1. Nêu ảnh hư ởng của môi trư ờng đến quá trình truyền sóng. 2. Nêu cá c chỉ tiêu cơ bản của má y thu thanh.
3. Vì sao phải thực hiện điều chế? Khá i niệm về điều chế. Nêu cá c phư ơng phá p điều chế cơ bản.
4. Thế nào là điều chếAM? Trình bày quá trình điều chế AM.
5. Tạ i sao trong kỹ thuật truyền thanh ngư ời ta thư ờng sử dụng phư ơng phá p điếu chế đơn biên?
6. Vẽ sơ đồ mạ ch điện và phân tích quá trình điều chế đơn biên theo phư ơng phá p lọc.
7. Vẽ sơ đồ mạ ch điện và phân tích quá trình điều chế đơn biên theo phư ơng phá p quay pha.
8. Vẽ sơ đồ khối và nêu nguyên tắc hoạ t động của má y phá t thanh AM.
9. Vẽ sơ đồ khối và nêu nguyên tắc hoạ t động của má y thu AM. Ư u, như ợ c điểm cơ bản của hệ thống thu phá t thanh AM.
10. Thế nào là điều chế FM ? Giải điều chế FM? Nêu cá c phư ơng phá p tá ch sóng điều tần cơ bản.
11. Vẽ và phân tích mạ ch điện bộ tá ch sóng biên độ dù ng diode.
12. Vẽ và phân tích nguyên lý làm việc của mạ ch tá ch sóng điều tần lệch cộng hư ởng.
13. Vẽ và phân tích nguyên lý làm việc của mạ ch tá ch sóng pha trong má y thu điều tần.
14. Vẽ và phân tích nguyên lý làm việc của mạ ch tá ch sóng tỷ lệ đối xứng trong má y thu FM.
15. Trong ba mạ ch tá ch sóng điều tần mạ ch nào tối ư u nhất ? tạ i sao?
16. Vẽ sơ đồ khối và nêu nguyên tắc hoạ t động của má y phá t thanh FM stereo. 17. Vẽ sơ đồ khối và nêu nguyên tắc hoạ t động của má y thu thanh FM stereo. Nêu cá c ư u, như ợ c điểm cơ bản của hệ thống thu phá t thanh stereo.
Chương 3
Hệ thống thu - phát hình đen trắng
3.1. Nguyên tắc truyền hình ảnh
3.1.1.ánh sáng, màu sắc và sự cảm thụ của mắt
ánh sá ng và sóng điện từ có nhiều tính chất giống nhau nên nó đư ợ c mang tên chung là bức xạ điện từ. Sóng điện từ do cá c vật thể trong thiên nhiên bức xạ có dải tần phổ rất rộng, từ hàng chục hz đến 1020hz (hình 3.1a).
Hình 3.1a. Phổ của sóng điện từ ; b. bư ớ c sóng á nh sá ng
ánh sá ng về phư ơng diện vật lý là dải sóng điện từ có tần số từ 3,8.1014Hz đến 7,8.1014Hz tư ơng ứng vớ i bư ớ c sóng từ 380nm đến 780nm (Hình 3.1b). Như vậy trong toàn bộ dải sóng điện từ á nh sá ng thấy đư ợ c chỉ chiếm một dải rất hẹp. Bư ớ c sóng đư ợ c xá c định theo biểu thức sau:
( ) ( ) ( ) / C m s m f Hz = Λ: Bư ớ c sóng C : Vận tốc á nh sá ng bằng 3.108m/s f : Tần số sóng điện từ (Hz) Tím Chàm Lam Lục Vàng Cam Đ ỏ (b) 105 1010 3,8.1014 7,8.1014 1020 1015 Sóng Radio Tia hồng ngoạ i Tia Tử Ngoạ i Tia Rơn- ghen Tia Vũ tru Tia Gama ánh sá ng (a) f (Hz) λ(nm) 380nm 780nm
Trên thực tếá nh sá ng trắng đư ợ c tổng hợ p từ cá c màu sắc khá c nhau. ứng vớ i mỗi một màu sẽ có một bư ớ c sóng riêng, một tần số riêng, ta gọi là á nh sá ng đơn sắc. Dải tần có bư ớ c sóng ngắn hơn á nh sá ng là tia tử ngoạ i rồi đến tia rơnghen, tia gama, tia vũ trụ vv…Dải tần có bư ớ c sóng dài hơn á nh sá ng là tia hồng ngoạ i, dài hơn nữa là sóng radio, sóng âm thanh. Cá c loạ i sóng này cũng mang những thông tin quan trọng về cá c vật thể và quá trình xảy ra quanh ta, như ng mắt ngư ời không thể cảm nhận trực tiếp mà phải nhờ cá c dụng cụ đặc biệt để biến đổi ảnh không nhìn thấy thành ảnh nhìn thấy đư ợ c.
