Tìm hiểu về nguyên lý máy thu thanh

Hình 1.1: Sơ đồ khối đơn giản của máy thu khuếch đại trực tiếp Việc nâng cao độ nhạy và độ chọn lọc của máy thu này bị hạn chế bởi những lýdao sau đây: + Số tầng khuếch đại không thể tăn

MỤC LỤC

MỤC LỤC 1

LỜI NÓI ĐẦU 1

Chương 1: MÁY THU THANH, PHÂN LOẠI MÁY THU THANH 2

1.1 Máy thu thanh 2

1.2 Phân loại máy thu thanh và sơ đồ khối của máy thu thanh 2

1.2.1 Máy thu thanh khuếch đại trực tiếp 2

1.2.2 Máy thu đổi tần 3

Chương 2: CHỨC NĂNG TỪNG KHỐI CỦA MÁY THU THANH 5

2.1 Mạch vào 5

2.1.1 Mạch vào ghép điện dung 5

2.1.2 Mạch vào ghép điện cảm với Anten 6

2.1.3 Mạch ghép hỗn hợp điện cảm - điện dung 6

2.2 Mạch khuếch đại cao tần 7

2.2.1 Sơ đồ mạch khuếch đại cao tần với tải (điện trở) 8

2.2.2 Sơ đồ mạch khuếch đại cao tần với tải là cuộn cảm mắc nối tiếp với điện trở R 8

2.4 Mạch đổi tần 10

2.5 Mạch khuếch đại trung tần 13

2.6 Mạch tách sóng 16

2.6.1 Tách sóng biên độ 16

2.6.2 Mạch tách sóng tín hiệu điều tần 17

2.7 Mạch tự động điều chỉnh hệ số khuếch đại 18

2.8 Máy thu FM Stereo 19

Chương 3: CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT CỦA MÁY THU THANH 21

3.1 Độ nhạy 21

3.2 Độ chọn lọc 21

3.3 Dải tần của máy thu 22

3.4 Méo tần số 22

3.5 Nhiễu trong máy thu thanh 22

3.5.1 Nhiễu bên ngoài 23

3.5 Anten của máy thu thanh 24

3.5.1.Anten của máy thu AM 24

3.5.2 An ten của máy thu thanh FM 24

LỜI NểI ĐẦUNgày 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 củachúng thì rât cao và rất bền

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 kỹthuật cùng tham gia nghiên cứu và triển khai ứng dụng Kết quả có rất nhiều thiết bịmới đợc đa vào thay thế các thiết bị, máy móc cũ mang lại hiệu quả kinh tế cao Tuyvậy, 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 bài bỏo cỏo này nhóm thực hiện xin trình bày về vấn đề mỏy thu thanh

qua đề tài: “Tỡm hiểu về nguyờn lý mỏy thu thanh” Trong chừng mực thời gian ngắn

ngủi và lợng kiến thức tích luỹ còn hạn chế, tài liệu cha nhiều, ngời thực hiện chỉ khảosát máy thu radio AM Hi vọng với đề tài này nhóm những ngời thực hiện sẽ có thêmhiểu biết về kỹ thuật thu sóng radio và tích luỹ thêm kiến thức phục vụ cho quá trìnhhọc tập

Tuy có nhiều cố gắng thực hiện thành công nhng không tránh khỏi những hạnchế thiếu sót, nếu có điều kiện nhóm thực hiện sẽ nghiên cứu sâu hơn và hoàn thiệnhơn Mong nhận đợc sự góp ý chỉ bảo thêm của thầy cô và bạn bè để đề tài có thể hoànthiện tốt hơn

Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo ThS Nguyễn Anh Tuấn đã chỉ bảo tận

tình trong quá trình thực hiện đề tài này, cảm ơn tất cả các ý kiến đóng góp của cácthầy cô và bạn bè

Nhóm sinh viên thực hiện!

Chương 1: MÁY THU THANH, PHÂN LOẠI MÁY THU THANH

1.1 Mỏy thu thanh

Mỏy thu là thiết bị đầu cuối trong hệ thống thụng tin vụ tuyến điện Mỏy thu cúnhiệm vụ tiếp nhận và lặp lại tin tức chứa trong tớn hiệu chuyển đi từ mỏy phỏt dướidạng súng điện từ trường Mỏy thu phải loại bỏ được cỏc loại nhiễu khụng mongmuốn, khuếch đại tớn hiệu và sau đú giải điều chế nú để nhận được thụng tin ban đầu

Máy thu thanh là một thiết bị điện tử hoàn chỉnh dùng để thu nhận sóng radiomang thông tin, phục hồi lại tín hiệu thông tin ban đầu và khuếch đại đến giá trị yêucầu và đưa ra loa.

1.2 Phân loại máy thu thanh và sơ đồ khối của máy thu thanh

Căn cứ vào cấu trúc sơ đồ mà người ta chia máy thu thanh thành 2 loại:

1.2.1 Máy thu thanh khuếch đại trực tiếp

Tín hiệu cao tần từ Anten được khuếch đại thẳng và đưa đến mạch lọc băngthông, mạch khuếch đại cao tần, giải điều chế, mạch khuếch đại âm tần mà không quamạch đổi tần Đối với dạng này, cấu trúc sơ đồ của máy đơn giản nhưng chất lượngthu sóng không cao, độ chọn lọc kém, không ổn định và khả năng thu không đồng đềutrên cả băng sóng Vì vậy, hiện nay loại máy thu này gần như không còn được sửdụng

Hình 1.1: Sơ đồ khối đơn giản của máy thu khuếch đại trực tiếp

Việc nâng cao độ nhạy và độ chọn lọc của máy thu này bị hạn chế bởi những lýdao sau đây:

+ Số tầng khuếch đại không thể tăng lên một cách tuỳ ý vì khi số tầng càngtăng thì tính ổn định của bộ khuếch đại cao tần càng giảm (tụ ký sinh Cbc có thể gây

ra dao động tự kích) Ngoài ra, khi số tầng càng tăng thì số mạch cộng hưởng cũngtăng làm hệ thống điều chỉnh cộng hưởng phức tạp, cồng kềnh và đắt tiền

+ Tần số cao khó đạt được hệ số khuếch đại lớn

+ Tần số càng cao thì dải thông càng rộng (B=fo/Q), làm giảm độ chọn lọccủa máy thu Muốn dải thông hẹp phải dùng mạch cộng hưởng có hệ số phẩm chấtcao, có khi vượt quá khả năng chế tạo

+ Do không dùng được các hệ thống cộng hưởng phức tạp nên không có khảnăng đạt đặt tuyến tần số có dạng chữ nhật lý tưởng

Để khắc phục những nhược điểm trên, người ta chế tạo ra các máy thu đổi tần

có sơ đồ khối như sau:

1.2.2 Máy thu đổi tần

Sơ đồ khối của một máy thu đổi tần có dạng như sau:

Hình 1.2: Sơ đồ khối máy thu đổi tần

Máy thu đổi tần có những ưu điểm sau:

- Độ khuếch đại đồng đều hơn trên cả băng sóng vì tần số trung tần tương 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 khôngcần thu cũng như các nhiễu khác nhờ có mạch cộng hưởng, tần số cộng hưởng đượcđiều chỉnh đúng bằng tín hiệu cần thu f0

- Khuếch đại cao tần : nhằm mục đích khuếch đại bước đầu cho tín hiệu cao tần thuđược từ Anten

- Bộ đổi tần: gồm mạch dao động nội và mạch trộn tần Khi trộn 2 tần số dao độngnội fn và tín hiệu cần thu f0 ta được tần số trung gian hay còn gọi là trung tần, giữa tần

số dao động nội và tần số tín hiệu cần thu:

Khi tần số tín hiệu

từ đài phát thay đổi từ f0min → f0max thì tần số dao động nội cũng phải thay đổi từ fnmin →

fnmax để đảm bảo hiệu số giữa chúng luôn là hằng số

Đối với máy thu điều biên (AM): ftt= 465KHZ hay 455KHz

Đối với máy thu điều tần (FM): ftt = 10,7MHz

- Bộ khuếch đại trung tần: có nhiệm vụ khuếch đại tín hiệu trung tần đến một giá trị

đủ lớn để đưa vào mạch tách sóng Đây là một tần khuếch đại chọn lọc, tải là mạchcộng hưởng có tần số cộng hưởng đúng bằng trung tần

