Nghiên cứu và xây dựng các bài thực hành thí nghiệm điều chế và giải điều chế FM trên bộ kít ITF-204B của hãng IWATSU

LỜI MỞ ĐẦU Từ trước đến thông tin nhu cầu thiết yếu thiếu Thông tin bao gồm tin tức đời sống ngày, tin tức giải trí, tin tức thời tiết hay tín tức kinh tế , quân Để cung cấp nhu cầu thông tin ngày mạnh nhiều quốc gia giới đặt việc nghiên cứu tìm hiểu học tập mở rộng hệ thống truyền thông Đồng thời việc đào tạo kỹ sư điện tử truyền thông điều cần thiết cho mở rộng hệ thống thông tin Qua trình học tập trường Hàng hải ngành điện tử viễn thông, giúp đỡ tận tình dạy bảo thầy cô trường em kết thúc khóa học có phần kiến thức để phục vụ cho trình làm việc tương lai Được đồng ý nhà trường thầy cô hướng dẫn, em giao đề tài tốt nghiệp: “Nghiên cứu xây dựng thực hành thí nghiệm điều chế giải điều chế FM kít ITF-204B hãng IWATSU” Đồ án tốt nghiệp em gồm ba chương: Chương I: Kỹ thuật thu phát sóng FM ChươngII: Tổng quan Module thí nghiệm Chương III: Quy trình kết thí nghiệm Đề tài tốt nghiệp giúp em hiểu rõ phương pháp phát- thu tín hiệu hệ thống thu phát Trên sở mở rộng kiến thức nhiều hệ thống khác Sau nghiên cứu hướng dẫn thầy hưỡng dẫn Trương Thanh Bình, em hoàn thành đồ án tốt nghiệp Do thời gian hạn chế nên tránh sai sót Em mông nhận đực đóng góp ý kiến thầy cô đề đồ án hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn TP.Hải Phòng, ngày tháng năm 2016 Sinh viên thực Nguyễn Thu Hà LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đề tài nghiên cứu riêng ttooi hướng dẫn Ths Trương Thanh Bình Nội dung nghiên cứu chân thực chưa công bố hình thức trước Những số liệu, hình ảnh, bảng biểu, phân tích, nhận xét đánh giá thân thu thập thực nghiệm Các tài liệu tham khảo ghi rõ nguồn gốc Nếu có phát gian lận xin hoàn toàn chịu trác nhiệm nội dung đề tài thân Tôi xin chân thành cảm ơn! TP.Hải Phòng, ngày tháng năm 2016 Sinh viên thực Nguyễn Thu Hà MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU MỤC LỤC DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ CHƯƠNG I: KỸ THUẬT THU PHÁT SÓNG FM 1.1 NGUYÊN LÝ Về Hệ THốNG THU PHÁT FM 1.2 NGUYÊN LÝ Về MÁY PHÁT FM 1.3 NGUYÊN LÝ Về MÁY THU FM 11 CHƯƠNGII: TỔNG QUAN VỀ MODULE THÍ NGHIỆM 17 2.1 NGUồN CUNG CấP 17 2.2 MÁY PHÁT FM 18 2.2.1 2.2.2 2.3 KHốI KHUếCH ĐạI MICRO 18 KHốI ĐIềU CHế FM 21 MÁY THU FM 26 2.3.1 2.3.2 2.3.3 2.3.4 KHốI MạCH ĐầU VÀO 26 KHốI KHUếCH ĐạI TRUNG TầN 26 KHốI TÁCH SÓNG FM 27 KHốI