3.1.2. Đặc tính của mắt người * Đặc tính phổ
Như trên ta đã biết dải sóng nhìn thấy của mắt (sóng á nh sá ng) là từ 0,38 đến 0,78μm. Như ng trong dải sóng này mắt ngư ời cảm nhận độ sá ng không như nhau. Đ ó là do tính chất phổ của mắt .ứng vớ i mỗi màu sắc sẽ có một độ nhạ y khá c nhau, hình 3.2 dư ớ i đây sẽ minh hoạ điều đó.
Hình 3. 2. Đ ộ nhạ y của mắt ngư ời
Từ hình vẽ ta thấy mắt ngư ời nhạ y cảm nhất đối vớ i màu xanh lá cây, là màu có bư ớ c sóng 550 nm. Đ ộ nhạ y giảm dần ở màu có bư ớ c sóng 400nm và bư ớ c sóng 700nm. Sự phụ thuộc này rất quan trọng. Khi quan sá t trực tiếp bằng mắt chúng ta gặp phải cá c đối tư ợ ng không chỉ khá c nhau về độ chói mà còn khá c nhau về màu. Trư ờng hợ p cá c ảnh khôi phục là ảnh đen trắng, ngư ời quan sá t chỉ phân biệt sự khá c nhau về độ chói. Đ ặc tính này cũng chính là độ nhạ y phổ của hệ thống thị giá c.
400 450 500 550 600 650 700 λ Đ ộ nhậy 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 Violet...Green……….Red
*Độ tương phản
(3.1)
Trong đó: Lmaxlà cư ờng độ chói lớ n nhất của chi tiết ảnh Lminlà cư ờng độ chói nhỏ nhất của chi tiết ảnh
* Độ nhạy sánglàđộ chênh lệch tối thiểu về độ chói giữa 2 chi tiết ảnh mà mắt có thể phân tích đư ợ c.
∆L = L0- Ln (3.2)
Trong đó L0là độ chói của chi tiết ảnh, Lnđộ chói của nền.
* Khả năng phân giải của mắt
Nếu gọi δlà góc nhỏ nhất mà mắt có khả nă ng phân biệt đư ợ c hai điểm chói thì khả nă ng phân giải đư ợ c định nghĩa là:
V=1/δ (3.3)
Khả nă ng phân giải của mắt phụ thuộc vào độ chói của mục tiêu quan sá t, vào nền sá ng, vào điều kiện quan sá t và bản thân từng ngư ời. Bằng thực nghiệm trong những điều kiện bình thư ờng, ngư ời ta đã xá c định đư ợ cδ= 1ữ1,5 phút.
Nếu quan sá t gócδ < 1 thì mắt ngư ời không phân biệt đư ợ c hai điểm chói, ta dư ờng như nhìn thấy chỉ có một điểm. Đ ặc tính này của mắt cho phép ta chọn đư ợ c số dòng tối ư u của hệ thống truyền hình.
