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 nhiều cuộn dây cho các băng tần, mỗi băng tần tương ứng với một cuộn dây khác nhau. Tỉ số giữa fbmax và fbmin ứng với mỗi băng gọi là hệ số trùm băng.
150
𝐴𝒃𝒂𝒏𝒈 = 𝑓𝒃𝑚𝑎𝑥 𝑓𝒃𝑚𝑖𝑛
7.3.3. Phân loại mạch vào máy thu
Phân loại theo dải tần làm việc:
- Mạch vào cộng hưởng ở một số tần số (mạch vào dải hẹp): tần số cần thu được chọn lọc và cộng hưởng ngay ở mạch vào sẽ có khả năng lọc nhiễu và lọc bỏ tần số lân cận, tần số ảnh tốt. Đối với mạch dao động loại này, để thu được các tần số khác nhau thì cần phải tích hợp nhiều khung cộng hưởng do đó khó thực hiện trong các mạch tích hợp. Mặt khác, cường độ tín hiệu đưa vào KĐCT lớn, do đó S/N ở đầu vào của KĐCT sẽ lớn.
- Mạch vào cộng hưởng ở các dải tần số của máy thu (mạch vào dải rộng). Loại mạch vào này có khả năng thu nhận tất cả các tín hiệu trong dải tần công tác. Có độ rộng dải thông lớn, đặc tính biên độ tần số vào nhỏ. Tỷ số S/N cho ra nhỏ, độ chọn lọc kém. Nhưng kết cấu mạch nhỏ dễ tích hợp và phù hợp với các loại máy thu có tự động điều khiển. -Phân loại theo cấu trúc:
Hình 7.3.3.1: Mạch vào máy thu
- Mạch vào LC: dùng khung cộng hưởng LC, tần số cộng hưởng f0 được hiệu chỉnh qua trị số của tụ điện biến đổi: 𝑓0 = 1
151 dải tần hẹp, độ chọn lọc cao song dải tần điều chỉnh phụ thuộc vào giá trị điều chỉnh C
- Mạch vào RLC: kết hợp giữa cơ cấu LC và điện trở R làm tăng dải tần công tác nhưng lại làm giảm độ chọn lọc. Đặc tính biên độ tần số của mạch giảm, điện trở R tham gia giải pháp mở rộng dải tần cộng tác của mạch.
- Mạch vào dùng diode biến dung kết hợp với khung LC: là sự kết hợp của 2 thành phần trên. Mạch vào này có kích thước nhỏ, dải tần công tác lớn. Để tăng dải điều chỉnh công tác người ta mắc thêm các mắt lọc LC kết hợp thông qua điều khiển đóng ngắt các mắt lọc LC qua việc điều khiển các rơle. Mặt khác khi sử dụng loại diode biến dung, giá trị dung kháng có thể điều khiển thông qua điện áp nên mạch có thể điều khiển có nhớ thông qua bộ xử lý CPU và chip nhớ. Chính vì thế mạch thường được sử dụng trong các máy thu dải rộng, tự động điều chỉnh tần số thu.
- Mạch vào dùng RC: kích thước khá nhỏ gọn, dải tần công tác khá rộng nhưng độ chọn lọc và ổn định tần số rất kém.
- Mạch vào dùng tinh thể thạch anh: Để tăng độ chọn lọc ổn định tần số người ta có thể sử dụng tinh thể thạch anh để xây dựng mạch vào có tần số cộng hưởng chính xác. Thường ít sử dụng, nếu có chỉ sử dụng cho loại máy chuyên dụng thu một tần số, nhỏ gọn và chất lượng cao.
7.3.4. Các tham số mạch vào máy thu
Hệ số truyền đạt: là thông số quan trọng của mạch vào 𝐾 = 𝑈𝑟0
𝐸𝑎 Với Ea là suất điện động cảm ứng trên anten;
Ur0 là điện áp ra của mạch vào tại tần số cộng hưởng.
Nếu anten và mạch vào ghép biến áp th́ì hệ số truyền đạt được xác định như sau: 𝐾 = 𝑈𝑟0
152 Độ chọn lọc δ: 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.
Dải tần công tác của mạch vào: Thông số này xác định khả năng làm việc với một đoạn tần số hay cả dải tần công tác của máy thu. Độ rộng dải thông D của mạch vào và độ chọn lọc δ luôn mâu thuẫn nhau. Tùy thuộc vào mục đích sử dụng để lựa chọn các tham số D và δ cho phù hợp.
