Truyền thông (Communication) là tất cả sự trao đổI, vận chuyển thông tin bằng hình thức này hoặc hính thức khác. Ví dụ: Bạn đang đọc tài liệu này, tờ báo đã đọc sáng nay, chuyến tàu chở bạn đi t
17 Chơng Máy phát 2.1 Định nghĩa v phân loại Một hệ thống thông tin bao gồm: máy phát, máy thu v môi trờng truyền sóng nh hình 2.1 Trong máy phát l thiết bị phát tín hiệu dới dạng sóng điện từ đợc biểu diễn dới hình thức no Môi trờng Truyền sóng Máyphát Máy thu Hình 2.1 Sơ đồ khối tổng quát hệ thống thiết bị thu phát Sóng điện từ gäi lμ sãng mang hay t¶i tin lμm nhiƯm vơ chuyển tải thông tin cần phát tới điểm thu Thông tin ny đợc gắn với tải tin theo hình thức điều chế thích hợp Máy phát phải phát công suất đủ lớn để cung cấp tỉ số tín hiệu nhiễu đủ lớn cho máy thu Máy phát phải sử dụng điều chế xác để bảo vệ thông tin đợc phát đi, không bị biến dạng mức Ngoi ra, tần số hoạt động máy phát đợc chọn vo kênh v vùng phủ sóng theo qui định hiệp hội th«ng tin quèc tÕ, nhãm th«ng tin v« tuyÕn (ITU-R) Các tần số trung tâm máy phát phải có độ ổn định cao Do đó, tiêu kỹ thuật máy phát l: Công suất ra, tần số lm việc, độ ổn định tần số, dải tần số điều chế Có nhiều cách phân loại máy phát 2.1 Theo công dụng Phát Thông tin Cố định Di động Máy phát Phát Chg trình Phát Phát hình Phát ứng dụng Đo kh cách Hình 2.2 Phân loại máy phát theo công dụng Ra đa 18 2.1.2 Theo tần số + Phát thanh: + 3KHz ữ 30KHz (100Km ữ 10Km): phát sóng cực di VLW + 30KHz ữ 300KHz (10Km ữ 1Km): phát sóng di LW + 300KHz ữ 3000KHz (1Km ữ 100m): phát sóng trung MW + 3MHz ữ 30MHz (100m ữ 10m): phát sóng ngắn SW + Phát hình v phát FM + 30MHz ữ 300MHz (10m ữ 1m): phát sóng mét (VHF) + 300MHz ữ 3000MHz (1m ữ 0,1m): phát sóng dm (UHF) Trong dải tần số dùng phát FM: 88MHz ữ 108MHz + Thông tin Vi ba v Rađa: + 3GHz ữ 30GHz (0,1m ữ 0,01m): phát sóng cm + 30GHz ữ 300GHz (0,01m ữ 0,001m): phát sóng mm 2.1.3 Theo phơng pháp điều chế + Máy phát điều biên (AM), DSB + Máy phát đơn biên (SSB) + Máy phát điều tần (FM) v máy phát điều tần âm (FM Stereo) + Máy phát điều xung (PM) + Máy phát khoá dịch biên độ ASK, QAM, M-QAM + Máy phát khoá dịch pha PSK, QPSK, M-PSK + Máy phát khoá dịch tần FSK 2.1.4 Theo công suất + Máy phát công suất nhỏ Pra 1000KW Ngy nay, máy phát công suất nhỏ v trung b×nh ng−êi ta cã thĨ sư dơng hoμn toμn b»ng BJT, FET, MOSFET công suất, máy phát cã c«ng st lín vμ cùc lín ng−êi ta th−êng sử dụng loại đèn điện tử đặc biệt 2.2 Sơ đồ khối tổng quát loại máy phát 2.2.1 Sơ đồ khối tổng quát máy phát điều biên (AM) 19 Tiền KĐ âm tần KĐCSÂT Điều chế KĐCSCT Mạch Tiền KĐ Cao tần TBị an ton &lm nguội Khối chủ sóng Nguồn Cung cấp khuếch đại âm tần: Có nhiệm vụ khuếch đại điện áp tín hiệu vo đến mức cần thiết để đa vo tầng khuếch đại công