KHUếCH ĐạI ÂM TầN 32 CHƯƠNG III: QUY TRÌNH VÀ KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM 33 3.1 ĐIềU CHế TầN Số 33 3.1.1 3.1.2 3.1.3 3.2 ĐIềU CHế TầN Số KHI Sử DụNG TÍN HIệU VÀO MộT CHIềU DC 33 ĐIềU CHế TầN Số KHI Sử DụNG TÍN HIệU ĐầU VÀO XOAY CHIềU AC 35 ĐIềU CHế TầN Số KHI Sử DụNG TÍN HIệU ÂM TầN 38 TÁCH SÓNG TÍN HIệU ĐIềU TầN 42 3.2.1 TÁCH SÓNG TÍN HIệU ĐIềU TầN CÓ ĐầU VÀO LÀ TÍN HIệU SINE 42 3.2.2.TÁCH SÓNG TÍN HIệU ĐIềU TầN CÓ ĐầU VÀO LÀ TÍN HIệU ÂM TầN 50 3.3 THU TÍN HIệU FM 54 TÀI LIỆU THAM KHẢO 58 DANH MỤC CÁC BẢNG Số bảng 3.1 3.2 Tên bảng bảng giá trị tần số đầu thay đổi so điện áp đầu vào bảng giá trị điện áp đầu so với tần số đầu vào mách tách sóng Trang 32 48 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1 Hệ thống thu phát Hình 1.2 Đều chế FM Hình 1.3 Nguyên lý khối điều hưởng 11 Hình 1.4 Mạch vào máy thu 12 Hình 1.5 Sự phụ thuộc trở kháng khung cộng hưởng vào tần số đầu vào 14 Hình 1.6 Khung cộng hưởng song song 14 Hình 1.7 Sự thay đổi biên độ tín hiệu khung cộng hưởng phụ thuộc vào tần số đầu vào khung 15 Hình 1.8 Khung cộng hưởng nối tiếp 15 Hình 2.1 Bộ kit ITF- 204B 17 Hình 2.2 Nguồn cung cấp 17 Hình 2.3 Khối khuếch đại micro 21 Hình 2.4 Mạch điều chế tần số dùng varicap 21 Hình 2.5 Mạch điều chế tần số dùng PLL 21 Hình 2.6 Mạch điều chế tần số dùng PLL 22 Hình 2.7 Khối điều chế FM 22 Hình 2.8 DIODE VARICAP 23 Hình 2.9 Mạch dao động sine tần số thấp 23 Hình 2.10 Mạch dao động dịch pha 24 Hình 2.11 Hệ thống hồi tiếp khâu RC 25 Hình 2.12 Đặc tính diode varicap 25 Hình 2.13 Khối mạch đầu vào 26 Hình 2.14 Khối khuếch đại trung tần 27 Hình 2.15 Khối tách sóng FM 27 Hình 2.16 Đồ thị đặc tính( trục hoành tần số, trục tung trở kháng 29 Hình 2.17 Mạch tách sóng cầu phương( tách sóng cầu giao) 30 Hình 2.18 Nguyên tắc hoạt động tách sóng pha 30 Hình 2.19 Mạch lấy tích phân CR 31 Hình 2.20 Khối khuếch đại âm tần 32 Hình 3.1 Sơ đồ kết nối đo điện áp vào diode D1 tần số đầu mạch điều chế tần số 33 Hình 3.2 Biểu đồ giá trị tần số đầu so điện áp đầu vào 35 Hình 3.3 Sơ đồ kết nối điều chế tần số tín hiệu với đầu vào tín hiệu xoay chiều 35 Hình 3.4 Tín hiệu điều tần hở mạch đầu vào 36 Hình 3.5 Tín hiệu điều tần chân TP9 37 Hình 3.6 Tín hiệu điều tần chân TP9 tăng biên độ tín hiệu đầu vào 37 Hình 3.7 Tín hiệu điều tần chân TP9 giảm biên độ tín hiệu đầu vào 37 Hình 3.8 Tín hiệu điều chế TP9 tăng tần số tín hiệu đầu vào 38 Hình 3.9 Điều chế