Trong thời kỳ thiết kế một máy phát mới hay khi bảo quản một máy phát đang vận hành việc đo lường các tham số của máy phát là rất quan trọng. Các tham số này được so sánh với các chỉ tiêu kỹ thuật của nhà sản xuất và các chuẩn quốc gia; quốc tế để xác định máy phát có hoạt động hợp phát và hiệu quả hay không. Các chỉ tiêu kỹ thuật cần đo lường thường xuyên bao gồm:
- Tần số vận hành
- Kiểm tra tín hiệu không mong muốn (hài). - Hệ số điều chế, dạng tín hiệu điều chế. - Công suất cung cấp một chiều (PCC). - Công suất cao tần ở đầu ra (Pra).
139 Trong khi kiểm tra và điều chỉnh các máy phát phải có tải giả để không gây nhiễu cho người sử dụng máy thu. Đừng bao giờ vận hành một máy phát mà không có tải giả hoặc anten. Nếu không transistor công suất cao tần sẽ bị phá hủy (chết) trong vài mili giây (ms).
Để đo tần số vận hành, người ta thường dùng máy đếm tần số có độ chính xác cao nối ngay sau tải giả (Pra bé) hoặc không nối trực tiếp với tải giả mà qua bộ suy giảm 20Db (Pra lớn) để đảm bảo an toàn cho máy đếm tần số.
Để đo độ lớn của các thành phần hài, người ta thường sử dụng máy phân tích phổ nối trực tiếp với tải giả hoặc qua bộ suy giảm.
Để kiểm tra dạng tín hiệu điều chế và hệ số điều chế có thể sử dụng máy hiện sóng tần số cao kết hợp với máy phân tích phổ.
Để đo công suất cung cấp một chiều ta sử dụng Volt – Ampe kế để đo điện áp collector trung bình và dòng collector trung bình của tầng khuếch đại công suất ra.
Để đo công suất cao tần của đầu ra có hai phương pháp:
- Đo công suất nung nóng thực tế bởi năng lượng cao tần bằng sự cảm ứng thay đổi trong điện trở của một thermistor hoặc sự tăng nhiệt độ của nước lạnh. Thermistor là một dụng cụ đo lường rất nhạy có thể phát hiện mức công suất dưới 1mW. Nói chung nó cũng được sử dụng ở tần số siêu cao.
- Kiểm tra điệp áp cao tần trên tải giả và tính toán công suất cao tần ở đầu ra theo biểu thức:
𝑃𝐿 = 𝑉𝐶𝑚
2
140
CHƯƠNG 7: MÁY THU 7.1. Định nghĩa và phân loại máy thu
7.1.1. Định nghĩa
Máy thu là thiết bị đầu cuối trong hệ thống thông tin vô tuyến điện. Máy thu có nhiệm vụ tiếp nhận và lập lại tin tức chứa trong tín hiệu chuyển đi từ máy phát dưới dạng sóng điện từ trường. Máy thu phải loại bỏ được các loại nhiễu không mong muốn như nhiễu tự nhiên, nhiễu do đường truyền, điều kiện thời tiết,…khuếch đại tín hiệu và sau đó giải điều chế nó để nhận được thông tin ban đầu.
Các tham số kỹ thuật:
Hệ số khuếch đại (KRX): Là khả năng khuếch đại đối với tín hiệu nhỏ nhất ở
đầu vào máy thu. Hệ số khuếch đại quyết định độ nhạy của máy thu.
Độ nhạy: biểu thị khả năng thu tín hiệu yếu nhất của máy thu dù cho đài phát
ở rất xa, hay mình ở nơi hẻo lánh nào đó mà vẫn đảm bảo được: Công suất ra danh định PL và tỷ số nén tín hiệu trên nhiễu (S/N) (tỷ số này càng lớn càng tốt), không thể hiện khả năng trong việc khuếch đại công suất, cường độ công suất.
Muốn nâng cao độ nhạy máy thu thì hệ số khuếch đại Av, Ai phải lớn và mức độ tạp âm nội bộ, tính chất của linh kiện, phải thấp; giảm tạp âm ngay từ tầng đầu tiên khi truyền thông tin là quan trọng nhất trong việc giảm tạp âm nội bộ. Ở trạng thái siêu cao tần, khi f > 30MHz, thì độ nhạy máy thu sẽ được xác định bằng công suất.
Độ chọn lọc: là khả năng chèn ép các dạng nhiễu không phải là tín hiệu cần
thu, ta có công thức: E 0 1 f A S A = , trong đó: SE là khả năng chọn lọc (dB), A0 là
141 khác, độ chọn lọc là khả năng lựa chọn tín hiệu mà mình muốn nhận ra khỏi các nhiễu đầu vào tồn tại của máy thu.
Độ ổn định tần số: Độ ổn định tần số của máy thu được đánh giá bằng độ di
tần ∆f của máy thu, ∆f càng nhỏ thì độ ổn định tần số càng cao.
Độ chính xác của tần số: Được đánh giá bằng độ sai lệch tần số giữa tần số
trên bộ chỉ thị của máy thu và tần số cộng hưởng ở đầu vào của máy thu đó.
Dải tần công tác: Là một tham số quan trọng, đánh giá khả năng thu được dải
tần số hay băng tần làm việc của máy thu và độ rộng băng tần thu được. Một đặc điểm khác biệt của máy thu vô tuyến điện là dải tần làm việc rộng hơn so với máy phát.
Chế độ công tác: Chế độ công tác là khả năng máy thu có thể thu được các
loại tín hiệu ở các chế độ điều chế khác nhau (máy thu đơn biên, đa biên, máy thu tương tự, máy thu kỹ thuật số).
Chất lượng lặp lại tin tức: để đánh giá được độ méo tín hiệu, chủ yếu ta xét
độ méo ở tầng khuếch đại cuối cùng
Những chỉ tiêu kỹ thuật khác: công suất ra, thể hiện ở việc âm thanh phát ra; dải tần công tác, càng rộng càng tốt; tính ổn định về biên độ và tần số.
7.1.2. Phân loại máy thu
Việc phân loại máy thu có thể dựa theo chức năng, công suất, chế độ hoạt động, dải tần số làm việc hoặc có thể là dựa vào kiến trúc máy thu đó…:
- Phân loại theo công suất thu
Phân loại theo công suất nhỏ: 𝑃 < 10𝑊
Phân loại theo công suất vừa: 10𝑊 ≤ 𝑃 ≤ 1𝐾𝑊
Phân loại theo công suất lớn: 𝑃 ≥ 1𝐾𝑊
- Phân loại theo dải tần số công tắc gồm:
142 Máy thu sóng trung: dài tần từ 300KHz – 3MHz
Máy thu sóng ngắn: dải tần từ 3 – 30MhHz
Máy thu sóng cực ngắn: dải tần từ 30 – 3000MHz
Máy thu sóng siêu cao tần
Máy thu toàn sóng
- Phân loại theo phương pháp điều chế: Điều chế biên độ (AM): đơn biên, đa biên Điều chế tần số (FM)
• Máy thu điều pha (PM)
- Phân loại theo tín hiệu tin tức: • Máy thu hình
• Máy thu thanh • Máy thu chữ • Máy thu ảnh • Máy thu Fa
7.2. Sơ đồ máy thu
Sơ đồ khối tổng quát mạch khuếch đại trực tiếp, việc nâng cấp độ nhạy và độ chọn lọc rất hạn chế do mạch khuếch đại trực tiếp quá đơn giản. Khi độ, chế lại để nâng cấp độ nhạy và độ chọn lọc của mạch khuếch đại trực tiếp, nó sẽ ảnh hưởng đến số tầng khuếch đại, không thể tăng lên một cách tùy ý, vì số tầng càng tăng, tính ổn định của bộ khuếch đại cao tần RF (Radio Frequency) càng giảm; số mạch cộng hưởng sẽ tăng theo. Vì vậy, nó sẽ làm cho mạch khuếch đại trực tiếp đắt tiền hơn. Nếu ta thêm các thiết bị từ bên ngoài vào một cách bừa bãi, mạch này sẽ không sử dụng được. Tần số càng cao, dải thông
143 càng rộng thì càng khó đạt được hệ số khuếch đại lớn nhất. Dải thông để máy thu khuếch đại trực tiếp hoạt động tốt nhất được xác định bằng công thức:
0
f D
Q
=
Hệ số phẩm chất của mạch cộng hưởng Q càng cao, dải thông D càng hẹp, máy thu càng hoạt động tốt hơn. Không dùng được trong hệ thống cộng hưởng phức tạp.
Hình 7.2.1: Sơ đồ khối đơn giản của máy thu khuếch đại trực tiếp
7.2.1. Máy thu đổi tần
Hình 7.2.1.1: Sơ đồ khối tổng quát của máy thu đổi tần
Sơ đồ khối tổng quát mạch đổi tần AM và FM, mang tính chất phổ thông. Những ưu điểm của máy thu đổi tầng:
• Có thể đạt hệ số khuếch đại lớn.
• Bộ Khuếch Đại trước tách sóng được thực hiện ở hai tần số khác nhau. • Có thể đạt được độ chọn lọc cao.
144 • Giải quyết đồng thời yêu cầu về độ chọn lọc và dải thông
• Những nhược điểm còn tồn đọng: • Mạch thiết kế phức tạp.
• Tạp âm nội bộ cao.
• Phát sinh nhiễu mới không có tác động bên ngoài.
Sơ đồ khối tổng quát của máy thu đổi tần, khác phục được các yếu điểm của máy thu KĐ trực tiếp, đây là máy thu được sản xuất và kinh doanh nhiều hơn:
• Mạch vào thực tế là bộ lọc băng thông.
• Tần số trung gian, gọi tắt là trung tần KĐ IF, thường thấp hơn tần số tín hiệu, tần số thấp hơn thì tính ổn định cũng cao hơn và dễ điều khiển hơn là một giá trị cố định không thay đổi.
7.2.2. Máy thu đổi tần AM
Hình 7.2.2.1: Sơ đồ khối tổng quát của máy thu đổi tần AM
Để giữ cho biên độ điện áp ra gần như không đổi dưới tác dụng của hiện tượng pha đinh và nhiều nguyên nhân khác nhau, ta sử dụng mạch tự động điều chỉnh độ khuếch đại AGC. Khi máy thu AM yêu cầu chất lượng cao, ta sử dụng mạch tự động điều chỉnh tần số AFC.
145
Hình 7.2.3.1: Sơ đồ tổng quát máy thu đổi tần FM
Về cơ bản nó giống sơ đồ khối máy thu AM, trong đó trung tần f,=10,7 MHz và bộ tách sóng là bộ tách sóng tần số. Để tránh hiện tượng điều biên ký sinh gây méo tín hiệu sau tách sóng, ta đặt bộ hạn chế biên độ ngay trước bộ tách sóng tần số hoặc sử dụng bộ tách sóng tỷ số vì nó có mạch hạn biên. Đối với máy thu đổi tần FM, độ ổn định tần số yêu cầu rất cao nên bắt buộc phải có mạch AFC.
7.2.4. Máy thu đơn biên SSB
Máy thu đơn biên khác với các máy thu khác ở chỗ có nhiều bộ đổi tần để đưa phổ của tín hiệu tần số cao về miền tần số thấp. Nó gồm có 5 khối chính sau đây:
+ Khối tuyến tính bao gồm: mạch vào (MV), khuếch đại cao tần (KĐCT1), đổi tần 1 (ĐTI), khuếch đại trung gian 1 (KTG1), và đổi tần 2 (ĐT2). Trong khối này, tín hiệu được đổi tần 2 lần nhờ trộn với tín hiệu dao động từ bộ dao động 1 và 2.
+ Khối tách sóng bao gồm: Lọc thông dải (LTD), khuếch đại trung gian 2 (KTG2), đổi tần 3 (ĐT3) và tách sóng biên độ (TSBĐ).
+ Khối tự động điều chỉnh độ khuếch đại (AVC) bao gồm: mạch lọc dải hẹp (LDH), khuếch đại trung gian 3 (KTG3) và AVC.
146 + Khối tự động điều chỉnh tần số (AFC) bao gồm: Dao động 4 (DĐ4), đổi tần 4 (ĐT4), đổi tấn 5 (ĐT5), hạn chế biên độ (HCBĐ), tách sóng tần số (TSTS), và bộ điều khiển (ĐK).
+ Khối khuếch đại công suất âm tần( KĐCSÂT)
Hình 7.2.4.1: Sơ đồ khối tổng quát của máy thu đơn biên SSB
Nguyên lý hoạt động: Tín hiệu cao tần từ anten vào mạch vào, được khuếch đại nhờ mạch KĐCT, qua đổi tần 1 để đổi xuống tấn số trung gian nhờ phối hợp với dao động 1, được khuếch đại nhờ khuếch đại trung gian 1, qua đổi tần 2 và đến mạch lọc thông dải hạn chế nhiễu và lọc lấy tín hiệu hữu ích. Sau đó tín hiệu được nâng biên độ nhờ bộ khuếch đại trung gian 2 và được đưa vào bộ đổi tần 3 để trộn với tín hiệu hình sine từ bộ dao động 3, có tần số sóng mang phụ f=38KHZ. Tín hiệu ra được đưa vào bộ tách sóng biên độ (đơn giản chỉ gồm Diode và R,C) để tạo lại tín hiệu âm tần. Sau đó, tín hiệu âm tần để đưa vào tầng khuếch đại âm tần để đưa ra loa.
147 Đối với máy phát có phát một phần tần số sóng mang phụ 38KHZ thì máy thu có thêm bộ phận khôi phục tần số sóng mang phụ và mạch tự động điều chỉnh tần số AFC. Khi đó, tín hiệu trung tần tại điểm A đồng thời được đưa vào bộ lọc dải hẹp, lọc lấy tần số sóng báo f,=38KHZ, khuếch đại nhờ KTG3, rồi đưa vào bộ đổi tần 4 để trộn với tần số ổn định f, từ bộ dao động 4 (dao động thạch anh). Tín hiệu hiệu f,-f, lại được đưa vào bộ đổi tấn 4 để trộn với tần số sóng mang phụ f (từ bộ dao động 3). Ở đầu ra ta nhận được tín hiệu (f,-f,-f). Tín hiệu này qua bộ hạn chế biên độ, vào tách sóng tần số, rồi đưa đến bộ điều khiển của hệ thống tự động điều chỉnh tần số f,. Điện áp đầu ra của bộ điều khiển Va=0 khi f,=f Khi f,z fm thì V z 0, điều khiển cho f, thay đổi sao cho nhận được f,=fm
7.3. Mạch vào máy thu
7.3.1. Khái niệm và đặc điểm chung
Mạch vào máy thu là khối đầu tiên trong máy thu và nhiệm vụ của mạch vào là chuyển tín hiệu cao tần nhận được từ anten thu đến tầng KĐCT và đảm nhiệm một phần độ chọn lọc của máy thu (chọn lọc tần số ảnh, chọn lọc lọt thẳng)
Tùy loại mạch vào của máy thu, mà nó có thể chọn lọc được tần số cần thu hay chọn lọc dải tần số thu hoặc chọn lọc kênh cùng tần số lân cận.
Mạch vào là mạch điện nối liên anten với đầu vào của máy thu. Nó có đặc điểm như sau:
- truyền đạt tín hiệu từ anten vào máy thu
- là phần quan trọng quyết định chất lượng máy thu
Bảo đảm hệ số truyền đạt lớn và đồng đều trong cả dải băng sóng.
148
Hình 7.3.1.1: Hệ số truyền đạt đồng đều cả băng sóng MW
- Độ chọn lọc tần số, tần số lân cận, tần số trung tần, tần số ảnh phải bảo đảm chỉ tiêu đề ra.
- Bảo đảm thu hết băng thông cho từng đài phát
Mạch vào bao gồm 3 thành phần:
+ Hệ thống cộng hưởng (đơn hoặc kép) có thể điều chỉnh đến tần số cần thu.
+ Mạch ghép với nguồn tín hiệu từ anten
+ Mạch ghép với tải của mạch vào (tầng khuếch đại cao tần đầu tiên)
Để điều chỉnh cộng hưởng mạch vào, người ta thường sử dụng các tụ điện có điện dung biến đổi vì chúng dễ chế tạo chính xác hơn là cuộn dây có điện cảm biến đổi (đặc biệt trong trường hợp cần đồng chỉnh nhiều mạch cộng hưởng). Mặt khác, phạm vi biến đổi của tụ điện lớn, bền chặt, ổn định (C ít biến đổi theo điều kiện bên ngoài). Một số mạch điều chỉnh liên tục bằng điện dung. Mạch vào làm việc trong phạm vi tần số rộng thì phải kết hợp cả hai cách điều chỉnh liên tục và từng nấc. Băng sóng được chia ra nhiều băng nhỏ, khi chuyển từ băng nọ sang băng kia phải điều chỉnh theo từng nấc, còn trong mỗi băng, người ta sử dụng mạch cộng hưởng điều chỉnh liên tục để chọn kênh. Đối với máy thu thế hệ mới thì người ta sử dụng Varicap để thực hiện việc điều chỉnh cộng hưởng này.
7.3.2. Các yêu cầu của mạch vào máy thu 7.3.2.1. Hệ số truyền đạt 7.3.2.1. Hệ số truyền đạt
149 Là tỉ số giữa điện áp ra của mạch vào điều chỉnh cộng hưởng ở một tần số nào đó và sức điện động cảm ứng trên anten (Ea).
𝐴𝑀𝑉 = 𝑉𝑜 𝐸𝐴
𝐴𝑀𝑉 càng lớn thì hệ số khuếch đại chung của toàn máy càng lớn. Trong các máy thu giá rẻ, người ta thường cố gắng nâng cao giá trị AMV để đảm bảo độ nhạy máy thu, đây chỉ là biện pháp tương đối, ở cả máy thu AM, FM đều phải đạt được hệ số truyền đạt nhất định để có thể hoạt động tốt nhất.
Đây là tiêu chí quan trọng nhất để xét độ chất lượng của máy thu.
7.3.2.2. Độ chọn lọc
Độ chọn lọc của mạch vào được xác định bởi tỉ số giữa hệ số truyền đạt tại tần số cộng hưởng với một tần số f1 nào đó:
𝛿 =𝐾(𝑓0) 𝐾(𝑓1)
Do đó đặc tuyến cộng hưởng ở mạch vào luôn yêu cầu độ nhọn lớn nên δ càng lớn càng tốt. Độ chọn lọc: δ phụ thuộc vào hệ số phẩm chất Q của các linh kiện trong mạch vào. Do đó để tăng cường độ chọn lọc thì các linh kiện của khung cộng hưởng cũng phải có độ phẩm chất cao phù hợp với dải tần công tác.
7.3.2.3. Dải thông D (BW) 7.3.2.4. Dải tần làm việc 7.3.2.4. Dải tần làm việc
Gọi dải tần số làm việc của máy thu là: fomin-fomax. Tần đoạn làm việc được định nghĩa như sau:
𝐴𝑑𝑜𝑎𝑛 = 𝑓𝑜𝑚𝑎𝑥
𝑓𝑜𝑚𝑖𝑛
Dải tần nói trên có thể được chia A thành nhiều băng tần bằng cách chia thành