* Quán tính của mắt
Mắt không tức thời bắt đầu và kết thúc cảm giá c về độ chói khi có xung độ chói xuất hiện, mà có sự trễ nhất định, đó là tính quá n tính của mắt. Tính chất này phụ thuộc vào cư ờng độ á nh sá ng, bư ớ c sóng kích thích, vào bản thân từng ngư ời và vào cá c điều kiện khá c.
Khi ta nhìn một vật, nếu vật đó đột ngột mất đi thì hình ảnh đó trong mắt chư a mất đi ngay mà còn lư u lạ i trên võng mạ c khoảng một vài giây, hiện tư ợ ng đó gọi là hiện tư ợ ng lư u ảnh trên võng mạ c. Nhờ vậy mà có thể truyền hình ảnh đến mắt một cá ch không liên tục như ng mắt vẫn cho là liên tục.
3.1.3. Nguyên lý truyền hình ảnh
3.1.3.1. Nguyên lý
Đ ể truyền đư ợ c một bức ảnh từ má y phá t đến má y thu ngư ời ta phải thực hiện theo cá c nguyên tắc sau:
min L
max L K =
- Chia bức ảnh thành nhiều phần tử ảnh (point picture) và biến đổi biên độ chói trung bình của từng phần tử ảnh thành cá c tín hiệu điện tư ơng ứng.
- Truyền lần lư ợ t thông tin về độ chói trung bình của từng phần tử ảnh từ má y phá t đến má y thu.
-ởmá y phá t phải có quá trình phân tích ảnh. Ngư ời ta cho tia điện tử quét trên hình ảnh theo quy luật nhất định và khi quét đến đâu sẽ chuyển đổi độ chói trung bình của từng phần tử ảnh thành tín hiệu điện tư ơng ứng vớ i điểm ảnh đó. ởmá y thu, thông tin về hình ảnh ở má y phá t chuyển đến đư ợ c xử lý để khống chế chù m tia điện tử trong đè n hình. Khi chù m tia điện tử quét trên màn hình sẽ làm cho từng điểm ảnh trên màn hình phá t sá ng. Đ ộ chói của từng điểm ảnh sẽ tỷ lệ vớ i cư ờng độ của chù m tia điện tử.
- Đ ể đảm bảo khôi phục đư ợ c hình ảnh ở má y thu giống như phía đầu vào má y phá t phải có 2 điều kiện:
* Tốc độ quét ảnh phải cao, sao cho đảm bảo đư ợ c≥24 hình/s.
* Quy luật quét ở má y phá t và má y thu phải giống nhau. Như vậy ngoài thông tin về độ chói của hình ảnh thì má y phá t phải phá t đi một tin tức vềgốc thời gian đư ợ c gọi là “ tín hiệu đồng bộ” .
1. Phư ơng phá p quét liê n tục.
Phư ơng phá p quét liên tục giống như quy luật đọc một trang sá ch, chỉ có điều khá c là trong quá trình quét từ trá i sang phải thì tia điện tử đồng thời đư ợ c dịch chuyển dần từ trên xuống dư ớ i (từ dòng n sang dòng n+1). Mỗi khi quét hết 1 dòng thìdòng tia điện tử lập tức quay về bên trá i, tiếp tục quét dòng tiếp theo (hình 3.3).
Hình 3.3. Quét liên tục
Quá trình quét từ trá i qua phải là quá trình quét thuận, quá trình này mang thông tin về hình ảnh. Quá trình quét từ phải qua trá i là quá trình quét ngư ợ c, không mang thông tin về hình ảnh, phải tìm cá ch không cho tia quét ngư ợ c xuất hiện trên màn ảnh.
(a) Theo quy luật đọc sá ch
Quét ngư ợ c(không data)
(b) Theo quy luật quét liên tục
Khi đã quét hết một ảnh thì tia điện tử ở vị trí mép dư ớ i, bên phải của màn hình lập tức quay về vị trí mép trên bên trá i của màn hình( quét ngư ợ c của phần mành) và bắt đầu quét tiếp dòng thứ nhất của ảnh tiếp theo.
Tuy nhiên phư ơng phá p quét liên tục không đư ợ c dù ng trong truyền hình vì khi quét sang ảnh thứ hai thì cư ờng độ sá ng của ảnh thứ nhất đã giảm nên mắt cảm thấy độ nhấp nhá y trên màn hình, gây ra cảm giá c khó chịu cho ngư ời xem.
2. Phư ơng phá p quét xen dòng
Để khắc phục hiện tượng nhấp nhá y trên người ta sử dụng phư ơng phá p quét xen kẽ (hình 3.4). Lần lượt quét mành lẻ theo thứ tự 1,3,5,7...(2n+1), rồi quét mành chẵn theo thứtự2,4,6,8... n, (vớ i n là một số chẵn).
Hình 3.4. Quét xen kẽ
Hình 3.5a. Mành chẵn;b. mành lẻ ; c. mành tổng hợ p
Như thế, trong một mành chẵn hay một mành lẽ, mỗi dòng chớp sá ng (xuất hiện) 25 lần, nhưng 2 dòng kềnhau thuộc 2 mành khá c nhau thì xuất hiện 50 lần trong một giây. Nhưng vì khoảng cá ch giữa 2 dòng rất bé nên mắt không phá t hiện được. Kết quảlà khắc phụcđược hiện tượng nhấp nhá y của hìnhảnh trên màn hình. Kết hợ p hai mành, mành chẵn và mành lẻ ta đư ợ c một mành tổng hợ p (hình 3.5). Trong truyền
1 32 623 4 625 624 622 Bắt đầu quột mành lẽ Bắt đầu quột mành chẵn
Quột ngược mành lẽ Quột ngược mành
chẵn
Quộtngược dòng
(c)
hình ngư ời ta sử dụng phư ơng phá p quét 25 hình/s hoặc là 30 hình/s tuỳ theo từng tiêu chuẩn để tạ o ra một bức ảnh chuyển động.
3.1.3.2. Xác định số dòng quét, tần số quét, số phần tử ảnh 1. Xác định số dòng quét
Qua nghiên cứu thì ngư ời ta thấy rằng kích thư ớ c màn hình có tỉ lệ 3 /4 hoặc 4/6 là phù hợ p nhất và bằng thực nghiệm ngư ời ta đã chứng minh đư ợ c rằng nếu ngư ời ngồi xem Tivi cá ch nó một khoảng L bằng (4-:-6) h là tốt nhất (vớ i h là chiều cao của màn hình).
Gọi ϕ là góc trông lớ n nhất,δlà góc trông nhỏ nhất (hình 3.6), ta tính đư ợ c ϕ
như sau:
(3.4)
Hình 3.6. Góc trông của mắt
Ngư ời ta đã xá c định đư ợ c góc trông δ nhỏ nhất của mắt là 1/ 600 từ đó tính đư ợ c số dòng quét cho một ảnh:
(3.5)
Vớ i cá c hệ thống truyền hình khá c nhau sẽ có sự lựa chọn cá c tiêu chuẩn khá c nhau. Tiêu chuẩn OIRT và CCIR chọn N là 625 dòng. Tiêu chuẩn FCC chọn N là 525 dòng. Hiện nay theo tiêu chuẩn HDTV (truyền hình số có độ phân giải cao cao) ngư ời ta chọn 1070 dòng cho FCC và 2700 dòng cho OIRT).
2. Xác định tần số quét mành
Do sử dụng phư ơng phá p quét xen kẽ , tần số quét mành theo tiêu chuẩn OIRT hoặc CCIR sẽ là: 1 60 10 14 N 600 840 ữ = = = ữ ϕ h L δ 0 0 10 14 h h tg 2 2L 2.(4 6)h = = ⇒ = ữ ữ
fv= 25 hình/s . 2 = 50 Hz (3.6) Theo tiêu chuẩn FCC:
fv= 30 hình/s . 2 = 60 Hz (3.7)
3. Xác định tần số quét dòng
Theo chuẩn OIRT hoặc CCIR:
fH = 25 hình/s . 625 dòng/hình = 15.625 Hz (3.8) Theo tiêu chuẩn FCC:
fH = 30 hình/s . 525 dòng/hình = 15.750 Hz (3.9)
4. Xác định tần số video cực đại
Tần số video cực đạ i là tần số cao nhất của phổ tín hiệu video. Tần số này đư ợ c xá c định khi truyền ảnh phức tạ p nhất. ảnh phức tạ p nhất là ảnh có dạ ng ô bàn cờ, trong đó kích thư ớ c mỗi ô tư ơng đư ơng bằng khích thư ớ c mỗi phần tử ảnh (hình 3.7a). Dạ ng tín hiệu thị tần tư ơng ứng vớ i ảnh đó đư ợ c biểu diễn trên hình 3.7b.
Hình 3.7a. Kích thư ớ c ảnh; b. Chu kỳ xung tín hiệu thị tần
Trên thực tế ta chỉtruyền độ chói trung bình của từng phần tử ảnh, vì vậy để khôi phục cá c chi tiết nhỏ, điều kiện đủ là truyền đi thành phần hài bậc một của xung tín hiệu thị tần. Đ ể xá c định thành phần hài bậc 1 của tín hiệu thị tần ta phải biết đư ợ c số lư ợ ng cá c phần tử truyền đi cho một ảnh, từ đó xá c định đư ợ c chu kỳ của xung tín hiệu thị tần và xá c định đư ợ c tần số cao nhất của phổ tín hiệu thị tần.
Gọi N là số dòng trong một mành (một ảnh). Khi đó N sẽ là số phần tử truyền theo phư ơng thẳng đứng. Gọi k = b / h là tỷ lệ kích thư ớ c của màn hình. Số phần tử truyền theo phư ơng ngang theo dòng là
Z = N. k (3.10)
Số phần tử trong toàn bộ một mành sẽ là:
N1= N. Z = N2.k (3.11)
Gọi n là số ảnh truyền trong một giây thì số phần tử truyền trong một giây đối vớ i mỗi mành sẽ là:
N2= N1.n = N2. k . n (3.12)
Thời gian để truyền một phần tử ảnh là:
n k N N a . . 1 1 2 2 = = (3.13)
Như vậy thành phần hài bậc một của xung tín hiệu thị tần có độ rộng làτa, khi đó chu kỳ xung tín hiệu thị tần T = 2τa. Tần số video cực đạ i của phổ tín hiệu sẽ là:
2 . . 2 1 1 2 max n k N T f a = = = (3.14)
Theo tiêu chuẩn OIRT và CCIR N = 625 dòng; n = 25 ảnh /s; k = 4/3, tần số video cực đạ i theo tiêu chuẩn này là:
MHz f 6.5 3 . 2 25 . 4 . 6252 max = = (3.15)
Bằng cá ch tính tư ơng tự, theo tiêu chuẩn FCC, tần số video cực đạ i là:
MHz f 5,5 3 . 2 30 . 4 . 525 . 525 max = ≈
Tuy nhiên để thực hiện đư ợ c quét xen dòng cần phải đảm bảo 2 điều kiện sau: - Số dòng trong ảnh phải lẻ , nghĩa là N = 2m+1 (m là số nguyên bất kỳ) - Tần số quét dòng fHvà tần số quét mành fV phải có mối liên hệ sau:
2.fH= N.fV= 2(m+1).fV (3.16)
Đ ảm bảo điều kiện này tức là mỗi mành sẽ có thêm nửa dòng, mành lẻ có nửa dòng phía dư ớ i , mành chẵn có nửa dòng phía trên (hình 3.4). Nếu không đảm bảo 2 điều kiện trên thì dòng của mành chẵn sẽ xếp chồng lên dòng của mành lẻ .
Hiện nay trên thế giớ i sử dụng phổ biến ba hệ thống tiêu chuẩn truyền hình là OIRT, CCIR và FCC. Bảng 3.1 minh hoạ cá c tham số cơ bản của ba hệ thống truyền hình này.