Tín hiệu tiếng đưa tới máy phát, trước khi đưa vào điều chế đều phải được xử lý. Các mạch sửa, khuếch đại âm tần này có nhiệm vụ:
- Khuếch đại đủ mức điện áp và công suất để cấp cho điều tần tiếng. - Sửa tần số dải tần âm thanh để đảm bảo đặc tuyến của chúng, lý tưởng từ 20Hz ÷ 20.000Hz.
Trong mạch khuếch đại âm tần có chiết áp điều chỉnh âm lượng, độ sâu điều chế FM.
3.1.8 Bộ tiền điều chế.
Ngăn tiền điều chế bao gồm các loại mạch sửa, hiệu chỉnh, khuếch đại tín hiệu hình màu toàn phần đủ tiêu chuẩn kỹ thuật điều chế sóng mang hình.
Tín hiệu hình màu toàn phần ở trung tâm (studio) ra đã đủ tiêu chẩn kỹ thuật. Qua đường truyền dẫn (cáp, viba...) đến máy phát hình, tín hiệu đó bị tổn hao, méo nên nhất thiết phải được xử lý lại. Các thông số về mức, về thời gian, về dải tần video, sóng mang màu, xung...đều phải sửa và bù. Trong ngăn điều chế có các loại mạch để xử lý các vấn đề trên. Ngăn tiền điều chế là cực kỳ quan trọng, nó quyết định chất lượng hình ảnh truyền tới người xem.
-Mạch điện của bộ tiền điều chế.
Mạch ghim khôi phục thành phần một chiều.
Hình3.8 Mạch ghim dùng transistor
Tranzito T1 là đèn ghim, T2 là tầng tải emitơ. Cả hai tranzito đều dùng loại npn. Tín hiệu hình trên dường truyền dẫn tới máy phát cũng như qua các mạch , tụ ngăn, tụ nối tầng bị mất thành phần một chiều(độ chói trung bình) làm cho hình ảnh kém trung thực. Do đó cần phải được hồi phục lại. Tín hiệu này đưa vào
đầu V qua tụ ghim C1 tới Bazơ của T2. Nếu không có mạch T1 thì tầng tải emitơ T2 không làm việc. T1 làm việc như một khoá điện tử. Xung ghim cực tính dương có độ rộng 3,5µs, biên độ 7Vdd qua tụ C2 vào bazơ của T1. Tại thời điểm có xung dương T1 mở (điện trở trong rất nhỏ), tụ C1 nạp rất nhanh với hằng số thời gian:
τm = RmC1 3,5µs
Rm : điện trở trong khi T1 mở ( rất nhỏ ). C1: tụ ghim và nối tầng tín hiệu hình.
Tụ C1 được nạp tới điện áp một chiều xác định bằng mức ghim, mức ghim điều chỉnh bằng chiết áp R3.
Thời gian không xung (thời gian quét thuận của dòng), T1 đóng, tụ C1 phóng điện qua điện trở trong của T1 và Rd có trị số điện trở trong rất lớn, nên dòng phóng rất chậm. Tại bazơ của T2 luôn giữ mức điện áp một chiều bằng mức ghim, mức điện áp này đồng thời cũng là thiên áp làm việc cho đèn T2. Tầng tải emitơ T2 hoạt động bình thường, tín hiệu lấy ra ở emitơ (tải R5) tại điểm Vr đã được khôi phục thành phần một chiều.
Hằng số thời gian T1 đóng là: τd = Rd .C1 ≈ 52µs
Rd : điện trở rất lớn khi T1 đóng. Điều kiện để mạch ghim làm việc tốt, bền vững là: - Rml Rd
- T1 chọn sao cho như khoá tắt mở dứt khoát để có thời gian chuyển tiếp cực nhanh.
- Xung ghim đảm bảo đủ mức điện áp và độ rộng. - Nếu T1 là loại pnp thì xung ghim có cực tính âm. - Tụ C1 chọn trị số từ 01 ÷ 03µF và là tụ thường.
3.1.9 Tính toán mạch điều chế AM
Bộ điều chế thực hiện điều biên (AM) sóng mang hình của kênh phát bằng tín hiệu hình toàn phần đã được sửa ở tầng tiền điều chế đưa sang.
* Yêu cầu kỹ thuật.
- Đạt độ sâu điều chế dễ dàng.
- Đặc tuyến tần số kênh truyền ở biên dưới -1,25MHz từ -20dB đến -35dB.
- Biên độ sóng mang sau khi điều chế bảo đảm công suất danh định của độ sâu điều chế.
- Tránh can nhiễu của bên ngoài, cũng như các tầng khác trong máy. - Sau khi điều chế vẫn đảm bảo độ tuyến tính.
Hình 3.9 Mạch điện điều biên AM cân bằng dùng transistor và diode
Tranzito T1 khuếch đại cao tần sóng mang hình màu qua biến áp cao tần ở mạch colectơ của nó, tín hiệu sóng mang này được lấy ra hai cực tính ngược pha nhau 1800 để đưa vào bộ điều chế cân bằng. Hay nói cách khác biến áp Tr1 phối hợp giữa sóng mang không đối xứng sang đối xứng, mà điểm đất C là tín hiệu hình toàn phần đưa vào, yêu cầu biến áp cao tần quấn thật cân nhau và cuộn cảm được mạ bạc. Mạch điều biên cân bằng được tạo bằng các diot có tần số làm việc siêu cao.
Tại hai điểm đối xứng cho cao tần, đưa vào tín hiệu màu toàn phần (sau khi đã được sửa, bù ở tiền điều chế) +b(t) và -b(t).
Khi không có tín hiệu hình - tín hiệu điều chế ngược cực tính nhau thì ở đầu ra không có sóng mang. Khi có +b(t), -b(t) thì độ dẫn của các diot cao tần D1 ÷ D4 sẽ thay đổi khác nhau theo biến điệu của tín hiệu hình làm cho mạch
điều chế cân bằng. Do đó dòng điện cao tần biến thiên qua các diot dẫn tới dạng sóng mang đến mạch ra (biến áp Tr2) biến đổi không đều về biên độ nữa mà theo dạng tín hiệu điều chế. Tín hiệu hình toàn phần ở mạch ra bị triệt tiêu do tín hiệu đưa vào ngược pha nhau 1800
.
Như vậy điều biên sóng mang hình được thực hiện tiếp tục qua tầng đệm emitơ T2 tới tiếp các tầng sau. Mạch điều chế AM cân bằng đảm bảo độ bền vững, dễ đạt được độ sâu điều chế 100%, độ tuyến tính, sóng mang màu không bị suy giảm, chất lượng màu tốt.
3.1.10 Chức năng và đặc tính các tầng khuếch đại cao tần.
Do điều chế ở mức công suất thấp, nên sóng mang hình, mang tiếng sau khi đã được điều chế phải được một loạt các tầng khuếch đại cao tần khuếch đại dần lên tới khi đủ kích thích cuối cùng.
Các tầng khuếch đạicao tần hình ngoài khuếch đại sóng mang, còn đảm bảo dải tần Video 6,5MHz. Đó là khó khăn của loại điều chế mức thấp. Do đó phải có một loạt các biện pháp kỹ thuật để xử lý nhằm thoả mãn yêu cầu trên, các mạch làm việc ở chế độ B hoặc chế độ BC.
Các tầng khuếch đại cao tần tiếng dễ thực hiện hơn vì dải tần âm thanh không lớn, có thể làm việc ở chế độ C để hiệu suất cao.
Các tầng khuếch đại cao tần tiếng và hình cần phải bảo đảm: - Khuếch đại đủ mức danh định, mỗi tầng khuếch đại từ 10÷20 lần.
- Ổn định sóng mang.
- Bảo đảm dải tần số của tín hiệu hình 6MHz, tín hiệu âm thanh 30Hz÷15KHz.
- Lọc tốt, loại trừ các hài không có ích ngoài kênh phát.
- Chống được can nhiễu từ bên ngoài và giữa các tầng với nhau. - Bảo đảm phối hợp trở kháng giữa các tầng.
- Trích một phần công suất tách sóng để kiểm tra.
Về cấu tạo mạch, các tầng khuếch đại cao tần hình và tiếng cơ bản giống nhau, chỉ khác ở các phần tử cộng hưởng cho mỗi loại sóng mang khác nhau nên trị số khác nhau.
Hệ số khuếch đại của tầng khuếch đại cao tần được xác định bằng biểu thức:
A = SZa = S /2πBtrC Trong đó: A - hệ số khuếch đại.
S - độ dốc động(độ hỗ dẫn) của đèn.
Za - trở kháng mạch ra (ở anot hoặc colectơ) Btr- tần số biên trên của đèn hiệu truyền. C - tải dung kháng.
Từ biểu thức trên ta thấy rõ ràng đối với dải tần của tín hiệu cần truyền càng lớn thì hệ số khuếch đại A càng giảm. Và cũng rất khó khăn cho việc hiệu chỉnh để đảm bảo đồng thời sóng mang và dải tần tín hiệu.
Để đạt được dải rộng cần thiết của các tầng khuếch đại cao tần hình làm việc ở chế độ B, ta chọn một trong các biện pháp kỹ thuật sau đây:
- Suy giảm đồng bộ các tầng cộng hưởng. - Cộng hưởng riêng rẽ từng phần riêng biệt. - Sử dụng các mạch ghép.
3.1.11 Bộ trung hợp và mạch lọc hài -Bộ trung hợp -Bộ trung hợp
Như ta đã biết, máy phát hình dược cấu tạo gồm máy phát hình và phát tiếng đồng bộ với nhau. Nếu trực tiếp đưa cao tần AM của máy phát hình và FM của máy phát tiếng ra cùng chung một anten thì không thể được, vì cao tần đầu ra của máy phát hình sẽ gây ảnh hưởng làm méo dạng đặc tuyến của tầng công suất RF cuối tiếng và ngược lại. Do đó phải có giải pháp kỹ thuật là dùng bộ phối hợp sao cho chỉ sử dụng một anten cho cả hình và tiếng. Bộ phối hợp này gọi là bộ trung hợp (diflexer).
- Mạch lọc hài
Bộ lọc hài (Filter- harmonic ) được cấu tạo như bộ thông tần thấp, nhiệm vụ của nó là loại trừ, chặn tất cả các cao tần hài có tần số bội tần số sóng mang hình và mang tiếng.
Trong các mạch cao tần, từ tầng có công suất thấp đến tầng công suất cuối cùng ngoài sóng mang của kênh phát còn có hài bội hai, hài bội ba... gây nên nhiễu sang các kênh khác nên cần thiết phải được lọc, chặn để đặc tuyến suy giảm đạt -26dB. Thí dụ hài bậc ba của kênh 2: tần số mang hình kênh 2 là 59,25MHz, bội ba lần là 175,25MHz nằm đúng trong dải tần của kênh 6 (tần số
mang hình 175,25MHz ). Nếu không được lọc và chặn hài này thì sẽ nhiễu sang máy phát kênh 6.
Hình 3.10Mạch điện tương đương của bộ lọc hài
Điều chỉnh các hốc cộng hưởng và vặn các bu lông A, B, C, G sẽ đạt được dải thông cần truyền, lọc và chặn các hài ngoài kênh.
3.1.12 Dây dẫn cao tần và Anten.
-Dây dẫn cao tần
Dây dẫn cao tần thường gọi là fidơ dẫn sóng cao tần từ đầu ra của máy phát tới anten phát. Tuỳ theo công, tần số kênh phát, trở kháng đặc tính mà có loại dây dẫn cao tần kích cỡ khác nhau.
Dây dẫn cao tần là dây dẫn đồng trục vì dây dẫn giữa và dây dẫn ngoài đều hình tròn và có cùng một tâm. Dây dẫn giữa bằng đồng dẫn sóng, dây dẫn ngoài là đồng bọc kim hình trụ tròn đồng tâm với dây giữa. Dây ngoài được nối với đất, vỏ máy, cột anten để kín mạch cao tần. Giữa hai dây là chất cách điện cao tần, chịu được điện áp cao tần, có thể là không khí, có thể là teplon cao tần, yêu cầu cách điện cao. Ngoài cùng là lớp nhựa bảo vệ.
-Anten.
Anten là tải của máy phát, là liên kết giữa máy phát với môi trường không trung mà trong đó sóng cao tần lan truyền tới máy thu. Anten bức xạ sóng cao tần ( đã được điều chế mang tín hiệu thông tin cần truyền ) của máy phát vào không trung.
Anten phát và thu khác nhau. Anten phát là tải của máy phát, anten thu là nguồn cấp cho máy thu. Sự khác biệt cơ bản là chức năng, cấu tạo. Anten phát
yêu cầu nghiêm ngặt về các thông số chỉ tiêu kỹ thuật, phải chính xác độ dài cơ khí, xây dựng cột anten, lắp đặt cột anten đồ sộ phức tạp tốn kém rất nhiều. Do tính chất lan truyền của sóng cao tần với các bước sóng khác nhau, nên có nhiều loại anten tương ứng với dải tần riêng biệt.
Trong kỹ thuật truyền hình, mỗi kênh có anten riêng của nó, hoặc anten dải rộng dùng cho cả băng. Anten dải rộng dùng cho băng III có tần số từ 174MHz đến 230MHz.
3.2 Ứng dụng điều chế AM trong máy phát thanh
Giới thiệu chung
Tín hiệu thông tin được truyền từ máy phát tới máy thu thông qua môi trường truyền .Tuy nhiên tín hiệu thông tin gốc ít khi phù hợp với môi trường truyền cho nên chúng ta phải biến đổi từ dạng thông tin ban đầu thành dạng tín hiệu phù hợp với mô trường truyền. Ở máy phát thanh AM sẽ thực hiện quá trình làm thay đổi biên độ của tín hiệu sóng mang kết hợp với biên độ của tín hiệu điều chế(tín hiệu tin tức).
Bộ điều chế biên độ AM là thiết bị được ráp từ những linh kiện phi tuyến với hai ngõ vào. Một sóng mang có biên độ cố định tần số cao và tín hiệu thông tin tần số thấp.Tín hiệu sóng mang phải có tần số cao để anten bức xạ một cách có hiệu quả và truyền xuyên qua không gian tự do thường được gọi là tần số radio hoặc đơn giản là RF. Tín hiệu thông tin có thể là tần số đơn hay phức hợp của nhiều tần số.Mặc dù mang những đặc điểm chung của điều chế biên độ quá trình truyền sóng mang hai biên cạnh DSB-TC thường được sử dụng nhiều nhất. Điều chế DSB-TC đôi khi còn được gọi là điều chế biên độ truyền thống hay đơn giản là AM.
Băng tần được sử dụng trong hệ thống phát thanh AM
Băng sóng dài: 300-500 KHz. Băng sóng chung: 550-1650 Khz. Băng sóng ngắn: 1, 8 Mhz- 18, 5 MHz.
