kỹ thuật truyền thanh, chương 7

Kỹ thuật truyền thanh Trang 93 CHƯƠNG VII MẠCH ĐỔI TẦN I. Đònh nghóa và mục đích: Mạch đổi tần số là mạch đổi sóng nhận được có tần số f a ra sóng có tần số khác là f tt = f o – f a hoặc f tt = f a – f o tùy theo trường hợp f o > f a hay f a > f o . f o là một sóng có từ một mạch dao động hay mạch tổng hợp tần số. Sóng có tần số f a nhận được có thể là sóng được điều biên hay điều tần. Sóng từ mạch dao động hay mạch tổng hợp tần số là sóng không được điều biến. Sóng tuy có tần số f tt khác nhưng vẫn là sóng đã điều biến mang cùng nội dung tín hiệu gốc. Mạch đổi tần số nói trên là mạch đổi tần số cao ra tần số thấp hơn gọi là tần số trung gian hay trung tần được dùng trong các máy thu bởi các lý do sau đây: - Sóng tần số thấp hơn được khuếch đại thuận lợi hơn với linh kiện cấp thấp hơn. - Sóng có tần số trung gian có thể được khuếch đại với độ lợi cao hơn mà không có hiện tượng hồi tiếp dương gây mất ổn đònh cho mạch khuếch đại. - Sóng trung tần có tần số cố đònh do vậy độ lợi và dải thông mạch khuếch đại ổn đònh. Do vậy độ nhạy và độ tuyển lọc sóng của máy thu ổn đònh, mạch dễ điều chỉnh ở tình trạng tối ưu. - Mạch đổi tần số cũng có thể đổi tần số sóng nhận được f a ra sóng có tần số f tt = f a + f o cao hơn. f o cũng là sóng từ một mạch dao động không điều biến. Sóng mới có tần số cao hơn là f tt vẫn là sóng được điều biến mang cùng nội dung tín hiệu gốc. Mạch đổi tần này còn được gọi là mạch xê dòch phổ tần được dùng ở máy phát nhiều kênh tương tự để dòch dải tần sóng điều biến đến vò trí quy đònh trong dãi sóng rộng truyền nhiều kênh. Mạch dòch phổ tần về phía cao hơn cũng có lý do là mạch điều biến đối xứng vòng hay Trang 94 Nguyễn Xuân Khai đối xứng không làm việc được ở tần số cao nên phổ tần sóng điều biến quá thấp. Nguyên lý mạch đổi tần số ra tần số thấp hơn hoặc cao hơn được nói qua ở chương VI, mục III. II. Nguyên lý và sơ đồ khối mạch đổi tần (H.VII-1): Mạch đổi tần số gồm các khối sau: - Khối trộn tần là khối cộng 2 tín hiệu v a = V a sin a t với v o = V o sin o t. - Khối dao động hay khối khối tổng hợp tần số phát sóng không điều biến v o = V o sin o t. - Khối khuếch đại phi tuyến hay khối phi tuyến, khối này tạo ra các sóng tần số có tần số sau đây:  a , 2 a , 3 a , …  o , 2 o , 3 o , …  o -  a , 2 o -  a ,  o + a , 2 o + a , … Các tần số 2 o , 3 o , 2 a , 3 a do tính phi tuyến của khối. Các tần số  o -  a , 2 o - a , 2 a - o , … do hiện tượng liên điều biến hay điều biến chéo. - Khối lọc thông dải để loại các dải tần ngoài ý muốn và giữ lại dải tần cần thiết. Trong thực tế khối trộn tần và khối khuếch đại phi tuyến là một, vì thực chất mạch chỉ cần khối phi tuyến. Khối trộn tần Khối khuếch đại phi tuyến Khối dao động Khối lọc thông dải v a = V a sin a t v o = V o sin o t V a sin a t + V o sin o t ra  a ;2 a ; .  o ;2 o ; .  o - a ; . 2  o - a ; . 2  a - o ; .  o - a H.VII-1 Kỹ thuật truyền thanh Trang 95 - Khối lọc là mạch lọc thông dải dùng các phần tử R, L, và C, tinh thể thạch anh, phần tử lọc gốm, sóng bề mặt có dải thông qui đònh. III. Một số mạch đổi tần dùng mạch dao động dùng trong máy thu thanh: 1. Mạch đổi tần dùng một transistor: Transistor được dùng làm mạch dao động và mạch trộn sóng (H.VII-2). Transistor Q nhận sóng tần số f a từ cuộn dây điều hợp anten và sóng tần số f o vào cực phát. H.VII-3 cũng là mạch một transistor nhưng khác với H.VII-2 là mạch dao động có đường hồi tiếp đưa vào cực khiển thay vì cực phát transistor. C va và C vo là hai tụ điện đồng chỉnh H.VII-2 Fo fo-fa=455KHz Mạch điều hợp anten Mạch khuếch đại trung tần Biến áp trung tần 455Khz AGC Vcc Cvo To La Ta CE CB Q1 Cva RE RB1 RB2 f a IB Q f o AGC 455Khz Mạch khuếch đại trung tần Fo Biến áp trung tần 1 Mạch điều hợp anten CE CB Vcc Cvo To La Ta Q1 Cva RE RB1 RB2 C va và C vo là hai tụ điện đồng chỉnh H.VII-3 f a IB Q f o Trang 96 Nguyễn Xuân Khai 2. Mạch đổi tần dùng mạch dao động riêng (H.VII-4): Có nhiều máy thu dùng mạch dao động có transistor khác với transistor trộn sóng. Sóng dao động không điều biến từ mạch dao động dùng transistor Q 2 được đưa vào cực khiển Q 1 cùng với sóng thu từ anten f a hoặc đưa vào cực phát của Q 1 . Lưu ý: cả 3 mạch H.VII-2, H.VII-3, và H.VII-4 các transistor Q 1 đều có dòng phân cực IB Q rất thấp để có tính phi tuyến. Khối lọc tần số trung gian f o - f a của cả ba mạch đều là máy biến áp trung tần 1 chỉnh ở tần số trung gian 455KHz ở máy thu điều biên và 10,7MHz ở máy thu FM. Máy biến áp trung tần 1 có thể được thay bằng bộ lọc SAW như H.VII-5. Fo AGC 455Khz Mạch khuếch đại trung tần Biến áp trung tần 1 Vcc Cvo To Q2 RE CE RB2 RB1 Vcc Vcc RB2 CE CB Vcc La Ta Q1 Cva RE RB1 H.VII-4 SAW Bộ lọc 455KHz fo-fa Fo Mạch khuếch đại trung tần Vcc RC CE CB Vcc Cvo To La Ta Q1 Cva RE RB1 RB2 H.VII-5 Kỹ thuật truyền thanh Trang 97 IV. Các biện pháp giải quyết vấn đề đồng chỉnh: Muốn có tần số trung gian ổn đònh ở một tần số thí dụ như 455KHz thì tần số mạch dao động f o phải cao hơn (hay thấp hơn) tần số cộng hưởng f a của mạch điều hợp anten 455KHz tức là f o - f a = 455KHz với bất kỳ trò số nào của f a trong mỗi dải tần số máy thu. Do vậy mà hai tụ điện biến đổi C va và C vo phải được điều chỉnh đồng thời khi chỉnh dò đài. Để giải quyết vấn đề này hai giải pháp dược đưa ra tùy theo máy thu có một dải hay nhiều dải tần. Nếu máy chỉ có một dải tần thì vấn đề được giải quyết bằng cách tính toán thiết kế hình dạng điện cực quay của các tụ điện biến đổi sao cho đạt điều kiện f o – f a = 455KHz ở mọi góc quay của tụ như H.VII-6. 2055 1600 995 540 KHz f o -f o = 455KHz C v đóng lại0 30 60 90 120 150 180 o H.VII-6 f o f a Nếu máy có nhiều dải tần cùng sử dụng một đôi tụ điện đồng chỉnh thì dùng các tụ điện đồng chỉnh T o , T a , P o , P a để C vo và C va dung hợp với mọi dải tần. Sau đây là sơ đồ khung dao động LC của mạch điều hợp anten và mạch dao động. các lõi ferit F a và F o chỉnh L a , L o (H.VIII-7). Ta Pa Cva Fa La To Po Cvo Fo H.VII-7 Trang 98 Nguyễn Xuân Khai T o và T a : chỉnh phía tần số cao trong dãi tần. F o , F a : chỉnh phía tần số thấp hay giữa. P o , P a : thường là tụ điện điện dung lớn kết hợp với tụ điện tinh chỉnh để C va và C vo dung hợp với từng dải tần số máy thu. II. Mạch đổi tần số dùng mạch tổng hợp tần số kỹ thuật số (DPLL Synthesize): Mạch dao động thay đổi tần số có thể được thay bằng mạch tổng hợp tần số đã nói ở phần III chương VI. Sau đây là sơ đồ khối phần đổi tần dùng mạch tổng hợp tần số và vòng khóa pha kỹ thuật số (H.VII-8). Nếu tần số mạch dao động thạch anh là 4MHz. Ta thử tính trong hai trường hợp: a. Máy thu FM: Dải từ 88MHz -108MHz. Mạch chia R = 160 cho tần số chuẩn f ch bằng: MHz R f f c ch 025,0 160 4  ; f if = 10,7MHz. f o = f a - f if . Vậy: Khuếch đại trung tần Trộn VCệm f o f o V So pha f o V f o VP f c f c R f if tách sóng f c XTAL f o VP f o N Máy AM: R=8000 Máy FM: R=160 f c f ch f o H.VII-8 f o Kỹ thuật truyền thanh Trang 99 f omin = f amin – f if = 88 –10,7 = 77,3 MHz. f omax = f amax – f if = 108 –10,7 = 98,7 MHz. ch o f N f  ; ch o f f N  . Vậy: 3092 025,0 3,77 min min  ch o f f N 3932 025,0 3,98 max max  ch o f f N b. Máy thu AM: Dãi tần từ 540KHz -1600KHz. Mạch chia R = 8000 cho tần số chuẩn f ch bằng: KHz R f f c ch 5,0 8000 4000  ; f if = 455KHz. f o = f a + f if . Vậy: f omin = f amin + f if = 540 + 455 = 995 KHz. f omax = f amax + f if = 1600 + 455 = 2055 KHz. ch o f N f  ; ch o f f N  .Vậy: 1990 5,0 995 min min  ch o f f N 4110 5,0 2055 max max  ch o f f N Sau đây là sơ đồ khối mạch đổi tần có mạch đổi tần dùng mạch tổng hợp tần số dùng vòng khóa pha kỹ thuật số máy AM- FM (H.VIII-9). Trộn AM Trộn FM Khuếch đại trung tần FM Khuếch đại trung tần AM VCO AM Đệm Đệm So pha Điều khiển Hiển thò f o N f o f c f c R XTAL sóng FM sóng AM VCO FM f if =10,7MHz f if = 455KHz H.VII-9 Trang 100 Nguyễn Xuân Khai III. Sóng ảnh ở máy thu đổi tần: Với máy thu đổi tần số ở dãi sóng ngắn AM chúng ta gặp trường hợp máy thu được cùng một sóng ở hai tần số cộng hưởng của mạch điều hợp anten là f a1 và f a2 . Thực ra tần số sóng chỉ là một, vò trí thứ hai của kim chỉ tần số không phải là tần số thứ hai mà là tần số gọi là tần số ảnh. Đó là tần số kim chỉ thò chỉ khi mạch dao động có tần số thấp hơn tần số sóng xuất hiện ở anten bằng f a -455KHz. Vậy kim chỉ thò (hay số chỉ thò nếu là máy có mạch tổng hợp tần số) chỉ tần số ảnh thấp hơn tần số thật của sóng một giá trò bằng 2x455KHz. Tần số ảnh và tần số thật được minh họa bởi H.VII-10. Tần số ảnh = tần số thật – (tần số trung gian x 2) = 17,76MHz – (0,455MHz x 2) = 16,85MHz. 10MHz 30MHz16,85MHz 17,76MHz tần số ảnh tần số thật SW2H.VII-10 . f o H.VII-8 f o Kỹ thuật truyền thanh Trang 99 f omin = f amin – f if = 88 –10 ,7 = 77 ,3 MHz. f omax = f amax – f if = 108 –10 ,7 = 98 ,7 MHz. ch o f N f. tần Vcc RC CE CB Vcc Cvo To La Ta Q1 Cva RE RB1 RB2 H.VII-5 Kỹ thuật truyền thanh Trang 97 IV. Các biện pháp giải quyết vấn đề đồng chỉnh: Muốn có tần