2.2.1 Hoàn điệu cổng.
Trước hết xét mạch giải điều chế DSB-SC-AM sử dụng mạch hoàn điệu cổng
Hình 2.1 Sơ đồ hoàn điệu cổng Trong đó P(t) là một hàm cổng gồm 1 chuỗi xung có dạng
P(t)= a0+∑∞ PR )*2&V
RW '
Vậy tín hiệu vào khối LPF là
Sm(t).P(t)=S(t)cos(2πfct)2 a0 ∑∞ PR )*2&V
RW '3
Quan tâm tới thành phần bậc 1
Sm (t).P(t)= a0.S(t).cos(2πfct)+`a . % `a. % #b<c % Vậy đầu ra của khối LPF cho bởi
S0(t)= P . * '
Và hoàn điệu được hoàn tất
Trên đây là việc giải điều chế với sóng điều biên kiểu DSB-SC còn với mạch giải điều chế kiểu DSB-TC.Ta thấy rằng đầu ra mạch giải mã sẽ có dạng
S0(t)= P 2d * ' 3
Biểu thức trình bày tín hiệu tin gốc bị dời bởi 1 hằng
2.2.2 Hoàn điệu bình phương
Ta khảo sát hiệu quả của phương pháp hoàn điệu bình phương: bằng cách cộng sóng AM vào sóng mang thuần túy rồi sau đó bình phương tổng
2Z ' d )*2& '3 (2.1) Trước hết hãy xét trường hợp sóng mang bị nén DSB SC công thức (2.1) sẽ trở nên: Sm(t)=s(t).cos2& '
2Z ' d )*2& '3 =e )*2& '2Z ' d3 f = cos22πfct+2* ' d3
= 2b % 8 3582b % 8 35. #b<c %
Số hạng thứ nhất là một sóng AM xung quanh một sóng mang tần số 2fc.Vậy có thể tách nó ra dễ dàng nhờ một mạch lọc LPF.
Số hạng thứ hai có thể khai triển theo: S2
(t)+2A.S(t) +A2
Tuy nhiên ta không thể tách được tần số chứa S2(t) giả sử rằng ta đã dùng một mạch LPF để tách tất cả số hạng 2* ' d3 ra khỏi thành phần có tần số 2fc
Bây giờ ta xét giải điều chế sóng DSB-TC- với phương pháp hoàn điệu bình phương.
Trong việc giải điều chế cần thiết phải tạo lại một bản sao hoàn chỉnh của sóng mang.Điều này khó thực hiện trừ khi sóng AM chứa một số hạng tuần hoàn có tần số bằng với tần số của sóng mang,việc này dẫn đến lựa chọn sóng điều chế DSB-TC rất phù hợp.Thực vậy việc giải điều chế thực hiện với sóng TC-AM không cần cộng thêm một sóng mang(sóng mang do máy thu tạo ra)vì bản thân sóng điều chế theo phương pháp DSB-TC đã có cộng thêm sóng mang ở tín hiệu sau điều chế.
Ta xét biên độ của sóng mang A đủ lớn để cho A+s(t) không âm. Đối với sóng SCAM cần phải thêm mạch tạo sóng mang ở máy thu, bản sao này cần phải đồng bộ
hóa với sóng mang thu được.Để thực hiện được việc này máy thu cần có một mạch tạo dao động nội.Nhưng một khó khăn đặt ra là việc đồng bộ về pha và tần số của mạch tạo dao động nội và sóng mang phức tạp nếu mất đồng bộ đầu ra khối tách sóng tín hiệu sẽ bị méo so với tín hiệu tin tức.
Giả sử với mạch dao động nội bị lệch pha 1 lượng g và lệch tần một lượng ∆ Khi đó output của mạch nhân sẽ là
Sm(t)cos2& ∆ ' g = s(t)cos2 & '. cos2& ∆ ' g =s(t)A9:; c∆i%8 9:;e c 8∆if%8 E (2.2)
Biểu thức trên cũng là tín hiệu đầu vào của mạch lọc thông thấp do vậy đầu ra của mạch LPF sẽ là
S0(t)=S(t)9:; c∆i%8
(2.3) Số hạng thứ hai của (2.2) có thành phần tần số 2 ∆ nên bị loại bỏ.