Phân loại máy phát thanh AM
-Máy phát AM mức cao -Máy phát AM mức thấp
3.2.1 Khảo sát máy phát AM mức thấp
Hình 3.11 vẽ dạng sơ đồ khối máy phát AM DSB-TC mức thấp.Khi ta truyền giọng nói của con người hoặc âm nhạc đó là nguồn gốc của tín hiệu điều biên. Một cách
tổng quát nó là một bộ chuyển đổi âm thanh như microphone băngs từ đĩa CD máy hát đĩa. Mạch tiền khuếch đại phải có độ nhạy tương đối cao đó là mạch khuếch đại điện áp tuyến tính loại A với trở kháng ngõ vào cao. Chức năng của mạch tiền khuếch đại là tăng biên độ của nguồn tín hiệu thông tin đến mức có thể sử dụng được, trong khi lại phát sinh nhiễu vô tuyến rất nhỏ không đáng kể đồng thời phải khắc phục nhiễu nhiệt độ sao cho càng nhỏ càng tốt. Mạch điều khiển tín hiệu điều chế cũng là mạch khuếch đại tuyến tính nhưng có thể điều khiển được mạch điều chế.
Hình 3.11 sơ đồ khối máy phát thanh AM mức thấp.
Mạch dạo động tạo sóng mang RF của máy phát có yêu cầu phải thật chính xác, độ ổn định cao. Do đó thường sử dụng thạch anh để tạo dao động trong mạch điện. Mạch khuếch đại đệm có hệ số khuếch đại thật thấp là mạch khuếch đại tuyến tính ngõ vào có tổng trở cao, nhiệm vụ của mạch khuếch đại đệm là cách ly mạch dao động với mạch khuếch đại công suất cao. Mạch đệm cung cấp một tải cố định tới mạch dao động, mạch đệm giúp giảm sự biến thiên tần số của tín hiệu, mạch tổ hộp opamp thường được sử dụng trong mạch đệm.Mạch khuếch đại tức thời và mạch khuếch đại công suất tầng cuối thường dùng mạch khuếch đại loại A hoặc khuếch đại đẩy kéo loại B.Hệ thống anten phải tương ứng với tổng trở ra của mạch khuếch đại công suất tầng cuối. Hệ thống phát AM mức thấp được sử dụng rộng rãi trong
Khuếch đại công suất Khuếh đại đệm Điều khiển sóng mang Nguồn tín hiệu điều chế Tiền khuếch đại Điều khiển tín hiệu điều chế Mạch điều chế Mạch dao động RF Mạch ghép Anten
hệ thống phát công suất thấp. Những hệ thống phát công suất thấp như hệ thống liên lạc vô tuyến, remote điều khiển, máy bộ đàm phạm vi gần.
3.2.2 Máy phát AM mức cao
Hình 3.12 sơ đồ máy phát AM mức cao tín hiệu điều chế cũng được xử lý tưởng tự máy phát AM mức thấp ngoại trừ có mạch khuếch đại công suất . Đối với máy phát AM mức cao công suất của tín hiệu điều chế phải cao hơn trong máy phát AM lớn để xảy ra điều chế thông thường tín hiệu điều chế phải có biên độ thật cao để đạt được phần trăm điều chế là 100%
Hình 3.12 sơ đồ máy phát AM mức cao.
Mạch dạo động tạo sóng mang RF cũng được kết hợp với bộ đệm và bộ kích thích sóng mang giống máy phát AM mức thấp. Tuy nhiên máy phát mức cao thì tín hiệu sóng mang phải được khuếch đại công suất trước khi đến tầng điều chế và khuếch đại công suất cuối cùng.
Đối với máy phát AM mức cao mạch điều chế có 3 chức năng chính : cung cấp mạch điện cần thiết để xảy ra điều chế, mạch khuếch đại công suất sau cùng, tốc độ chuyển mạch cao.
3.2.3 Một số mạch điện cơ bản trong máy phát thanh AM
Tại máy phát nơi xảy ra quá trình điều chế phải có mạch điện để xác định máy phát mức cao hay mức thấp. Đối với máy phát mức thấp yêu cầu đặt ra là phần trăm điều chế phải cao.
Đối với máy phát mức cao sự điều chế được thay cho phần sau của tầng cuối, nơi có