Tài liệu Máy phát_Chương 2 pptx

17 Chơng 2 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 đó máy phát l một thiết bị phát ra tín hiệu dới dạng sóng điện từ đợc biểu diễn dới một hình thức no đó. Máyphá t Máy thu Môi trờng Truyền sóng Hình 2.1 Sơ đồ khối tổng quát của hệ thống thiết bị thu Sóng điện từ gọi l sóng mang hay tải tin lm nhiệm vụ chuyển tải thông tin cần phát tới điểm thu. Thông tin ny đợc gắn với tải tin theo một hình thức điều chế thích hợp. Máy phát phải phát đi công suất đủ lớn để cung cấp tỉ số tín hiệu trên nhiễu đủ lớn cho máy thu. Máy phát phải sử dụng sự điều chế chính xác để bảo vệ các thông tin đợc phát đi, không bị biến dạng quá mức. Ngoi ra, các tần số hoạt động của máy phát đợc chọn căn cứ vo các kênh v vùng phủ sóng theo qui định của hiệp hội thông tin quốc tế (ITV). Các tần số trung tâm của máy phát phải có độ ổn định cao. Do đó, chỉ tiêu kỹ thuật của 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 .1 Theo công dụng Máy phát Phát Thôn Phát Ch Phát ứn g g g dụng Cố đ Di đ Phát thanh Phát hình Đo kh cách Ra đa ịnh ộng Hình 2.2 Phân loại máy phát theo công dụng 18 2.1.2 Theo tÇn sè + Ph¸t thanh: + 3KHz 30KHz (100Km 10Km): ®μi ph¸t sãng cùc dμi VLW ÷ ÷ + 30KHz ÷ 300KHz (10Km ÷ 1Km): ®μi ph¸t sãng dμi LW + 300KHz 3000KHz (1Km ÷ ÷ 100m): ®μi ph¸t sãng trung MW + 3MHz 30MHz (100m 10m): ®μi ph¸t sãng ng¾n SW ÷ ÷ + Ph¸t h×nh: + 30MHz ÷ 300MHz (10m ÷ 1m): ®μi ph¸t sãng mÐt + 300MHz 3000MHz (1m ÷ ÷ 0,1m): ®μi ph¸t sãng dm + Th«ng tin Vi ba vμ Ra®a: + 3GHz 30GHz (0,1m 0,01m): ®μi ph¸t sãng cm ÷ ÷ + 30GHz ÷ 300GHz (0,01m ÷ 0,001m): ®μi ph¸t sãng mm 2.1.3 Theo ph−¬ng ph¸p ®iÒu chÕ + M¸y ph¸t ®iÒu biªn (AM) + M¸y ph¸t ®¬n biªn (SSB) + M¸y ph¸t ®iÒu tÇn (FM) vμ m¸y ph¸t ®iÒu tÇn ©m thanh næi (FM Stereo) + M¸y ph¸t ®iÒu xung (PM) + M¸y ph¸t kho¸ dÞch biªn ®é ASK, QAM + M¸y ph¸t kho¸ dÞch pha PSK, QPSK + M¸y ph¸t kho¸ dÞch tÇn FSK . 2.1.4 Theo c«ng suÊt + M¸y ph¸t c«ng suÊt nhá Pra <100W + M¸y ph¸t c«ng suÊt trung b×nh 100W < Pra < 10KW + M¸y ph¸t c«ng suÊt lín 10KW < Pra < 1000KW + M¸y ph¸t c«ng suÊt cùc lín Pra > 1000KW Ngμy nay, trong c¸c m¸y ph¸t c«ng suÊt nhá vμ trung b×nh ng−êi ta cã thÓ sö dông hoμn toμn b»ng BJT, FET, MOSFET c«ng suÊt, cßn trong c¸c m¸y 19 phát có công suất lớn v cực lớn ngời ta thờng sử dụng các loại đèn điện tử đặc biệt. 2.2 Sơ đồ khối tổng quát của các loại máy phát 2.2.1 Sơ đồ khối tổng quát của máy phát điều biên (AM) Tiền KĐ âm tần KĐCS T KĐCSC T Mạch ra TBị an ton &l Khối chủ sóng Tiền KĐ Cao tần Nguồn Cung Hình 2.3 Sơ đồ khối tổng quát của máy phát điều biên + Tiền 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 đối với máy phát AM thì 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 tín hiệu đến mức đủ lớn để tiến hnh điều chế tín hiệu cao tần. + Khối chủ sóng (Dao động): có nhiệm vụ tạo ra dao động cao tần (sóng mang) có biên độ v tần số ổn định, có tầm biến đổi tần số rộng. Muốn vậy, ta có thể dùng mạch dao động LC kết hợp với mạch tự động điều chỉnh tần số (AFC) + Khối tiền khuếch đại cao tần (TKĐCT): có thể đợc dùng để nhân tần số hoặc khuếch đại dao động cao tần đến mức cần thiết để kích thích cho tần công suất lm việc. Nó còn có nhiệm vụ đệm, lm giảm ảnh hởng của các tầng sau 20 đến độ ổn định tần số của khối chủ sóng. Vì vậy, nó có thể có 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 ra công suất cần thiết theo yêu cầu công suất ra của máy phát. Công suất ra yêu cầu cng lớn thì số tầng khuếch đại trong khối KĐCSCT cng nhiều. + Mạch ra để phối hợp trở kháng giữa tầng KĐCSCT cuối cùng v anten để có công suất ra tối u. + Anten để bức xạ năng lợng cao tần của máy phát thnh sóng điện từ truyền đi trong không gian. + Nguồn cung cấp điện áp phải có công suất lớn để cung cấp cho Transistor hoặc đèn điện tử công suẩt. + Ngoi ra, máy phát phải có thiết bị an ton v thiết bị lm nguội. 2.2.2 Sơ đồ khối tổng quát của máy phát đơn biên (SSB) Thiết bị đầu vo Bộ điều chếđơn Bộ đổi tần KĐại dđộng đchế Bộ lọc 1 HTDD tầng ra Bộ lọc 2 Bộ tổng hợp tần s ố Suy giảm Nguồn cun g cấp TB an ton & lm Hình 2.4 Sơ đồ khối tổng quát của máy phát đơn biên Bộ kích thích đơn biên f1 f2 Ngoi các yêu cầu kỹ thuật chung của máy phát, máy phát đơn biên (SSB) còn phải có thêm một số chỉ tiêu kỹ thuật sau đây: - Mức méo phi tuyến - 35 dB - Bề rộng mỗi kênh thoại v tổng số kênh thoại - Tần số lm việc: 1MHz - 30 MHz Việc xây dựng sơ đồ khối của máy phát đơn biên có một số đặc điểm riêng so với máy phát điều biên (AM). ở đây các bộ điều biên cân bằng v bộ lọc dải 21 hẹp đợc sử dụng để tạo nên tín hiệu đơn biên, nhng công suất bị hạn chế chỉ vi mW. Nếu sóng mang ở dải tần số cao (sóng trung v sóng ngắn) thì không thể thực hiện đợc bộ lọc với các yêu cầu cần thiết (dải thông hẹp, sờn dốc đứng ) vì vậy sẽ xuất hiện nhiễu xuyên tâm giữa các kênh, lm giảm tỷ số tín hiệu trên nhiễu. Vì vậy, đối với máy phát đơn biên thì tần số sóng mang cơ bản để tạo đơn biên ở khoảng tần số trung gian: ( =100KHz-500KHz). Do đó, sơ đồ cấu trúc của máy đơn biên gồm một bộ tạo tín hiệu đơn biên ở tần số trung gian (100-500)KHz sau đó nhờ một vi bộ đổi tần để chuyển đến phạm vi tần số lm việc ( =1MHz-30MHz) rồi nhờ bộ khuếch đại tuyến tính để khuếch đại đến một công suất cần thiết. 1 f 1 f + Thiết bị đầu vo: thờng lm nhiệm vụ khuếch đại tín hiệu âm tần nếu tín hiệu ny còn bé hoặc hạn chế tín hiệu âm tần nếu tín hiệu ny quá lớn. + Bộ điều chế đơn biên (BĐCĐB): trong các máy phát công suất lớn BĐCĐB thờng đợc xây dựng theo phơng pháp lọc tổng hợp. Trong các máy phát công suất nhỏ, yêu cầu kỹ thuật không cao nên đôi khi có thể sử dụng bộ điều chế đơn biên theo phơng pháp lọc - quay pha. Khi đó việc điều chế tín hiệu đơn biên có thể đợc thực hiện ngay ở tần số lm việc nên không cần có bộ đổi tần v bộ lọc 1. + Bộ tổng hợp tần số của máy phát đơn biên: l thiết bị chất lợng cao v phức tạp. Nó phải bảo đảm tần số sóng mang gốc ( ) v các tần số khác ( .) có độ ổn định tần số rất cao ( 1 f 2 f 97 1010 ữ= f f ). Vì vậy, cần dùng thạch anh để tạo các tần số gốc + Bộ đổi tần: thực chất l bộ khuếch đại cộng hởng để lấy thnh phần hi . Chính nhờ bộ đổi tần m độ ổn định tần số của máy phát tăng lên. 12 nff = + Bộ lọc 1: có nhiệm vụ lọc các sản phẩm của quá trình đổi tần. + Bộ khuếch đại dao động điều chế (KĐDĐĐC): phụ thuộc vo công suất ra m có số tầng từ 2 đến 4. Để điều chỉnh đơn giản, một, hai tầng đầu l khuếch đại dải rộng không điều hởng. Còn các tầng sau l các bộ khuếch đại cộng hởng. 22 + Hệ thống dao động tầng ra dùng để triệt các bức xạ của các hi v cũng để phối hợp trở kháng. Trong các máy phát đơn biên bộ lọc đầu ra thờng l một hay hai bộ lọc hình ghép với nhau v giữa chúng thờng có phần tử điều chỉnh độ ghép để nhận đợc tải tốt nhất của máy phát. Tầng KĐDĐĐC đơn sử dụng đơn giản hơn so với tầng đẩy kéo. Song sử dụng tầng đơn thì gặp khó khăn l không phối hợp trở kháng với anten sóng ngắn đối xứng. Đối với máy phát công suất ra P ra = (20 - 40)Kw ngời ta dùng biến áp ra đối xứng có lõi Ferrite. Còn đối với máy phát công suất ra P ra = 100Kw ngời ta dùng biến áp đối xứng không có lõi. + Bộ lọc 2: dùng để triệt các thnh phần cao tần xuất hiện trong dải tần số truyền hình, nên còn gọi l bộ lọc tín hiệu truyền hình. Đối với máy thu đơn biên ta phải đổi tín hiệu đơn biên thnh điều biên để thực hiện tách sóng trung thực. Muốn vậy phải phục hồi sóng mang, điều ny yêu cầu vòng khoá pha PLL. Do đó, ở máy phát không triệt tiêu hon ton tần số sóng mang m giữ lại sóng mang có biên độ bằng (5-20)%. Tần số ny còn đợc gọi l tần số lái, đợc phát cùng tín hiệu đơn biên. Nhờ đó máy thu đơn biên có thể khôi phục tín hiệu một cách chính xác nhờ hệ thống tự động điều chỉnh tần số AFC 2.2.3 Sơ đồ khối của máy phát am đa kênh ghép kênh FDM Dđộg sóg mg Tầng K. Đ ại Điều ch ế Bộ lọc 1 Tầng K. Đ ại Dđộg sóg mg Điều ch ế Bộ lọc 2 Dđộg sóg mg Mạch ghép tạo tín hiệu tổng hợp Kênh 1 Kênh 2 . . . . 23 2.2.4 Sơ đồ khối tổng quát của máy phát đIều tần Fm Tiền KĐ âm tần TĐKhán g+ ĐC Nhân tần KĐCSC T TBị an ton &l Khối chủ só g (DĐ) Nguồn Cun g Hình 2.6 Sơ đồ khối tổng quát của máy phát điều tần Tầng điện kháng: sử dụng các phần tử điện kháng để biến đổi tín hiệu âm tần thnh điện kháng thay đổi (dung kháng hoặc cảm kháng biến thiên) để thực hiện việc điều chế FM. Phần tử điện kháng có thể l Transistor điện kháng, đèn điện kháng hoặc Varicap (điện dung biến đổi theo điện áp đặt vo Varicap). 24 2.2.5 Sơ đồ khối tổng quát của máy phát Fm chất lợng cao Tiền KĐ âm tần TĐKhán g+ ĐC Nhân tần (x10) KĐCSC T K. đại trug gian Tách sg + KĐ DC Hình 2.7 Sơ đồ khối tổng quát của máy phát điều tần FM chất lợng Trộn sóng Nhân tần Dao động f IF = 10MHz F RF = 100MHz 1MHz 1MHz 100MHz 9,9MHz 99MHz 2.3 Các mạch ghép trong máy phát Mạch ghép để ghép giữa các tầng v ghép giữa tầng ra của máy phát với anten. Yêu cầu chung đối với mạch ghép: 1. Phối hợp trở kháng Đối với mạch ghép giữa các tầng: yêu cầu l trở kháng vo của tầng kế tiếp phản ảnh về cùng với trở kháng ra của bộ cộng hởng tầng trớc đó tạo thnh trở kháng sóng tối u, đảm bảo công suất ra v hiệu suất của tầng ny l lớn nhất. Đối với mạch công suất: việc phối hợp trở kháng giữa tầng ra của bộ khuếch đại công suất cao tần v anten nhằm đạt đợc công suất ra lớn nhất. 2. Đảm bảo BĂNG thông (B) 25 Mạch lọc đầu ra phải đảm bảo sao cho ngoi biên biên độ không giảm quá 3dB. Mặt khác dải thông tỉ lệ nghịch với hệ số phẩm chất của khung cộng hởng ( Q f B o = ). Vì vậy để đảm bảo dải thông v hệ số phẩm chất ta phải dùng nhiều bộ lọc ghép với nhau. 3. Đảm bảo hệ số lọc hi cao Đối với những máy phát có công suất lớn, yêu cầu các thnh phần hi rất nhỏ. Do đó, mạch ghép phải bảo đảm độ suy giảm đạt yêu cầu ở những tần số hi không mong muốn. 4. Điều chỉnh mạch ghép Trong một dải tần rộng v thay đổi độ ghép với tải để có tải tối u. Nói chung không thể đồng thời thoả mãn các yêu cầu trên m tuỳ từng 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 chỉ 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 thì điện trở tải chính l điện trở vo của tầng kế tiếp sau. Còn đối với tầng cuối thì điện trở tải chính l điện trở của phiđơ. Thực chất phiđơ có thể l thuần trở , dung kháng A r AA jXr , hoặc cảm kháng . Nhng chỉ khi anten thuần trở thì công suất ra anten mới lớn nhất. Muốn vậy, phải chỉnh anten cộng hởng ở tần số lm việc bằng bộ phận tinh chỉnh. Nếu l thì chỉnh v nếu l AA jXr + AA jXr c L AA jXr + thì chỉnh bằng nh hình 2.8. Hình minh họa tinh chỉnh của anten C C 26 2.3.2 Ghép biến áp (ghép hỗ cảm) Mạch ghép biến áp l một trong những mạch ghép đợc sử dụng phổ biến trong máy phát Hình 2.9 Mạch ghép tải ra bằng biến áp Từ mạch ghép biến áp ở trên, ta đa về sơ đồ tơng đơng bên sơ cấp nh hình 2.10: L 1 r C r fa Hình 2.10 Sơ đồ tơng tơng của mạch đ iềbê ấ [...]... mạch sơ cấp: L1 2 với = RK = = rC r L1 C (2. 3) * Điện trở cộng hởng của mạch khi có tải: Rtd = 1 2 r + r fa (2. 4) * Hiệu suất của mạch ghép biến áp đợc biểu diễn bởi biểu thức: BA = Trong đó : PL P1 (2. 5) PL : l công suất hữu ích trên tải P1 : Công suất trên cuộn sơ cấp BA = 1 2 I K r fa 2 r fa + r r PL r = = = 1 P1 1 2 r + r fa r + r fa I K (r + r fa ) 2 (2. 6) Từ biểu thức (2. 6) ta nhận thấy.. .27 Trong đó, điện trở phản ảnh đợc xác định nh biểu thức: 2 (M ) 2 X gh = r fa = RL RL (2. 1) Với: RL l điện trở tải M = k L1 L2 +M : Hổ cảm + L1, L2 : Trị số điện cảm của cuộn sơ cấp v thứ cấp +k : Hệ số ghép phụ thuộc kết cấu của cuộn dây: (2. 2) - Nếu Sóng ngắn : k = 0,01 ữ 0,1 (ghép rất lỏng) Sóng trung : k = 0,5 ữ 0,9... thấy để hiệu suất biến áp cao ( BA = 0,9 ữ 0,95) thì r fa = (10 20 ) r M muốn r fa lớn thì từ (2. 1) ta thấy RL phải nhỏ v biến áp 28 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) có thể đợc viết lại dới dạng: BA = R / RK PL = 1 12 = 1 td P1 RK 1 / Rtd 2 (2. 7) Với : RK, Rtđ l điện trở tơng đơng của mạch cộng hởng khi RL... cầu theo bảng dới đây: Công suất ra PL < 1W 0,7 ữ 0,8 1W PL < 10W 0,75 ữ 0,85 10W PL < 100W 0,84 ữ 0,93 100W PL < 1KW 0, 92 ữ 0,96 1KW PL < 10KW 0,95 ữ 0,98 PL 10KW 2 Xác định Hiệu suất 0,97 P1 = PL BA 29 Vcm = (0,8 - 0,9) Vcc 3 Chọn 4 Điện trở cộng hởng khi có 2 Vcm Rtd = 2P1 tải 5 Chọn hệ số phẩm chất của khung cộng hởng sơ cấp khi đã có tải: Q1 = (10 ữ50) 6 Tính trở kháng đặc tính của mạch sơ... hởng sơ cấp: Qo = RK 1 trong đó: R K = Rtd 1 BA 9 Tính điện trở tổn hao của cuộn sơ cấp khi không v có tải: r = 1 Qo hoặc v r + r fa = r = 12 RK 1 Q1 suy ra v r + r fa = 10 Tính hỗ cảm : M = 1 r fa R L 11 Tính giá trị cuộn cảm bên thứ cấp : M2 L2 = 2 k L1 12 Rtd ... v RL 0 Nh vậy; để hiệu suất biến áp cao thì RK phải lớn, m: R K = Qo 1 ; Với Qo: hệ số phẩm chất của riêng khung cộng hởng , nên Qo phải lớn (Qo = 50 - 20 0) Mặc khác ta thay đổi độ ghép hỗ cảm M sao cho Rtđ = Rtđtớihạn để có hiệu suất cao nhất 2. 3.3 Các bớc thiết kế một mạch ghép biến áp Khi thiết kế ta thờng đợc biết trớc các điều kiện: PL , tần số góc v chọn Q1 tùy theo tần số Ta sẽ tiến hnh một . Chơng 2 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 đó máy phát l. Phát Thôn Phát Ch Phát ứn g g g dụng Cố đ Di đ Phát thanh Phát hình Đo kh cách Ra đa ịnh ộng Hình 2. 2 Phân loại máy phát theo công dụng 18 2. 1 .2 Theo tÇn