Bộ bài thí nghiệm trên modul MCM 21 tập trung đi sâu nghiên cứu các đặc tính cơbản của điều chế và giải điều chế trong hệ thống thông tin tương tự, như điều chế và giảiđiều chế biên độ,
Trang 1TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ – VIỄN THÔNG -o0o -
BÁO CÁO THỰC HÀNH – THÍ NGHIỆM
KĨ THUẬT THÔNG TIN SỐ
GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN : Th.S NGUYỄN THỊ THU PHƯƠNG
Trang 2HẢI PHÒNG, THÁNG 09/ 2015
2
Trang 3MỤC LỤC
Trang
MỤC LỤC i
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT- KÝ HIỆU ii
DANH MỤC CÁC HÌNH iii
DANH MỤC CÁC BẢNG iv
ĐẶT VẤN ĐỀ 1
CHƯƠNG I: PHÒNG THỰC HÀNH THÍ NGHIỆM TƯƠNG TÁC MÁY TÍNH 2
1.1 Giới thiệu chung về thiết bị phòng thực hành – thí nghiệm 2
1.2 Cấu hình phần cứng bài thí nghiệm – thực hành IPES 3
1.3 Hướng dẫn sử dụng phần mềm SW-D-MCM/EV 4
CHƯƠNG II: CẤU TRÚC HOẠT ĐỘNG CỦA MODULE THÍ NGHIỆM MCM21/EV 6
2.1 Các khối chức năng cơ bản của MCM21/EV 6
2.2 Mô hình module thí nghiệm MCM21/EV trong phòng thí nghiệm 6
CHƯƠNG III: BÁO CÁO KẾT QUẢ THỰC HÀNH THÍ NGHIỆM THIẾT BỊ THU PHÁT VÔ TUYẾT ĐIỆN TRÊN MODULE MCM21/EV 7
Bài 1 :ĐIỀU CHẾ BIÊN ĐỘ 7
(AMPLITUDE MODULATION) 7
Bài 2:GIẢI ĐIỀU CHẾ BIÊN ĐỘ 18
(AMPLITUDE DEMODULATION) 18
TÀI LIỆU THAM KHẢO 29
KẾT LUẬN 30
Trang 4DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT- KÝ HIỆU
Chữ
ITU International Telecommunication Union Tổ chức viễn thông quốc tế
VCO Voltage Controlled Oscillator Bộ tạo dao động điều khiển
bằng điện áp
số
Trang 5DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 3.1 a, Sóng mang; b, Tín hiệu cần điều chế; c, Tín hiệu điều chế AM 7
AM trên miền thời gian và miền tần số
9
Hình 3.4 Sơ đồ kết nối thực hiện điều chế AM, quan sát tín hiệu sóng mang và
Hình 3.21 Sơ đồ khối hệ thống tách sóng biên độ đồng bộ sử dụng PLL 22
Trang 7ĐẶT VẤN ĐỀ
Bộ bài thí nghiệm nhằm giúp cho sinh viên nắm chắc lí thuyết đã học và làm quen với cácmạch điện thực tế với chức năng nhất định Nghiên cứu một cách chi tiết các đặc tính cơ bảncủa mạch điều chế và giải điều chế, khi thực hiện đầy đủ bộ bài thí nghiệm sinh viên sẽđược trang bị kiến thức sâu sắc hơn về điều chế và giải điều chế Đồng thời sinh viên cũngđược làm quen với các thiết bị đo và phương pháp thực hiện một bài thí nghiệm, giúp íchcho việc nghiên cứu sau này và làm việc thực tế
Bộ bài thí nghiệm trên modul MCM 21 tập trung đi sâu nghiên cứu các đặc tính cơbản của điều chế và giải điều chế trong hệ thống thông tin tương tự, như điều chế và giảiđiều chế biên độ, tần số Nghiên cứu các máy thu các tín hiệu AM, FM và máy thu đổi tần
và cả một số mạch khuếch đại chọn lọc Trên cơ sở bảng mạch thí nghiệm và các bài tập củatài liệu hướng dẫn ta có thể nghiên cứu và tìm hiểu về đặc tính phổ của tín hiệu AM và FM,ảnh hưởng của méo phi tuyến, tạp âm đến tín hiệu điều chế Quan sát trực quan các dạng tínhiệu điều chế để thấy rõ các mối quan hệ giữa các đại lượng của tín hiệu trước và sau điềuchế
Trang 8CHƯƠNG I: PHÒNG THỰC HÀNH THÍ NGHIỆM TƯƠNG TÁC MÁY TÍNH 1.1 Giới thiệu chung về thiết bị phòng thực hành – thí nghiệm.