suất âm tần (KĐCSÂT) Vì máy phát AM biên độ điện áp âm tần yêu cầu lớn để có độ điều chế sâu (m lớn) nên tầng ny thờng có tầng khuếch đại micro v khuếch đại điện áp mức cao + Khuếch đại công suất âm tần (KĐCSÂT): có nhiệm vụ khuếch đại tÝn hiƯu ®Õn møc ®đ lín ®Ĩ tiÕn hμnh ®iỊu chÕ tÝn hiƯu cao tÇn + Khèi chđ sãng (Dao động): có nhiệm vụ tạo dao động cao tần (sóng mang) có biên độ v tần số ổn định, có tầm biến đổi tần số rộng Muốn vậy, ta dùng mạch dao động LC kết hợp với mạch tự động điều chỉnh tần số (AFC), dùng dao động thạch anh + Khối tiền khuếch đại cao tần (TKĐCT): đợc dùng để nhân tần số khuếch đại dao động cao tần đến mức cần thiết để kích thích cho tần công suất lm việc Nó có nhiệm vụ đệm, lm giảm ảnh hởng tầng sau đến độ ổn định tần số cđa khèi chđ sãng V× vËy, nã cã thĨ cã nhiều tầng: tầng đệm, tầng nhân tần v tầng tiền khuếch đại công suất cao tần (TKĐCSCT) + Khối khuếch đại công suất cao tần (KĐCSCT): có nhiệm vụ tạo công suất cần thiết theo yêu cầu công suất máy phát Công suất yêu cầu cng lớn số tầng khuếch đại khối KĐCSCT cng nhiều + Mạch để phối hợp trở kháng tầng KĐCSCT cuối v anten để có công suất tối u, đồng thời lọc hi bậc cao, không ảnh hởng đến xung quanh 20 + Anten để xạ lợng cao tần máy phát thnh sóng điện từ truyền không gian + Nguồn cung cấp điện áp phải có công suất lớn để cung cấp cho Transistor đèn điện tử công suất + Ngoi ra, máy phát phải có thiết bị an ton v thiết bị lm nguội 2.2.2 Sơ đồ khối tổng quát máy phát đơn biên (SSB) Thiết bị đầu vo Bộ kích thích đơn biên Bộ điều chếđơn biên f1 Bộ đổi tần Suy giảm Bộ lọc KĐại dđộng đchế HTDD tầng Bộ lọc f2 Bộ tổng hợp tần số Nguồn cung cấp TB an ton & lm nguội Hình 2.4 Sơ đồ khối tổng quát máy phát đơn biên Ngoi yêu cầu kỹ thuật chung máy phát, máy phát đơn biên (SSB) phải có thêm số tiêu kỹ thuật sau đây: - Mức méo phi tuyến - 35 dB - Bề rộng kênh thoại v tổng số kênh thoại - Tần số lm việc: 1MHz - 30 MHz Việc xây dựng sơ đồ khối máy phát đơn biên có số đặc điểm riêng so với máy phát điều biên (AM) điều biên cân v lọc dải hẹp đợc sử dụng để tạo nên tín hiệu đơn biên, nhng công suất bị hạn chế vi mW Nếu sóng mang dải tần số cao (sóng trung v sóng ngắn) thực đợc lọc với yêu cầu cần thiết (dải thông hẹp, sờn dốc đứng ) xuất nhiễu xuyên tâm kênh, lm giảm tỷ số tín hiệu nhiễu Vì vậy, máy phát đơn biên tần số sóng mang để tạo đơn biên khoảng tần số trung gian: ( f =100KHz-500KHz) Do đó, sơ đồ cấu trúc máy đơn biên gồm tạo tín hiệu đơn biên tần số trung gian (100-500)KHz sau nhờ vi 21 đổi tần để chuyển đến phạm vi tần sè lμm viÖc ( f =1MHz-30MHz) råi nhê bé khuếch đại tuyến tính để khuếch đại đến công suất cần thiết + Thiết bị đầu vo: thờng lm nhiệm vụ khuếch đại tín hiệu âm tần tín hiệu ny bé hạn chế tín hiệu âm