Trong máy thu đổi tần có 2 loại mạch vào: Mạch vào dải hẹp và mạch vào dải rộng.
- Mạch vào cộng hưởng dải hẹp: Có cấu trúc đơn giản, khả năng lọc bỏ nhiễu tần số lân cận lớn song dải tần làm việc bị hạn chế do dải động của tín hiệu vào bị hạn chế. Mạch vào dải hẹp sẽ thực hiện cộng hưởng với tần số cần thu. Loại mạch vào này bao gồm mạch vào đơn và mạch vào kép.
Với các mạch vào dải hẹp dùng một khung cộng hưởng thì việc mở rộng dải tần bằng cách ghép điện trở vào khung hoặc ghép lỏng khung cộng hưởng với anten sẽ cho hiệu quả không cao. Chính vì vậy người ta thường ghép nhiều khung LC cộng hưởng ở các tần số lân cận nhau và giữa các khung thực hiện ghép điện dung hoặc biến áp. Tần số cộng hưởng của khung LC được xác định:
𝑓0 = 1
2𝜋√𝐿𝐶
- Mạch vào dải rộng: Là một mạch vào cộng hưởng nhưng không cộng hưởng tại một tần số cố định mà cộng hưởng ở cả một đoạn tần số công tác lớn. Do đó tín hiệu đưa tới tầng KĐCT cũng nằm trong một đoạn tần số làm việc. Quá tŕnh xác định tần số cần thu sẽ được thực hiện tại bộ đổi tần. Điều này khác với mạch vào dải hẹp là tần số tín hiệu thu xác định ngay tại mạch vào. Do đó tín
153 hiệu vào là cả một dải tần nên các mạch vào dải rộng phải được ghép lỏng với anten và với tầng khuếch đại công suất cao tần.
7.3.5. Các mạch ghép anten với mạch cộng hưởng vào
Ở f 30MHz CA =50 250 F r; A =20 60 .
Ở f 30MHzCA = 10 20pF r; A = 10 .
7.4. Đổi tần
Có nhiệm vụ tạo ra tần số trung gian sau khi tổng hợp hai thành phần. Khi đưa tín hiệu dao động nội và tín hiệu cao tần cộng hưởng vào cùng một phần tử trộn tần (diode, transistor, FET, IC, ...), nhờ đặc tuyến phi tuyến của nó mà tín hiệu đầu vào sẽ được đổi tần. Dao động phách sinh ra tạo nên tần số mới.
Thực chất là một tầng khuếch đại cao tầng PF có hai tần số khác nhau và đầu
ra bộ đổi tần có vô số tần số mfns nfth. Vì đầu ra bộ đổi tần ta đặt một mạch
cộng hưởng tại tần số trung gian ftg = fns − fth, trong đó, fns là tần số giao
động nội, fth là tần số tín hiệu thu vào, dao động nội bên trong phải lớn hơn giá trị tín hiệu cần thu vào.
Các chỉ số đặc trưng cơ bản của bộ trộn tần.
- Dải tần làm việc: phụ thuộc vào dải tần làm việc của bộ dao động nội.
- Hệ số khuếch đại công suất: Kp = Ptt/Ps.
- Hệ số khuếch đại điện áp: KU= Utt/Us.
- Độ chọn lọc: Bộ trộn tần không chọn lọc nhiễu các tần số ảnh, hệ số này phải được nâng cao ngay từ các tầng trước trộn tần.
7.5. Khuếch đại trung tần IF và các bộ lọc 7.5.1. Định nghĩa 7.5.1. Định nghĩa
154 Khuếch đại trung tần có nhiệm vụ khuếch đại tín hiệu trung tần đến một giá trị nhất định trước khi đưa vào mạch tách sóng, việc này quyết định độ chọn lọc và độ nhạy máy thu.
Có độ chọn lọc cao nhờ các bộ lọc IF
Nằm ở sau bộ đổi tần có nhiệm vụ: khuếch đại lớn tín hiệu nhỏ sau bộ đổi tần (R.) đến mức cần thiết giải điều chế, có độ chọn lọc cao (nhờ các bộ lọc IF) tín hiệu mong muốn và loại nhiễu ngoài băng thông, có AGC (Automatic gain Control) tránh quá tải cho giải điều chế, giảm méo giải điều chế trong hệ thống FM (Frequency Modulation). Mức tín hiệu sau đổi tần khoảng < 1mV, trong khi hầu hết các bộ giải điều chế AM, FM, PM yêu cầu mức tín hiệu khoảng 1 V, Độ lợi khuếch đại điện áp trung tần (60√100)dB. Hai hoặc 3 tầng khuếch đại IF dùng BJT, FET, MOSFET cho phép đạt giá trị này. Công nghệ vi mạch hiện đại hầu như đã chuẩn hóa vi mạch sau đổi tần.