Phòng thí nghiệm Kỹ thuật điện tử (PTN KTĐT) là sản phẩm kết quả đầu tư của Dự
án tăng cường năng lực nghiên cứu và đào tạo của Trường Đại học Hàng hải năm 2006
Cùng với xu hướng ứng dụng máy tính trong công nghệ (Computer aided), nhiều
hãng sản xuất thiết bị nghiên cứu, thí nghiệm hàng đầu thế giới cũng đã phát triển các phòng
thí nghiệm trên cơ sở ứng dụng máy tính - Computerized lab.
Tất cả các bài thí nghiệm về Kỹ thuật điện tử và Kỹ thuật viễn thông được trang bịtrong PTN KTĐT đều được thiết kế theo mô hình thí nghiệm tương tác với máy tính IPES
IPES - Interactive Practical Electronics System- là hệ thống các bài thí nghiệm, thực
hành điện tử tương tác với máy tính, một họ sản phẩm của hãng ElettronicaVeneta, Italia một hãng sản xuất thiết bị dạy học hàng đầu thế giới
-Khái niệm tương tác (Interactive) trong hệ thống các bài thí nghiệm, thực hành kỹ
thuật điện tử IPES được thể hiện ở kết cấu Panel thí nghiệm gồm hai thành phần :
- Panel thí nghiệm chính (ký hiệu MCMi/EV- i là chỉ số phân biệt nội dung chuyên
Bảng 1.1: Các Panel thí nghiệm chính
- Panel tương tác (ký hiệu SIS3/EV) : là panel tương tác với máy tính (Computercontrol system), thực chất là một giao diện phần cứng ghép nối máy tính với panel thínghiệm chính có phần mềm tương thích và nhiều tiện ích
SIS3/EV cùng với phần mềm tương thích và hệ thống các panel thí nghiệm đã hìnhthành khái niệm Hệ thống thí nghiệm kỹ thuật điện tử tương tác với máy tính
Trang 9Trong mô hình thí nghiệm tương tác với máy tính, máy tính PC không chỉ đóng vaitrò tích cực trợ giúp thí nghiệm viên, mà còn là một mắt xích không thể thiếu trong mốitương quan giữa ba khâu : thí nghiệm viên, đối tượng thí nghiệm và máy tính tương tác
Vai trò của máy tính với phần mềm tương thích không chỉ là hỗ trợ tích cực cho cáchoạt động thí nghiệm (computer aided), mà còn có sự tương tác trực tiếp với panel thínghiệm
Các tiện ích hỗ trợ của máy tính có thể là :
- Ứng dụng Multimedia, máy tính và phần mềm tiện ích là tài liệu điện tử tham khảovới đa phương thức thể hiện : bản text, sơ đồ, hình ảnh, âm thanh …
- Máy tính hỗ trợ mô phỏng, dự báo kết quả thí nghiệm
- Máy tính hỗ trợ xử lý số liệu, đồ họa, in ấn
Nhưng hơn hết, máy tính phải có sự tương tác trực tiếp với đối tượng thí nghiệm, thểhiện cả ở hai hướng liên kết :
- Máy tính trực tiếp tham gia điều khiển panel thí nghiệm, nguồn cung cấp, máy tạotín hiệu … thông qua các ghép nối vật lý và phần mềm điều khiển tương thích để làm thayđổi thông số mạch điện tạo nên các tình huống thí nghiệm phong phú
- Theo hướng liên kết ngược lại, cũng thông qua các ghép nối vật lý và phần mềmthu thập dữ liệu tương thích, máy tính tự động thu thập và tham gia xử lý số liệu thí nghiệm,góp phần tự động hóa quá trình thí nghiệm
1.2 Cấu hình phần cứng bài thí nghiệm – thực hành IPES.
Cấu hình phần cứng của bài thí nghiệm theo mô hình IPES của EV như biểu diễn trênhình 1.1
Đồng hồ vạn năng 3256-51
OSC -5030
Hình 1.1 Cấu hình phần cứng thí nghiệm IPES/EV
Trang 10Trong đó :
- Máy tính PC với phần mềm tương thích SW-D-MCMi/EV và khóa bản quyền phầncứng, ngoài tính năng trợ giúp máy tính còn trực tiếp điều khiển panel thí nghiệmMCMi/EV thông qua panel tương tác SIS3/EV
- Panel thí nghiệm chính, theo từng chuyên đề MCMi/EV, mỗi chuyên đề một modulvới chỉ số i khác nhau (từ 1 đến 40)
- Panel tương tác SIS3/EV là một giao diện phần cứng, ghép nối panel MCMi/EVvới máy tính, giao diện với PC thông qua cổng song song LPT (có khóa bản quyền phầncứng-hard protection), giao diện với MCMi/EV qua ghép nối nhiều dây song song
- Nguồn cung cấp PS1-PSU/EV : cung cấp nhiều cấp điện áp cho panel thí nghiệm vàpanel tương tác
Tùy thuộc yêu cầu trang thiết bị đốivới từng bài thí nghiệm, các thiết bị ngoại vi sau
sẽ được sử dụng :
- Máy phát tín hiệu FG-7002C
- Thiết bị đo hiện số ghép nối máy tính IU10/EV
- Máy hiện sóng OS-5030
- Đồng hồ vạn năng 3256-51
1.3 Hướng dẫn sử dụng phần mềm SW-D-MCM/EV.
Hệ thống các bài thí nghiệm theo mô hình IPES của EV phải sử dụng máy tính PC
với phần mềm ứng dụng SW-D-MCM/EV chạy trên nền hệ điều hành Windows từ phiên
bản 3.10 trở lên và có kết nối với panel tương tác SIS3/EV
Phần mềm SW-D-MCM/EV chỉ có thể chạy trên máy tính PC có bản quyền phần cứng Hardware Protection Key in the parallel interface (LPT) of the PC.
Nội dung thí nghiệm của mỗi chuyên đề ứng với mỗi panel thí nghiệm MCMi/EVđược cấu trúc thành nhiều bài thí nghiệm Mỗi bài thí nghiệm đều có hai phần cơ bản :
Lý thuyết (Theory) : giới thiệu mục đích thí nghiệm, các nội dung trọng tâm của cơ sở
lý thuyết có liên quan Tài liệu điện tử với đa phương thức thể hiện bằng tiếng Anhđược trình bày như một phần không thể thiếu của phần mềm ứng dụng
Thực hành (Experiments) : Máy tính PC sẽ trợ giúp cho sinh viên thực hiện các nộidung thực hành khi thí nghiệm các panel MCMi/EV
Khởi động phần mềm bằng việc kích hoạt biểu tượng của SW-D-MCM/EV trên nền hệ
điều hành Windows Ngay sau khi khởi động phần mềm ứng dụng, máy tính tự động kiểmtra khóa bản quyền phần cứng
Trong giao diện của phần mềm ứng dụng, các menu cơ bản gồm :
* Menu Lessons bao gồm các thao tác cơ bản sau :
Print In nội dung cửa số kích hoạt
Print preview In nội dung trang trước
Trang 11Select printer Lựa chọn máy in
Protection Key Xác minh khóa bản quyền phần cứng
Text Marker Enable/Disable the Text Marker
Mỗi chuyên đề thí nghiệm ứng với một modul thí nghiệm (MCMi/EV) Mỗi chuyên đềthí nghiệm gồm nhiều bài thí nghiệm Từng bài thí nghiệm có thể được lựa chọn trong cửa
sổ “Lesson selection”.