tần tín hiệu ny lớn + Bộ điều chế đơn biên (BĐCĐB): máy phát công suất lớn BĐCĐB thờng đợc xây dựng theo phơng pháp lọc tổng hợp Trong máy phát công suất nhỏ, yêu cầu kỹ thuật không cao nên sử dụng điều chế đơn biên theo phơng pháp läc - quay pha Khi ®ã viƯc ®iỊu chÕ tÝn hiệu đơn biên đợc thực tần số lm việc nên không cần có đổi tần v lọc + Bộ tổng hợp tần số máy phát đơn biên: l thiết bị chất lợng cao v phức tạp Nó phải bảo đảm tần sè sãng mang gèc ( f ) vμ c¸c tần số khác ( f ) có độ ổn định tần số cao ( f = 10 ữ 10 ) Vì vậy, cần dùng thạch anh để tạo tần số gốc f + Bộ đổi tần: thực chất l khuếch đại cộng hởng ®Ĩ lÊy thμnh phÇn hμi f = nf Chính nhờ đổi tần m độ ổn định tần số máy phát tăng lên + Bộ lọc 1: có nhiệm vụ lọc sản phẩm trình đổi tần + Bộ khuếch đại dao động điều chế (KĐDĐĐC): phụ thuộc vo công suất m có số tầng từ đến Để điều chỉnh đơn giản, một, hai tầng đầu l khuếch đại dải rộng không điều hởng Còn tầng sau l khuếch đại cộng hởng + Hệ thống dao động tầng dùng để triệt xạ hi v để phối hợp trở kháng Trong máy phát đơn biên lọc đầu thờng l hay hai bé läc h×nh Π ghÐp víi vμ chúng thờng có phần tử điều chỉnh độ ghép để nhận đợc tải tốt máy phát Tầng KĐDĐĐC đơn sử dụng đơn giản so với tầng đẩy kéo Song sử dụng tầng đơn gặp khó khăn l không phối hợp trở kháng với anten sóng ngắn đối xứng Đối với máy phát công suất Pra = (20 40)Kw ng−êi ta dïng biÕn ¸p đối xứng có lõi Ferrite Còn máy phát c«ng suÊt Pra = 100Kw ng−êi ta dïng biÕn áp đối xứng lõi + Bộ lọc 2: dùng để triệt thnh phần cao tần xuất dải tần số truyền hình, nên gọi l lọc tín hiệu truyền hình Đối với máy thu đơn biên ta phải đổi tín hiệu đơn biên thnh điều biên để thực tách sóng trung thực Muốn phải phục hồi sóng mang, điều ny yêu cầu vòng khoá pha PLL Do đó, máy phát 22 không triệt tiêu hon ton tần số sóng mang m giữ lại sóng mang có biên độ (5-20)% Tần số ny đợc gọi l tần số lái, đợc phát tín hiệu đơn biên Nhờ máy thu đơn biên khôi phục tín hiệu cách xác nhờ hệ thống tự động điều chỉnh tần số AFC theo nguyên lý PLL 2.2.3 Sơ đồ khối máy phát am đa kênh ghép kênh FDM Dđộg sóg mg Kênh Tầng K Đại Điều chế Bộ lọc Dđộg sóg mg Kênh Tầng K Đại Điều chế Bộ lọc Dđộg sóg mg Kênh n Tầng K Đại Điều chế Mạch ghép tạo tín hiệu tổng hợp Bộ lọc n Điều chế AM KĐCSCT Mạch DĐ sg mg TBị an ton &lm nguội Nguồn Cung cấp Hình 2.5 Sơ đồ khối máy phát đa kênh AM ghép kênh FDM 23 2.2.4 Sơ đồ khối tổng quát máy phát đIều tần Fm Tiền KĐ âm tần TĐKháng + ĐC FM Nhân tần KĐCSCT +mạch Khối chủ sóg (DĐ) TBị an ton &lm nguội Nguồn Cung cấp Hình 2.6 Sơ đồ khối tổng quát máy phát điều tần FM Tầng điện kháng: sử dụng phần tử điện kháng để biến đổi tín hiệu âm tần thnh điện kháng thay đổi (dung kháng cảm kháng biến thiên) để thực việc điều chế FM Phần tử ®iƯn kh¸ng cã thĨ lμ Transistor ®iƯn kh¸ng, ®Ìn ®iƯn kháng Varicap (điện dung biến đổi theo điện áp đặt vo Varicap) 2.2.5 Sơ đồ khối tổng quát máy phát Fm chất lợng cao fIF= 10MHz Tiền KĐ âm tần FRF= 100MHz TĐKháng + ĐC FM Tách sg + KĐ DC Nhân tần (x10) 100MHz KĐCSCT +mạch Dao động chuẩn 1MHz 9,9MHz Trộn sóng K đại trug gian 1MHz Nhân tần 99MHz Hình 2.7 Sơ đồ khối tổng quát máy phát điều tần FM chất lợng cao 24 2.3 Các mạch ghép máy phát Mạch ghép để ghép tầng v ghép tầng máy phát với anten Yêu cầu chung mạch ghép: Phối hợp trở kháng Đối với mạch ghép tầng: yêu cầu l trở kháng vo tầng phản ảnh với trở kháng cộng hởng tầng trớc tạo thnh trở kháng sóng tối u, đảm bảo công st vμ hiƯu st cđa tÇng nμy lμ lín Đối với mạch công suất: việc phối hợp trở kháng tầng khuếch đại công suất cao tần v anten nhằm đạt đợc công suất lớn Đảm bảo BĂNG thông (B) Mạch lọc đầu phải đảm bảo cho ngoi biên biên độ không giảm 3dB Mặt khác dải thông tỉ lƯ nghÞch víi hƯ sè phÈm chÊt cđa khung céng hởng (B = fo ) Vì để đảm bảo dải thông v hệ số phẩm chất ta phải dùng nhiều Q lọc ghép với Đảm bảo hệ số lọc hi cao Đối với máy phát có công suất lớn, yêu cầu thnh phần hi nhỏ Do đó, mạch ghép phải bảo đảm độ suy giảm đạt yêu cầu tần số hi không mong muốn Điều chỉnh mạch ghép Trong dải tần rộng v thay đổi độ ghép với tải để có tải tối u Nói chung đồng thời thoả mÃn yêu cầu m tuỳ trờng hợp cụ thể để xét yêu cầu no l quan trọng, yêu cầu no no l thứ yếu Ví dụ + Đối với tầng tiền khuếch đại, yêu cầu phối hợp trở kháng l chính, không yêu cầu độ chọn lọc cao, không cần hiệu suất cao nên cần dùng mạch cộng hởng đơn + Đối với tầng ra, yêu cầu hiệu suất cao, độ lọc hi cao nên dùng mạch cộng hởng phức tạp 2.3.1 tinh chỉnh anten Đối với tầng trớc cuối điện trở tải l điện trở vo tầng sau Còn tầng cuối điện trở tải l điện trở phiđơ Thực chất phiđơ l trở rA , dung kháng rA jX A , cảm kháng rA + jX A 25 Nhng anten trở công suất anten míi lín nhÊt Mn vËy, ph¶i chØnh anten céng h−ëng ë tÇn sè lμm viƯc b»ng bé phËn tinh chØnh NÕu lμ rA − jX A th× chØnh Lc vμ nÕu lμ rA + jX A th× chØnh b»ng C C nh− h×nh 2.8 H×nh minh häa tinh chỉnh anten Hình 2.8 Sử dụng cuộn cảm v tụ để tinh chỉnh anten 2.3.2 Ghép biến áp (ghép hỗ cảm) Mạch ghép biến áp l mạch ghép đợc sử dụng phổ biến máy phát Hình 2.9 Mạch ghép tải biến áp Từ mạch ghép biến áp trên, ta đa sơ đồ tơng đơng bên sơ cấp nh hình 2.10: 26 L1 C r rfa Hình 2.10 Sơ đồ tơng tơng mạch đợc qui bên sơ cấp Trong đó, điện trở phản ảnh đợc xác định nh biểu thức: r fa X gh (ω M ) = = RL RL (2.1) M = k L1 L2 (2.2) Với: RL l điện trở tải +M : Hỗ cảm + L1, L2 : Trị số điện cảm cuộn s¬ cÊp vμ thø cÊp +k : HƯ sè ghÐp phơ thc kÕt cÊu cđa cn d©y: - NÕu Sãng ngắn : k = 0,01 ữ 0,1 (ghép lỏng) Sóng trung : k = 0,5 ữ 0,9 (cuộn dây có lõi từ tính, ghép chặt) * Điện trở cộng hởng riêng mạch sơ cấp: RK = L1 ρ víi ρ = = rC r L1 C (2.3) * Điện trở cộng hởng mạch có t¶i: Rtd = ρ2 r + r fa (2.4) * Hiệu suất mạch ghép biến áp đợc biểu diễn bëi biĨu thøc: η BA = Trong ®ã : PL P1 PL : l công suất hữu ích tải P1 : Công suất cuộn sơ cấp (2.5) 27 η BA I K r fa r fa + r − r PL r = = = = 1− P1 r + r fa r + r fa I K (r + r fa ) (2.6) Tõ biĨu thøc (2.6) ta nhËn thÊy ®Ĩ hiệu suất biến áp cao ( BA = 0,9 ữ 0,95) th× r fa = (10 − 20)r Mμ mn r fa lín th× tõ (2.1) ta thÊy RL phải nhỏ v biến áp phải ghép chặt để có hỗ cảm M lớn Thờng điện trở tải cho trớc v không đổi, nên để tăng r fa ta phải tăng M Biểu thức (2.6) đợc viết lại d−íi d¹ng: η BA = R PL ρ2 /R = − K = − td P1 ρ / Rtd RK (2.7) Víi : RK, Rt® lμ ®iƯn trở tơng đơng mạch cộng hởng R L = ∞ vμ R L ≠ Nh− vËy; ®Ĩ hiệu suất biến áp cao RK phải lớn, m: R K = Q o ρ ; Víi Qo: hƯ sè phÈm chÊt cđa riªng khung céng h−ëng , nªn Qo phải lớn (Qo = 50 - 200) Mặc khác ta thay đổi độ ghép hỗ cảm M cho Rtđ = Rtđtớihạn để có hiệu suất cao 2.3.3 Các bớc thiết kế mạch ghép biến áp Khi thiết kế ta thờng đợc biết trớc điều kiện: PL , RL, tÇn sè gãc ω vμ chän Q1 tïy theo tÇn sè Ta sÏ tiÕn hμnh mét sè b−íc tÝnh to¸n nh− sau: BiÕt PL, chän (η BA = 0,7 ữ 0,98) tùy theo công suất yêu cầu theo bảng dới đây: Công suất Hiệu suất PL < 1W 0,7 ÷ 0,8 1W ≤ PL < 10W 0,75 ÷ 0,85 10W ≤ PL < 100W 0,84 ÷ 0,93 100W ≤ PL < 1KW 0,92 ÷ 0,96 1KW ≤ PL < 10KW 0,95 ÷ 0,98 PL ≥ 10KW 0,97 28 P1 = Xác định PL BA Vcm = (0,8 - 0,9) Vcc Chän Rtd = Điện trở cộng hởng có tải Vcm2 2P1 Chän hƯ sè phÈm chÊt cđa khung céng hởng sơ cấp đà có tải: Q1 = (10 ữ50) = Tính trở kháng đặc tính mạch sơ cấp RK Rtd = Qo Q1 Xác định L1, C: L1 = ρ ω vμ C ' = C + CCE = ωρ Víi CCE lμ ®iƯn dung líp tiÕp gi¸p CE cđa BJT nÕu C≥10 CCE th× C' ≈ C VËy: C = ωρ Hệ số phẩm chất riêng khung cộng hởng sơ cÊp: Qo = RK ρ ®ã: RK = Rtd − η BA TÝnh ®iƯn trë tỉn hao cuộn sơ cấp không v có tải: r = ρ Qo hc vμ r + r fa = r = ρ2 RK ρ Q1 vμ r + rfa = 10 Tính hỗ cảm : M= r fa RL 11 Tính giá trị cuộn cảm bên thứ cÊp : L2 = suy M2 k L1 ρ2 R td ... h×nh 2. 10: 26 L1 C r rfa H×nh 2. 10 Sơ đồ tơng tơng mạch đợc qui bên sơ cấp Trong đó, điện trở phản ảnh đợc xác ®Þnh nh− biĨu thøc: r fa X gh (ω M ) = = RL RL (2. 1) M = k L1 L2 (2. 2) Với: RL l điện. .. biến thiên) để thực việc điều chế FM Phần tử điện kháng l Transistor điện kháng, đèn điện kháng Varicap (điện dung biến đổi theo điện áp đặt vo Varicap) 2. 2.5 Sơ đồ khối tổng quát máy phát Fm chất... h×nh 2. 8 H×nh minh häa tinh chØnh cđa anten H×nh 2. 8 Sư dụng cuộn cảm v tụ để tinh chỉnh anten 2. 3 .2 Ghép biến áp (ghép hỗ cảm) Mạch ghép biến áp l mạch ghép đợc sử dụng phổ biến máy phát Hình 2. 9