Thiết kế máy thu FM 50

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG ĐỒ ÁN II THIẾT KẾ MÁY THU FM GVHD : PGS-TS Phạm Hồng Liên SVTH : MSSV : Lớp : 08DD2N Lời cám ơn Trước hết em xin cảm ơn cô Phạm Hồng Liên tận tình hướng dẫn giúp đỡ em hoàn thành đồ án Giúp em củng cố lại kiến thức học nâng cao kiến thức Qua đồ án em hiểu rõ máy thu nguyên lý hoạt động khối mach máy thu FM mà em học môn điện tử thông tin Em cảm ơn cô tạo điều kiện thuận lợi giúp đỡ em hoàn thành tốt đề tài ,có đươc kiến thức quan trọng thực tiễn giúp chúng chúng em cảm thầy vững vàng cho mục tiêu theo đuổi GVHD:PGS-TS Phạm Hồng Liên Page LÝ THUYẾT I Định nghĩa máy thu: Máy thu thiết bị đầu cuối hệ thống thơng tin vơ tuyến điện Máy thu có nhiệm vụ tiếp nhận lặp lại tin tức có chứa tín hiệu chuyển từ máy phát dạng song điện từ Máy thu phải loại bỏ nhiễu khơng mong muốn, khuếch đại tín hiệu mong muốn sau giải điều chế để nhận thơng tin ban đầu Máy thu có nhiều tham số, chúng ta chủ yếu xét tiêu kỹ thuật máy thu sau:  Độ nhạy: biểu thị khả thu tín hiệu yếu máy thu Độ nhạy đươc xác định sức điện động cảm ứng tối thiểu tín hiệu anten để đảm bảm cho máy thu làm việc bình thường đo microvolt (μv) Điều kiện làm việc bình thườgn máy thu là: • Đảm bảo cơng suất (điện áp ra) danh định • Đảm bảo tỉ số tín hiệu nhiễu (S/N) Muốn nâng cao độ nhạy máy thu hệ số khuếch đại (AV, AI) máy phải lớn mức tạp âm nội máy phải thấp (giảm tạp âm tầng đầu) Ở siêu cao tần (f>30 MHz) 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 Nói cách khác, độ chọn lọc khả lựa chọn tín hiệu khỏi loại nhiễu tồn đầu vào máy thu Về mặt số lượng, độ chọn lọc kí hiệu: Ao: hệ số khuếch đại tần số fo hệ số khuếch đại tần số f Độ chọn lọc thường tính đơn vị dexibel: GVHD:PGS-TS Phạm Hồng Liên Page SdB=20logSe Đôi người ta dùng độ chọn lọc theo hệ số: Vì nhỏ tốt Máy thu lý tưởng có đặc tuyến hình chữ nhật Trong dãi thơng D A=conts Ngồi dãi thơng D A=0  Chất lượng lặp lại tin tức: đánh giá độ méo tín hiệu (méo phi tuyến, méo tần số, méo pha), chủ yếu xét độ méo tần khuếch đại cơng suất âm tần để cho tín hiệu loa bị méo dạng so với tín hiệu đưa tới điều chế máy phát GVHD:PGS-TS Phạm Hồng Liên Page II.Sơ đồ khối tổng quát mày thu: Sơ đồ khối may thu khuếch đại trực tiếp: Việc nâng cao độ nhạy độ chọn lọc máy thu bị hạn chế lý do:  Số tầng khuếch đại tăng lên tùy ý vì: - Số tầng tăng tính ổn định khuếch đại cao tần RF giảm (tụ kí sinh Ccb gây tự kích) - Số tầng tăng số mạch cộng hưởng tăng, hệ thống điều chỉnh cộng hưởng phức tạp, cồng kềnh  Tần số cao khó đạt hệ số khuếch đại lớn  Tần số cao dải thông rộng, làm giảm độ chọn lọc máy thu (D= ) Muốn có dải thơng hẹp phải dùng mạch cộng hưởng có hệ số phẩm chất cao, có vượt qua khả chế tạo Sơ đồ khối tổng quát máy thu đổi tân (FM): Tín hiệu cao tần điều chế (AM, FM, PM) nhận từ anten qua mạch vào qua khuếch đại cao tần RF đưa vào đổi tần để biến thaanhf tầng số tín hiệu khác gọi tần số trung gian, quy luật điều chế không thay đổi NHIỆM VỤ CÁC KHỐI:  Mạch vào: mạch nối liền anten với đầu vào tầng máy thu, có nhiệm vụ chuyển tín hiệu cao tần nhận từ anten thu đến tầng đảm nhiệ phần độ chọn lọc máy thu GVHD:PGS-TS Phạm Hồng Liên Page Mạch vào bao gồm thành phần: - Hệ thống cộng hưởng (đơn kép) điều chỉnh tần số cần thu - Mạch ghép với nguồn tín hiệu mạch vào (anten) - Mạch nối với tải mạch vào  Bộ trộn tần: trình tác động lên tín hiệu cho đầu trộn tần nhận thành phần tần số tổng hiệu tín hiệu III Phân tích máy thu FM: Mạch vào máy thu: Mạch vào mạch điện nối liền anten với đầu vào tầng máy thu Nó có nhiệm vụ chuyển tín hiệu cao tần nhận từ anten thu đến tầng đảm nhiệm phần độ chọn lọc máy thu 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 mạch vào (anten) - Mạch ghép với tải mạch vào (tần khuếch đại cao tần đầu tiên) Để điều chỉnh cộng hưởng mạch vào, người ta thường sử dụng tụ điện có điện dung C biến đổi chúng dễ chế tạo xác cuộn dây có điện cảm biến đổi Do phạm vi biến đổi tụ điện lớn Cmax/Cmin, bền chắc, ổn định (do C biến đổi theo điều kiện bên ngoài) Các mạch ghép anten với mạch cộng hưởng vào: a) Mạch cộng hưởng ghép điện dung với anten: E1 ANTENNA C2 C3 L1 2 L2 GVHD:PGS-TS Phạm Hồng Liên Page Loại mạch đơn giản sử dụng cịn mang số khuyết điểm Ap Av thấp phụ thuộc nhiều vào tần số Để khắc phục ta thường chọn cách ghép với tụ C có giá trị ÷ 10 pF b) Mạch cộng hưởng ghép điện dung với anten: E1 ANTENNA 2 C3 C2 Mạch có hệ số truyền đạt Av=const, Av Ap thấp, hệ số mắc mạch phụ thuộc vào tần số, dó thường Cgh >> C để C định tần số mạch cộng hưởng Dạng mạch thường dùng khuếch đại tần số trung gian c)Mạch cộng hưởng ghép biến áp tự ngẫu với anten: 2 Q1A L1 C1 1 Dạng mạch có độ ghép cố định (Ap ≈ 1), siêu cao tần hệ số tạp âm nhỏ Vì cách ghép thường dùng tần số siêu cao, ngồi cịn dùng với khuếch đại dùng Transistor để tổn hao cơng suất mạch vào d) Mạch cộng hưởng ghép biến áp với anten: GVHD:PGS-TS Phạm Hồng Liên Page 2 Q1A Dạng mạch dùng nhiều máy thu Độ ghép anten mạch cộng hưởng định hổ cảm M Lgh Ghép hổ cảm hệ số truyền đạt phụ thuộc vào tần số, cịn độ ghép khơng phụ thuộc vào tần số, nên thường dùng mạch khuếch đại cao tần Các mạch ghép với tải mạch vào gồm ghép biến áp Mạch khuếch đại cao tần: Bộ có nhiệm vụ khuếch đại tín hiệu điều chế cao tần đến giá trị định đưa xuống khối phía sau a) Các dạng mạch: Khối khuếch đại cao tần máy thu có cấu tạo mạch trên, tải khuếch đại cao tần biến trở, cuộn cảm mạch cộng hưởng Vcc Nếu tải điện trở hệ số khuếch đại tầng tương đối đồng tần số Tần số cao hệ số khuếch đại giảm không nhiều Nếu tiến tới tần số cắt hệ số khuếch đại giảm nhanh GVHD:PGS-TS Phạm Hồng Liên Page Vcc Khi tải cuộn cảm tần số cao, hệ số khuếch đại tầng tăng Tất nhiên tần số vượt tần số cắt, bên cạnh cịn bị hạn chế điện dung cuộn cảm Vcc Lp1 Ls Lp2 Khi tải mạch cộng hưởng hệ số khuếch đại lớn tần số cộng hưởng mạch (f0), cịn tần số khác khơng khuếch đại Tần số cộng hưởng điều chỉnh máy thu khuếch đại trực tiếp điều chỉnh cố định tần số khuếch đại trung tần máy thu đổi tần So với mạch cộng hưởng có hệ số khuếch đại lớn nhiều lần so với tải điện trở hay cuộn cảm b) Ghép tầng: Trong phần khuếch đại cao tần khuếch đại trung tần kiểu ghép tần biến áp phổ biến Đối với mạch mắc BC trở kháng tầng nhỏ so với trở kháng mạch cộng hưởng Có thể ghép sang tầng sau theo kiểu biến áp, tự biến áp hay ghép điện dung Ngồi cịn dùng kiểu ghép điện trở, điện dung hay ghép trực tiếp tầng Bộ khuếch đại cao tần làm việc tần số cao, đầu vào khung cộng hưởng nên dễ gây tự kích Nguyên nhân ghép kí sinh đầu vào đầu Để tần làm việc ổn định thường dùng biện pháp sau: GVHD:PGS-TS Phạm Hồng Liên Page - Giảm hệ số khuếch đại tầng - Dùng mạch hồi tiếp âm, ví dụ mắc vào emitter điện trở RE - Mắc thêm điện trở nối tiếp với collector hay điện trở song song với mạch cộng hưởng Bộ trộn tần: Bộ trộn tần: q trình tác động lên hai tín hiệu cho đầu trộn tần nhận thành phần tần số tổng hiệu hai tín hiệu Mạch trộn tần dùng Transistor mắc theo sơ đồ EC BC Sơ đồ BC thường dùng phạm vi tần số cao siêu cao, tần số giới hạn cao Các mạch trộn tần mắc theo sơ đồ đẩy kéo có nhiều ưu điểm so với sơ đồ đơn: - Méo phi tuyến nhỏ hài bậc chẵn bị triệt tiêu - Phổ tín hiệu hẹp - Liên hệ mạch tín hiệu mạch ngoại sai - Khả xuất điều chế giao thoa thấp Mạch trung tần tách song: Nhiệm vụ chủ yếu tách sóng dời phổ từ miền tần số cao miền tần số thấp đồng thời làm biến đổi cấu phổ tín hiệu Để thực việc ta phải dùng phần tử phi tuyến (diode, transtor…) phần tử tuyến tính có tham số biến đổi tuần hồn theo thời gian Nói tóm lại mạch tách tín hiệu âm tần khỏi tín hiệu điều chế khơi phục lại tín hiệu âm tần ban đầu Phụ thuộc vào phương thức điều chế ta có hai loại mạch tách song: tách sóng tín hiệu điều biên (tách sóng biên độ), tách sóng tín hiệu điều tần (tách sóng tần số) Các yêu cầu khối tách sóng: - Hệ số truyền đạt phải cao - Trở khán vào tách sóng phải nhỏ - Độ méo tín hiệu phải nhỏ - Hệ số chọn lọc cao tần phải nhỏ Sơ đồ IC mạch trung tần tách sóng MC 3361B: GVHD:PGS-TS Phạm Hồng Liên Page 10 =>Chọn: C1=12(nF) Ctd= =>Chọn: C2=7.5(nF) Ở chế độ chiều Rlọc đóng vai trị lọc nguồn thường có giá trị vài trăm ohm =>chọn Rlọc=1(kΩ) Ta có : => Clọc Vậy ta chọn Clọc=180(pF) Mạch khuếch đại công suất cao tần RF: Rloc V1 C 10Vdc R2 T1 C5 0 Q1 C3 C2 E1 L1 R1 R3 ANTENNA C1 C4 Chọn transistor Q1 = 2SC1214 có thông số kỹ thuật sau: Vmax = 20V Imax = 0,03A Pcmax = 0.6W hfe = 90 fT = 50 MHz GVHD:PGS-TS Phạm Hồng Liên Page 16 Chọn : =1 mA = (0,1 ÷ 0,3) V’CC V’CC = VCC - ICQ1.RLoc = 10 – 1.10-3.103 = (V) Suy : = 0,1 V’CC = 0,1 = 0.9(V) Suy : ⇒ Chọn Ta có : Vbb1=V +ICQ1xR3=0.7 +10-3 x 103=1.7(V) Vậy R1=Rb1x ⇒ Chọn R1=12(kΩ) R2=Rb1 x ⇒ Chọn R2= 56(kΩ) Ở chế độ xoay chiều : Ta có : fβ= fRF = 10MHz < x fβ=1.65 MHz Vậy mạch hoạt đơng tần số trung bình Vì hoạt động chế độ lớp A nên góc cắt θ = 1800 Chọn ξA =( 0,4 ÷ 0,45) = 0,4 Vcm1 = ξA V’CC = 0,4.9 = 3.6 (V) Ta có γ0(θ) = sinθ − θ cosθ π GVHD:PGS-TS Phạm Hồng Liên = sin π − π cosπ π =1 Page 17 γ1(θ)= θ − sinθ cosθ π − sinπ cosπ = =1 π π Thành phần chiều xung dòng collector: ICO = ICO1 = (mA) Dòng hài bậc collector: I cm1 (Q1 ) = γ (θ ) I CO = 1mA γ (θ ) Điện trở cộng hường tương đương khung cộng ra: Rtd1 = Công suất tải : PL1= L 1= C C= Hệ số khuyếch đại dòng điện hai dải tần số trung bình |β|= Cơng suất nguồn cung cấp : PCC = ICo.V’cc = 10-3 x 9= 9mW Hiệu suất : η= Ta có : Zin1=Rb1//hie1 GVHD:PGS-TS Phạm Hồng Liên Page 18 Mà : hie1=1.4xhfe1x =1.4x90x0.025x =3150(Ω) ⇒ Zin1= 9k//3.15k=2.3(kΩ) Tụ C3 tụ liên lạc dùng để ghép mạch đầu vào với tầng khuếch đại ⇒ C3 ⇒ Chọn C3=68(pF) Tụ C4 tụ bypass để ổn định nhiệt tăng độ lợi cho transistor Q1: Chọn ZC4 R3 ⇒ C4 ⇒ Chọn C4=150(pH) Từ sơ đồ tương đương tín hiệu nhỏ ta có : C5 = CC – (CM2 +Cb’e2).a2 Mà : CM = (1+gm.ZL ) Cb’c Với : gm = 40.ICQ1 ZL = Zi2 = 1837 ( Ω ) Suy : CM = (1 + 40.10 −3.1837).0,9 = 67( pF ) Và Cb'e = hfef wT rb'e = 76,9 2π 3000.10 6.3846 = 1( pF ) C5 = CC – (CM2 +Cb’e2).a2 =18-(67+1)x ( ) =15.28(pF) Chọn C5 =15 (pF) 3.Mạch trộn tần : GVHD:PGS-TS Phạm Hồng Liên Page 19 T2 C7 T1 Lp1 Ls R5 Lp2 XFRM_NONLIN/CT-PRI Q2 C6 R4 R6 C8 Chọn transistor có cá Q2:2SC3099 thơng số kĩ thuật sau: Vmax = 20 V Imax = 0,03 A Pcmax = 0,15 W hfe = 80 ft = 3000 MHz Ở chế độ chiều: Chọn I CQ2 = mA VR7 = 0,1 x Vcc = 0,1 x 10= (V) Suy ra: R6= V R = I CQ 5.10 −3 = 200(Ω) `=> Chọn : R6 =220 Ω Ta có : Rb2 = 1 hfe.R6 = 80 220 = 1.76(KΩ) 10 10 VBB = 0,7 + I CQ2 R6 = 0,7 + 5.10-3 220 =1.8(V) Vậy R4 = GVHD:PGS-TS Phạm Hồng Liên Page 20 ... LÝ THUYẾT I Định nghĩa máy thu: Máy thu thiết bị đầu cuối hệ thống thông tin vô tuyến điện Máy thu có nhiệm vụ tiếp nhận lặp lại tin tức có chứa tín hiệu chuyển từ máy phát dạng song điện từ Máy. .. tích máy thu FM: Mạch vào máy thu: Mạch vào mạch điện nối liền anten với đầu vào tầng máy thu Nó có nhiệm vụ chuyển tín hiệu cao tần nhận từ anten thu đến tầng đảm nhiệm phần độ chọn lọc máy thu. .. từ Máy thu phải loại bỏ nhiễu khơng mong muốn, khuếch đại tín hiệu mong muốn sau giải điều chế để nhận thơng tin ban đầu Máy thu có nhiều tham số, chúng ta chủ yếu xét tiêu kỹ thu? ??t máy thu sau: