thuyết 3 màu 80

4.3.3 Sự trộn màu 81

4.3.4 Đồ thị màu xy 82

4.4 Nguyên lý truyền hình màu 84

4.4.1 Sơ đồ khối hệ thống truyền hình màu 84

4.4.2 Phương pháp phân tích ảnh màu 85

4.4.3 Tổng hợp ảnh màu 86

4.4.4 Vấn đề tương thích giữa truyền hình đen trắng và truyền hình màu (điều kiện kết hợp). 88

4.5 Các thành phần tín hiệu truyền hình màu 88

4.5.1 Tín hiệu chói 88

4.5.2 Tín hiệu hiệu số màu 89

4.6 Tín hiệu truyền hình màu 90

4.6.1 Tín hiệu truyền hình thành phần và tín hiệu truyền hình tổng hợp 90

4.6.2 Ghép phổ tín hiệu mang màu vào phổ tín hiệu chói 91

Trang 4

4.6.3 Bộ mã hóa và giải mã màu 92

4.7 Sơ đồ khối máy phát và máy thu hình màu 93

4.7.1 Sơ đồ khối máy phát hình màu 93

4.7.2 Sơ đồ khối máy thu hình màu 93

Chương 5 95

CÁC HỆ TRUYỀN HÌNH MÀU 95

5.1 Hệ truyền hình màu NTSC 95

5.1.1 Điều chế vuông góc 95

5.1.2 Sóng mang phụ 97

5.1.3 Tín hiệu đồng bộ màu 98

5.1.4 Phổ tần tín hiệu màu 98

5.1.6 Bộ giải mã tín hiệu màu hệ NTSC 100

5.2 Hệ truyền hình màu PAL 101

5.2.1 Tín hiệu PAL và phương pháp điều chế .102

5.2.2 Tần số sóng mang phụ .103

5.2.3 Tín hiệu đồng bộ màu .104

5.2.4 Phổ tần của các tín hiệu 105

5.2.4 Bộ mã hóa tín hiệu hệ màu PAL .105

5.2.5 Bộ giải mã tín hiệu màu PAL .107

5.2.6 Đặc điểm của hệ thống truyền hình màu PAL 107

5.3 Hệ truyền hình SECAM 108

5.3.1 Tín hiệu màu và phương pháp điều chế 108

5.3.2 Làm méo tần thấp 108

5.3.3 Làm méo tần cao 109

5 3 4 Tín hiệu đồng bộ màu 111

5 3 5 Phổ của tín hiệu màu tổng hợp 112

5 3 6 Mã hóa tín hiệu hệ SECAM 112

5.3.8 Giải mã tín hiệu hệ SECAM 113

Trang 5

Chương 1 TỔNG QUÁT VỀ HỆ THỐNG AUDIO-VIDEO TƯƠNG TỰ

1.1 Khái niệm và phân loại tín hiệu

1.1.1 Khái niệm

Về mặt vật lý: Tín hiệu là dạng biểu diễn vật lý của tin tức Thường dạng biểu diễn cuối

cùng của tin tức thường là điện hoặc từ, do đó tín hiệu thường là dòng điện hoặc điện áp

Ví dụ:

Âm thanh là do sóng âm lan truyền trong môi trường vật chất truyền tới tai chúng ta

Hình ảnh là do ánh sáng phản xạ từ vật truyền tới mắt chúng ta

Về mặt toán học: Tín hiệu là hàm của một hoặc nhiều biến độc lập

Ví dụ:

Tín hiệu âm thanh là hàm của 1 biến độc lập t: x(t)

Tín hiệu hình ảnh là hàm của 2 biến độc lập i, j: x(i, j)

1.1.2 Phân loại

Có nhiều cách để phân loại tín hiệu, trên quan điểm toán học ta có thể phân loại tín hiệu như sau:

Hình 1.1 Phân loại tín hiệu

Tín hiệu liên tục: Nếu biến độc lập trong biểu diễn toán học của tín hiệu là liên tục thì tín

hiệu đó là liên tục

Nhận xét: Tín hiệu liên tục là liên tục theo biến, xét theo hàm ta có tín hiệu tương tự và tín

hiệu lượng tử hóa

Tín hiệu tương tự: Là tín hiệu liên tục có biên độ (hàm) cũng liên tục

Tín hiệu lượng tử hóa: Là tín hiệu liên tục có biên độ (hàm) rời rạc

Tín hiệu

T/h lượng tử hóa T/h lấy mẫu

Trang 6

Tín hiệu rời rạc: Nếu biến độc lập trong biểu diễn toán học của tín hiệu là rời rạc thì tín

hiệu đó là rời rạc

Nhận xét: Tín hiệu rời rạc là tín hiệu rời rạc theo biến, nếu xét theo hàm ta có tín hiệu lấy

mẫu và tín hiệu số

Tín hiệu lấy mẫu: Nếu biên độ (hàm) của tín hiệu rời rạc là liên tục và không bị lượng tử

hóa thì tín hiệu đó là tín hiệu lấy mẫu

Tín hiệu số: Nếu biên độ (hàm) của tín hiệu rời rạc là rời rạc thì tín hiệu đó là tín hiệu số

Hình 1.2 Phân loại tín hiệu

1.2 Hệ thống Audio tương tự

1.2.1 Các khái niệm

Âm thanh: Là những sóng cơ học (t/s 20Hz – 2kHz) lan truyền trong môi trường vật chất

đàn hồi Khi đến tai người làm rung màng nhĩ, làm cho con người cảm nhận được

Những âm thanh có tần số < 2Hz gọi là hạ âm

Những âm thanh có tần số > 2kHz gọi là siêu âm

Con người chỉ có thể nghe được âm thanh có tần số 2Hz – 2kHz

Âm thanh tự nhiên: Là sự kết hợp giữa các sóng âm có tần số và dạng sóng khác nhau

Trang 7

Âm nhạc: Là âm thanh có chu kỳ ở những tần số mà tai người cảm nhận một cách êm ái

và dễ chịu

Tín hiệu âm tần: Là tín hiệu của sóng âm sau khi đã được biến đổi thành tín hiệu điện

thông qua Micro

Tín hiệu âm tần là tín hiệu điện có biên độ tỉ lệ với sóng âm, và tần số bằng với tần số sóng

âm

Đặc điểm của âm thanh:

Không truyền đi xa được

Không gia công, xử lý được

Đặc điểm của tín hiệu âm tần:

Là tín hiệu tương tự, là hàm của 1 biến độc lập

Không truyền được đi xa, do không bức xạ trực tiếp

Dễ dàng gia công, xử lý

1.2.2 Hệ thống Audio tương tự

Khái niệm: Hệ thống Audio là hệ thống xử lý, gia công tín hiệu Audio nhằm một mục đích

nào đó như: Truyền tín hiệu âm thanh đi xa ta có hệ thống phát thanh, điện thoại, lưu trữ và phát lại tín hiệu âm thanh ta có hệ thống ghi âm, máy cassete…

Sơ đồ khối:

Hình 1.3 Sơ đồ khối hệ thống Audio

Chức năng các khối:

Chuyển đổi tín hiệu: Có nhiệm vụ chuyển tín hiệu âm thanh thành tín hiệu điện (tín hiệu

âm tần) Thiết bị dùng để chuyển đổi tín hiệu âm thanh thành tín hiệu điện thường dùng là Micro

Trang 8

Xử lý tín hiệu: Có nhiệm vụ biến đổi, xử lý tín hiệu âm thanh sau khi đã được chuyển đổi

thành tín hiệu điện thành các dạng phù hợp cho các khâu sau đó Xử lý tín hiệu bao gồm: Lọc, điều chế, giải điều chế, …

Khuếch đại: Khuếch đại tín hiệu đến một mức biên độ, công suất đủ lớn cho các quá trình

xử lý sau đó

Phát: Có nhiệm vụ phát sóng tín hiệu sau khi đã xử lý phù hợp Quá trình phát sóng tín

hiệu có thể thực hiện qua dây dẫn tín hiệu (hữu tuyến) hoặc qua không khí, chân không (vô tuyến) Khi phát sóng phải đặc biệt chú ý đến khâu phối hợp trở kháng, để có hiệu quả phát sóng tốt nhất và đảm bảo tuổi thọ của thiết bị thì phải phối hợp trở kháng tốt giữa Anten phát và khối mạch ra

Thu: Thực hiện quá trình ngược lại quá trình phát, nghĩa là thu tín hiệu được phía phát phát

đi Phía thu thường gồm một hoặc vài khâu lọc cộng hưởng nhằm thu được chính xác tín hiệu ở tần số phát đi Hiện nay trong hầu hết các máy thu, sau khi thu được tín hiệu từ anten, người ta thường đổi tần tín hiệu thu đến một tần số (trung tần) thấp hơn ổn định để quá trình tách sóng (giải điều chế) cho chất lượng cao hơn

Tái tạo tín hiệu: Có nhiệm vụ chuyển đổi tín hiệu điện thành tín hiệu âm thanh Thiết bị

dùng để chuyển đổi tín hiệu điện thành tín hiệu âm thanh hiện nay là loa

Lưu trữ: Trước đây người ta thường lưu trữ tín hiệu âm thanh bằng phương pháp ghi âm từ

tín Phương pháp này có ưu điểm là đơn giản, giá thành hạ, nhưng chất lượng âm thanh tái tạo lại không thật tốt, và dung lượng lưu trữ không cao Ngày nay với sự tiến bộ của công nghệ, kỹ thuật,

âm thanh thường được lưu trữ dưới dạng số bằng các thiết bị như: đĩa từ, đĩa CD, DVD,…cho chất lượng âm thanh cao và dung lượng lưu trữ lớn hơn rất nhiều

1.3 Hệ thống Video tương tự

1.3.1 Các khái niệm cơ bản

Ảnh: Chính là phản ánh của cảnh vật về mắt mà con người quan sát được Có thể coi ảnh

là một ma trận các điểm ảnh (pixel) mang thông tin về độ chói và màu sắc

Điểm ảnh (pixel): Giả sử ta chia một ảnh thành các ô vuông dạng bàn cờ, ta cứ chia nhỏ

mãi thì đến một lúc nào đó mắt người dưới một góc nhìn và khoảng cách nhất định không còn phân biệt được ranh giới giữa hai ô vuông kề nhau nữa Ta gọi mỗi ô vuông đó là một điểm ảnh

Như vậy điểm ảnh: Là phần tử rất nhỏ mang thông tin về độ chói, màu sắc sao cho khi được sắp xếp theo một thứ tự nhất định và dưới một góc nhìn nhất định mắt người không còn phân biệt được ranh giới giữa chúng

Mắt người chỉ có thể phân biệt được 2 điểm dưới một góc nhìn α>1,5’

Trang 9

Độ chói của một (điểm) ảnh: Là cường độ ánh sáng phản xạ từ (điểm) ảnh đó tới mắt

người

Màu sắc: Là một thuộc tính vật lý của ảnh, và phụ thuộc vào đặc điểm sinh lý của mắt

người Mỗi bước sóng trong dải ánh sáng nhìn thấy mang một màu nhất định, màu sắc của ảnh là màu của bước sóng trội (có cường độ lớn nhất) của ánh sáng phản chiếu từ ảnh Màu sắc còn phụ thuộc vào cảm giác chủ quan của mắt người, mỗi người cảm nhận màu sắc lại khác nhau tùy thuộc vào thị giác, độ tuổi…

Ảnh động: Dựa vào tính chất lưu ảnh trên võng mạc của mắt người, người ta truyền liên tiếp 24 ảnh/s làm cho người ta có cảm giác như ảnh của vật chuyển động

Tín hiệu Video (tín hiệu thị tần): Là tín hiệu điện của hình ảnh Thông tin về độ chói và

màu sắc của ảnh được biến đổi thành tín hiệu điện thông qua bộ biến đổi quang điện

Tín hiệu truyền hình đầy đủ: Là tín hiệu bao gồm tín hiệu Video, xung đồng bộ dòng và

xung đồng bộ mành

Hình 1.4 Tín hiệu truyền hình đầy đủ bao gồm tín hiệu thị tần, xung đồng bộ dòng, xung

đồng bộ mành Hình 1.4 là dạng của tín hiệu truyền hình đầy đủ trong đó bao gồm:

Tín hiệu Video: Đoạn tín hiệu từ t1 đến t2

Xung đồng bộ dòng H.Syn (Horzontal Synsep : Đồng bộ dòng): Là xung chèn vào tín hiệu

video trong thời gian tia điện tử quét ngược (đoạn t2 đến t3 ) xung này được giửi sang máy thu để đồng bộ tần số quét dòng

Xung đồng bộ mành V.Syn (Vertical Synsep): Là xung chèn vào tín hiệu Video khi quét

xong một màn hình từ trên xuống dưới (đoạn t4 đến t5) xung này được gửi sang máy thu để đồng

bộ tần số quét mành

Xung đồng bộ dòng và xung đồng bộ mành được gửi đi cùng với tín hiệu Video nhằm mục đích phía thu có thể tái tạo lại được chính xác hình ảnh ở phía phát gửi đi

Trang 10

1.3.2 Hệ thống Video tương tự

Khái niệm: Là hệ thống xử lý, gia công tín hiệu Video nhằm một mục đích nào đó như:

Truyền tín hiệu Video đi xa người ta có hệ thống truyền hình, lưu trữ và phát lại tín hiệu Video người ta có hệ thống ghi và phát lại tín hiệu Video như Camera, đầu máy phát hình

Sơ đồ khối :

Hình 1.5 Sơ đồ khối hệ thống Video tương tự Chức năng các khối:

Chuyển đổi ảnh-điện: Thực hiện chuyển đổi tín hiệu hình ảnh thành tín hiệu điện (tín hiệu