7.5.2. Các dạng mạch trung tần
Hình 7.5.2.1: Vi mạch AN7224 khuếch đại IF, giải điều chế FM, AN7116 khuếch đại âm tần
155
Hình 7.5.2.2: IC khuếch đại IF MFC4010 khuếch đại hạn biên 60dB, điện áp ra 200mW, IC MC1357 khuếch đại hạn biên-
giải điều chế FM
Hình 7.5.2.3: Khuếch đại IF có AGC dùng MOFEST, BJT
Vi mạch phổ thông CA3028A có thể làm bộ trộn, khuếch đại RF tới 120MHZ, khuếch đại IF có AGC.
156
Hình 7.5.2.4: Vi mạch CA3028A làm khuếch dại IF có AGC (a) và Mixer (b).
Hình 7.5.2.5: Khuếch đại IF dāi rộng nhiễu thấp trong viba và TVRO.
7.5.3. Các bộ lọc trung tần 1) Mạch cộng hưởng song song:
Một dạng bộ lọc trung tần có bảng hẹp. Q khoảng 50√100.
2) Bộ lọc ghép hỗ cảm hai mạch điều hướng:
Hai mạch điều hưởng ghép hỗ cảm tạo thành bộ lọc trung tần có độ dốc khá lớn với băng thông mong muốn để điều chỉnh bằng cách thay đổi hệ số ghép.
157
Hình 7.5.3.1: Đáp tuyến truyền đạt mạch điều hưởng ghép hổ cảm
3) Bộ lọc ghép điện dung hai mạch điều hướng:
Hình 7.5.3.2: Bộ lọc IF dùng 2 mạch điều hưởng ghép điện dung.
Kiểu ghép này có cùng ưu điểm như ghép hỗ cảm: đáp tuyến khá phẳng trong băng thông IF, độ dốc khá lớn, độ chọn lọc khá cao, dễ thay đổi băng thông nhờ C ghép. Phương pháp tính toán được đề cập trong tài liệu lý thuyết mạch - tín hiệu và kỹ thuật mạch điện tử thông tin.
4) Bộ lọc thạch anh (Crystal Filter)
Bộ lọc thạch anh làm từ thạch anh SiO:. Thạch anh có hiệu ứng áp điện Piezoelectric, tức là khi đặt một điện áp vào thạch anh, nó sẽ dao động ở tần số cộng hưởng riêng ổn định và ngược lại. Tần số này phụ thuộc kích thước, độ dày. hướng trục cất thạch anh, Phiến cát càng mỏng, tần số dao động riêng càng tăng. Tần số dao động thạch anh ổn định khoảng 20KHZ đến 50 MHz.
158
Hình 7.5.3.3: Ký hiệu thạch anh và mạch điện tương đương, điện kháng thạch anh
Tại cộng hưởng song song 𝜔𝑠 trở kháng thạch anh rất lớn. Tần số 𝜔𝑠, gần bằng 𝜔𝑝, nên thạch anh là linh kiện lý tưởng cho bộ lọc IF có độ dốc rất cao. Tổ hợp các thạch anh với sự lựa chọn hợp lý tần số 𝜔𝑠, 𝜔𝑝 cấu tạo nên các bộ lọc với bảng thông cần thiết, độ chọn lọc cao.
Hình 7.5.3.4: Bộ lọc TA và đáp tuyến
TA1 và 2 cộng hưởng nối tiếp ở một tần số, TA3 và 4 cộng hưởng ở tần số khác. Sự khác biệt giữa hai tần số xác định băng thông bộ lọc khoảng 1,5 lần hiệu hai tần số trên.
Bộ lọc BPF lý tưởng có SF = 1. Bộ lọc TA có SF gần bằng 1 ở khoảng tần số 100KHZ căn 50MHZ (giới hạn độ dày thạch anh). Bộ lọc này mắc tiền, khó chế tạo, chất lượng cao, dùng trong hệ thống thông tin chuyên dụng cao cấp.
