ĐỀ ÁN TỐT NGHIỆP-Thiết kế máy thu radio AM

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH KHOA CÔNG NGHỆ ĐỀ TÀI: Thiết kế máy thu radio AM Giáo viên hướng dẫn: Nguyễn Thị Minh Sinh viên thực hiện : Nguyễn Đình Tuấn Lớp : 46k, Điện tử - Viễn thông ỏn k thut tng t GVHD: Nguyn Th Minh Vinh, 2009 Mục lục Mở đầu 3 Chơng 1: Tổng quan đề tài 4 1 khái niệm chung về thu radio 4 1.1 Khái niệm 4 1.2 Điều chế tín hiệu radio 4 1.3 Sử dụng tần số trung tần trong máy thu thanh 4 1.4 Phân loại máy thu Radio và sơ đồ khối của máy thu 5 1.5 Thiết kế máy thu Radio AM 6 2 Lý thuyết về máy thu radio AM 6 2.1 Mạch cộng hởng tần số 6 2.2 Máy biến áp 7 2.3 Mạch khuếch đại 10 2.4 Mạch dao động ba điểm 19 2.5 Mạch trộn tần 20 2.6 Mạch tách sóng 21 Chơng 2: Phân tích, thiết kế và tính toán 24 3 Sơ đồ khối của máy thu radio AM 24 4 Sơ đồ mạch thực hiện 24 5 Phân tính, thiết kế và tính toán chi tiêt từng khối25 5.1 Khối anten 25 5.2 khối mạch vào 25 5.3 Khối khuếch đại cao tần, khối tự tạo dao động và khối trộn tần 26 5.4 Khối khuếch đại trung tần 29 5.5 Khối tách sóng 30 5.6 Khối khuếch đại âm tần 31 Kết luận 33 Tài liệu tham khảo 34 ti: Thit k mỏy thu radio AM SVTH : Nguyn ỡnh Tun 2 ỏn k thut tng t GVHD: Nguyn Th Minh mở đầu gày nay, khoa học kỹ thuật trên thế giới có nhiều tiến bộ, nhiều thành tựu đáng kể. Nhất là các lĩnh vực kỹ thuật, công nghệ thông tin, kỹ thuật viba, truyền hình số, tổng đài điện thoại vô tuyến, kỹ thuật phát thanh, đã và đang phát triễn vợt bậc. Các thiết bị điện tử ngày càng đợc tinh gọn, siêu nhỏ nhng tính năng và hiệu quả làm việc của chúng thì rât cao và rất bền N Trong lĩnh vực phát thanh, truyền hình ở nớc ta, ngày nay đã có nhiều tiến bộ đáng kể do có nhiều nhà khoa học, nhiều chuyên gia, nhiều kỹ s giỏi về khoa học kỹ thuật cùng tham gia nghiên cứu và triển khai ứng dụng. Kết quả có rất nhiều thiết bị mới đợc đa vào thay thế các thiết bị, máy móc cũ mang lại hiệu quả kinh tế cao. Tuy vậy, về phát thanh truyền hình cần có nhiều lĩnh vực cần tiếp tục nghiên cứu, học hỏi và phát triễn thêm đối với ngời làm kỹ thuật phát thanh truyền hình nói riêng và các kỹ s điện tử nói chung. Trong đồ án kỹ thuật tơng tự này nhóm thực hiện xin trình bày về vấn đề thu sóng radio AM qua đề tài: Thiết kế máy thu radio AM. Trong chừng mực thời gian ngắn ngủi và lợng kiến thức tích luỹ còn hạn chế, tài liệu cha nhiều, ngời thực hiện chỉ khảo sát máy thu radio AM trên khía cạnh nhập môn kỹ thuật phát thanh truyền hình. Hi vọng với đề tài này nhóm những ngời thực hiện sẽ có thêm hiểu biết về kỹ thuật thu sóng radio và tích luỹ thêm kiến thức phục vụ cho quá trình học tập Tuy có nhiều cố gắng thực hiện thành công đồ án nh- ng không tránh khỏi những hạn chế thiếu