Trong biểu thức (2.3) giả sử ∆ nhỏ .Định lý biến điệu chỉ ra rằng có biến đổi F có tần số trong khoảng đến fm + ∆ dù LPF được thiết kế để chỉ cho đi qua tần số lớn đến fm nhưng nó vẫn cho đi qua fm + ∆ vì fmj∆
Giả sử đã loại bỏ sự sai khác về tần số rồi chỉ còn sai pha thì S0(t)=S(t)9:;
(2.4)
Vậy không xảy ra méo với S(t).Nhưng có chú ý là khi g tiến đến 90° thì tín hiệu thu được sẽ bằng 0.
2.2.3 Tách sóng không kết hợp (Incoherent detection)
Các khối hoàn điệu đã nói ở trên cần phải tạo lại sóng mang ở máy thu vì vậy tần số sóng mang phải chính xác và pha phải đúng tại bộ phận tách sóng nên sóng mang từ đài phát xem là thông tin chính xác về mặt thời gian truyền đến máy thu.
Nhưng nếu thành phần sóng mang đủ lớn trong TCAM ta có thể dùng kiểu tách sóng không kết hợp trong đó không cần phải tạo lại sóng mang.
a
Hình 2.2 a Tín hiệu TCAM với A+s(t)>0 b Mạch điện tách sóng không kết hợp Sự phân tích mạch tách sóng dựa vào 2 nhận xét:
+Input không thể lớn hơn output b (với một diode lý tưởng)
+Output không bao giờ giảm với thời gian điều kiện thứ hai là do tụ điện trong mạch không có đường xả điện nên output luôn luôn bằng với giá trị đỉnh xung thời điểm trước đó
Do Diode chỉ làm việc với nửa chu kỳ dương của tín hiệu AM; khi đó tụ được nạp đến giá trị điện áp đỉnh, ở nửa chu kỳ âm tụ xả, điện áp trên tụ giảm theo hằng số thời gian RC.
a, b, Hình 2.3 Biểu diễn sự phóng nạp của tụ khi giải điều chế
a,khi chưa có tụ điện xả b, khi có tụ điện xả D1 T/H ra T/H vào C1 R
Để việc tách sóng được chính xác yêu cầu hằng số k l0m l với điều kiện này thì thời gian phóng nạp sẽ lớn hơn rất nhiều lần chu kỳ của sóng mang nên khi tụ sẽ không bị nạp đầy với số ít chu kỳ của sóng mang.
2.2.4 Tách sóng kết hợp (coherent)
Phương pháp giải điều chế là giải điều chế kết hợp (coherent) yêu cầu cần phải có một tín hiệu có cùng tần số và pha giống với tín hiệu sóng mang tại máy thu.
Việc giải điều chế kết hợp đối với DSB-AM bao gồm việc nhân (trộn) tín hiệu đã điều chế với một tín hiệu cosin có cùng tần số và pha với sóng mang, sau đó cho tín hiệu của việc nhân qua một bộ lọc thông thấp sẽ thu được dạng tín hiệu bản tin m(t) ban đầu.
Hình 2.4 Sơ đồ tách sóng kết hợp
Cở sở toán học thực hiện tách sóng kết hợp
Trong trường hợp DSB, tín hiệu sau điều chế được cho bởi công thức :
Ac.m(t)cos(2πfct) khi tín hiệu này được nhân (hay trộn) với một tín hiệu cos(2πfct) ta sẽ được biểu thức sau sau khi trộn như sau :
Y(t) = Ac.m(t)cos(2πfct)cos(2πfct)= m(t) + m(t) cos(4πfct) (2.5)
Ở đây Y(t) ký hiệu cho tín hiệu lối ra mạch trộn và biến đổi Fourier của biểu thức (2.5) được xác định như sau :
Y(f) = m(f) +
<m(f – 2fc) +< m(f + 2fc) (2.6)
Như biểu thức (2.6) lối ra mạch trộn có một thành phần thông thấp ( m(f)) và các thành phần cao tần nằm quanh vị trí ± 2fc. Khi cho Y(t) qua một bộ lọc thông thấp với độ rộng băng W, các thành phần cao tần sẽ bị lọc bỏ chỉ còn lại thành phần thông thấp ( m(t)) tỷ lệ với tín hiệu bản tin. Quá trình này được trình bày như Hình (2.4).
2.3Tách sóng SSB-AM
b
Hình 2.5 a, Biến đổi furier của các băng cạnh b Sơ đồ khối hoàn điệu SSB-AM
Về phương diện tần số sẽ làm rời tần của tín hiệu Sm(t) khi biến đổi furier cả chiều lên và chiều xuống
Biến đổi furier của của tín hiệu SSB: Về phương diện thời gian ta thấy:
FSSB(t).cos2& '= % #b5 c % n % boR<c %
Dấu + cho LSB và dấu – thay cho USB, p ' là biến đổi hilbert của S(t) =b % 8 % #b5 c % n % boR<c %
< vì với output của LPF như vậy kết quả sẽ là % <
Về cơ bản mạch tách sóng đơn biên cũng là một mạch nhân tín hiệu thu được (đã điều chế) cho nhân với tín hiệu dao động nội sau đó được lọc thông thấp với dải băng thông bằng dải tần số w của tín hiệu tin tức.
Khi tín hiệu dao động nội được đồng bộ về tần số cũng như pha của sóng mang ta có mạch tách sóng đồng bộ giúp giảm méo tín hiệu khi thu được sau bộ lọc.
Với phương pháp tách sóng đơn biên dùng mạch tách sóng đường bao để có thể tận dụng ưu điểm đơn giản của mạch giải điều chế nhưng đồng thời cũng phải đồng bộ được sóng mang của bên phát với bên nhận do cần phải dùng mạch tạo sóng mang để tái tạo biên độ tín hiệu sau đó mới dùng mạch tách sóng đường bao.
Chính vì lý do cần phải đồng bộ sóng mang giữa dao động nội (hoặc mạch tạo sóng mang) mà điều chế đơn biên được ưu tiên sử dụng trong lĩnh vực quân sự.
CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG ĐIỀU BIÊN TRONG MÁY PHÁT HÌNH, PHÁT THANH
3.1 ỨNG DỤNG ĐIỀU BIÊN TRONG MÁY PHÁT HÌNH
-Máy phát phải phát đi công suất đủ lớn để cung cấp tỉ số tín hiệu trên nhiễu (S/N) đủ lớn cho máy thu.
-Máy phát phải sử dụng sự điều chế chính xác để các thông tin được phát đi, không bị biến dạng quá mức.
-Tần số hoạt động của máy phát được chọn dựa vào các kênh và vùng phủ sóng theo qui định của Hiệp hội thông tin quốc tế (ITV). Các tần số trung tâm của máy phát phải có độ ổn định cao.
-Các yêu cầu về chỉ tiêu kỹ thuật của máy phát là: Công suất ra, tần số làm việc, độ ổn định tần số, dải tần số điều chế.
-Phân loại máy phát:
a. Phân theo công dụng: Ta có Máy phát thông tin cố định hoặc di động; Máy phát
theo chương trình như phát thanh, truyền hình... b. Phân theo tần số
c. Phân theo phương pháp điều chế Ví dụ:
+ Máy phát điều biên (AM) + Máy phát đơn biên (SSB) + Máy phát điều tần (FM),
+ Máy phát điều tần âm thanh nổi (FM Stereo) + Máy phát điều pha (PM)
+ Máy phát khoá dịch biên độ ASK, QAM + Máy phát khoá dịch pha PSK, QPSK + Máy phát khoá dịch tần FSK… d. Phân theo công suất…
Máy công suất nhỏ Pra<100W
Máy công suất trung bình 100W<Pra<100KW Máy công suất lớn 100KW<Pra<1000KW Máy công suất cực lớn Pra>1000KW
+ Tín hiệu audio: Mang thông tin về tiếng động,ca nhạc, lời thuết minh, tiếng nói của nhân vật.Tín hiêụ tiếng có phổ rộng: 0 - 20khz, tai người cảm thụ tốt nhất trong khoảng 16 hz- 16000hz.Thực hiện điều chế fm đối với tín hiệu audio.
+Tín hiệu video: Mang thông tin về hinh ảnh và mầu sắc. Tín hiệu video có phổ rộng: từ 0-6 MHz.
Mắt người cảm thụ tín hiệu đen trắng tốt hơn tín hiệu mầu. Thực hiện điều chế am đối với tín hiệu video.
+ Các tín hiệu đồng bộ:
Đồng bộ màu, đồng bộ ngang, đồng bộ dọc
Ví dụ: trong truyền hình theo tiêu chuẩn NTSC tín hiệu chói có phổ tần từ 0- 4,2Mhz.
Công thức của tín hiệu chói: Ey=0, 30Er+0, 59Eg+0,11Eb.
Tín hiệu màu là hai thành phần mầu điều chế biên độ nén triệt sóng mang và vuông
pha với nhau là Ii và Iq.phổ tín hiệu màu 1,3 Mhz . Tần số sóng mang màu 3,58Mhz
Hình 3.1 phổ của tín hiệu NTSC
Qua bảng 3-2ta thấy các hệ truyền hình trên thế giới khác nhau về các thông số kỹ thuật cơ bản như: độ rộng của một kênh truyền hình; độ rộng của dải tần số hình; khoảng cách giữa tải tần hình và tải tần tiếng; kiểu điều chế hình và tiếng; số dòng trong một mặt; tần số dòng và tần số mặt
Giải thông sử dụng cho truyền hình quảng bá là từ 48 MHz-960 MHz bao gồm 5 dải: Dải băng tần thứ nhất: 48-64 MHz Dải băng tần thứ 2:76-100 Mhz Dải băng tần thứ 3:174-230 Mhz Dải băng tần thứ 4:470-606 Mhz Dải băng tần thứ 5:606- 958 MHz
Băng tần trong hệ thống truyền hình mắt đất SỐ TT CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT CÁC HỆ TRUYỀN HÌNH BBC RTF FCC CCIR OIRT 1 Độ rộng của tải tần hình(MHz) -3 10,4 4 5 6 2 Độ rộng kênh (MHz) 5 13,15 6 7 8 3 Tổng số dòng trong một mặt 405 819 -525 625 625 4 Tần số mặt (MHz) 50 50 60 50 50 5 Tần số dòng (MHz) 10125 20475 15705 15625 15625 6 Thời gian quét 1 dòng (ms) 98,7 48,8 63,5 64 64 7 Thời gian quét mặt (ms) 20 20 16,4 20 20
8 Xung xoá dòng (%H) 15 16 16 18 18
9 Xung xoá mặt (H) 14 41 13-20 19-30 19-30 10 Xung cân bằng trước (%H) 0 7 6 4,5 4,5
11 Xung cân bằng sau (%H) 0 7 6 4,5 4,5
12 Khuôn hình X : Y 4:3 4,12:3 4:3 4:3 4:3
13 Điều chế hình AM+ AM+ AM+ AM- AM-
14 Mức đen (% biên độ sóng
mang) 30 ±3 25±2,5 75±2,5 75±2,5 75±2,5 15 Mức trắng (% biên độ sóng
mang) 100 100 15 10 ±5 10 ±5
16 Chặn tần biên trên (MHz) Cao Thấp Thấp Thấp Thấp 17 Độ rộng biên trên (MHz) +1,25 1,75 -1,25 -1,25 -1,25 18 Khoảng cách giữa sóng
mang hình và tiếng (MHz) -3,5 +11,15 4,5 5,5 6,5 19 Điều chế sóng mang tiếng AM AM FM FM FM
-CÁC HỆ TRUYỀN HÌNH.
Trên thế giới, tuỳ theo từng khu vực, tuỳ theo từng nước khác nhau có các hệ khác nhau về truyền hình đen trắng và truyền hình màu.
Mỗi một hệ truyền hình có các thông số kỹ thuật riêng của nó. - Hệ FCC của Mỹ.
- Hệ OIRT (Organisation Intenational Radio and Television) của Tổ chức phát thanh và truyền hình quốc tế.
- Hệ CCIR (Colsultative Commitee International de Radio) của Uỷ ban tư vấn phát thanh quốc tế.
3.1.1 Chức năng và nhiệm vụ của máy phát hình. -Chức năng -Chức năng
Máy phát hình là thiết bị để tạo ra năng lượng dưới dạng sóng vô tuyến điện có chứa thông tin về hình ảnh và âm thanh rồi qua hệ thống anten truyền thông tin này vào không trung. Tín hiệu thu được ở lối ra máy phát được gọi là tín hiệu truyền hình. Chất lượng tín hiệu tốt hay xấu phụ thuộc rất nhiều vào công suất, chất lượng và độ ổn định sóng ra của máy phát hình.
-Nhiệm vụ
Tín hiệu hình và tiếng sau khi đã gia công, xử lý được đưa vào đầu vào của máy phát hình. Hai tín hiệu này tiếp tục được sửa, bù, ghim mức đảm bảo chất lượng tín hiệu, khuếch đại đủ mức cần thiết. Điều chế AM sóng mang hình, điều chế FM sóng mang tiếng có tần số cao tần ở kênh phát. Cao tần hình, tiếng đã điều chế được khuếch đại tới công suất yêu cầu, lọc, qua cáp cao tần đưa lên hệ thống anten, bức xạ vào không trung dưới dạng sóng vô tuyến điện.
3.1.2 Sơđồ khối cơ bản của máy phát hình
Máy phát hình (= TV Transmitter) là thiết bị tiếp nhận tín hiệu video, tín hiệu audio để điều biến vào sóng mang hình, sóng mang tiếng tạo ra tín hiệu cao tần hình AM, tín hiệu cao tần tiếng FM tương ứng với 1 kênh truyền hình.
Sơ đồ khối máy phát hình rất đa dạng, phụ thuộc vào nhiều yếu tố như mức công suất dùng để điều biến sóng mang hình, công suất phát sóng, kênh phát sóng, linh kiện điện tử tích cực được sử dụng cho tầng công suất, hãng sản xuất, mục đích sử dụng… Phần này giới thiệu 2 dạng sơ đồ khối tiêu biểu cho 2 khuynh hướng điều biến hình: điều biến ở mức công suất lớn và điều biến ở mức công suất nhỏ. Với
mục đích tập trung trước tiên vào phần tín hiệu của sơ đồ khối, một số khối mạch như khối cấp nguồn, khối điều khiển – hiển thị, khối đo lường – kiểm tra, khối thông gió làm mát… sẽ được xem xét sau.
Xem Hình 3.3.
Nhiệm vụ các khối:
Khuếch đại video vào: Khuếch đại và phối hợp trở kháng tín hiệu video đầu vào (thường có mức điện áp khoảng 1Vpp, trở kháng 75 Ohm đối xứng hoặc không đối xứng).
Xử lý video: Bao gồm một số mạch xử lý, hiệu chỉnh tín hiệu video để đảm bảo độ trung thực và chuẩn xác của hình ảnh. Mạch ghim (= clamp) dùng để ghim các đỉnh xung đồng bộ cho ngang hàng, khôi phục lại điện áp DC cho tín hiệu video, đảm bảo độ chuẩn xác của các mức xám trên hình ảnh. Mạch tách và sửa dạng xung đồng bộ hoặc mạch tạo lại xung đồng bộ để hiệu chỉnh lại xung đồng bộ... Mạch ALC dùng để tự động giữ ổn định biên độ tín hiệu video, do đó ổn định được độ tương phản và độ bão hoà màu của hình ảnh. Mạch cân bằng trễ nhóm (= group delay equalizer) dùng để bù trừ trước độ trễ của các thành phần tần số khác nhau trong tín hiệu video do ảnh hưởng của các mạch KĐ và ảnh hưởng của mạch trung hợp phía sau, đảm bảo tính trung thực của hình ảnh. Mạch sửa trước độ khuếch đại vi sai, mạch sửa trước pha vi sai dùng để sửa trước độ bão hoà màu, sắc điệu của hình ảnh…
KĐ Video vào Xử lý video KĐ Video 1 KĐ Video 2