BAI GIANG TBDC

Bài giảng Thiết bị đầu cuối Viễn thơng LỜI NĨI ĐẦU *** Ngày nay, với phát triển mạnh mẽ ngành Viễn thông, bên cạnh dịch vụ viễn thông đa dạng, hàng loạt thiết bị đầu cuối viễn thông mới, tiên tiến liên tục đời phục vụ công việc, sống người ngày thuận tiện Thiết bị đầu cuối viễn thông trở thành phương tiện thiếu cá nhân, tổ chức, quan… thời đại Để nắm vai trò thiết bị đầu cuối Viễn thơng, tìm hiểu tự làm cho thiết bị đầu cuối viễn thơng hữu ích vấn đề cần quan tâm sinh viên “Thiết bị đầu cuối Viễn thông” môn học giới thiệu số thiết bị đầu cuối ứng dụng rộng rãi ngành Viễn thông Mục đích mơn học nhằm giúp sinh viên nắm cấu tạo, nguyên lý làm việc thông số kỹ thuật thiết bị đầu cuối khác Giáo trình “Thiết bị đầu cuối Viễn thơng” gồm chương: Chương 1: Máy thu Chương 2: Máy thu-phát hình Chương 3: Máy điện thoại bàn Chương 4: Máy điện thoại di động Chương 5: Máy fax camera Chương 6: CD Player DVD Player Trang Bài giảng Thiết bị đầu cuối Viễn thông Chương 1: MÁY THU THANH TÓM TẮT CHƯƠNG Lịch sử phát triển thông tin trải qua nhiều kiện quan trọng phát minh máy điện báo, máy điện thoại, phát minh diode đường hầm…đã đánh dấu phát triển vượt bậc lĩnh vực điện tử, thông tin vào năm cuối kỷ 19 Sự đời thiết bị máy thu năm đầu kỷ 20 có ý nghĩa quan trọng, giúp cho việc trao đổi thơng tin nhanh chóng tiện lợi Máy thu thiết bị điện tử hoàn chỉnh dùng để thu nhận sóng radio mang thơng tin, phục hồi lại tín hiệu thông tin ban đầu, khuếch đại đến giá trị yêu cầu đưa loa để truyền đến tai người nghe Mục tiêu chương yêu cầu sinh viên nắm điểm máy thu gồm: - Máy thu gì?, thơng số kỹ thuật máy thu - Sơ đồ khối máy thu AM FM Stereo - Nguyên lý làm việc máy thu - Cấu tạo chức mạch máy thu 1.1 Khái niệm Máy thu thiết bị điện tử dùng để thu nhận sóng radio mang thơng tin, phục hồi lại tín hiệu thơng tin ban đầu, khuếch đại đến giá trị yêu cầu đưa loa 1.2 Các thông số kỹ thuật máy thu - Độ nhạy: sức điện động nhỏ Anten EA để máy thu làm việc bình thường Những máy thu có chất lượng cao thường có độ nhạy EA nằm khoảng 0,5 µ V → 10 µ V Ngồi máy thu cịn phải có khả chọn lọc nén tạp âm, tức đảm bảo tỷ số S/N mức cho phép Thơng thường để thu tốt biên độ tín hiệu phải lớn tạp âm 10 lần ( tức 20 dB) Muốn nâng cao độ nhạy máy thu hệ số khuếch đại phải lớn mức tạp âm nội phải thấp (giảm tạp âm tầng đầu) Ở siêu cao tần (f>30MHz) độ nhạy máy thu thường xác định công suất sức điện động cảm ứng anten - Độ chọn lọc: khả chèn ép dạng nhiễu khơng phải tín hiệu cần thu Nghĩa độ chọn lọc khả lựa chọn tín hiệu khỏi loại nhiễu tồn đầu vào máy thu Độ chọn lọc thường thực mạch cộng hưởng, phụ thuộc vào số lượng, chất lượng độ xác hiệu chỉnh Trang Bài giảng Thiết bị đầu cuối Viễn thông Độ chọn lọc ký hiệu: Se  A0 1 Af + Ao: hệ số khuếch đại tần số f0 + Af: hệ số khuếch đại tần số f Độ chọn lọc thường tính đơn vị dB SedB  20 log Se Đặc tuyến chọn lọc lý tưởng máy thu có dạng chữ nhật, nghĩa dải thơng B biên độ tín hiệu không đổi - Dải tần máy thu: khoảng tần số mà máy thu điều chỉnh để thu sóng phát với tiêu kỹ thuật yêu cầu Máy thu thường có dải sóng sau: + Sóng dài: LW 150KHz → 408KHz + Sóng trung: MW: 525KHz → 1605KHz + Sóng ngắn: SW: 4MHz → 24MHz Băng sóng ngắn thường chia làm loại sóng ▪ SW1: 3,95MHz → 7,95MHz ▪ SW2: 8MHz → 16MHz ▪ SW3: 16MHz → 24MHz + Sóng cực ngắn: FM: 65,8 → 73Mhz 87,5 → 104 Mhz Méo tần số: khả khuếch đại tần số khác khác sơ đồ máy thu có phần tử L, C Méo tần số đánh giá đặc tuyến tần số Ở máy thu điều biên AM, dải tần âm vào khoảng 40Hz → 6KHz; cịn với máy thu điều tần FM dải tần âm từ 30Hz → 15KHz Ngồi người ta cịn quan tâm đến thơng số khác méo phi tuyến công suất máy thu 1.3 Phân loại máy thu Căn vào cấu trúc sơ đồ mà người ta chia máy thu thành loại: 1.3.1 Máy thu khuếch đại thẳng : tín hiệu cao tần từ Anten khuếch đại thẳng đưa đến mạch tách sóng, mạch khuếch đại âm tần mà không qua mạch đổi tần Đối với dạng này, cấu trúc sơ đồ máy đơn giản chất lượng thu sóng khơng cao, độ chọn lọc kém, không ổn định khả thu khơng đồng băng sóng Vì vậy, loại máy thu gần khơng cịn sử dụng Trang Bài giảng Thiết bị đầu cuối Viễn thông Mạch vào Mạch KĐCT KĐ Âm tần Tách sóng Hình 1.1 Sơ đồ khối máy thu khuếch đại thẳng Việc nâng cao độ nhạy độ chọn lọc máy thu bị hạn chế lý dao sau đây: + Số tầng khuếch đại tăng lên cách tuỳ ý số tầng tăng tính ổn định khuếch đại cao tần giảm ( tụ ký sinh Cbc gây dao động tự kích) Ngồi ra, số tầng tăng số mạch cộng hưởng tăng làm hệ thống điều chỉnh cộng hưởng phức tạp, cồng kềnh đắt tiền + Tần số cao khó đạt hệ số khuếch đại lớn + Tần số cao dải thơng rộng(B=fo/Q), làm giảm độ chọn lọc máy thu Muốn dải thông hẹp phải dùng mạch cộng hưởng có hệ số phẩm chất cao, có vượt khả chế tạo + Do không dùng hệ thống cộng hưởng phức tạp nên khơng có khả đạt đặt tuyến tần số có dạng chữ nhật lý tưởng Để khắc phục nhược điểm trên, người ta chế tạo máy thu đổi tần có sơ đồ khối bên 1.3.2 Máy thu đổi tần: tín hiệu cao tần điều chế Anten thu được khuếch đại lên biến đổi tần số trung gian không đổi gọi trung tần Trung tần thường chọn thấp cao tần Tín hiệu trung tần sau qua vài khuếch đại trung tần đưa đến mạch tách sóng, mạch khuếch đại âm tần đưa loa Mạch vào Mạch KĐCT Mixer KĐ trung tần Tách sóng Dao động nội Hình 1.2 Sơ đồ khối máy thu đổi tần  Một số ưu điểm máy thu đổi tần sau: Trang KĐ âm tần Bài giảng Thiết bị đầu cuối Viễn thơng + Có khả lựa chọn kênh thu tuỳ ý thay đổi tần số dao động nội + Tần số tín hiệu hạ thấp thành tần số trung tần nên dùng nhiều mạch khuếch đại trung tần để đạt hệ số khuếch đại tồn máy cao, mà bảo đảm tính ổn định cho máy thu Số tầng trung gian không bị hạn chế (8-10) + Do trung tần không đổi nên mạch cộng hưởng có kết cấu đơn giản, gọn, giá thành rẽ không bị hạn chế máy thu Nó thường mạch cộng hưởng đơi để tăng hệ số phẩm chất tăng dải thông + Do tần số trung tần khơng đổi nên sử dụng hệ thống cộng hưởng phức tạp (như lọc tập trung) để đạt đặc tuyến tần số lý tưởng  Nhiệm vụ tần - Mạch vào làm nhiệm vụ chọn lọc tín hiệu cần thu loại trừ tín hiệu khơng cần thu nhiễu khác nhờ có mạch cộng hưởng, tần số cộng hưởng điều chỉnh tín hiệu cần thu f0 - Khuếch đại cao tần : nhằm mục đích khuếch đại bước đầu cho tín hiệu cao tần thu từ Anten - Bộ đổi tần: gồm mạch dao động nội mạch trộn tần Khi trộn tần số dao động nội fn tín hiệu cần thu f0 ta tần số trung gian hay gọi trung tần, tần số dao động nội tần số tín hiệu cần thu: ftt = fn-f0 = const Khi tần số tín hiệu từ đài phát thay đổi từ f0min → f0max tần số dao động nội phải thay đổi từ fnmin → fnmax để đảm bảo hiệu số chúng số Đối với máy thu điều biên ( AM ): f tt = 465KHZ hay 455KHz Đối với máy thu điều tần (FM ): f tt = 10,7MHz Bộ khuếch đại trung tần: có nhiệm vụ khuếch đại tín hiệu trung tần đến giá trị đủ lớn để đưa vào mạch tách sóng Đây tần khuếch đại chọn lọc, tải mạch cộng hưởng có tần số cộng hưởng trung tần - Tần tách sóng: có nhiệm vụ tách tín hiệu âm tần khỏi tín hiệu sóng mang cao tần, sau đưa tín hiệu vào mạch khuếch đại âm tần 1.4 Sơ đồ khối máy thu Hầu hết máy thu có chức năng: thu sóng điều biên AM thu sóng cực ngắn FM Stereo Sơ đồ khối máy thu có dạng sau: Trang Bài giảng Thiết bị đầu cuối Viễn thơng Kênh AM Mạch vào Mạch KĐCT Tách sóng FM Mạch đổi tần KĐ trung tần Mạch vào Mạch KĐCT Giải mã Stereo FM KĐ âm tần Tách sóng AM Mạch đổi tần Kênh FM Hình 1.3 Sơ đồ khối máy thu AM, FM Stereo Trong máy thu hai băng sóng AM & FM có đổi tần riêng biệt, khối khuếch đại trung tần âm tần dùng chung Dải tần khuếch đại trung tần FM rộng tần số trung tần FM 10,7M Đối với mạch tách sóng tần số: thường sử dụng sơ đồ tách sóng tỉ lệ có độ nhạy cao Khối giải mã Stereo FM: có nhiệm vụ giải mã tín hiệu tổng R+L hiệu R-L từ ngõ mạch tách sóng để phục hồi lại tín hiệu hai kênh riêng biệt R & L 1.5 Phân tích mạch máy thu 1.5.1 Mạch vào: Là mạch mắc Anten tầng máy thu, có nhiệm vụ chủ yếu nhận tín hiệu từ Anten, chọn lọc tín hiệu cần thu, mạch vào thường mạch cộng hưởng Các yêu cầu mạch vào: o Hệ số truyền đạt lớn ổn định toàn băng sóng : UV KV = EA UV: điện áp đưa đến máy thu EA: suất điện động cảm ứng Anten o Đảm bảo độ chọn lọc: chọn lọc tần số lân cận, tần số ảnh f a = f + ftt , chọn lọc tần số lọc thẳng o Đảm bảo độ méo tần số cho phép dải tần số làm việc từ fomin → fomax  Mạch vào bao gồm thành phần: + Hệ thống cộng hưởng (đơn kép) điều chỉnh đến tần số cần thu + Mạch ghép với nguồn tín hiệu từ anten + Mạch ghép với tải mạch vào (tầng khuếch đại cao tần đầu tiên) Trang Bài giảng Thiết bị đầu cuối Viễn thông Để điều chỉnh cộng hưởng mạch vào, người ta thường sử dụng tụ điện có điện dung biến đổi chúng dễ chế tạo xác cuộn dây có điện cảm biến đổi (đặc biệt trường hợp cần đồng chỉnh nhiều mạch cộng hưởng) Mặt khác, phạm vi biến đổi tụ điện lớn, bền chặt, ổn định (C biến đổi theo điều kiện bên ngoài)  Các loại mạch vào: 1/ Mạch vào ghép điện dung Sơ đồ mạch vào ghép điện dung mơ tả hình vẽ: Hình 1.4 Sơ đồ mạch vào ghép điện dung Anten nối với mạch cộng hưởng thông qua điện dung ghép Cgh - Mạch cộng huởng khung cộng hưởng LC, gồm tụ xoay Cx, tụ tinh chỉnh CT cuộn dây L1 - Tần số cộng hưởng điều chỉnh tần số tín hiệu cần thu fo - Nhược điểm : Hệ số truyền đạt khơng đồng băng sóng - 2/ Mạch vào ghép điện cảm Sơ đồ mạch vào ghép điện cảm mơ tả hình vẽ: Hình 1.5 Sơ đồ mạch vào ghép điện cảm - Tín hiệu từ Anten qua cuộn