- Tần tách sóng: có nhiệm vụ tách tín hiệu âm tần ra khỏi tín hiệu sóng mang cao tần,sau đó đưa tín hiệu vào mạch khuếch đại âm tần

 Sơ đồ khối máy thu AM và FM Stereo

Hầu hết các máy thu thanh hiện nay đều có 2 chức năng: thu sóng điều biên

AM và thu sóng cực ngắn FM Stereo Sơ đồ khối của máy thu có dạng như sau:

Hình 1.3: Sơ đồ khối máy thu AM, FM Stereo

Trong máy thu thanh hai băng sóng AM & FM có 2 đổi tần riêng biệt, 2 khốikhuếch đại trung tần và âm tần được dùng chung Dải tần của bộ khuếch đại trung tần

Chương 2: CHỨC NĂNG TỪNG KHỐI CỦA MÁY THU THANH

2.1 Mạch vào

Là mạch mắc giữa Anten và tần đầu tiên của máy thu, có nhiệm vụ chủ yếu lànhận tín hiệu từ Anten, chọn lọc các tín hiệu cần thu, do vậy mạch vào thường là mạchcộng hưởng Những yêu cầu cơ bản đối với mạch vào:

- Hệ số truyền đạt lớn và ổn định trên toàn băng sóng:

Trong đó:

+ UV: điện áp đưađến máy thu

+ EA: suất điện động cảm ứng trên Anten

- Đảm bảo điện độ chọn lọc: chọn lọc tần số lân cận, tần số ảnh f a = f 0 + 2f tt, và chọnlọc tần số lọc thẳng

- Đảm bảo độ méo tần số cho phép trong dải tần số làm việc từ f omin →f omax

2.1.1 Mạch vào ghép điện dung

Sơ đồ mạch vào và đáp ứng tần số:

Hình 2.1: Sơ đồ mạch ghép nối điện dung & đáp ứng tần số

Anten được nối với mạch cộng hưởng thông qua điện dung ghép Cgh Mạchcộng huởng là một khung cộng hưởng LC, gồm một tụ xoay Cx, một tụ tinh chỉnh CT

và một cuộn dây L1 Tần số cộng hưởng được điều chỉnh bằng đúng bằng tần số tínhiệu cần thu fo Qua cuộn ghép cao tần L1:L2, tín hiệu thu được được đưa đến cựcBase của mạch khuếch đại cao tần

Trị số của điện dung ghép Cgh= 5 →30pF

Nhược điểm: Hệ số truyền đạt không đồng đều trên cả băng sóng

2.1.2 Mạch vào ghép điện cảm với Anten

Sơ đồ mạch và đáp ứng tần số:

Hình 2.2: Sơ đồ mạch ghép nối điện cảm & đáp ứng tần số

Tín hiệu từ Anten qua cuộn ghép Lgh cảm ứng qua mạch cộng hưởng gồm tụ

Cx, CT và cuộn dây L1 Mạch cộng hưởng được điều chỉnh để chọn lọc lấy tín hiệu cầnthu và cảm ứng sang cuộn L2 để đưa đến cực Base của mạch khuếch đại cao tần Hệ sốtruyền đạt của mạch vào dạng này tỉ lệ với hệ số phẩm chất của khung cộng hưởng

LC Muốn tăng độ nhạy của mạch phải tăng L1 và giảm Lgh, nhưng L1 cũng không thể

tăng quá lớn mà phải chọn dung hòa hai giá trị này để tránh ảnh hưởng đến tần sốcộng hưởng của mạch

Nhược điểm của mạch ghép điện cảm là hệ số truyền dẫn cũng không đồng đềutrên toàn băng sóng Tuy nhiên so với mạch ghép điện dung thì mạch này có độ chọnlọc cao hơn và hệ số truyền dẫn cũng đồng đều hơn nên được sử dụng rộng rãi trongthực tế

2.1.3 Mạch ghép hỗn hợp điện cảm - điện dung

Sơ đồ mạch và đáp ứng tần số:

Hình 2.3: Sơ đồ mạch ghép nối hỗn hợp điện cảm - điện dung

Đây là dạng mạch vào sử dụng đồng thời cả tụ Cgh, và điện cảm Lgh do đó tậndụng được các ưu điểm và bù trừ được hệ số truyền đạt trên toàn băng sóng cho nên hệ

số truyền đạt của toàn mạch sẽ phẳng hơn đối với các máy thu có nhiều băng sóng, khichuyển băng sóng phải thay đổi cả cuộn cộng hưởng L1C và cuộn cảm ứng L2 tương

ứng Một số máy thu chất lượng cao ở mạch vào còn có thêm bộ lọc khử nhiễu lọtthẳng, tức là nhiễu có tần số đúng bằng trung tần.

