CHƯƠNG 1: PHÉP ĐO VÀ KỸ THUẬT ĐO ĐIỆN TỬ Đo lường điện tử là phương pháp xác định trị số của một thông số nào đó ở một cấu kiện điện tử trong mạch điện tử hay thông số của hệ thống thiết bị điện tử. Thiết bị điện tử dùng để xác định giá trị được gọi là thiết bị đo điện tử, chẳng hạn, đồng hồ đo nhiều chức năng multimeter dùng để đo trị số của điện trở, điện áp, và dòng điện v.v. . . trong mạch điện. Kết quả đo tuỳ thuộc vào giới hạn của thiết bị đo. Các hạn chế đó sẽ làm cho giá trị đo được (hay giá trị biểu kiến) hơi khác với giá trị đúng (tức là giá trị tính toán theo thiết kế). Do vậy, để quy định hiệu suất của các thiết bị đo, cần phải có các định nghĩa về độ chính xác accuracy, độ rõ precision, độ phân giải resolution, độ nhạy sensitivity và sai số error . 1.1 ĐỘ CHÍNH XÁC accuracy Độ chính xác sẽ chỉ mức độ gần đúng mà giá trị đo được sẽ đạt so với giá trị đúng của đại lượng cần đo. Ví dụ, khi một trị số nào đó đọc được trên đồng hồ đo điện áp voltmeter trong khoảng từ 96V đến 104V của giá trị đúng là 100V, thì ta có thể nói rằng giá trị đo được gần bằng với giá trị đúng trong khoảng ± 4%. Vậy độ chính xác của thiết bị đo sẽ là ± 4%. Trong thực tế, giá trị 4% của ví dụ trên là độ không chính xác ở phép đo đúng hơn là độ chính xác, nhưng dạng biểu diễn trên của độ chính xác đã trở thành chuẩn thông dụng, và cũng được các nhà sản xuất thiết bị đo dùng để quy định khả năng chính xác của thiết bị đo lường. Trong các thiết bị đo điện tử số, độ chính xác bằng ± 1 số đếm cộng thêm độ chính xác của khối phát xung nhịp hay của bộ gốc thời gian. 1.1.1 Độ chính xác của độ lệch đầy thang. Thông thường, thiết bị đo điện tử tương tự thường có độ chính xác cho dưới dạng phần trăm của độ lệch toàn thang đo fsd full scale deflection. Nếu đo điện áp bằng đồng hồ đo điện áp voltmeter, đặt ở thang đo 100V (fsd), với độ chính xác là + 4% chỉ thi số đo điện áp là 25V, số đo sẽ có độ chính xác trong khoảng 25V ± 4% của fsd, hay (25 4)V đến (25 + 4)V, tức là trong khoảng 21V đến 29V. Đây là độ chính xác ± 16% của 25V. Điều này được gọi là sai số giới hạn. Ví dụ trên cho thấy rằng, điều quan trọng trong khi đo là nên thực hiện các phép đo gần với giá trị toàn thang đo nếu có thể được, bằng cách thay đổi chuyển mạch thang đo. Nếu kết quả đo cần phải tính toán theo nhiều thành phần, thì sai số giới hạn của mỗi thành phần sẽ được cộng với nhau để xác định sai số thực tế trong kết quả đo. Ví dụ, với điện trở R có sai số ± 10% và
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐÀ NẴNG KHOA ĐIỆN TỬ - VIỄN THƠNG DƢ QUANG BÌNH ĐO LƢỜNG ĐIỆN TỬ ĐÀ NẴNG - 2003 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt CHƢƠNG 1: PHÉP ĐO VÀ KỸ THUẬT ĐO ĐIỆN TỬ Đo lường điện tử phương pháp xác định trị số thơng số cấu kiện điện tử mạch điện tử hay thông số hệ thống thiết bị điện tử Thiết bị điện tử dùng để xác định giá trị gọi "thiết bị đo điện tử", chẳng hạn, đồng hồ đo nhiều chức [multimeter] dùng để đo trị số điện trở, điện áp, dòng điện v.v mạch điện Kết đo tuỳ thuộc vào giới hạn thiết bị đo Các hạn chế làm cho giá trị đo (hay giá trị biểu kiến) khác với giá trị (tức giá trị tính tốn theo thiết kế) Do vậy, để quy định hiệu suất thiết bị đo, cần phải có định nghĩa độ xác [accuracy], độ rõ [precision], độ phân giải [resolution], độ nhạy [sensitivity] sai số [error] 1.1 ĐỘ CHÍNH XÁC [accuracy] Độ xác mức độ gần mà giá trị đo đạt so với giá trị đại lượng cần đo Ví dụ, trị số đọc đồng hồ đo điện áp [voltmeter] khoảng từ 96V đến 104V giá trị 100V, ta nói giá trị đo gần với giá trị khoảng 4% Vậy độ xác thiết bị đo 4% Trong thực tế, giá trị 4% ví dụ 'độ khơng xác phép đo' độ xác, dạng biểu diễn độ xác trở thành chuẩn thông dụng, nhà sản xuất thiết bị đo dùng để quy định khả xác thiết bị đo lường Trong thiết bị đo điện tử số, độ xác số đếm cộng thêm độ xác khối phát xung nhịp hay gốc thời gian 1.1.1 Độ xác độ lệch đầy thang Thông thường, thiết bị đo điện tử tương tự thường có độ xác cho dạng phần trăm độ lệch toàn thang đo [fsd - full scale deflection] Nếu đo điện áp đồng hồ đo điện áp [voltmeter], đặt thang đo 100V (fsd), với độ xác số đo có độ xác khoảng 25V 4%, thị số đo điện áp 25V, 4% fsd, hay (25 - 4)V đến (25 + 4)V, tức khoảng 21V đến 29V Đây độ xác 16% 25V Điều gọi sai số giới hạn Ví dụ cho thấy rằng, điều quan trọng đo nên thực phép đo gần với giá trị tồn thang đo được, cách thay đổi chuyển mạch thang đo Nếu kết đo cần phải tính tốn theo nhiều thành phần, sai số giới hạn thành phần cộng với để xác định sai số thực tế kết đo Ví dụ, với điện trở R có sai số CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 10% dịng điện I có sai số 5%, cơng suất I2R có sai số + + 10 = 20% Trong đồng hồ số, độ xác quy định sai số giá trị đo chữ số Ví dụ, đồng hồ có khả đo theo chữ số ½ chữ số, sai số 1/103 = 0,001 = (0,1% + chữ số) 1.1.2 Độ xác động thời gian đáp ứng Một số thiết bị đo, thiết bị đo công nghiệp dùng để đo đại lượng biến thiên theo thời gian Hoạt động thiết bị đo điều kiện gọi điều kiện làm việc động Do vậy, độ xác động độ gần mà giá trị đo giá trị mà dao động theo thời gian, khơng tính sai số tĩnh Khi thiết bị đo dùng để đo đại lượng thay đổi, thuật ngữ khác gọi đáp ứng thời gian dùng để khoảng thời gian mà thiết bị đo đáp ứng thay đổi đại lượng đo Độ trì hỗn đáp ứng thiết bị đo gọi độ trễ [lag] 1.2 ĐỘ RÕ [precision] Độ rõ thiết bị đo phép đo mức độ giống phạm vi nhóm số liệu đo Ví dụ, phép đo thực voltmeter 97V, 95V, 96V, 94V, 93V, giá trị trung bình tính 95V Thiết bị đo có độ rõ khoảng 2V, mà độ xác 100V - 93V = 7V hay 7% Độ rõ tính giá trị trung bình bình phương độ lệch Ở ví dụ trên, độ lệch là: + 2, 0, + 1, - 1, - Nên giá trị độ lệch hiệu dụng là: 1 Do mức trung bình sai lệch Như vậy, độ rõ phản ánh tính không đổi (hay khả lặp lại - repeatability) số kết đo, độ xác cho biết độ lệch giá trị đo so với giá trị Độ rõ phụ thuộc vào độ xác Độ xác cao có độ rõ tốt Nhưng ngược lại không Độ xác khơng phụ thuộc vào độ rõ Độ rõ cao độ xác khơng thiết cao Khi độ xác gắn liền với độ lệch thực tế đồng hồ đo (hoặc số hiển