Đồ án Kỹ thuật phát truyền hình Thu phát FM

Trong truyền dẫn vơ tuyến ,để đưa tín hiệu có tần số thấp âm tiếng nói xa cần có kỹ thuật điều chế để đưa lên tần số cao, nơi thu giải điều chế để thu tín hiệu âm tần mong muốn, gồm điều chế tương tự điều chế số Phương pháp điều chế tương tự gồm điều biên (AM) điều chế góc (PM va FM) Mỗi phương pháp có ưu , nhược điểm riêng dùng tùy vào ứng dụng cụ thể Hệ thống thu phát đổi tần dùng rộng rãi phát radio FM dãi tần 88-108MHZ , truyền hình audio, ứng dụng quảng bá … ưu điểm khả chống nhiễu cao, hiệu sử dụng công suất chất lượng thu tốt AM Tuy nhiên mạch phát , thu FM phức tạp AM va giá cao Ứng dụng FM dân dụng dùng phổ biến Micro không dây Đề tài mạch thu phát FM ,mạch phát tần số dãy tần radio FM

Kỹ thuật phát truyền hình Thu phát FM BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NGUYỄN TẤT THÀNH KHOA CƠ KHÍ –ĐIỆN-ĐIỆN TỬ - Ơ TƠ  ĐỒ ÁN MƠN HỌC Chun ngành: Điện - Điện tử Khố: 2015-2019 Giảng viên hướng dẫn: ThS.Hoàng Hải Sơn Sinh viên thực hiện: Phù Minh Dương Đỗ Thanh Hiếu Nguyễn Văn Lượm Tên đồ án: Kỹ thuật phát truyền hình Nội dung đồ án: Chương 1: Giới thiệu chung Chương 2: Cơ sở lý thuyết thu phát FM Chương 3: Thiết kế thi công Chương 4: Tổng kết Kết đạt được: Ngày bắt đầu: 9/7/2018 Xác nhận Khoa Ngày kết thúc: 17/9/2018 TP.HCM, ngày… tháng… năm 2018 Giảng viên hướng dẫn Kỹ thuật phát truyền hình Thu phát FM ThS.Hồng Hải Sơn BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NGUYỄN TẤT THÀNH KHOA CƠ KHÍ - ĐIỆN-ĐIỆN TỬ - Ơ TƠ  -NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN Điểm báo cáo: Điểm phản biện: Điểm mơ hình: Tp.HCM, ngày…tháng…năm 2018 Giảng viên hướng dẫn ThS Hoàng Hải Sơn Kỹ thuật phát truyền hình Thu phát FM LỜI CÁM ƠN  Trong suốt trình theo học trường Đại Học Nguyễn Tất Thành, với giúp đỡ quí thầy cô giáo viên hướng dẫn mặt từ nhiều phía thời gian thực đồ án, nên đồ án hoàn thành thời gian qui định Em xin chân thành cảm ơn đến: Bộ mơn Điện-Điện tử tất q thầy, cô khoa Điện giảng dạy kiến thức chuyên môn làm sở để thực tốt đồ án tạo điều kiện thuận lợi cho em hồn tất mơn đồ án Đặc biệt, ThS Hoàng Hải Sơn – giáo viên hướng dẫn đồ án nhiệt tình giúp đỡ cho em lời dạy quý báu, giúp em định hướng tốt thực đồ án Tất bạn bè giúp đỡ động viên suốt trình làm đồ án môn học MỤC LỤC CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG Kỹ thuật phát truyền hình Thu phát FM CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ ĐIỀU CHẾ MẠCH THU PHÁT FM 2.1 Điều chế tần số 2.2 Đặc điểm ứng dụng FM 2.3 Ưu điểm khuyết điểm 2.4 Máy phát FM 2.4.1 Sơ đồ khối 2.4.2 Nguyên lý sơ đồ khối 2.5 Máy thu FM 2.5.1 Sơ đồ khối 2.5.2 Nguyên lý sơ đồ khối CHƯƠNG 3: NGUYÊN LÝ PHÁT VÀ THU THANH TRÊN SĨNG AM 3.1 Khái niệm tín hệu âm tân Audio 3.2 Khái niệm tín hiệu cao tần sóng điện từ 3.3 Q trình điều chế AM ( Amplitude Moducation : Điều chế biên độ ) 3.4 Q trình phát tín hiệu đài phát 3.5 Ưu điểm nhược điểm AM CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG 4.1 Linh kiện 4.2 Sơ đồ nguyên lý máy phát 4.3 Ngun lý hoạt động 4.4 Tính tốn CHƯƠNG 4: TỔNG KẾT CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG Ngành Điện tử Viễn thông ngành quan trọng mang tính định cho phát triển quốc gia Sự phát triển nhanh chóng Kỹ thuật phát truyền hình Thu phát FM Khoa học – Công nghệ làm cho ngành Điện tử Viễn thông ngày phát triển đạt nhiều thành tựu Nhu cầu người ngày cao điều kiện thuận lợi cho ngành Điện tử Viễn thông phải không ngừng phát minh sản phẩm có tính ứng dụng cao, sản phẩm đa tính năng, có độ bền độ ổn định ngày cao… Trong truyền dẫn vơ tuyến ,để đưa tín hiệu có tần số thấp âm tiếng nói xa cần có kỹ thuật điều chế để đưa lên tần số cao, nơi thu giải điều chế để thu tín hiệu âm tần mong muốn, gồm điều chế tương tự điều chế số Phương pháp điều chế tương tự gồm điều biên (AM) điều chế góc (PM va FM) Mỗi phương pháp có ưu , nhược điểm riêng dùng tùy vào ứng dụng cụ thể Hệ thống thu phát đổi tần dùng rộng rãi phát radio FM dãi tần 88-108MHZ , truyền hình audio, ứng dụng quảng bá … ưu điểm khả chống nhiễu cao, hiệu sử dụng công suất chất lượng thu tốt AM Tuy nhiên mạch phát , thu FM phức tạp AM va giá cao Ứng dụng FM dân dụng dùng phổ biến Micro không dây Đề tài mạch thu phát FM ,mạch phát tần số dãy tần radio FM mạch thu để thu lai tín hiệu phát Rất mong nhận đóng góp ý kiến thầy để báo cáo hoàn chỉnh CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ ĐIỀU CHẾ MẠCH THU PHÁT FM Kỹ thuật phát truyền hình Thu phát FM 2.1 Điều chế tần số FM Amaplifier Informated Channel Amplifier Demodulator Modulator Signal Informated Signal Transmitter Receiver SƠ ĐỒ KHỐI HỆ THỐNG THU PHÁT  Định nghĩa: Nếu ghi tín hiệu điều chế vào tần số sóng mang tần số sóng mang thay đổi theo quy luật tin tức Ta có điều chế tần số Hình 2.1  Điều chế dùng mạch điện VCO: Hình 2.2 Kỹ thuật phát truyền hình Thu phát FM Phương pháp điều chế tần số trực tiếp đơn giản làm thay đổi tần số dao động Có thể dùng micro điện dung thay đổi theo điện áp đưa vào, dùng diode biến dung Sư dụng vi mạch VOC, điều tần dựa tụ điện ký sinh tiếp xúc transistors thay đổi theo điện áp phân cực… Phương pháp điều chế FM thực dựa nguyên tắc điều chế FM trực tiếp dùng varicap làm thay đổi tần số dao động (tương tự VOC) tần số ngõ nằm dây tần FM radio  Biểu thức:  Tần số tức thời VOC tạo xác định bởi: f(t) = f c+ as(t)  Biểu thức pha tức thời tín hiệu:  Pha tức thời FM:  Biểu thức FM: Kỹ thuật phát truyền hình Thu phát FM  Dạng sóng: Hình 2.3 2.2 Đặc điểm ứng dụng FM • Đặc điểm : - Tín hiệu phát thay đổi thành phần tần số tỉ lệ với biên dộ tần số tín hiệu truyền • Ứng dụng: - Phát quảng bá phi thương mại 88-90Mhz - Phát thương mại 88-108Mhz - Truyền hình Audio, dịch vụ thơng tin cơng cộng 2.3 Ưu điểm khuyết điểm thu phát FM • Ưu điểm: - Có nhiều ưu điểm tần số, dải tần âm sau tách sóng có chất lượng tốt - Khó bị ảnh hưởng nhiễu - Sử dụng hiệu lượng • Khuyết điểm: Kỹ thuật phát truyền hình Thu phát FM - Tín hiệu điều chế theo yêu cầu băng thông rộng nhiều tín hiệu truyền ban đầu (dữ liệu) - Hiện thực mạch điều chế dải điều chế phức tạp so với phương pháp điều biên - Truyền cự ly ngắn 2.4 Máy phát FM 2.4.1 Sơ đồ khối 2.4.2 Nguyên lý sơ đồ khối - Tín hiệu đưa vào tiền khuếch đại âm tần: Tần có nhiệm vụ khếch đại điện áp tín hiệu vào đến mức cần thiết để đưa vào tầng điện kháng để điều chế FM Đối với máy phát điều tần yêu cầu tín hiệu âm tần điều chế khơng lớn lắm, nên tín hiệu âm tần từ micro qua tiền khuếch đại - Tín hiệu thu từ tiền khuếch đại âm tần đưa vào tần điện kháng: Tầng sử dụng phần tử điện kháng để biến đổi tín hiệu âm tần thành điện kháng thay đổi (dung kháng cảm kháng biến thiên) để thực việc điều chế FM Phần tử điện kháng transistor điện kháng, đèn điện kháng varicap (điện ding biến đổi theo điện áp đặt vò varicap) Kỹ thuật phát truyền hình Thu phát FM - Tín hiệu thu từ tầng điện kháng đưa vào tầng nhân tần: Tín hiệu điều chế tần số làm việc cao nhiều so với tín hiệu điều biên nên - Trong phần tiền khuếch đại cao tần Do dùng nhiều tầng nhân tần nêm độ di tần thường lớn (delta f=+-75kHz), độ ổn định tần số máy phát điều tần yêu cầu cao (10^-5 đến 10^-8), nên hệ thống AFC thường có cấu tạo phức tạp - Mạch ra: Phối hợp với trở kháng tầng KĐCSCT cuồi để tạo anten - Nguồn cung cấp: Điện áp phải có cơng suất lớn để cung cấp cho transistor đèn điện tử công suất - Thiết bị an tồn làm nguội: • Thiết bị an tồn bao gồm thiết bị đóng, mở bảo vệ, kiểm tra chế độ làm việc máy phát • Thiết bị làm nguội cho transistor cơng suất (các phiến tỏa nhiệt), làm nguội cho đèn điện tử cơng suất (thiết bị thổi khơng khí, quạt, bơm nước,…) - Khối chủ sóng: Tạo dao động cao tần (sóng mang), có biên độ tần số ổn định, có tầm biến đổi tần số rộng Dùng mạch động LC kết hợp với mạch điều chỉnh tần số AFC 2.5 Máy thu FM 2.5.1 Sơ đồ khối 2.5.2 Nguyên lý sơ đồ khối Tín hiệu ban đầu thu từ anten đưa vào Lọc băng thơng để lấy tín hiệu muốn thu vào hạn chế nhiễu Sau tín hiệu thu được, đưa 10 Kỹ thuật phát truyền hình Thu phát FM vào khuếch đại cao tần để khuếch đại tin hiệu Tín hiệu sau khuếch đại qua giải điều chế để tách sóng, loại bỏ sóng mang tái lập lại tin tức ban đầu Tín hiệu thu từ giải điều chế đưa vào khuếch đại công suất âm tần để khuếch đại tín hiệu âm tần Sau đưa vào thiết bị cuối 11 Kỹ thuật phát truyền hình Thu phát FM CHƯƠNG 3: NGUYÊN LÝ PHÁT VÀ THU THANH TRÊN SĨNG AM 3.1 Khái niệm tín hệu âm tân Audio Tín hiệu âm tân tin hiệu sóng âm sau đổi thành tín hiệu điện thơng qua Micro Sóng âm dạng sóng học truyền khơng gian, sóng âm va chạm vào màng Micro làm cho màng Micro rung lên, làm cho cuộn dây gắn với màng Micro đặt từ trường nam châm dao động, hai đầu cuộn dây ta thu điện áp cảm ứng => tín hiệu âm tần Tín hiệu âm tần có giải tần từ 20Hz đến 20KHz khơng có khả xạ thành sóng điện từ để truyền khơng gian, để truyền tín hiệu âm tần xa hàng trăm, hàng ngàn Km Người ta phải giử tín hiệu âm tần cần truyền vào sóng cao tần gọi sóng mang, sau cho sóng mang xạ thành sóng điện từ truyền xa với vận tốc ánh sáng 3.2 Khái niệm tín hiệu cao tần sóng điện từ Tín hiệu cao tần tín hiệu điện có tần số 30KHz, tín hiệu cao tần có tính chất xạ thành sóng điện từ Thí dụ dây dẫn có tín hiệu cao tần chạy qua , dây dẫn có sóng gây can nhiễu xung quanh, sóng điện từ dịng điện cao tần xạ khơng gian Sóng điện từ : Là sóng truyền dẫn không gian với vận tốc vận tốc ánh sáng, có tần số từ 30KHz đến hàng ngàn MHz, cong người sử dụng sóng điện từ lĩnh vực thông tin , vô tuyến điện , truyền thanh, truyền hình, Radio lĩnh vực truyền chiếm giải tần từ 30KHz đến khoảng 16MHz với sóng điều chế AM, từ 76MHz đến 130MHz với sóng điều chế FM 12 Kỹ thuật phát truyền hình Thu phát FM 3.3 Quá trình điều chế AM ( Amplitude Moducation : Điều chế biên độ ) Tín hiệu vào mạch điều chế AM Tín hiệu âm tần lấy từ Micro sau khuếch đại qua mạch khuếch đại âm tần, lấy từ thiết bị khác đài Cassette, Đầu đĩa CD Tín hiệu cao tần tạo mạch tạo dao động, tần số cao tần tần số theo quy định đài phát Tín hiệu đầu sóng mang có tần số tần số cao tần, có biên độ thay đổi theo tín hiệu âm tần 3.4 Q trình phát tín hiệu đài phát 13 Kỹ thuật phát truyền hình Thu phát FM Q trình phát sóng Radio AM Tín hiệu sau điều chế thành sóng mang khuếch đại lên cơng xuất hàng ngàn Wat sau truyền Anten phát Sóng điện từ phát từ Anten truyền không gian vận tốc ánh sáng, sóng AM truyền xa hàng ngàn Km chúng truyền theo đường thẳng, có tính chất phản xạ, khúc xạ ánh sáng 3.5 Ưu điểm nhược điểm AM Ưu điểm: sóng AM truyền xa tới hàng ngìn Km Nhược điểm: sóng AM dễ bị nhiễu, dải tần âm bị cắt sén đặc điểm mạch tách sóng điều biên, chất lượng âm bị hạn chế CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG 4.1 Linh kiện R1=5.6K; R2=R4=1K; R3=0.1Uh; R5=220 Ohm; C1=1nf; C2=39p; C3=5p; C4=474; Hình 4.1 _2N3904 bóng bán dẫn NPN có mục đích chung tốt cho việc khuếch đại chuyển đổi công suất thấp 14 Kỹ thuật phát truyền hình Thu phát FM Điện áp thu-phát 40V Điện áp sở thu 60V Dịng thu 200mA Đọc hiểu thêm 2N3904 bóng bán dẫn NPN có mục đích chung rẻ tiền tốt cho việc khuếch đại chuyển đổi công suất thấp phải phần phận Chúng tiện lợi bạn cần tăng đầu chân uC để lái thứ mà khơng thể lái trực tiếp Các bóng bán dẫn NPN thường sử dụng ứng dụng chuyển mạch phía thấp, nơi chúng kết nối tải mặt đất Đây mạch ví dụ đơn giản Chúng tơi có đèn LED mà chúng tơi muốn lái xe Chỉ báo bao gồm đèn LED, đèn hút 20mA dịng điện Một chân uC dễ dàng điều khiển đèn LED 20mA, mạch yêu cầu 60mA nằm phạm vi khả điều khiển uC điển hình Bạn sử dụng chân uC để lái đèn LED, điều thật lãng phí cho chân trừ bạn có chân để dự phịng Mạch đơn giản cho phép bạn điều khiển đèn Led khỏi chân uC 15 Kỹ thuật phát truyền hình Thu phát FM Hình 4.2 Điện trở 4,7K đế có để hạn chế dịng điện khỏi chân uC mức an toàn giá trị không quan trọng 1K 10K hoạt động Điện trở 50 ohm đặt dòng điện chung cho đèn LED Giá trị thay đổi chút tùy thuộc vào loại đèn LED sử dụng Ví dụ giả sử điện áp LED giảm 2V, R = (5V - Vled) / 60mA = 50 ohms Công suất thông qua điện trở P = 60mA * 3V = 180mW nên điện trở / 4W hoạt động, / 2W lựa chọn tốt để sử dụng lâu dài Sử dụng song song hai điện trở 100 ohm / 4W cách tiếp cận khác Nếu cần transistor NPN mạnh hơn, PN222 hỗ trợ tới 600mA bóng bán dẫn TIP120 Darlington xử lý lên đến 5A 16 Kỹ thuật phát truyền hình Thu phát FM Hình 4.3 + Mic SG 6x6mm loại cảm biến âm dạng điện dung + Điện áp hoạt động 3-10V + Độ nhạy -44 ±2 dB Ứng dụng : + Mạch bật tắt thiết bị âm + Lấy tín hiệu đưa vào để điều khiển thiết bị khác Hình 4.4: Ổ cắm âm stereo 3.5mm 17 Kỹ thuật phát truyền hình Thu phát FM Hình 4.5: Anten khơng dây 4.2 Sơ đồ nguyên lý máy phát 18 Kỹ thuật phát truyền hình Thu phát FM 4.3 Nguyên lý hoạt động - Mạch phát đơn giản sử dụng transistor vừa làm nhiệm vụ dao động vừa làm nhiệm vụ khuếch đại Khơng có khối tiền khuếch đại Các transistor sử dụng mạch transistor ca tần 2N222, 2N3904,S9018, C828… - Tín hiệu đưa vào mạch phát tín hiệu âm từ máy phát nhạc tín hiệu từ electet microphone, qua phonejack audio output đến chân B transistor - Tín hiệu thay đổi theo tín hiệu âm tần đưa vào, tín hiệu cao tần từ cực C qua tụ lọc đến anten để xạ - C2 C1 tụ lọc nguồn, C1và C8 tụ nối cho tín hiệu âm tần cao tần qua - Anten xạ sử dụng sợ dây dẫn dài khoảng 1m - Mạch đơn linh kiện sai số khơng có linh kiện thiết kế nên có nhiều tần số hài phát quanh tần số - Cuộn dây R3 tự quấn dây đồng cở 0.6mm khoảng vịng dây, lõi khơng khí 4.4 Tính tốn -Cơng st phát: P=Ic*Vce -Tần số phát: Mạch dao động colpitt, tần số phát tính theo cơng thức: f=1/2pi*spr(LC) (**) 19 Kỹ thuật phát truyền hình Thu phát FM 4.5 Sơ đồ mạch in CHƯƠNG 4:TỔNG KẾT Qua qua trình tiến hành làm đồ án giúp em nắm vũng sơ dồ nguyên lý, nguyên tắc hoạt động, củng cố lại kiến thức học trước môn học:Linh kiện điện tử, Mạch điện, Mạch tương tự kỹ thuật xung, 20 Kỹ thuật phát truyền hình Thu phát FM Chúng em trực tiếp đo đạc, thiết kế, lắp ráp mạch thu phát FM Tạo hội cho chúng em nâng cao khả tư duy, phân tích, sáng tạo Tuy nhiên q trình thực gặp số khó khăn việc tìm kiêm số linh kiện … Nhưng nhờ có hướng dẫn tận tình thầy ThS Hồng Hải Sơn nên cuối chúng em hoàn thành đồ án giao thời hạn đưa Chúng em chân thành cảm ơn thầy lần 21 Kỹ thuật phát truyền hình Thu phát FM 22 ... khiển thiết bị khác Hình 4.4: Ổ cắm âm stereo 3.5mm 17 Kỹ thuật phát truyền hình Thu phát FM Hình 4.5: Anten khơng dây 4.2 Sơ đồ ngun lý máy phát 18 Kỹ thuật phát truyền hình Thu phát FM 4.3 Nguyên... Wat sau truyền Anten phát Sóng điện từ phát từ Anten truyền không gian vận tốc ánh sáng, sóng AM truyền xa hàng ngàn Km chúng truyền theo đường thẳng, có tính chất phản xạ, khúc xạ ánh sáng 3.5... đài phát Tín hiệu đầu sóng mang có tần số tần số cao tần, có biên độ thay đổi theo tín hiệu âm tần 3.4 Quá trình phát tín hiệu đài phát 13 Kỹ thuật phát truyền hình Thu phát FM Quá trình phát