sót, nếu có điều kiện nhóm thực hiện sẽ nghiên cứu sâu hơn và hoàn thiện hơn. Mong nhận đợc sự góp ý chỉ bảo thêm của thầy cô và bạn bè để đề tài có thể hoàn thiện tốt hơn. Em xin chân thành cảm ơn cô giáo Nguyễn Thị Minh đã chỉ bảo tận tình trong quá trình thực hiện đề tài này, cảm ơn tất cả các ý kiến đóng góp của các thầy cô và bạn bè. ti: Thit k mỏy thu radio AM SVTH : Nguyn ỡnh Tun 3 ỏn k thut tng t GVHD: Nguyn Th Minh Nhóm sinh viên thực hiện! Chơng I Tổng quan đề tài 1 khái niệm chung về thu radio 1.1 Khái niệm Máy thu radio hay còn gọi là máy thu thanh là một thiết bị hoàn chỉnh dùng để thu nhận sóng radio mang thông tin, phục hồi lại tín hiệu thông tin và khuếch đại đến giá trị ban đầu và đa ra loa 1.2 Điều chế tín hiệu radio Trong kỹ thuật radio có hai cách điều chế tín hiệu cơ bản: 1.2.1 Điều chế biên độ AM (Amplitude Modulation) Phơng pháp điều chế biên độ (điều biên) AM sử dụng một sóng có tần số cao (rất lớn hơn tần số tín hiệu gọi là sóng mang) phối hợp với tín hiệu để tạo ra một dạng sóng có tần số là tần số sóng mang, nhng biên độ thay đổi theo dạng sóng tín hiệu. Sóng AM đợc phát ra ngoài không gian. Sóng AM trong radio đợc chia thành các dãi tần: - Sóng trung MW (medium wave) có tần số từ 530 KHz 1600 KHz. - Sóng ngắn 1 SW1 (short wave) có tần số từ 2.3 MHz 7 MHz. - Sóng ngắn 2 SW2 (short wave) có tần số từ 7 MHz 22 MHz. ti: Thit k mỏy thu radio AM SVTH : Nguyn ỡnh Tun 4 ỏn k thut tng t GVHD: Nguyn Th Minh Khi nói đến dải tần của một băng sóng, tức là nói đến tần số sóng mang của dải tần đó. 1.2.2 Điều chế tần số FM (Frequency Modulation) Khác với điều biên, điều chế tần số (điều tần) FM là làm thay đổi tần số sóng mang theo biên độ tín hiệu. Tần số sóng mang FM rất lớn hơn tần số sóng mang trong AM. Dải tần FM từ 88 MHz 108 MHZ. Khi điều chế FM . Trong hai cách điều chế, thì phơng pháp điều chế FM cho tín hiệu đến nơi thu trung thành hơn, ít sai lệch hơn là điều chế AM, bởi vì đờng truyền ảnh hởng rất ít đến tần số sóng truyền, nhng lại tác động rất lớn lên biên độ của nó. Tuy nhiên, sóng FM vì tần số rất lớn hơn tần số AM nên không truyền đợc xa nh sóng AM. 1.3 Sử dụng tần số trung tần trong máy thu thanh Trong phần thu radio, tín hiệu lối vào rất bé, cần phải khuếch đại nhiều lần. Một mạch khuếch đại với hệ số khuếch đại lớn và không gây méo trong suốt toàn giải tần là điều không thể thực hiện đợc. Vì vậy ngời ta đa tín hiệu cần khuếch đại RF (Radio frequency) về một tần số trung gian cố định, gọi là tần số trung tần IF (Intermediate frequency). Trong AM thì IF là 455 KHz, còn trong FM thì IF là 10.7 MHz. 1.4 Phân loại máy thu radio và sơ đồ khối của máy thu Căn cứ vào cấu trúc sơ đồ mà ngời ta chia máy thu thanh thành hai loại 1.4.1 Máy