thị thực tế đồng hồ số), độ rõ gắn liền với sai số số đọc giá trị đo Sai số tăng lên thị sai đồng hồ đo tương tự không ổn định thị số 1.2 ĐỘ PHÂN GIẢI [resolution] Độ phân giải thay đổi nhỏ giá trị đo (không phải giá trị 0) mà thiết bị đo đáp ứng số đo xác định Độ phân giải thường giá trị vạch chia nhỏ CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt thang đo độ lệch Nếu ammeter có 100 vạch chia, thang đo từ đến 1mA, độ phân giải 1mA/100 = 10 A Ở đồng hồ đo số, độ phân giải chữ số Độ phân giải cần phải cộng thêm với sai số số đo nằm khoảng hai vạch chia lân cận đọc cách xác Độ phân giải phản ánh theo sai số độ rõ yếu tố khác thị sai 1.4 ĐỘ NHẠY [sensitivity] Độ nhạy tỷ số độ thay đổi nhỏ đáp ứng thiết bị đo theo độ thay đổi nhỏ đại lượng đầu vào Ví dụ, độ lệch đầy thang ammeter A cho 50 A, 100 A ammeter B, ammeter A nhạy so với ammeter B Độ nhạy thể cho voltmeter dạng ohm / volt Một đồng hồ đo có độ lệch đầy thang (fsd) 50 A có điện trở 20 000 mắc nối tiếp fsd mức 1V, đồng hồ có fsd 100 A có điện trở 10 000 fsd mức 1V Vậy voltmeter 20 000 /V có độ nhạy cao so với voltmeter 10 000 /V a) Ngƣỡng độ nhạy Ngưỡng độ nhạy mức tín hiệu nhỏ phát dạng có nhiễu tạp âm Các tín hiệu nhỏ lẫn tạp âm, tăng độ nhạy hệ thống đo vô Thông thường sử dụng phép đo ngưỡng độ nhạy biên độ tín hiệu vào mà tỷ số tín hiệu nhiễu đơn vị 0dB b) Yêu cầu độ rộng băng tần Độ rộng băng tần chọn lọc dùng để cải thiện mức ngưỡng Khi tần số nhiễu cao phổ tần tín hiệu cần đo, phải sử dụng mạch lọc thơng thấp để tín hiệu truyền qua với mức nhiễu khơng đáng kể Nếu nhiễu có tần số thấp phổ tần tín hiệu đo, sử dụng lọc thơng cao Tổ hợp lọc thông thấp lọc thông cao suy độ rộng băng tần để chặn nhiễu Nếu nhiễu chiếm độ rộng phạm vi phổ tần tín hiệu cần đo, lọc chặn nén nhiễu với phần nhỏ tín hiệu đo 1.5 CÁC LOẠI SAI SỐ [errors] Mỗi thiết bị đo cho độ xác cao, có sai số hạn chế thiết bị đo, ảnh hưởng môi trường, sai số người đo thu nhận số liệu đo Các loại sai số có ba dạng: Sai số thô, sai số hệ thống, sai số ngẫu nhiên a) Sai số thô Các sai số thô quy cho giới hạn thiết bị đo sai số người đo CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Giới hạn thiết bị đo Ví dụ ảnh hưởng tải gây voltmeter có độ nhạy Voltmeter rẽ dịng đáng kể từ mạch cần đo tự làm giảm mức điện áp xác Ảnh hưởng tải giải thích chi tiết mục 1.7 Sai số đọc Là sai lệch quan sát đọc giá trị đo Các nhầm lẫn thị sai, hay đánh giá sai kim nằm hai vạch chia Các thiết bị đo số khơng có sai số đọc b) Sai số hệ thống Sai lệch có dạng, không thay đổi gọi sai số hệ thống Các sai số hệ thống có hai loại: Sai số thiết bị đo sai số môi trường đo Sai số thiết bị đo Các sai số thiết bị đo ma sát phận chuyển động hệ thống đo hay ứng suất lò xo gắn cấu đo khơng đồng Ví dụ, kim thị khơng dừng mức khơng có dịng chảy qua đồng hồ Các sai số khác chuẩn sai, dao động nguồn cung cấp, nối đất khơng đúng, ngồi cịn già hố linh kiện Sai số môi trường đo sai số điều kiện bên ảnh hưởng đến thiết bị đo thực phép đo Sự biến thiên nhiệt độ, độ ẩm, áp suất, từ trường, gây thay đổi độ dẫn điện, độ rò, độ cách điện, điện cảm điện dung Biến thiên từ tính thay đổi mơ men quay (tức độ lệch) Các thiết bị đo tốt cho phép đo xác việc che chắn dụng cụ đến mức tối đa, sử dụng chắn từ trường, v v Các ảnh hưởng mơi trường đo gây độ dịch chuyển nhỏ kết quả, thay đổi nhỏ dòng điện c) Sai số ngẫu nhiên Các sai số ngẫu nhiên nguyên nhân chưa biết, xuất tất sai số thô sai số hệ thống tính đến Khi voltmeter, hiệu chuẩn xác thực phép đo điện áp điều kiện môi trường lý tưởng, mà người đo thấy số đo có thay đổi nhỏ khoảng thời gian đo Độ biến thiên hiệu chỉnh cách định chuẩn, hay hiệu chỉnh thiết bị đo, mà phương pháp suy luận sai số ngẫu nhiên cách tăng số lượng phép đo, sau xác định giá trị gần đại lượng cần đo 1.6 GIỚI HẠN CỦA THIẾT BỊ ĐO Một thiết bị đo có giới hạn thang đo, công suất (hay khả tải dòng), tần số, trở kháng độ nhạy (ảnh hưởng q tải) Các vấn đề giải thích sau CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt - Giới hạn thang đo Mỗi thiết bị đo có khoảng đo lớn thông số cần đo Khoảng đo chia thành thang đo nhỏ thích hợp Ví dụ, voltmeter đo cao 300V chia thành thang đo phụ: 3V, 10V, 30V, 100V 300V Chuyển mạch thang đo thiết lập vị trí xác tuỳ thuộc vào giá trị đo yêu cầu Giả sử phép đo điện áp 9V sử dụng thang đo 10V Các thang đo cần phải có cho tất thơng số cần đo Cần phải chọn thang đo cho thơng số đo thích hợp Nếu đo điện áp thang đo dịng điện, đồng hồ đo hư hỏng - Độ mở rộng thang đo Là thuật ngữ sử dụng chênh lệch giá trị lớn giá trị nhỏ thang đo Đối với giá trị đo đồng hồ mức nhỏ 10mA 100mA mức cao nhất, độ mở rộng thang đo 100mA - 10mA = 90mA Một đồng hồ đo điện áp có mức 0V giữa, với + 10V bên - 10V phía khác, có độ mở rộng thang đo 20V - Giới hạn công suất Mỗi thiết bị đo có khả xử lý cơng suất lớn nhất, nên cơng suất tín hiệu vào không vượt giới hạn công suất đo Cơng suất vượt q làm hỏng đồng hồ đo hay mạch khuyếch đại bên đồng hồ đo - Giới hạn tần số Phần lớn cấu động đồng hồ đo tương tự có vai trò điện cảm mắc nối tiếp suy giảm dãi tần số cao Trong thiết bị đo sử dụng mạch chỉnh lưu mạch khuyếch đại, điện dung tiếp giáp cho hạn chế tín hiệu đo dãi tần số cao Cơ cấu đo điện động sử dụng để đo tín hiệu có tần số lên đến 1000Hz (do điện cảm nối tiếp), cấu đo từ điện (có chỉnh lưu) sử dụng để đo tín hiệu có tần số lên đến 10 000Hz, millivoltmeter xoay chiều đo tín hiệu có tần số lên đến vài MHz Các hạn chế tần số khác gây điện dung song song Máy sóng sử dụng để đo tín hiệu có tần số dãi megahertz, giá thành tăng cần độ rộng băng tần cao Máy sóng khơng sử dụng cuộn dây hệ thống thị kim, ảnh hưởng bất lợi phần lớn cấu đo hạn chế loại bỏ - Giới hạn trở kháng Các thiết bị đo dùng để đo tín hiệu ac, có trở kháng phụ thuộc vào mạch transistor sử dụng Một máy phát tín hiệu tần số cao có trở kháng 75 hay 50 để phù hợp với trở kháng vào hệ thống cần đo Các thiết bị đo điện áp voltmeter máy sóng có trở kháng vào cao Một voltmeter tốt vừa phải có trở kháng vào khoảng 20000 CuuDuongThanCong.com / V, máy sóng đồng hồ đo số hay đồng hồ https://fb.com/tailieudientucntt đo điện tử có trở kháng vài megohm Thiết bị đo điện áp có trở kháng cao cho độ xác phép đo cao hơn, hay có ảnh hưởng tải Trở kháng cấu đo cuộn dây động tuỳ thuộc vào độ nhạy đồng hồ, cịn trở kháng máy sóng kiểu ống tia phụ thuộc vào trở kháng vào khuyếch đại dọc sử dụng máy sóng 1.7 ẢNH HƢỞNG DO QUÁ TẢI Ảnh hưởng tải có nghĩa suy giảm trị số thông số mạch cần đo mắc thiết bị đo vào mạch Thiết bị đo tiêu thụ công suất từ mạch cần đo làm tải mạch cần đo Điện trở đồng hồ đo dòng làm giảm dòng điện mạch cần đo Tương tự, voltmeter mắc song song với mạch có điện trở cao, thực vai trò điện trở song song [shunt], nên làm giảm điện trở mạch Điều tạo mức điện áp thấp tải đọc đồng hồ đo Do đó, đồng hồ thị mức điện áp thấp so với điện áp thực, nghĩa cần phải lấy mức điện áp cao để có độ lệch Như vậy, ảnh hưởng tải hạn chế độ nhạy gọi giới hạn độ nhạy Ảnh hưởng tải biểu đồng hồ đo điện áp [voltmeter] sau Cho điện trở tải RL nội trở đồng hồ RM Cùng với điện trở mắc nối tiếp với tải RL RS (hình 1.1) Điện áp thực tế RL VL không mắc đồng hồ đo vào mạch, VM điện áp tải có đồng hồ đo tính theo phương trình (1.1) (1.2) tương ứng E RL RS RL (1.1) E ( RL //RM ) RS ( RL //RM ) (1.2) VL VM Ảnh hưởng tải tính theo phần trăm tính (VL - VM) x 100 / VL, ví dụ 1.1 1.2 Ví dụ 1.1: Với hai đồng hồ đo điện áp, đồng hồ có độ nhạy 20 000 /V, đồng hồ cịn lại có độ nhạy 1000 /V, đo điện áp RL mạch hình 1.2, thang đo 10V CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt đồng hồ Tính sai số tải cho hai đồng hồ Trường hợp thứ nhất: Điện áp thực tế chưa có đồng hồ = 200 Điện áp đo = 200 10 10 100 200 300 RL //RM 200 k 10 100 100 9,1V 110 11 200 8,7V , Vậy, sai số theo phần trăm 4,4% 23 Trường hợp thứ 2: Điện áp thực tế 9,1V (như tính trên) RL //RM 100 11 Điện áp đo = 100 10 11 10 100 10 100 k 110 11 100 4,8V , Vậy, sai số theo phần trăm 47,3% 21 Ví dụ 1.1, nguồn điện áp Ví dụ 1.2, cho thấy ảnh hưởng nguồn cung cấp cho tải cung cấp từ nguồn dịng Ví dụ 1.2: Một nguồn dịng điện khơng đổi cung cấp dòng điện 1,5mA cho tải điện trở 100k Tính điện áp điện áp gần tải sử dụng đồng hồ đo có điện trở 1000 / V để đo điện áp thang đo 100V Tính sai số tải theo phần trăm Điện áp = 1,5mA x 100k Điện trở đồng hồ đo = 100V x 1000 /V = 100k Điện trở tương đương = 100k Điện áp điện trở 50k = 1,5mA x 50k CuuDuongThanCong.com // 100k = 150V = 50k = 75V https://fb.com/tailieudientucntt Vậy điện áp đo = 75V Sai số % tải = (150V - 75V) x 100 / 150V = 50% 1.8 CAN NHIỄU Ở PHÉP ĐO So với tạp nhiễu bên tạo gợn sóng nguồn cung cấp, hay di chuyển lớn cách ngẫu nhiên số lượng vận tốc điện tử cấu kiện chủ động thụ động (gọi nhiễu Johnson hay nhiễu trắng, nhiễu vạch), trình độ gây giảm đột ngột thông lượng qua điện cảm, thiết bị đo bị can nhiễu từ bên ngồi giải thích sau Can nhiễu tần số thấp Khi dây dẫn điện nguồn cung cấp ac chạy song song gần với đầu dây tín hiệu đo, nhiễu mạnh ac (tần số 50Hz) can nhiễu vào đầu tín hiệu đo hiệu ứng điện dung dây dẫn Can nhiễu tần số cao Các tín hiệu tần số cao tạo có phát tia lửa điện vùng xung quanh thiết bị đo Tia lửa điện tạo chuyển mạch nguồn cung cấp, hệ thống đánh lửa, động điện chiều, máy hàn, phóng điện hào quang (tức ion hố khơng khí gần mạch điện áp cao), hồ quang điện đèn huỳnh quang Tia chớp nguồn tần số cao tự nhiên Phát quảng bá từ đài thu phát vô tuyến đài phát di động công suất cao, lắp đặt gần thiết bị đo tạo tín hiệu tần số cao Các tín hiệu cao tần can nhiễu vào thiết bị đo, tín hiệu cao tần chỉnh lưu cấu kiện bán dẫn có thiết bị đo, tác động đến kết đo điện áp không mong muốn thể dạng khác phép đo, làm cho kết đo sai hoàn toàn Một số phép đo dc tiến hành điểm đo mạch có điện áp dc điện áp tín hiệu tần số cao Các phép đo điện áp dc khơng xác khơng lọc bỏ điện áp cao tần trước tín hiệu đo chỉnh lưu thiết bị đo Các cách phòng ngừa khắc phục phép đo để loại bỏ can nhiễu cao tần Trước tiên bao bọc có hiệu thiết bị đo để khơng bị can nhiễu trực tiếp vào thiết bị đo Thiết bị đo phải nối đất Cần phải lọc tín hiệu khơng mong muốn mạch vào, dây đo dây nguồn cung cấp để tín hiệu cao tần lọc bỏ trước chỉnh lưu, phải có mạch chọn băng tần tín hiệu đo để loại bỏ nhiễu can nhiễu tần số cao Mạch nối với bệ máy cần phải đảm bảo Mối hàn bị CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 127 tức bị hạn chế tầm nhìn thẳng, độ cong bề mặt trái đất Độ cao ăng-ten phát cao hơn, khoảng cách tầm nhìn thẳng lớn Các tháp ăng-ten cao mặt đất giới hạn tầm nhìn thẳng vài chục km, đặt ăng-ten đồi cao làm tăng khoảng cách truyền lên đến vài trăm km, làm tăng khoảng cách truyền lên đến vài ngàn km nhờ vệ tinh thông tin 5.4.3 CÁC KIỂU ĐIỀU CHẾ Trong thực tế, điều chế phương pháp xử lý tín hiệu băng gốc làm thay đổi thơng số sóng mang cao tần; biên độ, tần số hay pha Các kiểu điều chế thường sử dụng hệ thống phát quảng bá gồm: điều chế biên độ (AM), điều chế tần số (FM), điều chế pha (PM) - Điều chế biên độ Khi biên độ sóng mang RF bị thay đổi tn theo biên độ tín hiệu băng gốc, trình gọi điều chế biên độ (AM) - Điều chế tần số Khi tần số sóng mang cao tần (RF) thay đổi (trong phạm vi vài kilohertz) phù hợp với biên độ tín hiệu băng gốc, trình gọi điều chế tần số (FM) Dạng sóng tín hiệu băng gốc, tín hiệu sóng mang cao tần sóng mang RF điều chế AM thể hình 5.27a, cịn dạng sóng FM hình 5.27b - Điều chế pha Khi pha sóng mang cao tần (RF) thay đổi phù hợp với biên độ tín hiệu băng gốc, trình gọi „điều chế pha‟ (PM) Khi pha tín hiệu thay đổi, thực tế thực chất thay đổi tần số Nếu xem xét kỹ hình 5.27b, ta thấy pha chu kỳ RF thay đổi biên độ tín hiệu băng gốc thay đổi Vậy máy thu xem dạng sóng điều pha dạng sóng điều tần Ưu điểm điều pha so với điều tần chổ dùng dao động tinh thể để tạo sóng mang RF điều chế pha, nên cho độ ổn định cao Dao động tinh thể sử dụng trực tiếp điều chế tần số 5.4.4 MÁY PHÁT AM Hình 5.28, sơ đồ khối máy phát AM điển hình Phần cao tần tạo sóng mang RF có tần số cao khơng đổi biên độ khơng đổi, tín hiệu cao tần tạo CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 128 khuyếch đại khuyếch đại đệm Phần AF khuyếch đại tín hiệu âm tần (thu từ microphone) cung cấp tín hiệu âm tần đến điều chế Bộ điều chế nhận hai tín hiệu, tín hiệu sóng mang RF tín hiệu cịn lại tín hiệu âm tần Chức điều chế làm thay đổi biên độ tín hiệu RF phù hợp với tín hiệu âm tần Trở kháng lớn mạch RF điều hưởng đầu làm giảm dòng cân mạch điều hưởng Tín hiệu điều chế đưa đến antenna thơng qua mạch phối hợp trở kháng Antenna xạ tín hiệu điều chế RF vào khơng gian dạng sóng điện từ a) Các sai hỏng thơng thƣờng máy phát AM Các sai hỏng dao động khuyếch đại RF giải thích chương (mục 4.1.10) Do vậy, xem xét hư hỏng điển hình tầng cuối điều chế RF (thường gọi tầng khuyếch đại công suất - PA) Tầng điều chế AM điển hình máy phát tần số cao hình 5.29 Điện áp collector đưa đến transistor tầng PA không VCC mà VCC cộng với điện áp âm tần xuất cuộn thứ cấp biến áp điều chế T3 Điện áp làm thay đổi VCC có collector transistor tầng PA (được mắc theo kiểu đẩy kéo), gây dịng collector thay đổi tn theo tín hiệu âm tần, có tín hiệu tần số cao điều chế biên độ cuộn thứ cấp biến áp RF, T2 (còn gọi mạch cộng hưởng) Tín hiệu điều chế đưa đến ăng-ten máy phát thông qua phối hợp trở kháng ăng-ten dây dẫn sóng [feeder] hay đường truyền Khi mạch cộng hưởng (mạch cộng hưởng song song) đầu tầng khuyếch đại cuối điều chỉnh để có tín hiệu AM lớn theo tần số u cầu, đồng hồ đo dịng thị sụt giảm dịng collector trở kháng mạch cộng hưởng lớn Bảng 5.3: Liệt kê số sai hỏng thường có mạch điều chế ảnh hưởng sai hỏng tín hiệu Bảng 5.3: Các sai hỏng điển hình tầng điều chế Cấu kiện/bộ phận sai hỏng Ảnh hưởng Biến áp điều chế T3 bị Tín hiệu âm tần khơng làm VCC biến thiên khơng có điều ngắn mạch chế Cuộn thứ cấp biến áp VCC không đưa đến collector tầng khuyếch đại công suất điều chế hay cuộn điện cảm (PA), nên khơng có tín hiệu tần số cao cao tần (RFC) hở mạch Tụ CD bị hở mạch Chức giải ghép tác dụng tạo nên hồi tiếp dương đến mạch khuyếch đại khác thơng qua đường nguồn cung cấp làm méo dạng tín hiệu RF Tụ CD bị ngắn mạch Ngắn mạch tụ CD gây ngắn mạch đường nguồn cung cấp Cầu chì bị nổ Tụ mạch cộng hưởng Biến áp khơng điều hưởng Khơng có suy giảm đồng hồ đo CT2 bị ngắn mạch dòng collector điều hưởng đạt Khơng có tín hiệu RF Hở mạch tụ khung Biến áp khơng điều hưởng Khơng sụt giảm dịng collector CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 129 cộng hưởng Nối đất emitter bị hở mạch Hở mạch hai transistor Một hai transistor bị ngắn mạch 10 Điện trở base R1 hay R2 đứt 11 Tụ ghép tầng C1 C2 đứt 12 Một tụ ghép bị ngắn mạch Tuy nhiên có nhiều sóng hài tín hiệu RF Transistor bị hở mạch khơng có RF đầu Ngồi khơng có dịng collector Hoạt động đẩy kéo khơng có dẫn đến tăng độ méo dạng VCC bị ngắn mạch Cầu chì nổ Base hở mạch nên transistor liên quan ngưng dẫn RF không cung cấp đến transistor Do khơng có hoạt động đẩy kéo Phân cực (được tạo hoạt động mạch) khơng có để đưa đến transistor làm cân mạch khuyếch đại đẩy kéo gây méo dạng tín hiệu 13 Mạch điều hưởng đầu Khơng có tín hiệu vào RF khơng có tín hiệu RF vào bị ngắn mạch hay biến áp T1 bị đứt 14 Tụ CT1 CT2 bị đứt Tín hiệu vào tần số cao khơng bị suy giảm cách thực chất nên tín hiệu RF không đáng kể 15 Các mạch máy phát Tín hiệu RF thấp khơng điều hưởng tầng trước b) Điều chỉnh đo thử máy phát AM Một máy phát tín hiệu gồm hàng loạt mạch cộng hưởng, điều chỉnh để có tần số quy định Các mạch cộng hưởng điều chỉnh điện áp RF đầu vào mạch khuyếch đại công suất cuối lớn nhất, cuối điều chỉnh mạch cộng hưởng đầu suy giảm đồng hồ đo dòng collector Tiếp theo điều chỉnh mạch ăng-ten (hay mạch phối hợp) để tăng mức dòng collector đạt đến giá trị lớn Máy phát đo thử với tần số cao đúng, công suất RF lớn nhất, tỷ số sóng dừng nhỏ nhất, khơng có sóng hài, số điều chế u cầu tín hiệu tín hiệu điều chế có độ méo dạng tạp âm thấp 5.4.5 MÁY PHÁT SÓNG ĐƠN BIÊN - SSB Điều chế biên độ tạo hai dãi biên, gọi dãi biên (USB) dãi biên (LSB), với tín hiệu sóng mang Kiểu điều chế gọi điều chế song biên AM - (AMDSB), ký hiệu A3E Hệ thống điều chế biên độ song biên đơn giản, dễ dàng tách sóng sử dụng hệ thống phát quảng bá công cộng, hệ thống điều chế biên độ song biên chiếm khoảng phổ tần số cao mức nguồn cung cấp lớn nên hiệu suất thấp Mức công suất âm tần có hai dãi biên, truyền dãi biên đủ để khơi phục chương trình máy thu Việc nén sóng mang CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 130 dãi biên lại cho phép tiết kiệm nguồn cung cấp Hơn nữa, việc phát dãi biên tiết kiệm phổ tần số cao độ rộng kênh yêu cầu giảm xuống Máy thu đơn biên có giá thành cao cần phải có dao động nội sóng mang RF yêu cầu nhiều mạch lọc Hệ thống máy thu đơn biên không sử dụng hệ thống phát quảng bá công cộng Lý đơn giản máy thu chế tạo cho người dùng phải có giá thành thấp Tuy nhiên, trường hợp máy thu công cộng không phức tạp mặt thông tin, cần phải tiết kiệm nguồn phổ tần sử dụng hệ thống SSB Các tổ chức sử dụng hệ thống SSB dịch vụ thông tin quân đội, cảnh sát, hàng hải người chơi vô tuyến nghiệp dư Hệ thống SSB gọi hệ thống J3E Hình 5.30, sơ đồ khối máy phát SSB Khối khác với máy phát AM mạch điều chế cân hình 5.31 Tín hiệu RF v1 cung cấp vào JFET F1 F2 pha, tín hiệu âm tần v2 có bán kỳ dương JFET có bán kỳ âm JFET lại hai đầu ngược cuộn thứ cấp biến áp vào Tác dụng điều làm cho sóng mang v1 triệt tiêu chảy theo chiều ngược lại thông qua cuộn sơ cấp Các tín hiệu liên quan với v2, tức dãi băng cao dãi băng thấp có đầu Một dãi biên suy giảm thấp 45dB sóng âm bề mặt (bộ lọc SAW Surface Acoustic Wave, sử dụng hiệu ứng áp điện) Do vậy, ta có tín hiệu hệ thống SSB Bộ điều chế cân khơng cung cấp tín hiệu đường nguồn cung cấp trở nên bị hở mạch ngắn mạch, FET bị ngắn mạch (tức làm ngắn mạch nguồn cung cấp), biến áp audio bị hở mạch hay ngắn mạch, tụ điều hưởng mạch đầu bị ngắn mạch Nếu FET hở mạch, khơng có triệt tiêu sóng mang 5.4.6 MÁY PHÁT ĐIỀU TẦN - FM Phương pháp điều chế khác sử dụng phổ biến điều chế tần số (FM) Ở kiểu điều tần, ta thay đổi tần số pha sóng mang Điều chế tần số dùng rộng rãi phát quảng bá có độ trung thực cao dùng cho hai đường thơng tin có khoảng cách ngắn quân đội cảnh sát hay cấp cứu y tế CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 131 Ngoài ra, FM sử dụng thông tin vệ tinh hệ thống phát hình (dùng để điều chế sóng mang audio) có mức nhiễu thấp Sơ đồ khối máy phát FM điển hình cho hình 5.32 Điện kháng song song với mạch cộng hưởng tạo dao động sóng mang biến thiên theo tín hiệu audio biến thiên theo tần số, tạo nên điều chế tần số Các sai hỏng máy phát sóng FM nhiều so với hư hỏng máy phát AM Các dạng sai hỏng cấu kiện (thụ động tích cực) bị hở mạch hay ngắn mạch, đường nguồn cung cấp bị hở mạch hay ngắn mạch, kết nối bị lõng lẻo hay bị hở mạch Hở mạch hay ngắn mạch phần audio không tạo điều chế, có tín hiệu RF Sai hỏng mạch dao động, điều chế, mạch nhân tần hay hệ thống khuyếch đại công suất cuối không cho tín hiệu RF Nếu có tín hiệu RF điều chế đầu tầng khuyếch đại công suất (FA), mà tín hiệu FM khơng phát xạ thấy thị cường độ trường, hư hỏng đường dây nối (feeder) Hệ thống phát quảng bá FM có độ trung thực cao, ngày trở nên phổ biến mức nhiễu thấp, đáp ứng tần số phẳng độ méo thấp Âm (stereo) dùng để tạo hiệu ứng thực tế có độ trung thực cao 5.4.7 MÁY THU QUẢNG BÁ ĐIỀU BIÊN a) Nguyên lý họat động Sơ đồ khối máy thu quảng bá điều biên (AM) hình 5.33 Chức khối giải thích b) Antenna thu Antenna thu trích dẫn lượng từ sóng điện từ truyền khơng gian Sóng điện từ biến đổi thành tín hiệu điện áp (tín hiệu cao tần - RF) đưa đến tầng máy thu c) Mạch khuyếch đại cao tần [RF amp] Các mạch khuyếch đại cao tần đề cập chương (hình 4.18) Các tầng khuyếch đại cao tần tầng có các máy thu thông tin, nhiên không bắt buộc phải có máy thu quảng bá Mạch khuyếch đại cao tần thực chức sau: (i) Tạp âm nội transistor dùng làm mạch khuyếch đại nhỏ nhiều so với transistor dùng làm mạch trộn khơng tuyến tính, nên mạch cải thiện tỷ số tín hiệu tạp âm (ii) Các mạch khuyếch đại cao tần giúp loại bỏ nhiễu tần số ảnh Các mạch điều hưởng khuyếch đại điều hưởng đến tín hiệu tần số cao yêu cầu, nên suy giảm tín hiệu tần số ảnh (iii) Mạch khuyếch đại cao tần khuyếch đại tín hiệu đưa vào mạch, cải thiện độ nhạy (iv) Bằng cách điều hưởng RF, độ rộng băng tần mạch khuyếch đại cao tần lớn (độ rộng băng tần = fr / Q, fr tần số cộng hưởng, Q hệ số phẩm chất mạch cộng hưởng) vậy, mạch khuyếch đại cao tần không ảnh hưởng đến việc cải thiện độ nhạy, mạch loại bỏ tín hiệu nhiễu lượng nhỏ (v) Mạch khuyếch đại cao tần tạo việc khử ghép tín hiệu dao động nội từ ăng-ten ngăn chặn phát xạ tín hiệu tần số dao động nội vào không gian CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 132 d) Bộ dao động nội Chức dao động nội (LO), để tạo tín hiệu RF có biên độ khơng đổi tần số không đổi kênh chọn Tần số LO thường giữ cao so với tần số kênh chọn trị số gọi tần số trung gian hay trung tần - IF Đối với máy thu quảng bá, giá trị IF 455kHz, vậy, fo = fs + 455kHz, fo tần số LO fs tần số tín hiệu thu Đối với máy thu thông tin tần số cao, sử dụng hai mạch khuyếch đại trung tần Bộ IF thứ có tần số cao 1MHz, cịn IF thứ hai có tần số 455kHz hay thấp Đối với máy thu quảng bá FM VHF, khối IF 10,7MHz (các sai hỏng mạch khuyếch đại cao tần mạch dao động nội giải thích chương 4) e) Bộ trộn Bộ trộn [mixer] mạch khuyếch đại phi tuyến, dùng để thu hai tín hiệu, tín hiệu từ dao động nội tín hiệu khác từ mạch khuyếch đại cao tần (RF) (nếu không sử dụng mạch khuyếch đại RF, tín hiệu thứ hai trộn nhận từ antenna) Do chức phi tuyến khuyếch đại trộn, tín hiệu điều biến tạo Nếu fo tần số LO, fs tần số kênh cần thu, tín hiệu trộn gồm tín hiệu có tần số tín hiệu (fs), tần số dao động nội (fo), tổng hai tần số (fo + fs), hiệu hai tần số (fo – fs) [tần số trung gian hay trung tần – IF], tần số hài (2fo 2fs) hàng loạt tổ hợp tần số khác Nếu mạch điều hưởng đầu tầng trộn điều chỉnh để có tần số fo – fs (= IF), ngồi tín hiệu có tần số fo – fs, tất tần số khác bị loại bỏ mạch điều hưởng IF, tần số có sai lệch so với tần số cộng hưởng mạch điều hưởng IF Mặc dù mạch trộn có tần số thấp tần số tín hiệu RF, tín hiệu điều chế khơng thay đổi tín hiệu trung tần (IF) Kỹ thuật tạo tín hiệu trung tần gọi tạo phách âm hay đơn giản đổi tần, nên máy thu sử dụng kỹ thuật đổi tần gọi máy thu đổi tần Tín hiệu khơng mong muốn tần số LO + tần số IF (hay tần số tín hiệu + 2IF) gọi tín hiệu ảnh, dao động nội (LO) cung cấp tín hiệu yêu cầu, tạo tín hiệu ảnh tín hiệu IF Vì vậy, ta khơng thể phân biệt tín hiệu yêu cầu tín hiệu gây nhiễu Do đó, tín hiệu cần phải tránh trước đưa đến tầng trộn Bất chấp nhược điểm tần số ảnh, tất máy thu thông tin đại máy thu đổi tần cho ưu điểm mà IF cung cấp sau Các ƣu điểm IF Độ rộng băng tần mạch thấp độ chọn lọc tốt Nhiễu kênh lân cận đươc khử đến mức rõ rệt (60dB cao hơn) Tất kênh biến đổi thành tần số đơn, nên khơng cần có hiệu chỉnh tầng trung tần (IF) Hệ số khuyếch đại cao tín hiệu có tần số thấp khơng đổi Mạch khuyếch đại tín hiệu tần số thấp khơng đổi có khuynh hướng dao động nên tín hiệu ổn định Các ưu điểm có giá trị nhiều so với nhược điểm nhiễu tần số ảnh Nhược điểm khắc phục sử dụng mạch điều hưởng cao tần trước trộn, phép tần số kênh thu đưa đến tầng trộn Một tầng trộn điển mạch hình 5.34 Ở đây, tín hiệu LO có đưa đến cực cổng tín hiệu RF đưa đến cực nguồn Ở FET cổng đôi, tín hiệu LO RF đưa vào hai cổng FET Ảnh hưởng hư hỏng cấu kiện mạch 5.34, giải thích - FET bị hở mạch bị ngắn mạch Sẽ khơng có tín hiệu - Đứt mạch đường tín hiệu (tín hiệu LO hay tín hiệu RF) Sẽ khơng có tín hiệu ra, tín hiệu IF khơng cung cấp nên mạch điều hưởng IF không truyền tín hiệu - CE bị hở mạch Cả hai tín hiệu truyền qua RE, nên suy giảm hai tín hiệu Tín hiệu LO gây hồi tiếp âm, cịn tín hiệu RF bị suy giảm đưa đến RE mắc nối tiếp - CE bị ngắn mạch, RE rẽ mạch dc, làm cho cổng gần 0V so với nguồn, có mức dịng lớn chảy qua FET Mức tín hiệu bị giảm FET trở nên bị nhiệt, dẫn đến đánh thủng FET CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 133 - C1 C2 (tụ trimmer) hỏng Khi trimmer bị ngắn mạch, tín hiệu Các trimmer hở mạch tạo tín hiệu thấp, điện áp dc bình thường - Lõi cuộn dây điều chỉnh sai Mạch điều hưởng, kết tín hiệu yếu độ chọn lọc thấp bình thường - Tụ giải ghép CD bị ngắn mạch Nguồn cung cấp rẽ mạch FET, gây dòng nguồn cung cấp đứt cầu chì - CD bị đứt RD trở nên mắc nối tiếp với mạch cộng hưởng IF hệ số phẩm chất Q mạch cộng hưởng bị giảm xuống, làm giảm độ chọn lọc - RD bị đứt Điện áp nguồn cung cấp (VDD) cung cấp đến FET tín hiệu f) Tầng khuyếch đại trung tần (IF) Mạch khuyếch đại trung tần khuyếch đại tín hiệu IF, nên mạch khuyếch đại trung tần cần phải có hệ số khuyếch đại độ ổn định cao Khi tần số trung gian nằm khoảng tần số radio, mạch khuyếch đại IF mạch khuyếch đại tần số cao với mạch cộng hưởng song song IFT IFT2 đầu vào đầu mạch khuyếch đại (hình 5.35) Điện áp phân cực cung cấp R1, R2 RE, mạch giải ghép RD CD Chỉ khác điểm mạch cộng hưởng khuyếch đại IF điều chỉnh theo IF cố định, khuyếch đại RF, mạch điều hưởng điều hưởng đến tần số khác tùy thuộc vào việc chọn kênh cần thu Các hư hỏng khuyếch đại IF tương tự hư hỏng khuyếch đại RF, ngoại trừ hư hỏng tụ điều hưởng chuyển mạch thay đổi băng tần Hơn nữa, độ chọn lọc kênh lân cận độ nhạy thấp, cần phải điều chỉnh mạch điều hưởng đáp ứng đỉnh tín hiệu IF Việc cân chỉnh tầng RF IF giải thích mục 5.4.12 g) Mạch tách sóng Chức mạch tách sóng khơi phục tín hiệu băng gốc từ tín hiệu điều chế CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 134 Tín hiệu AM tách sóng diode mạch lọc đáp ứng với biên độ đỉnh tín hiệu IF chu kỳ IF giống đáp ứng kết hợp chỉnh lưu - lọc tín hiệu ac đỉnh Hình 5.36, mạch tách sóng diode điển hình với việc tạo điện áp cho mạch AGC (tự động điều chỉnh độ khuyếch đại) Diode chỉnh lưu dạng sóng điều chế Các giá trị tụ phải chọn cho C1 C2 rẽ mạch tín hiệu IF chưa điều chế xuống đất, khơng lọc bỏ tín hiệu âm tần (audio) Do vậy, điểm B, ta có tín hiệu dc + audio Mức dc chặn C3, nên có tín hiệu âm tần đưa đến điều chỉnh âm lượng để cung cấp đến mạch khuyếch đại âm tần R2 C4 lọc bỏ tất mức tín hiệu audio nhỏ hay tín hiệu IF đưa đến điểm P, điện áp dc Mức gợn tín hiệu IF cịn tồn giảm thêm mạch lọc khác bao gồm R3 C5 Do vậy, điểm Q, ta có điện áp dc dương Mức điện áp dc gọi điện áp tự động điều chỉnh độ khuyếch đại (AGC) Chức điện áp AGC để điều khiển hệ số khuyếch đại mạch khuyếch đại RF, mạch khuyếch đại trộn tần mạch khuyếch đại IF cách cung cấp mức điện áp dc dương đưa đến cực emitter transistor npn mạch khuyếch đại, để bổ sung mức điện áp dc thơng thường dịng emitter transistor Điện áp dương thêm vào emitter transistor npn làm giảm điện áp phân cực thuận làm giảm hệ số khuyếch đại mạch khuyếch đại tương ứng Mức điện áp AGC tùy thuộc vào tín hiệu sóng mang IF, tức tùy thuộc vào sóng mang RF có sóng tín hiệu tiếp nhận antenna thu Như vậy, việc giảm hệ số khuyếch đại tùy thuộc vào cường độ sóng mang Sóng mang mạnh hơn, cho mức điện áp AGC lớn làm giảm hệ số khuyếch đại nhiều Việc điều khiển tự động hệ số khuyếch đại phụ thuộc vào cường độ sóng mang RF tín hiệu vào làm cho tín hiệu gần không đổi - Các sai hỏng mạch tách sóng diode mạch AGC Nếu diode bị ngắn mạch bị hở mạch, chỉnh lưu khơng có điện áp AGC Nếu tụ lọc C1 bị hở mạch, tín hiệu bị giảm C1 C2 bị ngắn mạch hay R1 bị hở mạch làm cho tín hiệu Hở mạch C3 khơng đưa tín hiệu audio đến mạch khuyếch đại audio tín hiệu audio Tụ C3 bị ngắn mạch tạo cho điện áp dc đưa đến mạch khuyếch đại audio thêm vào mức điện áp audio, gây tải mạch khuyếch đại audio độ méo dạng tăng lên Hở mạch R2 hay R3, C4 hay C5 bị ngắn mạch làm cho mức điện áp AGC hệ số khuyếch đại tầng RF IF cao, dẫn đến mức tín hiệu méo dạng khơng đồng (âm lúc to lúc nhỏ) Tín hiệu vào mạnh cắt bỏ transistor mạch khuyếch đại cách tạo mức điện áp AGC cao Nếu số thời gian mạch AGC cao, mức điện áp khoảng thời gian để giảm xuống nên tín hiệu yếu chặn không thay đổi trước điện áp AGC chưa trở nên bình thường Thơng thường AGC làm giảm hệ số khuyếch đại tầng khuyếch đại RF IF tất CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 135 tín hiệu Như tín hiệu yếu trở nên yếu Để giải khó khăn này, sử dụng AGC làm trễ, làm việc tín hiệu mạnh AGC trễ nhận cách giữ cho cathode diode mạch AGC dương, cho diode không dẫn anode dương so với cathode Mức tín hiệu khơng có AGC ảnh hưởng phẳng tín hiệu AGC thơng thường, AGC trễ AGC lý tưởng thể hình 5.37 h) Các mạch khuyếch đại âm tần Mạch khuyếch đại điện áp âm tần mạch khuyếch đại ghép RC mạch khuyếch đại công suất âm tần thường mạch khuyếch đại đẩy-kéo Mạch âm tần bao gồm mạch điều khiển âm lượng gồm mạch điều khiển âm thấp [bass] mạch điều khiển âm cao [treble] Các hư hỏng mạch khuyếch đại âm tần giải thích chi tiết mục 5.3.1 5.4.8 MÁY THU ĐƠN BIÊN - SSB Sơ đồ khối máy thu SSB điển thể hình 5.38 Một số tầng giống với máy thu song biên (đã giải thích mục 5.4.8), mạch khuyếch đại RF, LO, mạch khuyếch đại trộn tần khuyếch đại IF thứ Hiện có máy thu đổi tần hai lần có thêm tầng IF thứ hai Tầng IF thứ có tần số cao 1,8MHz tầng thứ hai có tần số thấp 200kHz Hai tầng IF có ưu điểm tầng IF cao cho triệt tín hiệu ảnh cao tầng IF tần số thấp cho độ chọn lọc tốt Nếu mạch dao động tinh thể, mạch lọc sóng mang mạch khuyếch đại bị hỏng, tín hiệu SSB CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 136 5.4.9 MÁY THU FM Sơ đồ khối máy thu FM hình 5.39 Trong mạch có hàng loại tầng IF dùng để tạo độ rộng băng tần yêu cầu (200kHz) để đảm bảo hệ số khuyếch đại thích hợp Các tầng IF có bố trí điều hưởng Mạch hạn chế cần phải có để loại bỏ biến thiên điện áp Bộ tách sóng điều tần cho tín hiệu âm tần Mạch chặn giữ lại tín hiệu âm tần mà khơng có tín hiệu cao tần Mạch hậu chỉnh thực bù để cải thiện tỷ số tín hiệu nhiễu 5.4.10 CÁC SAI HỎNG THÔNG THƢỜNG TRONG CÁC MÁY THU Một số sai hỏng thông thường máy thu quảng bá (thường gọi máy thu transistor) cho bảng 5.4, sau: Bảng 5.4: Một số sai hỏng máy thu quảng bá Các dấu hiệu Các sai hỏng xảy cách khắc phục Thiết bị không hoạt động Mất (i) Thiết bị điện áp nguồn cung cấp Kiểm tra cầu chì Thực tín hiệu (khơng tạp âm phép đo nguội, đo nóng, sửa chữa hư hỏng (ii) Cuộn thứ cấp khơng có tín hiệu của loa đứt Thay loa chương trình) Có tạp âm khơng thu Tầng LO bị hỏng Hãy sửa chữa tầng LO Kiểm tra ghép nối chương trình phát tầng LO tầng trộn Antenna tốt Khơng thu chương trình Kết nối đất tụ điều hưởng bị đứt, tụ điều hưởng bị băng tần chọn ngắn mạch, đầu nối trung tâm chuyển mạch chọn băng tần không thực tiếp xúc Xác định điểm hỏng phép đo điện trở Chương trình khơng thu Hỏng mạch điều hưởng liên quan trimmer bị ngắn mạch Đầu băng tần cụ thể cực liên quan chuyển mạch chuyển đổi băng tần không tiếp xúc Xác định hư hỏng phép đo thơng mạch sửa chữa hư hỏng Khi tín hiệu vào có từ máy Đứt dây dẫn sóng antenna Trong trường hợp khơng có tạp phát tín hiệu tín hiệu âm Đo - kiểm tra kết nối dây dẫn sóng [feeder] bình thường, khơng thu đài phát quảng bá Tiếng ù [hum] vượt Gợn đưa đến base mạch khuyếch đại âm tần tạo thu hoạt động nguồn tiếng ù Kiểm tra tụ lọc điện lưới Tiếng ù máy thu hoạt Mạch âm tần bị trích dẫn tiếng ù từ đường dây điện lưới hay động nguồn pin biến áp vị trí gần Khắc phục lỗi cách thay đổi vị trí máy thu để loại bỏ trích dẫn tiếng ù Tiếng ù tín hiệu điều chế Nếu tín hiệu vào tầng trộn trích dẫn tiếng ù tiếng ù điều chế tín hiệu RF Sửa chữa cách cách ly nguồn gây ù CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 137 Tín hiệu yếu (tự dao động mạch khuyếch đại đó) Âm lụp bụp (âm tần số thấp khoảng từ 16Hz đến 25Hz) Méo dạng tồn hồi tiếp dương Hãy kiểm tra có hở mạch tụ giải ghép Sửa chữa hư hỏng (i) gây việc giải ghép thiếu tín hiệu tần số thấp gây hồi tiếp dương mạch khuyếch đại (ii) Tự dao động tầng RF tạo AGC cao Làm ngưng RF IF Chu kỳ tín hiệu lặp lại tự dao động Kiểm tra nguồn gây lụp bụp kỹ thuật cách ly, sửa chữa hư hỏng Méo phi tuyến hay méo hài Mất điện áp AGC hay đứt mạch hồi tiếp âm Các mạch làm việc tình trạng tải Kiểm tra mạch vịng kín kỹ thuật cách ly xác định điểm hỏng sửa chữa Tín hiệu có yếu (i) Cân chỉnh sai Cân chỉnh mạch điều hưởng sửa chữa việc hiệu chỉnh sai (ii) Tụ rẽ mạch emitter bị hở mạch Kiểm tra tụ cách thay Quy trình bước chẩn đốn hư hỏng có hệ thống máy thu radio minh họa theo lưu đồ hình 5.40 Trong máy thu thông tin, lưu ý số sai hỏng có bổ sung với phương pháp sửa chữa Không thu tín hiệu điện báo, thu chương trình audio bình thường Có thể hỏng BFO Kiểm tra BFO cách ghép tín hiệu BFO đến tầng IF Mạch chặn bị khố, khơng cắt dị chương trình, làm tín hiệu Kiểm tra mạch chặn mạch AGC Xác định sai hỏng sửa chữa sai hỏng Mất tín hiệu tách sóng SSB tách sóng DSB bình thường Kiểm tra mạch tái tạo sóng mang mạch giải điều chế cân bằng, kiểm tra mạch so sánh Xác định sai hỏng sửa chữa Độ nhạy (ở máy thu đổi tần kép) Hệ số phẩm chất Q mạch điều hưởng tầng IF thứ hai suy giảm, tải bất thường có tầng tách sóng Hệ số nhiễu máy thu Mức tạp âm lớn Có thể hệ số khuyếch đại tầng khuyếch đại RF bị suy giảm Kiểm tra mạch điều chỉnh hệ số khuyếch đại Transistor bị hỏng Đo thử transistor thay cần CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 138 Trong máy thu FM có số sai hỏng bổ sung sau Độ trung thực cao bị suy giảm Việc điều hưởng bị sai lệch cần phải điều chỉnh độ rộng băng tần lớn theo yêu cầu Méo nghiêm trọng âm cao khuyếch đại nhiều Hỏng mạch chỉnh giảm Mất tách sóng Một số tụ đầu tách pha bị hở mạch hay ngắn mạch Tụ nối với cuộn sơ cấp thứ cấp biến áp đầu vào bị hở mạch Thu tạp âm điều chế biên độ Tầng hạn chế hỏng Các cấu kiện phân cực bị hở mạch hay bị ngắn mạch Mạch chặn [squelch] bị khóa Tín hiệu chương trình phát ngưng Kiểm tra mạch squelch mức điện áp AGC Hệ số tạp âm thấp Kiểm tra hệ số khuyếch đại mạch khuyếch đại cao tần Thay transistor cần 5.4.11 CÂN CHỈNH VÀ ĐỒNG CHỈNH MÁY THU ĐỔI TẦN Trong tầng RF IF dao động nội, có hàng loạt mạch điều hưởng cần phải cân chỉnh để thiết lập việc dò tìm đài phát tần số chọn giữ theo điều chỉnh tụ xoay với tần số cần tìm Các mạch IF điều chỉnh theo tần số trung gian cố định (455kHz máy thu quảng bá), mạch RF điều chỉnh theo tần số tín hiệu mạch LO điều chỉnh theo tần số tần số tín hiệu + tần số IF Việc trì độ chênh lệch tần số LO tần số tín hiệu với IF tất thiết lập dò đài gọi đồng chỉnh [tracking] Khái niệm đồng chỉnh thể hình 5.41 Trình tự bước cân chỉnh đồng chỉnh máy thu thông tin máy thu quảng bá sau Nối máy phát tín hiệu đến đầu vào máy thu mắc đồng hồ đo công suất âm tần vào đầu máy thu Giữ AGC trạng thái ngắt [off] điều chỉnh âm lượng mức thuận lợi Cung cấp tín hiệu IF (30% độ điều chế tín hiệu âm tần 400Hz) đầu vào tầng trộn Điều chỉnh tụ xoay [trimmer] IF cuối tín hiệu lớn Nếu hai phía thứ cấp sơ cấp mạch điều hưởng, điều chỉnh phía thứ cấp trước sau điều chỉnh phía sơ cấp Tiếp tục phía sau, điều chỉnh trimmer trung tần (IFTs) mức tín hiệu lớn Nếu cần, giảm tín hiệu vào để giữ mức tín hiệu mức 50mW máy thu thông tin 500mW máy thu quảng bá Khi tất trimmer trung tần (IFT) điều chỉnh, kiểm tra lại trimmer trung tần cuối Bây cung cấp tín hiệu 1MHz (đã điều chế mức 400Hz) đầu antenna điểm đất Điều chỉnh máy thu băng sóng trung tần số 1MHz cách điều chỉnh dị đài để có mức tín hiệu lớn nhận đồng hồ đo công suất âm tần Điều chỉnh mức tín hiệu đến trị số chuẩn (50mW 500mW) cách điều chỉnh mức tín hiệu máy phát tín hiệu) Điều chỉnh trimmer mạch điều hưởng khuyếch đại RF dần dần, đầu vào tầng trộn tiếp tục phía sau đến tầng antenna, mức tín hiệu lớn theo mức tín hiệu vào nhỏ từ máy phát tín hiệu Trong suốt q trình điều chỉnh này, trimmer mạch LO tụ đồng chỉnh giữ vị trí (tụ đồng chỉnh [padder] tụ lớn mắc nối tiếp trimmer mạch LO mạch hình 5.42) Thiết lập tần số 1500kHz máy phát tín hiệu điều chỉnh máy thu đến tần số Khơng làm thay đổi việc điều chỉnh mạch điều CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 139 hưởng khuyếch đại RF, để điều chỉnh mạch dao động nội Tại phía tần số cao băng sóng trung, tụ điều hưởng dao động nội gần với giá trị nhỏ Do tụ đồng chỉnh khơng có tác dụng Điều chỉnh trimmer mức tín hiệu lớn Điều chỉnh máy phát tín hiệu 600kHz (phía tần số thấp băng sóng trung máy thu) Điều chỉnh máy thu Ở mức tần số này, tụ điều