Video) Thiết bị để chuyển đổi ảnh quang học thành tín hiệu điện là camera

Xử lý tín hiệu: Có nhiệm vụ xử lý, biến đổi tín hiệu thành các dạng phù hợp với các quá

trình kỹ thuật sau đó Xử lý tín hiệu bao gồm các khâu như: Lọc tín hiệu, điều chế, giải điều chế, sửa méo,…

Lưu trữ: Phương pháp lưu trữ tín hiệu trước đây là ghi từ tính bằng các máy VCR (Video

Cassette Recorder) Ngày nay người ta thường sử dụng phương pháp ghi hình số, với các thiết bị như: đĩa từ, đĩa VCD, DVD, đĩa Bluray,…cho dung lượng lưu trữ lớn và chất lượng hình ảnh tuyệt hảo

Truyền dẫn: Truyền dẫn tín hiệu truyền hình đòi hỏi băng tần lớn hơn tín hiệu Audio nhiều

lần Do vậy người ta thường lựa chọn những kênh truyền dẫn có băng thông lớn như: Truyền trên băng tần có tần số cao (UHF, VHF), truyền qua vệ tinh (thường dùng cho truyền hình số), truyền qua cáp đồng trục, cáp quang,…

Chuyển đổi tín hiệu điện-ảnh: Chuyển đổi tín hiệu điện thành tín hiệu điện hình ảnh Dụng

cụ truyền thống thực hiện công việc này là màn hình ống tia điện tử CRT (Cathode Ray Tube) Hiện nay, với sự tiến bộ của công nghệ, kỹ thuật người ta đã chế tạo được những thiết bị chuyển đổi tín hiệu - ảnh cho chất lượng cao hơn, kích thước nhỏ gọn hơn như: màn hình tinh thể lỏng (LCD), màn hình Plasma (PDP), màn hình LED, OLED…

Tạo và tách xung đồng bộ: Để tái tạo được hình ảnh thì ở sự chuyển động của tia quét ở

phía phát và phía thu phải chuyển động giống hệt nhau Do vậy cần tạo ra các xung đồng bộ ở phía phát để cho biết thông tin quét (dòng, mành), và ở phía thu sẽ tách các xung đồng bộ này để điều khiển quá trình quét (dòng, mành), nhằm tái tạo tín hiệu (đối với màn hình CRT)

Trang 11

1.4 Biểu diễn tín hiệu trong miền tần số *

Trong thực tế ngoài cách biểu diễn tín hiệu trong miền thời gian, người ta còn có thể biểu diễn tín hiệu trong miền tần số Cơ sở toán học của việc này là: Có thể phân tích một hàm số thành một chuỗi các hàm trực giao, nếu hàm số đó thỏa mãn điều kiện Dirchlet, đó là hàm số phải giới nội, có một số xác định các điểm cực trị, và một số xác định các điểm gián đoạn Thực tế các hàm số tín hiệu đều thỏa mãn điều kiện này Hàm trực giao mà ta sử dụng ở đây là hàm mũ ảo

)sin(

Việc phân tích này cũng tương tự như trong vật lý, ánh sáng trắng là tổng hợp của nhiều ánh sáng có bước sóng khác nhau, phổ của nó là vạch màu từ tím tới đỏ Hay mỗi dao động có thể phân tích thành tổng của nhiều dao động khác

1.4.1 Phổ Fourier của tín hiệu tuần hoàn

Từ cơ sở nói trên, một tín hiệu tuần hoàn có chu kỳ T = 2πf, tần số góc ω=2π/T, được biểu diễn bởi hàm thời gian s(t) có thể được phân tích thành tổng của vô số các hàm mũ phức như sau:

k e A t

s( )  (1.1a)

Trong đó:  t T 

t

t jk

T

0 ) (

(1.1b) Các biểu thức này gọi là cách biểu diễn phức theo chuỗi Fourier của tín hiệu s(t) Triển khai (1.1a) ta có:

k k

t jk k t jk

A A

t

Trong đó: A-k= t t T

t jk

dt e t s T

0 0 ) (

là liên hợp phức của A k

Đặt:

dt t k t s T A A

t k k

t k

k

0

) sin(

) (

2 )

0 ) ( 1

0

Trang 12

Viết dưới dạng gọn hơn ta sẽ có cách biểu diễn dạng thực theo chuỗi Fourier của tín hiệu s(t):

) cos(

)

(

2 2 1 0

k

k k

k k k

k

k k

a

b arctg

b a C

t k C A

-Với k = 1 ta có tần số cơ bản, hài bậc 1

k =2, 3, 4… ta có các hài bậc 2, 3, 4… các hài bậc cao

-Thực tế khi k tăng thì các hài bậc cao suy giảm rất nhanh nên trong phân tích phổ Fourier

có thể bỏ qua các hài bậc cao với một sai số nào đó

-Khi biểu diễn các kết quả trên trên hệ trục tọa độ với trục hoành là ω, trục tung là biên độ

các hài ta có phổ biên độ của tín hiệu, còn trục tung là pha của các hài thì ta có phổ pha của tín hiệu Ta thấy phổ của tín hiệu tuần hoàn là tập hợp các vạch rời rạc có độ lớn khác nhau và các nhau một đoạn ω

-Ý nghĩa của việc phân tích này là thay vì ta phải xét một tín hiệu tuần hoàn phức tạp, ta chỉ phải xét các tín hiệu tuần hoàn đơn giản hơn

1.4.2 Phổ Fourier của tín hiệu không tuần hoàn

Ta coi tín hiệu không tuần hoàn là tín hiệu tuần hoàn có chu kỳ T =

thì ta có thể tính được phổ Fourier của nó Trước hết ta có các giới hạn sau:

1)

(

2.2

1)

s( ) j t : Mật độ phổ phức, hay phổ phức của tín hiệu không tuần hoàn

Khi đó: A(ω) = S(ω)dω

Đến đây hàm s(t) cũng tiến tới giới hạn là:

Trang 13

s

dt e t s S

t j

)(2

1)

(

)()

Tín hiệu tuần hoàn chỉ là trường hợp đặc biệt của tín hiệu không tuần hòa, có mật độ phổ

vô cùng lớn tại các vạch phổ và triệt tiêu ở ngoài vạch phổ

Tín hiệu càng hẹp ở miền thời gian thì có phổ càng rộng trong miền tần số và ngược lại

1.4.3 Một số tính chất của biến đổi Fourier

0,0

t t

0,1

t t

(t



Trang 14

i s t a

i S a

1

)(

Đối ngẫu:

s(t) = x(t)y(t) s(t) = x(t)*y(t) Với: x(t)*y(t) =x()y(t )

S(ω) = 12X(ω)*Y(ω) S(ω) = X(ω)Y(ω)

Đạo hàm & Tích phân:

2

|

| khi

T t

Trang 15

02

khi 12

20

khi 12

t T T

t

T t T

t

Trang 16

Chương 2:

HỆ THỐNG THU PHÁT THANH2.1 Điều chế và giải điều chế

Điều chế tín hiệu là quá trình làm cho tín hiệu phù hợp với kênh truyền Trong các hệ thống viễn thông nói chung và hệ thống thu phát vô tuyến nói riêng, điều chế tín hiệu đóng vai trò quan trọng quyết định đến khả năng truyền tín hiệu Trong phần này ta chỉ xét tới điều biên (AM)

A A t

s

c c c s

m  : Gọi là độ sâu điều chế, để giảm méo thì thường chọn 0<m1

Biến đổi lượng giác (2.2) ta thu được:

Trang 17

Hình 2.1 Tín hiệu điều biên

b Quan hệ năng lượng trong tín hiệu điều biên

1 2

2 1

2 2

2

)

m m A

mA

A P

P

c c

c

xt

t s

Với  : Gọi là hiệu suất truyền tin

Trang 18

Để nâng cao hiệu suất:

Không truyền tải tin  ta có điều biên không tải tin (DSB: Double Side Band)

Chỉ truyền đi một biên tần (biên tần trên hoặc dưới) ta có điều chế đơn biên (SSB: Single Side Band) Nếu chỉ truyền biên tần trên ta có điều chế biên trên (USB: Upper Side Band), nếu chỉ truyền biên tần dưới ta có điều chế biên tần dưới (LSB: Lower Side Band)

c Nguyên tắc thực hiện điều biên

Có hai nguyên tắc để thực hiện điều biên:

Nguyên tắc thứ nhất: Dùng phần tử phi tuyến (Diode, Transistor, Đèn điện tử…), cộng tải

tải tin và tín hiệu trên đặc tuyến của phần tử phi tuyến Nguyên tắc này thường dùng các linh kiện rời, có ưu điểm là mạch điện đơn giản, nhưng chất lượng chỉ ở mức chấp nhận được

Nguyên tắc thứ 2: Sử dụng phần tử tuyến tính: Thực chất quá trình này là quá trình nhân

d Nguyên tắc giải điều biên

Giải điều biên là quá trình ngược lại của điều biên Người ta tách tín hiệu ra từ tín hiệu điều biên

G 

u(t)

x(t)

Trang 19

Có hai nguyên tắc giải điều biên

Nguyên tắc thứ nhất: Dùng phần tử phi tuyến (Diode, Trasistor, Đèn chân không) để tách

hình bao: Người ta thường dùng Diode tách sóng để tách hình bao Trong nửa chu kỳ dương của tín hiệu điều biên thì Diode thông, nửa chu kỳ âm Diode khóa, ta sẽ thu được tín hiệu gần giống với hình bao của tín hiệu điều biên Phương pháp này cũng có ưu điểm là mạch điện đơn giản Tuy nhiên chất lượng không được cao

Nguyên tắc thứ hai: Giải điều biên đồng bộ

Hình 2.3 Giải điều biên đồng bộ

Bộ tạo dao động có nhiệm vụ tạo ra dao động hình sin có cùng tần số với tải tin: v(t) = cos(ω c t+φ)

e Điều biên không tải tin (DSB) và điều chế đơn biên (SSB)

Từ 2.1.1a ta thấy, trong tín hiệu điều biên (đầy đủ) gồm ba thành phần: sóng mang, biên tần trên, biên tần dưới Trong đó chỉ có hai biên tần là mang tin Do vậy khi yêu cầu phải tiết kiệm công suất phát, và yêu cầu chất lượng âm thanh không cần quá cao (ví dụ các máy bộ đàm, các máy đàm thoại trên tàu đánh cá,…) thì người ta sử dụng các phương pháp điều biên không tải tin hoặc điều chế đơn biên

DSB: Điều biên không tải tin (hay còn gọi là điều biên cân bằng, điều biên nén) là quá trình

điều biên mà không truyền đi thành phần sóng mang Hay nói cách khác, điều biên không tải tin chỉ truyền đi hai biên tần trên và biên tần dưới

Trong (2.3) ta loại bỏ sóng mang u(t) = A c cosω c t Ta có biểu thức điều biên không tải tin

x DSB (t) = mA c cosω s tcosω c t = mA c s(t)u(t) (2.4)

Lọc thông thấp

Tạo dao động

v(t)=cos(ωc+φ)

Trang 20

USB: Điều biên đơn biên tần trên là phương pháp điều biên mà chỉ truyền đi biên tần

trên trong tín hiệu điều biên đầy đủ

Trong (2.3) ta loại bỏ tải tin và biên tần dưới ta có điều biên đơn biên trên.(USB)

x USB (t) = mA c cos( c s)t

2   (2.5)

LSB: Điều biên đơn biên tần dưới là phương pháp điều biên mà chỉ truyền đi biên tần dưới

trong tín hiệu điều biên đầy đủ

Trong (2.2b) nếu ta loại bỏ tải tin và biên tần trên ta sẽ có điều biên đơn biên dưới.(LSB)

x LSB (t) = mA c c s t

) cos(

2.1.2 Điều chế góc và giải điều chế góc

a Định nghĩa:

Điều tần và điều pha ta gọi chung là điều chế góc hay điều góc

Điều tần và điều pha (điều chế góc) là quá trình làm biến đổi tần số và góc pha của tải tin theo tin tức

Gọi: Tải tin: u(t) = A c cos(ω c t + φ) = A c cosΦ(t)

t) ( )

(  

 hay Φ(t) = (t)dt(t) (2.7)

Đối với tín hiệu điều tần: Tần số tức thời của tải tin thay đổi theo tín hiệu, góc pha ban đầu

của tải tin không đổi Từ (2.7) ta có:

ω(t) = ω c + k đt A s cosω s t, và φ(t) = φ c

Đặt: Δω = k đt A s: gọi là độ di tần

 ω((t) = ω c + Δωcosω s t

Biểu thức tín hiệu điều tần (FM):

x FM (t) = A c cosΦ(t) = A c cos[(t)dt(t)] = A c cos(ω c t + sin s c)

Trang 21

x PM (t) = A c cosΦ(t) = A c cos[(t)dt (t)]  A ccos( c t  cos s t 0)

Độ lệch tần cực đại

Độ lệch tần cực tiểu

Độ lệch tần cực đại

Sóng mang

chưa điều chế

Sóng mang chưa điều chế

(a)

(b)

(c)

(d)

Trang 22

Ta nhận được tín hiệu điều tần bằng cách điều tần tải tin với tín hiệu s(t) hoặc điều pha với tải tin tích phân của s(t)

Ta nhận được tín hiệu điều pha bằng cách điều pha tải tin với tín hiệu s(t) hoặc điều tần tải tin với tín hiệu là vi phân của s(t)

Ta nhận được s(t) từ tín hiệu điều tần bằng bộ giải điều tần hoặc bộ giải điều pha rồi vi

phân tín hiệu nhận được

Ta nhận được s(t) từ tín hiệu điều pha bằng bộ giải điều pha hoặc từ bộ giải điều tần rồi

tích phân tín hiệu nhận được

b Nguyên tắc thực hiện điều góc

Từ nhận xét trên ta thấy nếu biết tín hiệu điều tần thì sẽ biết tín hiệu điều pha, và ngược lại