thu thanh khuếch đại thẳng Tín hiệu cao tần thu từ Anten đợc khuếch đại thẳng và đa đến mạch tách sóng, mạch khuếch đại âm tần mà không qua mạch đổi tần. Đối với dạng này, cấu trúc sơ đồ của máy đơn giản nhng chất lợng thu sóng không cao, độ chọn lọc kém, không ổn định và khả năng thu không đồng đều trên cả băng sóng. Vì vậy loại máy thu này gần nh không còn đợc sử dụng. 1.4.2 Máy thu thanh đổi tần ti: Thit k mỏy thu radio AM SVTH : Nguyn ỡnh Tun 5 ỏn k thut tng t GVHD: Nguyn Th Minh Tín hiệu cao tần đã điều chế thu từ Anten đợc khuếch đại lên và biến đổi về một tần số trung gian không đổi gọi là tần số trung tần IF. Trung tần này đợc chọn thấp hơn cao tần. Tín hiệu trung tần này sau khi đi qua vài bộ khuếch đại trung tần sẽ đợc đa đến mạch tách sóng, mạch khuếch đại âm tần và đa ra loa. Sơ đồ khối của một máy thu đổi tần có dạng nh sau: Hình 1.1 Sơ đồ máy thu đổi tần Máy thu đổi tần có những u điểm là độ khuếch đại đồng đều hơn trên tất cả các băng sóng vì tần số trung tân tơng đối thấp và ổn định khi tín hiệu vào thay đổi. - Mạch vào: làm nhiệm vụ chọn lọc các tín hiệu cần thu và loại trừ các tín hiệu không cần thu cũng nh các nhiễu khác nhờ có mạch cộng hởng, tần số cộng hởng đợc điều chỉnh đúng bằng tần số cần thu f 0 . - Khuếch đại cao tần: nhằm mục đích khuếch đại bớc đầu cho tín hiêu cao tần thu đợc từ Anten. - Bộ đổi tần: gồm mạch dao động nội và mạch trộn tần. Khi trộn hai tần số của tín hiệu dao động nội f n và tín hiệu cần thu f 0 ta đợc tần số trung gian hay còn gọi là trung tần IF giữa tần số dao động nội và tần số cần thu. f tt = f n f 0 = const. Khi tần số tín hiệu từ đài phát thay đổi từ f 0min đến f 0max thì tần số dao động nội cũng phải thay đổi từ f nmin đến f nmax để bảo đảm hiệu số giữa chúng luôn luôn bằng hằng số. ti: Thit k mỏy thu radio AM SVTH : Nguyn ỡnh Tun Mạc h vào KĐ RF KĐ IF KĐ âm tần Trộn tần Dao độn g nộin Tách sóng 6 ỏn k thut tng t GVHD: Nguyn Th Minh Đối với máy thu điều biên (AM): f n = 455 KHz hoặc 465 KHz. Đối với máy thu điều tần (FM): f n = 10.7 MHz. - Bộ khuếch đại trung tần: có nhiệm vụ khuếch đại tín hiệu trung tần đến một giá trị đủ lớn để đa vào mạch tách sóng. Đây là một tần khuếch đại chọn lọc tải là một tần số cộng hởng có tần số cộng hởng bằng tần số trung tần. - Tách sóng: có nhiệm vụ tách tín hiệu âm tần ra khỏi tín hiệu sóng mang cao tần sau đó đa qua mách khuếch đại âm tần trớc khi đa qua loa. 1.5 Thiết kế máy thu radio AM Trong phạm vi đề tài này ngời thực hiện chỉ thiết kế một máy thu sóng radio điều chế biên độ AM. Máy thu radio AM này hoạt động theo nguyên lý máy thu đổi tần, có sơ đồ khối nh ở hình 1.1. Để đơn giản, máy thu radio AM đợc thiết kế để thu đợc sóng trung MW (medium wave) có tần số từ 530 KHz 1600 KHz. Máy thu phải hoạt động ổn định, có độ chống nhiễu cao, chất lợng âm thanh tơng đối. 2 Lý thuyết máy thu radio AM 2.1 Mạch cộng hởng tần số Dùng mạch dao động LC mắc song song để tạo sự cổng h- ởng với tần số cần thu. Ta thờng sử dụng sơ đồ sau đây: Hình 1.2 Mạch LC dùng làm mạch cộng hởng tần số. Trở kháng tơng đơng của mạch: t Z = CL CL ZZ ZZ + = 1LC L 2 + LC L 2 = C 1 ti: Thit k mỏy thu radio AM SVTH : Nguyn ỡnh Tun 7 ỏn k thut tng t GVHD: Nguyn Th Minh V LC Trạng thái 0 V L đóng mạch 0 0 Z L = Z c Vô hạn V C đóng mạch Bảng 1.1 Bảng trạng thái của mạch LC Khi Z L = Z c , mạch điện cổng hởng tai tần số = 0 và đợc tính bằng: L = C 1 hay 0 = LC 1 Tần số cộng hởng: f 0 = LC2 1 Khi giá trị tụ xoay C thay đổi ta sẽ có các tần số cộng hởng khác nhau. Điều này đợc ứng dụng để thu đợc nhiều kênh trong máy thu thanh. 2.2 Máy biến áp 2.2.1Định nghĩa và ký hiệu Biến áp là thiết bị để biến đổi điện áp xoay chiều, cấu tạo gồm một cuộn cấp (đa điện áp vào) và một hay nhiều cuộn thứ cấp (lấy điện áp ra sử dụng) cùng quấn trên một lỏi từ có thể là lá thép hoặc lõi ferit. Để tránh dòng điện Fuco chạy trong mạch và làm nóng mạch các lá thép làm lõi đợc dát mỏng và ghép cách điện với nhau. Trong mạch điện biến áp đợc ký hiệu nh sau: Hình 1.3 Kí hiệu của biến áp. ti: Thit k mỏy thu radio AM SVTH : Nguyn ỡnh Tun 8 ỏn k thut tng t GVHD: Nguyn Th Minh Trong đó: N 1 : Số vòng dây cuộn sơ cấp U 1 : Điện áp vào cuộn sơ cấp N 2 : Số vòng dây cuộn thứ cấp U 2 : Điện áp ra cuộn thứ cấp 2.2.2 Nguyên lý làm việc Khi đặt vào cuộn sơ cấp một điện áp xoay chiều hình sin U 1 , trong lõi thép xuất hiện một từ trờng biến thiên theo quy luận điện áp vào. Từ trờng biến thiên làm xuất hiện từ thông biến thiên, từ thông biến thiên này cảm ứng sang cuộn thứ cấp làm xuất hiện một điện áp xoay chiều hình sin. Điện áp, số vòng dây cuộn sơ cấp và điện áp, số vòng dây cuộn thứ cấp liên hệ theo công thức sau: 2 1 U U = 2 1 N N = 1 2 I I 2.2.3 Công suất Công suất của máy biến áp phụ thuộc vào tiết diện của lõi từ, và phụ thuộc vào tần số của dòng điện xoay chiều, biến áp hoạt động ở tần số càng cao thì công suất càng lớn. Công suất vào ra của máy biến áp đợc tính theo công thức sau: P 1 = U 1 I 1 ; P 2 =U 2 I 2 Khi hiệu suất của máy biến áp cao thì: P 1 P 2 suy ra U 1 I 1 U 2 I 2 2.2.4 Phân loại máy biến áp - Biến áp nguồn và âm tần Hình 1.4 Biến áp nguồn ti: Thit k mỏy thu radio AM SVTH : Nguyn ỡnh Tun 9 ỏn k thut tng t GVHD: Nguyn Th Minh Biến áp nguồn thờng gặp trong Cassete, Âmly, biến áp này hoạt động ở tần số điện lới 50 Hz lõi biến áp sử dụng các lá Tônsilic hình chữ E và I ghép lại biến áp này có tỷ số vòng / vol lớn Biến áp âm tần sử dụng làm biến áp đảo pha và ra loa trong