tần số tín hiệu âm tần 38 Hình 3.10 Tín hiệu điều tần hở mạch đầu vào 39 Hình 3.11 Tín hiệu điều tần chân TP5,TP9 40 Hình 3.12 Tín hiệu âm tần TP13 41 Hình 3.13 Tín hiệu điều chế TP5, TP9 tăng âm lượng 41 Hình 3.14 Tín hiệu âm tần chân TP13 giảm âm lượng tín hiệu âm tần 41 Hình 3.15 Tín hiệu điều tần chân TP9 giảm âm lượng tín hiệu âm tần 42 Hình 3.16 Tách sóng tín hiệu điều tần ( đầu vào tín hiệu tín hiệu sine) 42 Hình 3.17 Tín hiệu điều tần hở mạch đầu vào 43 Hình 3.18 Tín hiệu điều tần chân TP9 43 Hình 3.19 Tín hiệu vào TP5, tín hiệu tách sóng FM chân TP31 44 Hình 3.20 Tín hiệu TP5, TP9 (khi tăng biên độ tín hiệu đầu vào điều chế) 44 Hình 3.21 Tín hiệu TP5, TP31 (khi tăng biên độ tín hiệu đầu vào điều chế) 44 Hình 3.22 Tín hiệu TP23, TP27 45 Hình 3.23 Tín hiệu TP5, TP9 (khi giảm biên độ tín hiệu vào điều chế) 46 Hình 3.24 Tín hiệu TP5, TP31(khi giảm biên độ tín hiệu vào điều chế) 46 Hình 3.25 Tín hiệu TP5, TP9 (khi tăng tần số vào tín hiệu điều chế) 46 Hình 3.26 Tín hiệu vào tách sóng, tín hiệu LCR chân TP25 47 Hình 3.27 Tín hiệu vào tách sóng, tín hiệu dịch pha chân TP27 47 Hình 3.28 Đặc tính đầu vào đầu mạch tách sóng 49 Hình 3.29 Tín hiệu đầu vào mạch tách sóng FM tần số 10.2 MHz 49 Hình 3.30 Tín hiệu đầu vào mạch tách sóng FM tần số 10.7 MHz 49 Hình 3.31 Tín hiệu đầu vào mạch tách sóng FM tần số 11.2 MHz 49 Hình 3.32 Tách sóng tín hiệu điều tần ( đầu vào tín hiệu tín hiệu âm thanh) 50 Hình 3.33 Tín hiệu điều tần hở mạch đầu vào 51 Hình 3.34 Tín hiệu âm tần chân TP13 51 Hình 3.35 Tín hiệu TP5, TP31 52 Hình 3.36 Tín hiệu TP5, TP31 (khi tăng tín hiệu âm thanh) 52 Hình 3.37 Tín hiệu TP5, TP31 (khi giảm tín hiệu âm thanh) 53 Hình 3.38 Tín hiệu TP5, TP9 53 Hình 3.39 Tín hiệu TP5, TP9(khi tăng tín hiệu âm thanh) 53 Hình 3.40 Tín hiệu TP5, TP9(khi giảm tín hiệu âm thanh) 54 Hình 3.41 Thu sóng FM 54 Hình 3.42 Tín hiệu TP27 TP31 55 Hình 3.43 Tín hiệu TP31( không bắt tần số phát FM) 55 Hình 3.44 Tín hiệu TP31( không bắt tần số phát FM, có nhiễu) 55 Hình 3.45 Tín hiệu TP31(bắt tần số phát FM) 56 CHƯƠNG I: KỸ THUẬT THU PHÁT SÓNG FM 1.1 Nguyên lý hệ thống thu phát FM Hệ thống thu phát FM hệ thống thông tin vô tuyến điện bao gồm phần phát, phần thu môi trường truyền sóng không gian Phần phát có chức phát thông tin xa dạng sóng cao tần Phần thu có chức chọn lọc tín hiệu tách tín hiệu tin tức khỏi sóng cao tần điều chế sau đưa tới đầu phù hợp Tín hiệu Điều chế Khuếch