hưởng mạch LO có trị số lớn Lúc tụ đồng chỉnh [padder] có tác dụng trimmer không ảnh hưởng Điều chỉnh tụ đồng chỉnh tín hiệu lớn Lặp lại bước để điều chỉnh tinh Lúc thiết bị đồng chỉnh theo ba tần số sai lệch đồng chỉnh nhỏ 5.4.12 ĐO CÁC THÔNG SỐ CỦA MÁY THU Các máy thu đổi tần đánh giá cách đo độ nhạy, độ chọn lọc, tỷ lệ triệt ảnh tỷ số triệt trung tần Trình tự đo thông số sau a) Phép đo độ nhạy [sensitivity] - Độ nhạy (đối với máy thu AM) Thiết lập phép đo độ nhạy máy thu hình 5.43 Ăngten giả lập sử dụng để tái tạo ăng-ten thực, để tính mức suy hao ăng-ten sử dụng máy thu Máy phát tín hiệu thiết lập mức tần số thích hợp, điều chế tần số 400Hz (độ điều chế 30%) Điều chỉnh máy thu để thu tín hiệu Điều khiển âm lượng giữ mức lớn ngắt mạch AGC Điều chỉnh mức tín hiệu máy phát tín hiệu để có mức tiêu chuẩn (50mW không méo) Mức điện áp máy phát tín hiệu cho giá trị đo độ nhạy máy thu Đối với máy thu quảng bá độ nhạy vào khoảng 30 V, V máy thu thông tin cấp cao - Độ nhạy tỷ số tín hiệu tạp âm 20dB (cho máy thu AM) Thay cho phép đo độ nhạy thuần, phép đo độ nhạy theo tỷ số tín hiệu tạp âm mức 20dB Mức tạp âm đọc đồng hồ mắc đầu không điều chế, đặt tín hiệu điều chế mức đầu máy tạo tín hiệu điều chỉnh để có 20dB tăng lên mức tạp âm máy thu Đây mức máy phát tín hiệu cho độ nhạy tỷ số tín hiệu tạp âm Độ nhạy hữu ích so với độ nhạy phép đo tín hiệu RF nhỏ yêu cầu máy thu thực chương trình tai người nghe rõ mà khơng có nhiễu - Độ nhạy tĩnh (cho máy thu FM) Khi đưa tín hiệu chưa điều chế đến máy thu FM thơng qua ăng-ten giả lập, tạp âm tín hiệu máy thu giảm xuống mức tín hiệu vào RF tăng lên Độ nhạy tĩnh xác định theo mức tín hiệu vào RF suy giảm 20dB mức tạp âm máy thu Độ nhạy tĩnh đo cách giữ mức tạp âm mức 1V hay 0,1V nhờ điều chỉnh volume khơng có tín hiệu RF đo độ nhạy tĩnh sau áp đặt tín hiệu RF chưa điều chế, điều chỉnh mức RF mức tạp âm thấp 20dB - Độ nhạy SINAD (đối với máy thu FM) Thuật ngữ SINAD có nghĩa tín hiệu cộng tạp âm cộng độ méo Trong máy thu FM, việc thu hiệu triệt tạp âm tín hiệu mạnh tạp âm 3dB Tuy nhiên, méo dạng có tín hiệu khơng khử Do độ nhạy SINAD hữu ích hơn, đo sau Tín hiệu máy phát tín hiệu RF giữ mức 1mV Cơng suất đo máy phân tích độ méo trì giá trị định mức vào khoảng 5W cách điều chỉnh âm lượng Giảm công suất đến mức âm lượng 50% (tức vào khoảng 2,5W) cách giảm tín hiệu máy phát tín hiệu (khơng thay đổi điều chỉnh âm lượng) Tiếp theo, tần số âm tần lọc máy phân tích độ méo dạng tạp âm lại cộng với độ méo dạng ghi nhận Sau giảm tín hiệu máy phát tín hiệu đến mức giảm 12dB giá trị tạp âm cộng với độ méo dạng Mức máy phát tín hiệu điều kiện đo cho độ nhạy SINAD 12dB CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 140 b) Độ chọn lọc [Selectivity] mức tín hiệu nhỏ cần thiết để có mức tín hiệu chuẩn thể tần số mà thiết bị điều hưởng Sau thay đổi tần số tín hiệu từ tần số cộng hưởng trung tâm tần số tín hiệu máy tạo tín hiệu tăng dần giữ tín hiệu máy thu máy thu đặt tần số trung tâm Đặc tuyến thể hình 5.44, nhận từ đặc tuyến độ rộng băng tần c) Độ loại trừ tần số ảnh Độ nhạy thể tần số yêu cầu tần số ảnh, giữ máy thu điều hưởng đến với tần số yêu cầu Tín hiệu lớn máy tạo tín hiệu cần phải có tần số ảnh Tỷ số hai tín hiệu máy tạo tín hiệu tín hiệu máy thu cho độ loại trừ tần số ảnh, tính theo dB d) Tỷ số khử trung tần (IF) Máy thu điều hưởng kênh yêu cầu từ máy tạo tín hiệu ghi nhận mức thị độ chọn lọc tuyệt đối Tiếp theo điều chỉnh máy tạo tín hiệu đến tần số trung tần quy định mà không nhiễu loạn tần số máy thu Tăng dần tín hiệu từ đầu máy tạo tín hiệu để có tín hiệu chuẩn máy thu Tỷ số hai số thị máy tạo tín hiệu phát cho tỷ số khử IF thường biểu theo dB Tóm lại, tín hiệu băng gốc truyền với khoảng cách xa nhờ sóng mang tần số cao (RF) ăng-ten xạ Sóng mang điều chế tín hiệu băng gốc Sự điều chế điều chế biên độ (DSB hay SSB) điều chế tần số Ở phía thu, ăng-ten cảm ứng sóng điện-từ truyền khơng gian truyền tín hiệu đến máy thu radio sử dụng nguyên lý đổi tần để cải thiện độ nhạy Tín hiệu điều chế RF biến đổi thành tín hiệu tần số trung tần (IF) trình đổi tần sử dụng tầng trộn tần mạch điều hưởng IF Tín hiệu trung tần khuyếch đại cung cấp đến mạch tách sóng để khơi phục tín hiệu băng gốc trước điều chế Các kiểu tách sóng khác sử dụng cho kiểu điều chế khác (DSB, SSB, FM) Tín hiệu sau tách sóng khuyếch đại biến đổi thành thông tin ban đầu Bên cạnh cấu kiện điện tử bị hở mạch, ngắn mạch rò, sai hỏng thơng thường khác có hệ thống thông tin radio trimmer hay lõi bị sai lệch dẫn đến điều hưởng sai hay cân chỉnh sai Thực cân chỉnh máy thu nhờ máy tạo tín hiệu Đo thơng số máy thu độ nhạy, độ chọn lọc, tỷ số loại bỏ tần số ảnh tỷ số loại bỏ tín hiệu trung tần (IF) cần phải có máy tạo tín hiệu sử dụng điều chế 30% tần số âm tần 400Hz AM tần số 22,5kHz FM CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 141 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] R G Gupta Electronic Instruments and Systems, Tata McGraw-Hill Company Limited, 2001 [2] Vũ Quý Điềm Đo lường điện tử, KHKT, 2002 [3] Phạm Thượng Hàn (chủ biên) Kỹ thuật Đo lường đại lượng vật lý NXB Giáo dục,1997 [4] S K Singh Industrial Instrumentation and Control Tata McGraw-Hill Company Limited, 2003 [5] Clyde F Coombs Jr Electronic Instrument Handbook McGraw-Hill, Inc 1995 [6] Joseph J Carr Elements of Electronic Instrumentation and Measurement, Prentice Hall Inc, 1996 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt ... sung ½ - chữ số ¾ - chữ số làm cho độ xác tăng lên minh hoạ ví dụ 6.3 Ví dụ 3.3: Các số thị 12,375V 32,375V hiển thị đồng hồ đo (a) có - chữ số, (b) có ½ - chữ số, (c) có ½ - chữ số, (d) có ¾ - chữ... vào Giá trị đỉnh - đỉnh điện áp đo cách đếm số vạch chia theo chiều dọc hai đỉnh Chẳng hạn, biên độ đỉnh - đỉnh dạng sóng chiếm vạch chia thang độ nhạy 500mV/div, trị số đỉnh - đỉnh 500mV/div... chuyển mạch thang đo, hình 3.4 Ở vị trí S-1 chuyển mạch, shunt đồng hồ R1 + R2 + R3 Ở vị trí S-2, shunt R2 + R3 R1 trở thành mắc nối tiếp với cấu đo Ở vị trí S-3, R3 song song R1 + R2 trở nên mắc