2.2 Mạch khuếch đại cao tần

Bộ khuếch đại cao tần có nhiệm vụ khuếch đại tín hiệu điều chế cao tần đếnmột giá trị nhất định để đưa cho bộ đổi tần, các mạch khuếch đại cao tần thường đượcmắc kiểu CE hoặc CB Đối với băng sóng AM thì kiểu mắc CE là thích hợp vì tậndụng được hệ số khuếch đại cao của dạng ghép này, còn đối với băng sóng FM thìkiểu ghép CB là thích hợp hơn vì có băng thông làm việc rất rộng Tầng khuếch đạicao tần cũng có thể là tầng khuếch đại không cộng hưởng với tải là điện trở, điện cảmhoặc R-L hay biến áp nhưng phổ biến hơn cả vẫn là tải cộng hưởng tại một tần số nàođó

2.2.1 Sơ đồ mạch khuếch đại cao tần với tải (điện trở)

2.2.2 Sơ đồ mạch khuếch đại cao tần với tải là cuộn cảm mắc nối tiếp với điện trở R

Hình 2.5: Mạch khuếch đại cao tần với tải là cuộn cảm mắc nối tiếp với điện trở R

Đối vớidạng mạch nàythì khi tần sốtín hiệu thutăng thì XL sẽtăng theo ⇒Z=R+XL tăng điềunày sẽ làm tăng

hệ số khuếchđại của toànmạch

Trongthực tế mạchkhuếch đại cao tần với tải cộng hưởng là dạng mạch được sử dụng rộng rãi hơn cả,mạch này đảm nhận cả nhiệm vụ khuếch đại tín hiệu và chọn lọc tần số

Tải của mạch khuếch đại cao tần có thể là mạch cộng hưởng đơn hoặc mạchcộng hưởng kép với tần số cộng hưởng cố định hoặc có thể điều chỉnh được

Xem sơ đồ mạch khuếch đại cao tần với tải là mạch cộng hưởng đơn:

Hình 2.6: Mạch khuếch đại cao tần với tải là mạch cộng hưởng đơn

Tải của mạch là khung cộng hưởng L1C, cực C của transistor được mắc vào mộtphần của cuộn L1 Tại tần số cộng hưởng fo, hệ số khuếch đại của mạch là lớn nhất,khi lệch ra khỏi tần số cộng hưởng hệ số khuếch đại của mạch giảm nhanh chóng, vìvậy mạch có tính chọn lọc với tần số tín hiệu cần thu và loại bỏ các tín hiệu tần sốkhác và nhiễu

Bộ khuếch đại cao tần làm việc ở một dải tần rộng nên khó đảm bảo được hệ sốkhuếch đại đồng đều, cho nên trong các máy thu chất lượng cao thường dùng mạchkhuếch đại cao tần có mạch cộng hưởng điều chỉnh liên tục, tần số cộng hưởng đượcđiều chỉnh đồng bộ với tần số tín hiệu cần thu ở mạch vào nhờ tụ xoay đồng trục

Ở băng sóng 1, các chuyển mạch K1, K2, K3 đều ở vị trí 1, ở băng sóng 2 cácchuyển mạch này sẽ được nối vị trí 2

Hình 2.7: Tín hiệu trước và sau trộn tần

Người ta đã chứng minh rằng nếu trộn 2 tín hiệu có tần số khác nhau là f1 và f2

trên một phần tử phi tuyến thì sẽ nhận được ở đầu ra ngoài thành phần f1, f2 còn xuấthiện các thành phần tổng f1+f2 và hiệu f1-f2 Nếu dùng mạch lọc cộng hưởng ta dễ dàngnhận được tín hiệu có tần số hiệu f1-f2, và tần số hiệu này cũng chính là trung tần

Để tín hiệu trung tần có tần số cố định khi tín hiệu thu từ Anten có tần sốfobiến đổi thì tần số dao động nội cũng phải thay đổi tương ứng, trong máy thuthanh người ta giải quyết vấn đề này bằng cách sử dụng các tụ xoay đồng trục ở mạchvào và mạch dao động nội

Ở máy thu AM, ftt = 465KHz hoặc 455KHz và người ta thường chọn fn > f0

đúng bằng 1 trung tần Ngược lại ở máy thu FM do tần số sóng mang cao nên người tathường chọn fn < f0 đúng bằng 10,7 MHz = ftt FM

Có 2 dạng mạch đổi tần thông dụng: dạng dùng 1 transistor vừa làm nhiệm vụtạo dao động nội vừa làm nhiệm vụ trộn tần, dạng thứ 2 là dùng 2 transistor riêng biệt

để làm 2 nhiệm vụ trên Trong hầu hết các sơ đồ mạch, mạch dao động nội thườngdùng là khung cộnghưởng LC Tần số dao động nội được xác định theo công thức:

Hình 2.8: Mạch trộn tần

Trong sơ đồ trên T1 vừa làm nhiệm vụ dao động vừa làm nhiệm vụ trộn tần.Điện áp tín hiệu được đưa vào cực B, điện áp dao động nội được đưa vào cực E

Khi tạo dao động thì C1 được xem như nối mass cho cực B, mạch trở thành ghép BC

và thành phần quyết định dao động là khung L4C2, tín hiệu dao động nội được đưađến cực E bằng tụ C2, đây chính là thành phần hồi tiếp dương để trộn với tín hiệu cầnthu

Khi làm nhiệm vụ trộn tần thì C2 và L4 xem như nối mass cho E và T1 là mạchghép CE Tín hiệu trộn tần được đưa vào cực B và lấy ra từ cuộn cảm ứng trên khungcộng hưởng từ cực C

Nhược điểm của mạch này là độ ổn định kém do transistor đảm nhận cùng lúc 2nhiệm vụ dao động và trộn tần

Mạch đổi tần dùng 2 transistor:

Hình 2.9: Mạch đổi tần dùng 2 transistor

Trong sơ đồ mạch trên T1 đóng vai trò mạch trộn tần, T2 đóng vai trò mạch daođộng nội, tần số dao động nội được quyết định bởi L4, C7 và C8

Hoạt động của mạch như sau: tín hiệu cao tần từ khung CL1 cảm ứng qua L2 kết hợpvới tín hiệu từ mạch dao động nội cảm ứng trên cuộn L3, được đặt vào cực B của T1 T1

thực hiện việc trộn lẫn 2 tín hiệu và khuếch đại chọn lọc để lọc lấy tín hiệu trung tầnnhờ khung cộng hưởng CL6 mắc ở cực C của T1 Tín hiệu trung tần này được cảm ứngqua L7 để đi đến các tầng tiếp theo

Việc phân cực (chọn giá trị cho R1, R2) là rất quan trọng vì nó ảnh hưởng đếnkhả năng trộn tần và khuếch đại của mạch

Trong các máy thu hiện đại, thường người ta dùng một IC để thực hiện cácchức năng: khuếch đại cao tần, tạo dao động nội, trộn và đổi tần Xem mạch sau (ápdụng thu sóng FM)

L3 và C5 là mạch cộng hưởng nối tiếp để chọn lọc tín hiệu trung tần.

2.5 Mạch khuếch đại trung tần

Khối khuếch đại trung tần là một mạch khuếch đại cộng hưởng có nhiệm vụkhuếch đại tín hiệu trung tần đến một giá trị đủ lớn để đưa vào mạch tách sóng, bộkhuếch đại trung tần quyết định phần lớn độ chọn lọc và độ nhạy của máy thu

Nếu dùng transistor rồi, khối trung tần có thể gồm 1, 2 hoặc 3 tầng khuếch đạighép, còn nếu dùng IC thì mạch khuếch đại trung tần thường được tích hợp chung vớimạch tách sóng

Xem sơ đồ mạch khuếch đại trung tần cộng hưởng đơn: