Mạch điều chế và giải điều chế

8. 4.Mach chọn tần

8.5. Mạch điều chế và giải điều chế

Nh đã trình bày khối này đợc chọn thực hiện bằng IC LM567 thực hiện điều tần tín hiệu âm tần để truyền đi.

R501 R502 R503 R504

R501 R502 R503 R504 Chuyển mạch

chọn tần

C501

Đi vào khối điều chế và giải điều chế

Chân 8 của IC LM 567 cho tín hiệu ra là ở hai mức 0 & 1 ứng với khi không có tín hiệu và khi có tín hiệu vào. Tín hiệu này đợc lấy làm điều khiển cho mạch khuyếch đại micro và các mạch khoá nên nó phải có công suất t- ơng đối lớn và điện áp khoảng 8V. Nh vậy mức ra tại chân 8 của IC này một

điện trở 220Ω nối lên nguồn 8V. Coi chân 8 của IC là một transitor làm việc

ở chế độ khoá, ta sẽ đợc sơ đồ sau:

Khi transitor làm việc ở chế độ bão hoà thì Ura∼ 0V (Khoá) lúc này dòng

chảy qua R là: 8V /220 Ω = 0, 036 mA.

Dòng này không phải là lớn đối với điện trở 220Ω.

Nguồn cung cấp cho IC phải nằm trong khoảng từ 4, 75 đến 9V nhng dải điệnáp cung cấp để làm mạch hoạt động tốt nhất là 4, 75 đến 6, 75V. Nh vậy ta phải giảm bớt điện áp của nguồn cung cấp từ 8V xuống còn khoảng 5V. Để thực hiện ta mắc nối tiếp một điện trở từ chân 4 của IC này lên nguồn 8V.

Với dòng của IC khoảng 10mA thì sụt áp trên điện trở là:

UR = I. R 706= 10 (mA). 220 (Ω). =2, 2V.

Điện áp tại chân 4 của IC sẽ là:

U4 = Ucc - UR = 8 - 2, 2 = 5, 8V.

Nh vậy điện áp U4 nằm trong dải mà ta đã nêu ra.

8.6. Tính toán chi tiết mạch khuyếch đại âm tần

+8V

R706=220Ω

8

ICLM567

Mạch khuyếch đại âm tần trong phần thiết kế sơ đồ ta đã chọn dùng IC LM 386 để thực hiện với cách mắc nh sau:

Mạch có các chỉ trên kỹ thuật nh sau: + Mạch dùng nguồn cung cấp 8V.

+ Lấy tín hiệu từ cửa 2IC LM 567 với mức là 0, 6v.

+ Phần tử tích cực là khuyếch đại thuật toán thực hiện bằng IC LM 386. + Méo dạng tín hiệu nhỏ.

+ Công suất âm tần lớn hơn hoặc bằng 400mW.

Ta nhận xét rằng đầu vào của mạch (cửa 3) đợc nối với chiết áp

VOLUME có giá trị là 5kΩ và đợc nối về cửa 2 của IC LM qua một mạch

phân áp bằng điện trở nh sau:

Đối với tín hiệu âm tần ta coi nh bỏ qua các tụ. Nếu ở đầu vào mạch phân áp là cửa 2 của IC LM 567 có mức điện áp khoảng 0, 6V thì đầu ra qua

6 5 1 8 2 3 + - 4 C205 R203 C203 C207 Tín hiệu ra loa

Hình 8.11. Mạch khuếch đại âm tần.

Uc R202 Đi tới mạch khuếch đại âm tần Tín hiệu âm tần Chiết áp VOLUME R203 VR

Ura = URvao VR+VR 203 2 / ) ( V k k x k k k Uvao 18 , 0 3 , 8 5 , 2 6 . 0 3 , 3 5 ) 2 5 ( = Ω Ω = Ω + Ω Ω .

ở đây ta bỏ qua các điện trở nhỏ là 220Ω bởi vì chúng quá nhỏ với các

điện trở phân áp.

Tính hệ số khuyếch đại áp của mạch.

Với C = 10 àF mắc giữa chân 1 & 8 có mức khuyếch đại áp là

46dB.

Với C = 0 mắc giữa chân 1 & 8 có mức khuyếh đại là 26 dB.

Tính trung bình khi C = 0, 47 àF: KU = KU + .0,47 10 ) 26 46 ( − C = 0, 47 àF C=0 = 26 + 10 20 .0, 47 =26, 9dB. KU =10 (26, 93 /20) = 22, 2 (lần). Với Uvào =0, 18 V tính đợc Ura là: Ura = Uvào. KU =0, 18.22, 2 = 4V

Với tải là loa trở kháng 16 Ω công suất âm tần ra là; :

Pra =U ra 0,5W 160 . 2 42 2 = =

Nh vậy công suất ra của mạch đã thoả mãn những yêu cầu khi thiết kế.

Méo dạng của mạch tính theo đặc tuyến khi Pra = 0, 5 là 10%. Đối với yêu

cầu của tín hiệu thoại thì méo dạng này nằm trong khoảng cho phép.

Chơng 9

Thiết kế và lắp ráp mạch Thiết kế và lắp ráp mạch

9. 1. Thiết kế mạch IN

Để thiết kế một mạch IN có thể dùng nhiều cách khác nhau. Trớc đây ng- ời ta thờng sử dụng phơng pháp thủ công để làm mạch IN. Hiện nay đã có rất nhiều phân mềm hỗ trợ công việc này, có thể thiết kế tự động hay bán tự động. Tuy nhiên điều quan trọng nhất trong việc thiết kế là đặt vị trí của các linh kiện sao cho thích hợp nhất, mạch có tối u hay không là do bớc này quyết định, muốn vậy phải biết đợc kích thớc của các chân linh kiện. Các khoảng cách giữa các linh kiện, dự phòng cho cả trờng hợp phải thay thế. Các biến trở nên bố trí ở phía ngoài cùng để tiện cho việc điều chỉnh, cần có khoảng trống để bố trí các thiết bị toả nhiệt đối với các linh kiện nh transitor công suất, ổn áp nguồn... . Các công tắc chuyển mạch nên đợc thiết kế trên vỉ mạch riêng tiện cho việc sử dụng và nó phải đợc gắn chặt với mạch chính. Dới đây em sử dụng phần mềm Protel để thiết kế mạch IN, Mạch IN này gồm hai phần:

- Phần mạch chính: Đây là phần chính thực hiện các chức năng chính

của mạch.

- Phần chuyển mạch: mạch hoạt động đợc trên cơ sở các chuyển mạch ở

các vị trí thích hợp. Vì vậy ta phải thiết kế để bố trí các chuyển mạch này sao cho thuận lợi cho việc điều khiển, các đèn LED nên bố trí song song với các chuyển mạch, để tiện cho việc báo hiệu các chuyển mạch tơng ứng.

Yêu cầu mạch in:

+ Mạch in đợc thiết kế sao cho tất cả các đờng nối đất đợc nối chung nhau

và nối với mạch ngoài. Do vậy các đờng nối đất đợc bố trí ở đờng ngoài cùng và đợc tiếp đất qua vỏ hộp.

+ Các chân linh kiện đợc bố trí sao cho phù hợp với các chân linh kiện có

sẵn. Ví dụ khoảng cách các chân của IC là 2, 1mm. Chú ý vị trí của biến thế đặt lên trên góc có nhiệm vụ cung cấp nguồn cho toàn mạch và có khoan lỗ để bắt vít.

+ Mạch đợc bố trí trên một hình chữ nhật kích thớc (18, 5mm x11, 5mm).

Và có một khoảng trống dành cho việc bố trí loa.

+ Trên mạch in có phần bố trí một khoảng trống để lắp đặt loa, micro.

+ Các đờng đi không nên bố trí quá sát, đặc biệt đối với đờng là âm và dơng nguồn, vì dễ gây đoản mạch khi độ ẩm cao.

Dới đây sơ đồ mạch IN phần chính.

9. 2. Lắp ráp và vận hành9.2.1. Lắp ráp 9.2.1. Lắp ráp

Bớc thực hiện việc hàn các linh kiện: phần này phải tuân thủ các quy tắc hàn đã đợc học trong quá trình thực tập.

Bớc điều chỉnh các linh kiện, trong quá trình điều chỉnh đặc biệt chú ý đến giá trị của biến trở... . Điều chỉnh linh kiện này sao cho đúng tần số hoạt động, Các transitor làm việc đúng chế độ.

Cần phải thực hiện các bớc điều chỉnh đo đạc các thông số trớc khi vận tr- ớc khi cắm nguồn, để tránh trờng hợp IC hoặc transitor làm việc sai chế độ dẫn đến cháy.

9.2.2. Vận hành.

Để có thể sử dụng máy cho việc thông tin thì cần ít nhất hai máy trở lên. Để có thể trao đổi đợc tín hiệu thì các máy tham gia phải hoạt động cùng một tần số . Nh vậy do mỗi máy đều có 4 tần số nên một máy có thể phát để nhiều máy thu một lúc . Với 4 tần số khác nhau ta có bốn kênh thông tin sử dụng tối đa cho 4 máy có thể thông tin độc lập. Nếu phát ở chế độ quảng bá số lợng máy là không giới hạn.

9. 3. Nhận xét .

Nh vậy là em đã hoàn thành xong việc các bớc thiết kế mạch cụ thể: Bộ đàm vô tuyến điều tần 4 kênh. Mạch đã thiết kế hoạt động tốt với những u điểm sau:

-Mạch hoạt động trên cả bốn kênh.

-Mặc dù sử dụng kĩ thuật mạch tơng tự nhng mạch rất gọn nhẹ bao gồm cả chức năng phát và thu trên cùng một máy do việc sử dụng linh hoạt các IC. Mạch còn sử dụng IC số để thực hiện một số chức năng của mạch tơng tự nh tạo tín hiệu chuông, khuếch đại làm cho mạch trở nên tối u.

-Các linh kiện của mạch rất sẵn có trên thị trờng nớc ta. Giá thành để làm cả bộ rất rẻ so với việc nhập nguyên chiếc từ nớc ngoài.

-Mạch rất tiện lợi có thể sử dụng ở mọi nơi có mạng điện lới. Mạch sử dụng chính nguồn điện lới đó để cung cấp cho mạch.

-Mạch tiêu thụ một công suất rất nhỏ.

Tuy nhiên, máy cũng có một số nhợc điểm sau:

-Tín hiệu bị nhiễu do ảnh hởng của các thiết bị điện dân dụng.

-Mạch chỉ hoạt động trong cự li ngắn chỉ thích hợp với việc thông tin nội bộ: trong phạm vi một toà nhà, một cơ quan, trờng học... .

-Số kênh thông tin bị hạn chế cụ thể trong máy này là 4 kênh ứng với 4 tần số khác nhau. Có thể cải tiến lên 8, 12 kênh nhng lại hạn chế bởi dải làm việc của IC.

+Khi tần số trung tâm không ổn định, chất lợng của hệ thống thông tin rất kém. Độ ổn định của tần số trung tâm phụ thuộc rất lớn vào độ chính xác của các linh kiện và độ ổn định của nguồn nuôi.

+Khi làm việc ở tần số cao phải chú ý ngăn ảnh hởng giữa phần tử này và phần tử khác, tránh ghép không mong muốn giữa các phần tử.

+Điện áp cung cấp cho IC567 phải từ 4,75V đến 6,75V thì mạch mới ổn định và chế độ đóng mở của chân 8 mới hoạt động bình thờng.

+Các mạch phân áp phải làm việc chính xác để làm việc ở chế độ khuyếch đại.

Chơng 10

Những đề xuất cải tiến Những đề xuất cải tiến

10.1. Các chỉ tiêu

Để có thể cải tiến chất lợng thông tin ta chú ý đến các chỉ tiêu của hệ thống thông tin sau:

-Cự li thông tin. -Chất lợng tín hiệu. -Số lợng kênh thông tin.

Với các chỉ tiêu đặt ra ở trên, để có thể cải thiện đợc máy ta có các phơng án sau: Nâng cao công suất của các bộ khuyếch đại, giảm nhiễu đờng truyến, tăng số lợng tần số sử dụng. Các chỉ tiêu trên có quan hệ với nhaunên khi cải tiến ta phải phối hợp thực hiện chúng.

10.2.Các phơng án

Phơng án thứ nhất

Nâng công suất của các bộ khuyếch đại: Trớc hết để cải tiến chất lợng của tín hiệu ta phải cải tiến ngay từ tầng đầu vào của thông tin. Trong máy này ta đã sử dụng hai transitor có hồi tiếp để thực hiện nhiệm vụ này. Để tăng chất l- ợng ta có thể tăng số tầng khuyếch đại, tuy nhiên trong phần này phải chú ý đến việc hồi tiếp để ổn định.

Ngoài ra ta phải nâng cao chất lợng của tầng công suất ra. Nh đã trình bày trong phần thiết kế là ta có thể sử dụng mạch đẩy kéo để thực hiện nhiệm tăng công suất phát lên đờng truyền, trớc khi đa ra loa. Trong mạch ta thiết kế ta đã sử dụng mạch khuyếch đại thuật toán, nên công suất ra loa không lớn lắm vì vậy ở đây ta cũng có thể dùng mạch khuyếch đại đẩy kéo.

Phơng án thứ hai

Cải thiện đờng truyền: ở nớc ta do việc sử dụng các thiết bị điện rất lộn xộn, không tuân theo qui chuẩn. Trong phần giao tiếp của các thiết bị với mạng điện hầu nh không có các bộ chặn để loại bỏ các xung gây nhiễu trong mạng điện lới khi các thiết bị đó vận hành. Vì vậy có rất nhiều loại nhiẽu khác nhau trong mạng điện lới. Để giảm nhiễu trong mạng điện lới các thiết bị điện tham gia mạng điện lới cần phải có các bộ lọc nhiễu. Tuy vậy để làm đợc điều này quả là khó khăn, không thể loại bỏ đợc hoàn toàn các loại nhiễu không mong muốn.

Để có một môi trờng truyền sóng lí tởng ta có thể xây dựng một môi trờng truyền dẫn riêng tuy có tốn kém nhng nó vừa đáp ứng đợc yêu cầu đảm bảo bí mật thông tin, vừa loại trừ đợc các loaị nhiễu do các thiết bị điện khác gây ra... . Đờng truyền này có thể là cáp đồng, thậm trí có thể là cáp quang.

Về lâu dài thì việc sử dụng một mạng cáp đồng độc lập trong một cơ quan là có lợi hơn cả, đặc biệt ở những nơi không có mạng điện lới. Khi đó, nguồn có thể lấy từ mạng điện lới, có thể lấy từ nguồn một chiều nào đó, pin, ắc quy... , có điện áp 8V mà không cần qua biến thế và chỉnh lu. Nh vậy kích th- ớc máy trong trờng hợp này giảm đáng kể, đồng thời nâng cao chất lợng, và cự li thông tin.

Nếu là cáp quang ta có thể thêm một khâu biên đổi tín hiệu điện thành tín hiệu quang và thực hiện việc ghép kênh theo bớc sóng .Ưu điểm lớn nhất của cáp quang là nhiễu đờng truyền rất nhỏ, chủ yếu là suy hao và tán sắc. Với ph- ơng pháp này cự li thông tin vô cùng lớn, cho phép ghép rất nhiều kênh truyền. Tuy nhiên phơng pháp này không thích hợp với phơng thức thông tin nội vì việc lắp đặt khó khăn và rất tốn kém, hơn nữa hiệu quả thông tin không cao.

Ngoài ra ta có thể sử dụng một môi trờng truyền dẫn khác, đó là môi tr- ờng vô tuyến: sử dụng sóng ngắn, hoặc hồng ngoại. Trong các máy thu phát phải có anten làm nhiệm vụ thu phát tín hiệu.

Phơng án thứ ba

Ta biết rằng với một hệ thông tin nội bộ còn số bốn đờng thông tin là rất ít dẫn tới quy mô hoạt động của hệ nhỏ do đó vấn đề đặt ra là làm sao cải tiến đợc máy trên sao cho số kênh truyền của máy tăng lên tới hàng trục đ- ờng khi số lợng yêu cầu tăng, với máy sẵn có trên ta có thể cải tiến lên tới 8, 12 kênh.Tuy nhiên số lợng kênh là giới hạn do dải tần làm việc của các linh kiện bị hạn chế.Các IC chỉ có thể điều chế, giải điều chế trong một phạm tần số làm việc của nó.Dới đây em trong mục (9.3) xin trình bày một phơng án khả thi có thể thực hiện đợc ngay để cải tiến máy sắn có trên lên số lợng cụ thể là 8 kênh truyền.

10.3.Nâng số lợng kênh thông tin 10.3.1.Phơng án thực hiện.

Dựa vào yêu cầu cụ thể là phải tăng lên tới 8 đờng thông tin và cấu trúc của máy đã đợc thiết kế ta thấy rằng máy còn tồn tại nhiều điểm cần khắc phục nh sau:

-Dải tần hiện tại của máy còn quá nhỏ (200Khz - 290Khz) không đủ cho 8 đờng thông tin vì vậy cần phải mở rộng dải tần hoạt động của máy. Tuy nhiên khi mở rộng dải tần của máy ta lại gặp phải một vấn đề phức tạp đó là hiện tại hệ số phẩm chất của mạch cộng hởng vào ra nhỏ, nếu muốn mở rộng dải tần phải giảm hệ số phẩm chất của mạch xuống nữa, việc này sẽ không đảm bảo đợc yêu cầu truyền đạt tín hiệu. Mặt khác nếu vẫn giữ nguyên hệ số phẩm chất thì dải tần lại quá hẹp không đủ dải thông cho 8 đờng thông tin.

Nh vậy vậy một mạch cộng hởng vào ra không thể truyền đạt đợc 8 đờng thông tin. Để khắc phục tình trạng này em đề ra phơng án giải quyết nh sau:

Hiện tại với một mạch cộng hởng vào ra ta vẫn đảm bảo dải thông và hệ số phẩm chầt truyền đạt tốt thông tin cho 4 đờng thông tin. Nh vậy ta cần thiết kế thêm 1 mạch cộng hởng nữa cho 8 đờng thông tin còn lại. Tuy nhiên ta phải giải quyết vấn đề khi một mạch cộng hởng vào ra hoạt động thì hai