Ta xét nguyên lý điều tần:

Ta cần phải làm thay đổi tần số tức thời của tải tin theo hàm tin tức s(t) Do đó ta thường sử dụng một bộ tạo dao động điều khiển được bằng điện áp (VCO), người ta thường dùng Diode biến dung (Varicap) để thực hiện điều này

c Nguyên tắc giải điều góc

Có hai cách để giải điều tần:

Cách thứ nhất là giải điều tần bằng mạch tách hình bao

Cách thứ hai là giải điều tần dùng vòng khóa pha (PLL)

2.2 Máy phát AM

2.2.1 Sơ đồ khối của máy phát AM.

Thực tế có rất nhiều loại máy phát AM, sử dụng vào những mục đích khác nhau, nên cũng

có sơ đồ khối khác nhau Tuy vậy, chúng có sơ đồ khối cơ bản như sau:

Hình 2.5 Sơ đồ khối máy phát AM

Khuếch đại đệm (Pre-Amp): Có nhiệm vụ khếch đại biên độ tín hiệu âm tần để tạo ra biên

độ tín hiệu đủ lớn để đưa vào khối khuếch đại công suất âm tần Người ta thường sử dụng sử dụng mạch khuếch đại tín hiệu nhỏ, mắc theo sơ đồ E chung

Tạo dao dộng sóng mang

KĐCS cao tần

Mạch

ra

Khối nguồn

Trang 23

Khuếch đại công suất âm tần: Khuếch đại công suất tín hiệu âm tần đủ lớn để đưa vào

khối điều chế biên độ (AM) Người ta thường sử dụng mạch khuếch đại mắc theo sơ đồ đẩy – kéo

Điều biên (AM): Điều biên tín hiệu

Tạo dao động sóng mang: Tạo sóng mang cao tần, có tần số đủ lớn để bức xạ được bằng

anten Đối với AM thông thường tần số sử dụng nằm trong khoảng sóng trung MW tần số từ 300kHz – 3000kHz

Khuếch đại công suất cao tần: Khuếch đại công suất tín hiệu điều biên đến hàng trăm,

hàng nghìn W tùy vào nhiệm vụ của máy phát Công suất càng lớn thì phạm vi phủ sóng càng rộng

Mạch ra: Gồm mạch phối hợp trở kháng và anten, có nhiệm vụ phối hợp trở kháng giữa

các khối với anten nhằm đạt được công suất phát lớn nhất

2.2.2 Các mạch điện trong máy phát AM

a Các mạch khuếch đại:

Đối với máy phát, thu nói chung tần số làm việc thường rất cao, do vậy khi thiết kế các mạch điện trong máy thu, phát ta phải đặc biệt chú ý đến tần số giới hạn của các linh kiện, phải đảm bảo tần số giới hạn của những linh kiện phải lớn hơn tần số làm việc với các tín hiệu (từ 20-30%)

Đối với các mạch khuếch đại biên độ, người ta thường dùng sơ đồ E chung

Đối với các mạch khuếch đại công suất người ta thường mắc theo sơ đồ đẩy kéo

Hiện nay để có kết quả tốt nhất người ta thường dùng IC chuyên dụng

Xem lại giáo trình Kỹ thuật điện tử

Trang 24

Hình 2.6 Mạch điều biên AM Trong mạch điện:

u(t) = A c cosω c t

s(t) = A s cosω s t

Điện áp đặt vào Diode: u D (t) = u(t) + s(t) = A c cosω c t + A s cosω s t

Dòng điện qua Diode: i D (t) = a 1 u D (t) + a2u D2(t) + …

Thay u D (t) ở trên vào ta được:

 

 t a A  t a A A t t A

a t a

t A

a

t t

A A a t A

a t A

a t a

t A

a t

i

c s

c s c

c s

s c

s s

c s

c s s

c s

s c

s s D

2 2

cos 1 2

cos 1 cos

cos

cos cos

2 cos

cos cos

cos

2 2

2 1

1

2 2

2 2 2

2 2 1

i D (t) = a1A scos c t2a2A s A ccos s tcos c t

Sau khi cảm ứng qua biến áp, ta có điện áp rơi trên tải R:

a

A a nRA

u R (t) = A(1 + mcosω s t)cosω c t (2.7)

Đây chính là tín hiệu điều biên

Trên đây là mạch điều sử dụng một phần tử phi tuyến, gọi là mạch điều biên đơn Ngoài ra người ta cũng sử dụng transistor để điều chế biên độ

d Mạch ra

Vấn đề phối hợp trở kháng

Trang 25

Trong các hệ thống điện tử, để đảm bảo tín hiệu được truyền với hiệu suất cao nhất giữa các tầng (các tầng khuếch đại, mạch điện với tải,…) thì yêu cầu phải phối hợp trở kháng giữa các tầng Điều này có nghĩa là làm cho trở kháng ra của tầng trước phải bằng trở kháng vào của tầng sau Để hiểu rõ hơn về vấn đề này ta xét ví dụ sau về sự truyền công suất lớn nhất từ nguồn ra tải

Hình 2.7 Truyền công suất

Mạch điện gồm nguồn có nội trở là Zs, tải là R L Ta có:

Công suất trên tải: P RL = V RL I = I 2 R L

) (

)

E X

Xs R

Rs

ER

L L

L

2

)(

)

R E

X S , X là phần kháng của nội trở nguồn và tải

Khi X S = -X thì công suất trên tải là: P RL = 2

R E

E

44

2 2

 Khi: Rs = R L

Đồ thị biến thiên P RL theo R L cho ở hình 2.7

Vậy trở kháng nguồn bằng trở kháng tải: Rs + jXs = R L – jX hay Rs = R L và Xs = X, ta sẽ

có sự truyền công suất lớn nhất ra tải, hay ta nói có phối hợp trở kháng

Phối hợp trở kháng là một vấn đề quan trọng của máy phát, máy thu, đặc biệt với các máy phát công suất lớn, phối hợp trở kháng tốt giữa các tầng sẽ làm giảm tối đa suy hao tín hiệu qua các tầng Phối hợp trở kháng giữa tầng công suất với anten phát, làm cho công suất đưa ra anten là lớn nhất Trong máy thu phối hợp trở kháng giữa anten thu và ngõ vào máy thu giúp thu được tín hiệu lớn nhất và giảm được nhiễu

Trang 26

Giữa tầng công suất và anten thường chưa được phối hợp trở kháng, do đó ta phải ghép mạch phối hợp trở kháng giữa chúng Mạch phối hợp trở kháng thường có dạng LC, biến áp hay phối hợp giữa chúng

Mạch phối hợp trở kháng dạng LC

Hình 2.8 Mạch phối hợp trở kháng dạng LC Mạch phối hợp trở kháng sử dụng biến áp

Hình 2.9 Mạch phối hợp trở kháng dạng biến áp

2.3 Máy thu AM

2.3.1 Sơ đồ khối máy thu AM

Căn cứ vào cấu trúc và sơ đồ của nó có thể chia máy thu thanh nói chung và máy thu AM nói riêng thành 2 loại:

Máy thu khuếch đại thẳng: Tín hiệu cao tần từ anten đến khối tách sóng được khuếch đại

thẳng không qua đổi tần Tuy máy đơn giản nhưng chất lượng không cao: Độ chọn lọc kém,

Trang 27

Bài gi ảng: Kỹ thuật Audio - Video tương tự 27 không ổn định và thu không đồng đều trong cả dải băng Vì vậy hiện nay hầu như không dùng máy thu khuếch đại thẳng nữa

Máy thu đổi tần: Tín hiệu điều chế do anten thu được, được khuếch đại lên và đổi tần

thành tần số trung gian không đổi gọi là trung tần Trung tần thường được chọn thấp hơn tín hiệu cao tần, sau đó qua một vài tầng khuếch đại rồi đến khối tách sóng Máy thu đổi tần có ưu điểm:

Độ nhạy cao, độ chọn lọc cao, tín hiệu đồng đều trong cả băng sóng…

Sơ đồ khối:

Hình 2.10 Sơ đồ khối máy thu thanh AM

Mạch vào: Là mạch mắc giữa anten và tầng đầu của máy thu Làm nhiệm vụ chọn lọc các

tín hiệu cân thu và loại trừ các tín hiệu không cần thu và nhiễu nhờ mạch cộng hưởng cao tần, tần

số cộng hưởng được điều chỉnh đúng bằng tần số cần thu f 0

Khuếch đại cao tần: Làm nhiệm vụ khuếch đại tín hiệu cao tần điều chế sau khi nhận được

từ anten

Bộ đổi tần: Gồm mạch dao động ngoại sai và mạch trộn tần, khi trộn hai tần số f ns và tín

hiệu cần thu f 0, được tần số trung gian hay trung tần Giữa tần số ngoại sai và tín hiệu điều chế thu được luôn phải sai khác nhau đúng một trung tần

f tt = f ns – f 0 = const

Khi tần số f0 thay đổ từ f 0min tới f 0max thì f ns cũng phải thay đổi tương ứng để đảm bảo f tt

không đổi

Đổi tần chỉ làm thay đổi tần số của tín hiệu thu được chứ không làm thay đổi dạng sóng

của nó Đối với máy thu AM thì f tt = 465 kHz hay 455kHz

Mạch vào

K Đ Cao tần

Đổi tần

Trộn tần

K Đ Trung tần

Tách sóng

AM

Dao động ngoại sai

KĐ

CS

Âm tần Loa

AGC

Trang 28

Khuếch đại trung tần: Có nhiệm vụ khuếch đại tín hiệu trung tần đến một giá trị trung

tần đủ lớn để đưa vào tách sóng Đây là tầng khuếch đại có chọn lọc, tải là mạch cộng hưởng có

tần số đúng bằng tần số trung tần f tt

AGC (Auto Gain Control): Khối tự động điều chỉnh độ khuếch đại, có tác dụng ổn định hệ

số khuếch đại của máy thu

Tách sóng AM: Có nhiệm vụ tách tín hiệu âm tần ra khỏi tín hiệu hiệu cao tần điều chế Khuếch đại công suất âm tần: Khuếch đại tín hiệu âm tần tới một công suất đủ lớn để đưa

ra loa

2.3.2 Các thông số kỹ thuật của máy thu AM

Những thông số tổng quát được dùng để đánh giá chất lượng của máy thu Một số thông số thường dùng là độ nhạy, tính lựa chọn, độ trung thực, dải tần…

- Độ nhạy: Là sức điện động nhỏ nhất trên Anten mà máy thu làm việc được bình thường Những máy thu chất lượng thì độ nhạy nằm trong khoảng 5-10µV Ngoài ra máy thu còn phải có khả năng chọn lọc và nén tạp âm, tức là đảm bảo tỷ số S/N cho phép Thông thường để thu tốt tín hiệu thì biên độ của tín hiệu phải lớn hơn biên độ của tạp âm 10 lần

- Độ chọn lọc: Là khả năng chọn lọc tín hiệu cần thu và tín hiệu cần loại bỏ cũng như tạp

âm tác động vào anten Độ chọn lọc thường được thực hiện bằng các bộ lọc cộng hưởng, phụ thuộc vào số lượng, chất lượng cũng như độ chính xác khi hiệu chỉnh

- Dải tần máy thu: Là khoảng tần số mà máy thu có thể điều chỉnh để thu được sóng phát thanh với các chỉ tiêu kỹ thuật yêu cầu Máy thu thanh thường có có các dải tần sau:

- Méo tần số: Là hệ số khuếch đại ở những tần số khác nhau sẽ khác nhau do trong sơ đồ

có các phần tử điện kháng (L, C) Méo tần số có thể đánh giá bừng đặc tuyến tần số Ở các máy thu điều biên AM dải tần âm thanh chỉ vào khoảng 40Hz đến 6000Hz, còn ở các máy thu điều tần

FM dải tần có thể từ 30Hz đế 15000Hz

- Méo phi tuyến: Là do các phần tử phi tuyến trong sơ đồ gây ra và chủ yếu ở các tầng khuếch đại tín hiệu lớn như tầng khuếch đại công suất âm tần, chúng được đánh giá bằng tỷ số phần trăm giữa biên độ các hài bậc cao và hài cơ bản

Trang 29

2.3.3 Các mạch điện trong máy thu AM

a Các mạch khuếch đại

Xem lại trong giáo trình Kỹ thuật điện tử

b Mạch tạo dao động ngoại sai

Xem lại trong giáo trình Kỹ thuật điện tử

c Mạch vào

Mạch vào ghép điện dung

Hình 2.11 Mạch vào ghép điện dung

Tín hiệu cao tần điều biên được đưa vào mạch cộng hưởng từ anten qua tụ Cgh Mạch cộng hưởng gồm tụ xoay Cx nối song song với tụ tinh chỉnh C T và cuộn dây L 1, tần số của mạch cộng

hưởng phải bằng đúng tần số của tín hiệu cần thu f 0 Tín hiệu thu được ghép qua cuộn L 2 đưa tới Bazo của tầng khuếch đại cao tần T

Nhược điểm: Hệ số truyền đạt không đồng đều

Mạch vào ghép điện cảm

Hình 2.12 Mạch vào ghép điện cảm

Trang 30

Tín hiệu từ anten qua Lgh cảm ứng vào mạch cộng hưởng qua L1, mạch cộng hưởng gồm Cx//CT và L1 Tín hiệu được chọn lọc bởi mạch cộng hưởng có tần số f 0, cảm ứng qua cuộn L2 và đi vào Bazo của tầng khuếch đại cao tần

Nhược điểm: Hệ số truyền đạt không đồng đều

Để hệ số truyền đạt đồng đều, ta sử dụng mạch vào hỗn hợp: Ghép điện cảm và điện dung

Hình 2.13 Mạch vào ghép điện cảm và điện dung

Thông thường người ta thường dùng mạch trộn tần dùng Transistor hoặc Diode Dưới đây

ta xét mạch trộn tần dùng 1 Transistor và 2 Transistor vừa làm nhiệm vụ tạo dao động ngoại sai, vừa trộn tần

Trang 31

Hình 2.14 Mạch trộn tần dùng 1 Transistor Tín hiệu được đưa vào Bazo của T1, dao động ngoại sai được đưa vào Emitter của T1 Tín hiệu đã trộn tần được lấy ra trên tải cộng hưởng L5, C5

Khung cộng hưởng gồm L4, CT//Cx làm nhiệm vụ tạo dao động ngoại sai

Hình 2.15 Mạch trộn tần dùng 2 transistor T1 làm nhiệm vụ trộn tần

T2 làm nhiệm vụ tạo dao động ngoại sai

e Mạch giải điều chế AM

Trang 32

Mạch giải điều biên (hay mạch tách sóng) đơn giản và thường dùng là tách sóng Diode Nếu Diode mắc nối tiếp với điện trở tải gọi là tách sóng nối tiếp, còn nếu Diode mắc song song với tải điện trở gọi là tách sóng song song Mạch tách sóng song song được dùng trong trường hợp cần ngắn mạch thành phần một chiều với trung tần Nhưng các máy thu thường dùng mạch tách sóng nối tiếp hơn

Hình 2.16 Mạch tách sóng nối tiếp dùng Diode

Nguyên lý: Giả sử tín hiệu cao tần điều chế cảm ứng sang cuộn L2, trong nửa chu kỳ

dương, Diode thông dòng điện qua tải và nạp cho tụ điện C Trong nửa chu kỳ âm, Diode tắt, tụ C phóng điện qua tải Quá trình cứ tiếp tục như vậy, cuối cùng điện áp ra có dạng gần giống như đường bao tín hiệu.Thực tế sóng cao tần có chu kỳ rất ngắn, nên điện áp ra rất gần với đường bao tín hiệu

Trong một số máy thu còn sử dụng mạch tách sóng dùng Transistor, việc tách sóng được thực hiện nhờ vào đoạn cong của đặc tuyến vào của Transistor Thường điểm làm việc chọn ở chỗ cong nhất của đoạn đặc tuyến

Trang 33

Hình 2.17 Mạch tách sóng dùng Transistor

2.3 Máy phát FM

2.3.1 Sơ đồ khối máy phát FM

Về cơ bản máy phát FM cũng tương tự như máy phát AM, sơ đồ khối như sau:

Hình 2.18 Sơ đồ khối máy phát FM Máy phát FM chỉ khác máy phát AM ở bộ điều tần làm nhiêm vụ điều tần, và khối tạo sóng mang có tần số cao hơn máy phát AM (60 – 120 MHz)

2.3.2 Các mạch điện trong máy phát FM

a Mạch điều tần (FM)

Ta cần phải làm thay đổi tần số tức thời của tải tin theo hàm tin, do đó ta thường dùng một

bộ tạo dao động điều khiển bằng điện áp (VCO)

Audio in

(FM)

Tạo dao động sóng mang

KĐCS cao tần

Mạch

ra

Khối nguồn

Trang 34

Một cách thực hiện bộ tạo dao động này là dùng bộ tạo dao động sử dụng Diode biến dung (Varicap) Diode biến dung có điện dung mặt ghép biến đổi theo điện áp đặt vào, khi phân cực ngược nó có điện trở vô cùng lớn và có điện dung phụ thuộc điện áp đặt vào

Hình 2.20 Mạch điều tần dùng Diode biến dung Trong mạch điện trên ta có:

Diện dung của Diode biến dung D, phụ thuộc vào điện áp điều khiển s(t) như sau:

C D (t)=C 0 -ΔC.s(t)

C(t) = C D (t) + C = [C 0 – ΔC.s(t)] + C = (C + C 0 ) – ΔC.s(t) = C 1 - ΔCs(t)

Tần số dao động của mạch là:

) ( 2 )

( 2 1 )

( 1 ) ( 1

2

1

)) ( (

2

1 )

( 2

1

)

(

1 1 1 1

1 2 1

1 1

1

1 1

t s C

C t

s C

C C

t Cs t

s C C

LC t

Cs C L t

2.4.1 Sơ đồ khối máy thu FM

Sơ đồ khối máy thu FM (đổi tần) cũng như máy thu AM (đổi tần)

Hình 2.21 Sơ đồ khối máy thu FM

2.4.2 Các mạch điện trong máy thu FM

Mạch vào

K Đ Cao tần

Đổi tần

Trộn tần

K Đ Trung tần

Tách sóng

FM

Dao động ngoại sai

KĐ

CS

Âm tần Loa

Trang 35

a Mạch tách sóng FM

Trong các máy thu FM, tín hiệu sau khuếch đại trung tần có biên độ gần như không đổi, còn tần số biến thiên theo tín hiệu

Nhiệm vụ của mạch tách sóng tần số là hồi phục lại tín hiệu ầm tần từ tín hiệu điều tần; tức

là trước hết biến sự biến thiên tần số thành biến thiên biên độ, sau đó tách sóng biên độ nhờ Diode hoặc Transistor Để tách sóng điều tần có thể sử dụng các mạch sau:

Hình 2.21 Mạch tách sóng điều tần bằng mạch tách sóng tỷ số

Nguyên tắc ở đây là biến sự biến thiên về tần số thành sự biến thiên về điện áp, sau đó từ

sự biến thiên điện áp ta sẽ tách được tín hiệu âm tần

Tín hiệu điều tần được biến đổi sang cuộn L2 tạo ra 2 điện áp bằng nhau nhưng ngược chiều nhau: U’1 = -U’1, hai Diode D1 và D2 mắc nối tiếp ngược chiều nhau, dòng qua D1 và D2

Trang 36

Bài gi ảng: Kỹ thuật Audio - Video tương tự 36 nạp cho tụ C5 (trị số khoảng 10µF) nên điện áp trên C5 là U0 có thể coi như không đổi; điện trở R1 = R2, tụ C3 = C4

Điện áp trên cuộn L3 bằng điện áp U1 vì được cảm ứng qua cuộn dây

Điện áp đặt vào D1 là U D1 = U 1 + U ’ 1

Điện áp đặt vào D2 là U D2 = U 1 – U ’ 1

Tiếp đến là quá trình tách sóng biên độ: UD1 được tách sóng bởi D1, UD2 được tách sóng bởi D2; C3, R1 là tải tách sóng D1; C4, R2 là tải tách sóng D2

Hiện nay hầu hết các khối mạch trong hệ thống thu phát đều được tích hợp hóa, có những

IC chuyên dụng như: IC CA-3005 làm nhiệm vụ khuếch đại cao tần, tạo dao động và trộn tần, IC

TA 7640AP làm nhiệm vụ tách sóng, IC BA1404 làm nhiệm vụ của một máy phát hoàn chỉnh, IC CAX 1691 làm nhiệm vụ của một máy thu hoàn chỉnh