ghép Lgh cảm ứng qua mạch cộng hưởng Trang Bài giảng Thiết bị đầu cuối Viễn thông gồm tụ Cx, CT cuộn dây L1 - Mạch cộng hưởng điều chỉnh để chọn lọc lấy tín hiệu cần thu cảm ứng sang cuộn L2 để đưa đến cực Base mạch khuếch đại cao tần Hệ số truyền đạt mạch vào dạng tỉ lệ với hệ số phẩm chất khung cộng hưởng LC Muốn tăng độ nhạy mạch phải tăng L1 giảm Lgh, L1 tăng lớn mà phải chọn dung hòa hai giá trị để tránh ảnh hưởng đến tần số cộng hưởng mạch Nhược điểm mạch ghép điện cảm hệ số truyền dẫn khơng đồng tồn băng sóng Tuy nhiên so với mạch ghép điện dung mạch có độ chọn lọc cao hệ số truyền dẫn đồng nên sử dụng rộng rãi thực tế 3/ Mạch ghép hổn hợp điện cảm – điện dung Sơ đồ mạch ghép hỗn hợp mơ tả hình vẽ Hình 1.6 Sơ đồ mạch ghép hỗn hợp Mạch vào sử dụng đồng thời tụ Cgh, điện cảm Lgh tận dụng ưu điểm bù trừ hệ số truyền đạt tồn băng sóng hệ số truyền đạt toàn mạch phẳng máy thu có nhiều băng sóng, chuyển băng sóng phải thay đổi cuộn cộng hưởng L1C cuộn cảm ứng L2 tương ứng Một số máy thu chất lượng cao mạch vào cịn có thêm lọc khử nhiễu lọt thẳng, tức nhiễu có tần số trung tần 1.5.2 Mạch KĐCT Bộ khuếch đại cao tần có nhiệm vụ khuếch đại tín hiệu điều chế cao tần đến giá trị định để đưa vào đổi tần Tầng khuếch đại cao tần tầng khuếch đại không cộng hưởng với tải điện trở, điện cảm R-L hay biến áp phổ biến Trang Bài giảng Thiết bị đầu cuối Viễn thông tải cộng hưởng tần số 1/ Mạch khuếch đại cao tần với tải điện trở: Hình 1.7 Sơ đồ mạch KĐCT với tải điện trở Đây khuếch đại dải rộng, có hệ số khuếch đại tương đối đồng dải rộng từ vài chục đến vài MHz, nhiên mạch khơng có khả chọn lọc tần số Điện trở tải R1 thường sử dụng khoảng vài k Ω 2/ Mạch khuếch đại cao tần với tải cuộn cảm mắc nối tiếp với điện trở R Hình 1.8 Sơ đồ mạch KĐCT với tải cuộn cảm mắc nối tiếp với điện trở R Mạch khuếch đại cao tần với tải cộng hưởng dạng mạch sử dụng rộng rãi thực tế, mạch đảm nhận nhiệm vụ khuếch đại tín hiệu chọn lọc tần số Tải mạch khuếch đại cao tần mạch cộng hưởng đơn mạch cộng hưởng kép với tần số cộng hưởng cố định điều chỉnh Trang Bài giảng Thiết bị đầu cuối Viễn thông 3/ Mạch khuếch đại cao tần với tải cộng hưởng đơn Hình 1.9 Mạch khuếch đại cao tần với tải mạch cộng hưởng đơn Tải mạch khung cộng hưởng L1C, cực C transistor mắc vào phần cuộn L1 Tại tần số cộng hưởng fo, hệ số khuếch đại mạch lớn nhất, lệch khỏi tần số cộng hưởng hệ số khuếch đại mạch giảm nhanh chóng, mạch có tính chọn lọc với tần số tín hiệu cần thu loại bỏ tín hiệu tần số khác nhiễu Bộ khuếch đại cao tần làm việc dải tần rộng nên khó đảm bảo hệ số khuếch đại đồng đều, máy thu chất lượng cao thường dùng mạch khuếch đại cao tần có mạch cộng hưởng điều chỉnh liên tục, tần số cộng hưởng điều chỉnh đồng với tín hiệu tần số cần thu mạch nhờ tụ xoay đồng trục 1.5.3 Mạch đổi tần Mạch đổi tần mạch biến đổi tín hiệu cao tần điều chế thành tín hiệu có tần số thấp khơng đổi gọi trung tần Dạng tín hiệu điều chế sau đổi tần không thay đổi mà thay đổi tần số sóng mang Mạch đổi tần gồm phần: Mạch tạo dao động nội mạch đổi tần (trộn tần) Tín hiệu trước sau trộn tần mơ tả hình vẽ Trang 10