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 trong mạch KĐCT và KĐTT.
Như vậy AGC là hệ thống hồi tiếp điều chỉnh độ lợi máy thu dựa vào biên độ tín hiệu thu đồng thời mở rộng dải động (Dynamic Range - DR). Dải rộng
162 là khoảng điện áp ngõ vào Rx nhỏ nhất đến lớn nhất mà tín hiệu ra không bị méo, Nó biểu diễn dưới dạng:
𝐷𝑅 = 201𝑔𝑉𝑚𝑎𝑥 𝑉𝑚𝑖𝑛 (𝑑𝐵)
Thông thường DR của máy thu có AGC từ 40 √100 dB.
Tín hiệu AGC thường ở dạng điện áp một chiều sau tách sóng tỷ lệ với mức tín hiệu thu được đưa về làm thay đổi điện áp phân cực tầng RF hay IF kiểm soát độ khuếch đại của máy thu.
Ví dụ độ khuếch đại A, của 1 tầng khuếch đại BJT có dạng:
Nếu AGC làm giảm dòng L(A) ta có -AGC (AGC ngược) dùng ở bộ phát đáp thông tin vệ tinh, ở máy thu dùng pin nơi nguồn cung cấp bị giới hạn, nếu AGC làm tăng dòng I(A.) ta có +AGC (AGC thuận) được dùng nhiều trong tivi và máy thu bán dẫn AM-FM.
163
Hình 7.6.2.1: Mạch AGC đơn giản của máy thu AM
Đảo chiều diode ta được +AGC, Thời hằng t = RC; đủ lớn để điện áp ra thuần DC biến thiên theo biên độ tín hiệu vào máy thu. Trong máy thu FM, điện đáp AGC có thể tách trực tiếp từ mạch giải điều chế FM, Cả hai bộ tách sóng phân biệt Foster - Seeley và tách sóng tỷ lệ đều dễ dàng cho điểm lấy điện áp DC tỷ lệ với biên độ tín hiệu vào. Ở một số máy thu chất lượng cao, một mạch AGC đáp ứng nhanh được thiết lập như hình sau:
Diode D1, D2 nắn nhân hai điện áp: RC: có thời hàng đủ lớn tách lấy thành phần DC; khuếch đại Op có thể mắc kiểu đảo hoặc không đảo để tạo cực tính điện áp AGC cần thiết.
164
Tài liệu tham khảo:
1) Sách Mạch điện tử 3- Mạch điện tử thông tin (Hoàng Đình Chiến, 2015, Đại học quốc gia TP Hồ Chí Minh)
2) Giáo trình điện tử thông tin (Nguyễn Duy Thắng, Lại Nguyễn Duy, Nguyễn Phú Quới, 2018, Trường cao đẳng kỹ thuật Cao Thắng) 3) Bài giảng điện tử thông tin (Biên soạn Ths. Nguyễn Hoàng Duy)