đại Giải điều chế Khuếch đại Hình 1.1Hệ thống thu phát 1.2 Nguyên lý máy phát FM Máy phát gồm khối: khối điều biến, khối điều chế, khuếch đại truyền tín hiệu không gian qua sử dụng anten Đầu vào phổ biến máy phát tín hiệu tương tự dải sở đầu tần số cao nguồn tín hiệu cao điều biến Để truyền thông tin xa tín hiệu có tần số cao truyền xa Trong tín hiệu tiếng nói hay số tín hiệu âm thanh, tin tức khác lại tín hiệu âm tần có tần số thấp Chính mà ta phải điều chế tín hiệu lên cao tần mà không làm ảnh hưởng đến tin tức mà truyền xa Hình 1.2 Đều chế FM Điều chế trình biến đổi số thông số sóng mang cao tần theo quy luật tín hiệu tin tức cần điều chế Điều chế FM điều chế tần số, trình biến đổi tần số sóng mang cao tần theo quy luật tín hiệu tin tức Việc dùng phương pháp điều chế tần số thay đổi tần số sóng mang theo quy luật tín hiệu tin tức nên tín hiệu truyền không gian không bị yếu tố tác động biên độ tin tức làm ảnh hưởng nên nhiễu không biến dạng tín hiệu Tính chọn lọc cao Độ tin cậy lớn Vì có tần số cao nên lượng thông tin truyền tải nhiều Tần số điều chế FM cao nên bước sóng tín hiệu ngắn dẫn đến thông tin truyền không xa, theo đường nhìn thấy hai anten, dễ bị chặn chướng ngại vật Đường truyền tín hiệu không xa nên cần dựng anten cao Cấu trúc mạch điều chế tần số mạch giải điều chế tần số FM phức tạp mạch điều chế giải điều chế biên độ AM Điều chế tần số dạng điều chế quan trọng dùng thông tin, tính chống nhiễu tốt điều chế biên độ AM Có tín hiệu sóng mang cao tần chưa bị điều chế là: 𝑥𝑐 (𝑡) = 𝑉𝑐 cos(𝜔𝑐 t + 𝜑0 ) = 𝑉𝑐 cosφ(t) đó: φ (t) = 𝜔𝑐 t + 𝜃0 : pha tức thời dao động cao tần Tín hiệu thời điểm t,𝜔𝑐 : tần số sóng mang; 𝜑0 : pha ban đầu Mối quan hệ tần số pha: 𝜔 𝑡 = 𝑑φ(t) 𝑑φ(t) => 𝑓 𝑡 = 𝑑𝑡 2𝜋 𝑑𝑡 𝜔 𝑡 = 𝜔 𝑡 𝑑𝑡 = 2𝜋 𝑓 𝑡 𝑑𝑡 𝜔 𝑡 tần số tức thời thời điểm t Tín hiệu điều chế tần thấp m(t)làm thay đổi pha tức thời ta có điều chế góc Biên độ sóng mang không đổi Nếu m(t) làm thay đổi tần số 𝜔𝑐 ta có điều chế tần số FM (Frequency Modulation) 𝜔𝐹𝑀 𝑡 = 𝑑φ(t) = 𝜔𝑐 + 𝑘𝑓 𝑚 𝑡 => φ t = 𝜔𝑐 𝑡 + 𝑘𝑓 𝑑𝑡 𝑚 𝑡 𝑑𝑡 Tín hiệu điều chế FM : 𝑦𝐹𝑀 = 𝑉𝑐 cosφ t = 𝑉𝑐 cos⁡ (𝜔𝑐 𝑡 + 𝑘𝑓 𝑚 𝑡 𝑑𝑡) Cho 𝑚 𝑡 = 𝑉𝑚 𝑐𝑜𝑠𝜔𝑚 𝑡 , có pha ban đầu 𝜃0 = Tín hiệu FM có dạng : 𝑦𝐹𝑀 = 𝑉𝑐 cos 𝜔𝑐 𝑡 + 𝑘𝑓 = 𝑉𝑐 cos 𝜔𝑐 𝑡 + Với 𝑚𝑓 = 𝑘 𝑓 𝑉𝑚 𝜔𝑚 = 𝛥𝜔 𝜔𝑚 𝑚 𝑡 𝑑𝑡 = 𝑉𝑐 cos 𝜔𝑐 𝑡 + 𝑘𝑓 𝑉𝑚 𝑐𝑜𝑠𝜔𝑚 𝑡𝑑𝑡 𝑘𝑓 𝑉𝑚 𝑠𝑖𝑛𝜔𝑚 𝑡 = 𝑉𝑐 cos 𝜔𝑐 𝑡 + 𝑚𝑓 𝑠𝑖𝑛𝜔𝑚 𝑡 𝜔𝑚 (chỉ số điều chế) 𝛥𝜔 = 𝑘𝑓 𝑉𝑚 (độ di tần) Trong trường hợp tín hiệu FM dải hẹp, độ di tần nhỏ 𝑚𝑓