các mạch khuếch đại công suất âm tần. Biến áp sử dụng các lá Tônsilic làm lõi từ nh biến áp nguồn nhng lá Tônsilic trong biến áp âm tần mỏng hơn để tránh tổn hao, biến áp âm tần hoạt động ở tần số cao hơn cho nên có tỷ số vòng / vol thấp hơn Khi thiết kế biến áp âm tần ngời ta thờng lấy giá trị tần số trung bình khoảng 1 KHz đến 3 KHz. - Biến áp xung và cao áp Hình 1.5 Biến áp xung và cao áp Biến áp xung là biến áp hoạt động ở tần số cao khoảng vài chục KHz nh biến áp trong các bộ nguồn xung, biến áp cao áp. Lõi biến áp xung làm bằng ferit do hoạt động ở tần số cao nên biến áp xung cho công suất rất mạnh, so với biến áp nguồn thông thờng có cùng trọng lợng thì biến áp xung cho công suất mạnh gấp hàng chục lần. 2.2.5Tính số vòng dây, diện tính lõi từ, đờng kính dây quấn Diện tích lõi từ: S = )3.18.0( ữ 2 P Đối với tần số thấp 50 Hz diện tích của lõi từ đợc tính theo công thức: S = 2 mm/A3 )A(I ti: Thit k mỏy thu radio AM SVTH : Nguyn ỡnh Tun 10 [...]... Phân tích, thiết kế và Tính toán Sơ đồ khối của máy thu Radio AM 455 KHz Mạch vào KĐ Cao tần Trộn Tần IF Tự dao động loa KĐ âm thanh KĐ Trung tần Tách sóng AM Hình 2.1 Sơ đồ khối của máy thu ra Radio AM 4 Sơ đồ mạch thực hiện ti: Thit k mỏy thu radio AM SVTH : Nguyn ỡnh Tun 27 ỏn k thut tng t GVHD: Nguyn Th Minh Hình 2.2 Sơ đồ mạch thực hiện của Radio AM 5 Phân tích, thiết kế và Tính toán chi tiết từng... điện từ thành tín hiệu cao tần, ở ngỏ vào của máy thu 5.2 Khối mạch vào Mạch vào là mạch điện nối liền anten với đầu vào của máy thu Nó có đặc điểm nh sau: - Truyền đạt tín hiệu từ anten vào máy thu - Là tần quan trọng quyết định chất lợng máy thu - Bảo đảm hệ số truyền đạt lớn và đồng đều trong cả dãi băng sóng Trong đồ án này ta thiết kế máy thu radio AM cho băng sóng MW 530KHz-1600KHz, vo=20 à V... trong khoảng: 10 ữ 100 pF Điện áp lối ra của mạch vào phải có giá trị nhỏ để tần tiếp theo hoạt động tốt Vì thế trong thực tế ngời ta thờng chọn L2 = 1/(10L1) = 0,1 mH Cho sóng AM ở dãi tần làm việc vào dãi tần ta thu đợc kết quả sau: (hình 2.5): ti: Thit k mỏy thu radio AM SVTH : Nguyn ỡnh Tun 29 ỏn k thut tng t GVHD: Nguyn Th Minh Hình 2.5 Tín hiệu vào và ra ở khối mạch vào 5.3 Khối khuếch đại cao... tiếp âm đợc xác định nh sau: ti: Thit k mỏy thu radio AM SVTH : Nguyn ỡnh Tun 20 ỏn k thut tng t K 'u = GVHD: Nguyn Th Minh R Ku U 'r = ht1 , trong đó Ku và RV là hệ ' R ht 2 K u + 1 + R ht1 / R ht 2 + R ht1 / R v Uv số khuếch đại điện áp và điện trở vào của mạch khi cha có hồi tiếp 2.4 Mạch dao động ba điểm Các mạch tạo dao động LC nói chung đều có thể về kết cấu chung theo hình 1.16 Trong dó A1 là... radio AM cho băng sóng MW 530KHz-1600KHz, vo=20 à V vo=20àv 530KHz 1600KHz Hình 2.3 Hệ số truyền đạt đồng đều