159
Hình 7.5.3.5: Các dạng mạch lọc TA
5) Bộ lọc gốm sứ (Ceramic Filter - CF):
Bộ lọc gốm sứ cấu tạo từ Zirconate - Titanate, có hiệu ứng áp điện tương tự thạch anh, nhưng hệ số phẩm chất Q cỡ 2000, giá rẻ , kích thước nhỏ, ứng dụng phổ biến. Khoảng tần số làm việc 100KHZ đến 20MHZ băng thông (2√350.)KHz. Các tần số trung tần thường gặp 200KHZ; 455KHZ (2; 4,5; 5,5; 6,5; 10,7) MHz. Tỷ số băng thông trên tần số trung tâm 15√0,8.
Hình 7.5.3.6: Ký hiệu và đáp tuyến bộ lọc CF
SF của bộ lọc CF trên: CF= 8kHz/ 6,8kHz= 1,18
160 Bộ lọc SAW chế tạo bằng công nghệ trên vật liệu áp điện tương tự thạch anh - Lithium Niobate. Sóng âm học bể mặt (SAW) lan truyền trên bề mặt vật liệu rắn có tính áp điện với vận tốc 3000 m/s, nhỏ hơn nhiều vận tốc sóng vô tuyến. Tức là bước sóng âm học của tín hiệu ngắn hơn nhiều bước sóng điện, làm cho kích thước bộ lọc SAW nhỏ. Đặc tính lan truyền SAW phụ thuộc kích cỡ, khoảng cách các điện cực. Khi có tín hiệu xoay chiều tới, sóng âm học bề mật được tạo ra từ điện cực ngõ vào lan truyền đến điện cực ngõ ra, Khoảng cách giữa các điện cực xác định bước sóng lan truyền (tần số). Độ dài các điện cực xác định độ mạnh của tín hiệu. Số điện cực tỉ lệ nghịch với băng thông. Ví dụ: f = 100MHZ; bước sóng lan truyền trong bộ lọc SAW là: 3*10^-5m
Hình 7.5.3.6: Ký hiệu và cấu trúc bộ lọc SAW
7.6. Tự động điều chỉnh AFC/AGC
7.6.1. Mạch tự động điều chỉnh AFC( Automatic Frequency Control)
Một kiểu mạch điều khiển hồi tiếp tương tự AGC dùng ở máy thu cao tần gọi là AFC (tự động điều chỉnh tần số), làm cho tần số dao động nội máy thu đổi tần được ổn định không bị trôi (do nhiều nguyên nhân như nhiệt độ thay đổi, thông số ký sinh ảnh hưởng độ ổn định dao động nội)
Trong các máy thu tần số cố định như điện thoại Cordless Telephone, vấn để trôi tần số được giải quyết bằng tần số dao động thạch anh ổn định.
161 Nguyên lý mạch: một phần tín hiệu đầu ra của bộ KĐTT qua mạch tách sóng tần số để đưa ra tín hiệu điện áp tỉ lệ với sự chênh lệch tần số trung tần. Điện áp này sau khi được lọc và khuếch đại sẽ qua mạch điều chỉnh tác động vào mạch tạo dao động ngoại sai làm cho sự sai lệch tần số trung tần được giảm bớt.
Mạch tự động điều khiển tần số sẽ cảm biến theo mức tín hiệu trung bình và kiểm tra độ sai lệch tần số, qua đó tự động điều hưởng tần số cho phù hợp.
Trong máy thu hiện nay người ta thay mạch AFC bằng một mạch vòng khóa pha PLL hoạt động theo nguyên tắc vòng điều khiển có sơ đồ như sau:
Hình 7.6.1.1: Mạch AFC sử dụng vòng khóa pha
7.6.2. Mạch tự động điều chỉnh AGC( Automatic Gain Control)
Mạch tự động điều chỉnh độ khuếch đại AGC được thiết lập ở tầng khuếch đại IF cho phép tăng hoặc giảm độ khuếch đại khi tín hiệu thu yếu (đài xa) hay mạnh (đài gần) bằng cách thay đổi điện áp phân cực. Nhiệm vụ của mạch AGC là làm cho điện áp, công suất tải đầu ra ổn định khi tín hiệu vào thay đổi hoặc do nguyên nhân bên trong gây ra. Trong máy thu, mạch AGC được sử dụng