2.5 Hệ thống thu phát thanh FM Stereo

Trang 37

Sóng báo (pilot wave) tần số 19kHz: Để thông báo cho máy thu biết được chương trình

đang nhận là mono hay stereo Nếu không có sóng báo, hoặc tín hiệu FM nhận được yếu thì chương trình nhận được là mono, nếu có sóng báo thì chương trình nhận được là stereo

Ngoài ra còn có tín hiệu gọi sóng thuê bao tần số 67kHz

Nguyên lý hoạt động:

Tín hiệu L, R từ hai micro qua hai tầng khuếch đại nâng biên độ Mạch cộng thứ nhất cộng hai tín hiệu L, R cho ra tín hiệu (L+R) dành cho máy FM mono Tín hiệu (L+R) sau đó đi qua mạch lọc băng thông (thông dải) để lấy tín hiệu có tần số từ 30Hz đến 15kHz rồi đưa vào mạch cộng tổng hợp

Trong khi đó bộ cộng thứ 2 sẽ cộng tín hiệu L và tín hiệu R sau khi đã được đảo pha 180ocho ra tín hiệu (L-R), sau đó qua mạch lọc băng thông (lọc thông dải) để lấy tín hiệu có tần số từ 30Hz đến 15kHz Tín hiệu này được đưa qua mạch điều chế cân bằng với tần số sóng mang phụ

f sc = 38kHz (bằng dao động thạch anh) dùng cho máy thu FM stereo, sau đó cũng được đưa tới bộ

cộng tổng hợp

Dao động sóng mang fsc được chia đôi và hạn biên để tạo thành sóng báo có tần số fps = 19kHz

Ba tín hiệu (L+R), (L-R)DSB, và f ps = 19kHz được bộ cộng tổng hợp tạo thành tín hiệu

tổng hợp, qua tầng khuếch đại và tầng thay đổi điện kháng nhằm thay đổi điện dung tương đương, sau đó nó được vào bộ sóng mang chính, để biến đổi thành tín hiệu FM, qua bộ nhân tần, khuếch đại cao tần, lọc hài để loại bỏ hài bậc cao Cuối cùng được đưa ra anten để bức xạ thành sóng điện

Trang 38

Hình 2.23 Sơ đồ khối máy thu FM Stereo

Tín hiệu tổng hợp cũng được đưa qua mạch lọc băng thông để lọc tín hiệu (L-R) có tần số

từ 30Hz đến 15kHz để tái tạo ra tín hiệu (L-R)DSB và đưa vào bộ giải mã FM Stereo

Tín hiệu sóng báo cũng được tách ra từ mạch lọc dải hẹp, sau đó nó được nhân đôi tần số

để khôi phục lại sóng mang phụ f ns = 38kHz Ngoài ra sóng báo cũng điều khiển đèn báo để cho

biết chương trình đang thu là FM stereo hay mono

Bộ giải mã FM stereo nhân hai tín hiệu (L-R)DSB và sóng mang phụ fns = 38kHz, để tạo

ra tín hiệu (L-R) ở đầu ra Sau đó đưa vào khối ma trận để kết hợp với tín hiệu (L+R) để tạo ra hai tín hiệu R, L Hai tín hiệu này đưa qua khối khuếch đại công suất âm tần và đưa ra loa

2.6 Ghi, và tái tạo lại âm thanh

Hiện nay có rất nhiều kỹ thuật ghi và tái tạo lại âm thanh, ghi và tái tạo lại âm thanh số sử dụng đĩa quang, CD player đang ngày càng chiếm ưu thế bởi chất lượng của nó Tuy vậy, ghi và

Trang 39

Bài gi ảng: Kỹ thuật Audio - Video tương tự 39 tái tạo âm thanh tương tự sử dụng băng từ vẫn còn được sử dụng bởi tính tiện lợi và giá thành rẻ của nó Trong khuôn khổ tài liệu nói về kỹ thuật Audio – Video tương tự, chúng ta chỉ xét tới nguyên lý ghi và tái tạo lại âm thanh tương tự sử dụng băng từ, còn ghi và tái tạo âm thanh số, dùng đĩa quang sẽ được bàn đến ở tài liệu kỹ thuật Audio – Video số

2.6.1 Méo ghi âm

Ghi âm bao gồm quá trình ghi khi lưu trữ thông tin và quá trình đọc tin đã lưu trước đó Ghi tin tức lên vật mang là làm biến thiên tính chất của vật mang theo tọa độ phù hợp với tín hiệu được ghi Tín hiệu được ghi nguyên là một hàm của thời gian sẽ được ghi trên vật mang đang chuyển động (chuyển động tương đối với đầu từ ghi) biến thành một hàm số tọa độ với vật mang

đó Nếu hàm thời gian và tọa độ phù hợp hoàn toàn với nhau thì quá trình ghi không bị méo và nhờ vậy có thể tái tạo lại tín hiệu một cách trung thực Ngược lại, quá trình đọc vật mang sẽ chuyển động tương đối qua đầu từ đọc, nếu chuyển động trong quá trình đọc và ghi không hoàn toàn giống nhau, thì sẽ xảy ra hiện tượng méo gọi là méo sai điệu (flutter)

Xét cụ thể hơn như sau Giả sử tín hiệu ghi là tín hiệu điều hòa

1 1 1



f

t U

u

Gọi λ b là bước sóng tín hiệu ghi được trên băng từ theo đơn vị tọa độ trên băng từ

S 1 là tốc độ tương đối khi ghi

S

S f f

S f

S





Như vậy tín hiệu tạo lại có dạng:

t S

S U

t S

S f U

t f U

u

2

2 1 2 2

1 1 2

2 2

2  sin2  sin2  sin

Từ biểu thức trên ta thấy, nếu S 1 =S 2 thì tín hiệu tạo lại sẽ không bị méo Tuy nhiên trong thực tế thường gặp S1S2 S mcost Tỷ số

Trang 40

Ghi âm từ tính dựa vào tính chất từ dư của vật liệu từ Khi từ hóa vật liệu từ bằng một từ trường ngoài thì sau khi lấy vật liệu từ ra khỏi từ trường đó, vật liệu từ bị từ hóa và trở thành 1 nam châm

Hiện tượng từ hóa được mô tả như sau:

Đặt một miếng sắt từ vào từ trường ngoài có cường độ từ trường



H Cho



H tăng dần và khảo sát hiện tượng từ hóa của miếng sắt từ ta thấy Khi tăng H thì từ tính của sắt từ cũng tăng lên, tiếp tục tăng



H=0) nhưng từ tính của miếng sắt vẫn khác 0 đó chính là từ dư Bd trong sắt từ Tiếp theo ta đổi chiều H và tăng dần cường độ điện trường ngoài thì ta thấy từ tính của sắt từ giảm về 0, lúc đó từ trường ngoài đạt đến giá trị

Định dạng
Số trang	115
Dung lượng	6,84 MB