*Menu Theory bao gồm các thao tác cơ bản sau:
Next page Mở trang lý thuyết tiếp theo
Previous page Trở lại trang trước
New window Mở đồng thời một trang mới
Page number Mở trang có số trang tùy ý
*Menu Experiments bao gồm các thao tác cơ bản sau :
Execute Thực hiện nội dung thí nghiệm
Calculator Gọi chương trình tính toán
Solution Gọi hỗ trợ đáp án
Chú ý :
- Trong phần thực hành, các nội dung thực hiện có tính tuần tự, khi chưa thực hiệnđúng và thực hiện hết các bước của nội dung thực hành trước, phần mềm ứng dụng chưacho phép tiến hành các bước của nội dung thực hành tiếp theo
- Từng bước sử dụng tài liệu điện tử trong cơ sở lý thuyết và thực hiện các nội dungthực hành chi tiết theo tài liệu hướng dẫn thí nghiệm chuyên đề MCMi/EV
Trang 12CHƯƠNG II: CẤU TRÚC HOẠT ĐỘNG CỦA MODULE THÍ NGHIỆM MCM21/
EV 2.1 Các khối chức năng cơ bản của MCM21/EV
- Module MCM21/EV được thiết kế và xây dựng gồm nhiều mạch thành phần:
+ Bộ tạo quét: SWEEP GENERATOR+ Hai bộ tạo dao động có thể thay đổi tần số và biên độ: VCO1, VCO2.+ Hai bộ điều chế cân bằng: BALANCED MODULATOR 1 & 2
+ Bộ đổi tần: FREQUENCY CONVERTER
+ Các bộ tách sóng: bộ tách sóng tỉ lệ (FOSTER – SEELY & RATIODETECTOR), RF DETECTOR
+ Bộ khuếch đại trung tần và tách sóng điều biên: IF Amp./AM Detector.+ Bộ tự động điều chỉnh tần số: AFC
+ Các bộ lọc: bộ lọc trung tần (CERAMIC FILTER 455kHz), bộ lọcthông thấp (LP FILTER)
2.2 Mô hình module thí nghiệm MCM21/EV trong phòng thí nghiệm
Hình2.1 Module thực hành MCM21/EV
Trang 13CHƯƠNG III: BÁO CÁO KẾT QUẢ THỰC HÀNH THÍ NGHIỆM THIẾT BỊ
THU PHÁT VÔ TUYẾT ĐIỆN TRÊN MODULE MCM21/EV
Bài 1:
ĐIỀU CHẾ BIÊN ĐỘ (AMPLITUDE MODULATION 1.1 Mục tiêu.
- Khảo sát các tham số cơ bản của một tín hiệu điều biên
- Kiểm tra sự hoạt động của một bộ điều chế biên độ
- Nghiên cứu quan hệ giữa biên độ sóng mang và tín hiệu
- Nghiên cứu bản chất của hệ số điều chế, méo phi tuyến và hiện tượng quáđiều chế trong điều chế biên độ
1.2 Trang thiết bị cần thiết.
1: Bộ phận cơ bản: nguồn modul PSU/EV, bộ khung modul MU/EV, SIS3.2: Modul thí nghiệm MCM21/EV
Trang 14Hình 3.1 a, Sóng mang; b, Tín hiệu cần điều chế; c, Tín hiệu điều chế AM
Cho hai tín hiệu hình sine (Hình 3.1a,b)
vm(t) = B.sin(2f.t) và vc(t) = A.sin(2F.t)Trong đó
- vm(t) là tín hiệu cần điều chế có tần số là f, biên độ tín hiệu là B
- vc(t) là tín hiệu sóng mang có tần số là F, biên độ tín hiệu là A
Khi đó tín hiệu điều chế biên độ vM(t) (AM – Amplitude Modulation) có dạng:
k B m A
Theo hình 3.1c, thì hệ số điều chế có thể được tính theo công thức:
.100
H h m
Trang 150 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 -1
Trang 16Trong bộ tạo tín hiệu phát AM :
- Trong mạch điều chế AM, bộ khuếch đại công suất ra làm việc trong chế độ C
- Đối với tín hiệu có tần số thấp, khi thực hiện điều chế thì sóng mang ra phảikhuếch đại công suất
Trong bài thí nghiệm này mạch tạo tín hiệu điều chế AM sử dụng phần tử chính làICLM1496 như hình vẽ :
Trang 17R23 R24 R25 R28
R27 C9
C7
1nF CARRIER
R22
SIGNAL
R20 R19
C.IN-S.IN+
1 Gain 2
4 Gain 3
+OUT 6-OUT 12
Hình 3.3.Mạch tạo tín hiệu điều chế AM
4 Các bước tiến hành thí nghiệm
Từ phần mềm DIDA vào Lessons, chọn Module MCM21→ Amplitudemodulation
Trong phân mềm DIDA sử dụng nút hoặc để đọc các nội dung liên quantrong bài thực hành
Trang 180 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 -0.5
t
Hình 3.4 Tín hiệu sóng mang và tín hiệu cần điều chế
Vặn núm xoay CARRIER NULL hết hoàn toàn theo chiều kim đồng hồ hoặc ngược chiều kim đồng hồ, để phá vỡ sự cân bằng của bộ điều chế và nhận được một tín hiệu
AM với sóng mang không bị triệt tiêu qua đầu ra
Nối DĐKĐT (dao động ký điện tử) với các đầu vào của bộ điều chế (TP7 và TP8) hiệu chỉnh các núm chức năng trên DĐKĐT để xác định tín hiệu sóng mang và tín hiệu mang điều chế.(quan sát hình3.5)
VCO2
1Vpp450kHz
BAL.MOD 1
CARRIER NULL: MAX/MINLEVEL: CENTER
0.5Vpp1kHz 8
Oscilocope
9
CH1 CH2
Hình 3.5 Sơ đồ kết nối thực hiện điều chế AM, thực hiện quan sát tín hiệu sóng mang
và tín hiệu điều chế trên dao động ký điện tử.
Chuyển que đo từ TP7 sang TP9 (đầu ra của bộ điều chế), (hình3.6)
VCO2
1Vpp450kHz
BAL.MOD 1
CARRIER NULL: MAX/MINLEVEL: CENTER
0.5Vpp1kHz 8
Trang 19Dạng tín hiệu điều chế AM quan sát được trên Oscillocope:
Mối quan hệ nào dưới đây về 3 dạng sóng quan sát được?
1 Tín hiệu ra (trên TP9) có đường bao thay đổi theo tín hiệu sóng mang
2 Biên độ tín hiệu ra (trên TP9) tỉ lệ với tần số của tín hiệu mang điều chế
3 Tín hiệu ra (trên TP9) có đường bao thay đổi theo tín hiệu mang điều chế
4 Tần số của tín hiệu ra (trên TP9) tỉ lệ với biên độ của tín hiệu mang điều chế.Chọn đáp án 3
Giải thích:Quan sát trên Oscillocope ta thấy tín hiệu điều chế AM (đo trên TP9) có đườngbao thay đổi theo tin hiệu bản tin (đo trên TP8)
Câu hỏi 2:
Giữ mức biên độ tín hiệu sóng mang là 1Vpp và tín hiệu mang điều chế là 0.5Vpp Tỉ
lệ phần trăm hệ số điều chế là bao nhiêu?
=
1 100 0.5
Vpp Vpp =20%
Trong đó : B là biên độ tín hiệu sóng mang
A là biên độ tín hiệu mang điều chế
Thay đổi tần số và dạng sóng của tín hiệu mang điều chế và kiểm tra xem tín hiệuđiều chế AM có thay đổi tương đương hay không
Thay đổi biên độ của tín hiệu mang điều chế và kiểm tra xem hệ số phẩm chất tínhtheo phần trăm có đạt được theo 3 tiêu chí: gần tới 100%, bằng 100% , hoặc vượtquá 100%
Trang 200 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 -0.5
Trang 210 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 -0.5
Thay đổi biên độ của tín hiệu mang điều chế và chú ý tín hiệu điều chế AM có thể
bị quá điều biến và tràn
Trang 22Trên màn hình xuất hiện: PRESS <ENTER> TO CONTINUE(ấn phím ENTER để tiếp
tục trả lời câu hỏi 3)
Sau khi ấn ENTER thì thấy trên OSL mất tín hiệu sóng mang
Giải thích : Do lỗi khi lập trình nên trên máy tính ta chọn đáp án 3
Dùng Osscillocope kiểm tra tín hiệu ở đầu ra VCO2 tại TP18 thấy vẫn có tín hiệu, dùngđồng hồ vạn năng kiểm tra tín hiệu trên T4 và RV5, các linh kiện này vẫn hoạt động bìnhthường Đo chân 12 ( R30 ) không có tín hiệu nên IC2 bị tác động
Tính tuyến tính của bộ điều chế
* Giữ biên độ sóng mang 1Vpp và tín hiệu mang điều chế là 0.5 Vpp, thiết lậpDĐKĐT ở chế độ quét hình sine (X-Y) ( X=0.2V/div, Y= 0.5V/div) Nối TP8 tới kênh X(CH1) TP9 tới Y (CH2)
* Trường hợp đường bao của tín hiệu điều chế AM giống biên độ của tín hiệu mangđiều chế, hình ảnh quan sát được có dạng hình thang (hình xxa) Trường hợp là kết quảkhông tuyến tính hoặc bị méo của tín hiệu điều biên gây nên Khi tăng biên độ của tínhiệu mang điều chế hiện tượng quá điều biên xảy ra, trường hợp này biểu thị trênhìnhxx.b
a) b)
X=0.2V/div Y=0.5V/div
Hình 3.12.Tính tuyến tính của bộ điều chế
Câu hỏi ôn tập (summary questions I & II)
Quan sát trên màn hình máy tính để trả lời các câu hỏi dưới dây Sử dụng công cụmáy tính của phần mềm hỗ trợ để tính toán
Với một tín hiệu hình sine có tần số thấp có dạng: 25.sin(6000.t) được điều chế với tín hiệu sóng mang có dạng: 50.sin(13000.t)