cả băng sóng MW ti: Thit k mỏy thu radio AM SVTH : Nguyn ỡnh Tun 28 ỏn k thut tng t GVHD: Nguyn Th Minh Mạch vào có 3 thành phần: - Hệ thống cộng hởng, có thể điểu chỉnh đến tần số cần thu - Mạch ghép với nguồn tín hiệu từ anten (ở đây không nghiên cứu sâu) - Mạch ghép với tầng sau (Tầng khuếch... giữa cực thu và cực phát ta tìm đợc dòng điện cực thu bảo hoà ICsat I CSat = VCC Ta thấy khi thêm RE vào ICSat nhỏ hơn trong trRC + RE ờng hợp phân cực cố định, tức BJT dễ bảo hoà hơn d Phân cực với hồi tiếp điện thế (Dc Bias With Voltage Feedback): - Mạch ngõ vào: VCC = RC IC + VBE + RBIB + REIE với ti: Thit k mỏy thu radio AM SVTH : Nguyn ỡnh Tun Hình 1.9 Sơ đồ13 phân cực với hồi ỏn k thut tng... tần, trộn tín hiệu thu đợc từ mạch vào và tín hiệu ngoại sai (tín hiệu đợc lấy tự tụ C3 đa vào cực E của U1) để lấy ra tín hiệu trung tần IF = 455 kHz - Cung cấp năng lợng cho khối mạch tự dạo động, do biến áp T2 kết hợp với tụ xoay C4 đảm nhận 5.3.1Mạch khuếch đại cao tần Có thể rút gọn khối khuếch đại cao tần nh hình 2.7: ti: Thit k mỏy thu radio AM SVTH : Nguyn ỡnh Tun 30 ỏn k thut tng t GVHD: Nguyn... 0.244 mH 5.4 Khối khuếch đại trung tần ti: Thit k mỏy thu radio AM SVTH : Nguyn ỡnh Tun 33 ỏn k thut tng t GVHD: Nguyn Th Minh Khối khuếch đại trung tần là một mạch khuếch đại cộng hởng có nhiệm vụ khuếch đại tín hiệu trung tần đến một tín hiệu đủ lớn để đa vào mạch tách sóng, bộ khuếch đại trung tần quyết định phần lớn độ chọn lọc và độ nhạy của máy thu Sơ đồ khối khuếch đại trung tần xem hình 2.9 Tầng... đặc tuyến và đặc tuyến của điot có thể coi là một đờng gấp khúc thì ta có quá trình tách sóng tín hiệu lớn Lúc đó quan hệ volt ampe của điot đợc biểu diễn bởi phơng trình sau: Su iD = D 0 Khi U D 0 Khi U D 0 ti: Thit k mỏy thu radio AM SVTH : Nguyn ỡnh Tun 24 ỏn k thut tng t GVHD: Nguyn Th Minh Trong các sơ đồ dới điot chỉ thông đối với nữa chu kỳ dơng của dao động cao tần ở đầu vào Hình bao... độ điện áp vào lớn hơn 1V hiệu dụng và R > Ri, RV thì có thể tách sóng đợc điện áp đỉnh Tuy nhiên cũng không đợc chọn quá lớn để tránh méo do điện dung tải gây ra Điều kiện tổng quát để 1 1 chọn : . loa. 1.5 Thiết kế máy thu radio AM Trong phạm vi đề tài này ngời thực hiện chỉ thiết kế một máy thu sóng radio điều chế biên độ AM. Máy thu radio AM này hoạt động theo nguyên lý máy thu đổi tần,. các kỹ s điện tử nói chung. Trong đồ án kỹ thu t tơng tự này nhóm thực hiện xin trình bày về vấn đề thu sóng radio AM qua đề tài: Thiết kế máy thu radio AM. Trong chừng mực thời gian ngắn ngủi. quan đề tài 4 1 khái niệm chung về thu radio 4 1.1 Khái niệm 4 1.2 Điều chế tín hiệu radio 4 1.3 Sử dụng tần số trung tần trong máy thu thanh 4 1.4 Phân loại máy thu Radio và sơ đồ khối của máy thu