3 NỘI DUNG:
3.1.2.3 Bộ giới hạn và những ảnh hưởng của nhiễu lên việc giải điều chế FM:
1) Mục đích:
Phần này chúng ta sẽ tìm hiểu về: - Bộ giới hạn.
- Nhiễu phát hiện trước. - Nhiễu phát hiện sau.
2) Bài thực hành:
a) Bài thực hành 1: Bộ tách sóng cầu phương sử dụng bộ giới hạn
Trong bài thực hành này bạn sẽ tìm hiểu cách mà bộ giới hạn hoạt động.
Trong 1 hệ thống FM, thông tin được truyền đi bằng cách thay đổi tần số của sóng mang.Do sự thay đổi biên độ không làm biến đổi nội dung thông tin nên ta có thể loại bỏ nó trước khi tín hiệu đến thiết bị tách sóng.Công việc này được thực hiện bởi bộ giới hạn.
Một bộ giới hạn đơn giản chỉ là 1 thiết bị khuếch đại biến đổi sóng mang hình sin có biên độ thay đổi thành sóng vuông có biên độ cố định.Sóng vuông này vẫn còn chứa tần số biến đổi của tín hiệu nguồn.
Việc thêm vào 1 bộ giới hạn giúp cho thiết bị tách sóng FM có tín hiệu biên độ cố định, điều này có nghĩa là đầu ra của nó chỉ phụ thuộc vào sự dịch pha mà không phụ thuộc vào biên độ.
Đương nhiên là bộ giới hạn không thể cho ra tín hiệu mà không tiêu tốn năng lượng, vì thế biên độ của sóng mang đầu vào giảm đi qua bộ giới hạn sẽ giảm khi lượng nhiễu tăng lên.Cuối cùng tín hiệu trở nên không thể nhận dạng được vì nhiễu.
Quan sát:
- Gỡ bộ giới hạn ra khỏi mạch. - Chỉnh modulation level lên max.
- Quan sát tín hiệu tại điểm 14 khi điều chỉnh carrier level.
- Dùng nút Limiter Button để gắn bộ giới hạn vào trong mạch.Quan sát sự thay đổi của tín hiệu.
Nhận xét:
- Nếu không có bộ gới hạn trong mạch thì tín hiệu giải điều chế đầu ra vẫn phụ thuộc vào biên độ sóng mang.
- Khi sử dụng bộ giới hạn trong mạch thì tín hiệu giải điều chế đầu ra có biên độ không đổi.
- Khi không có bộ giới hạn trong mạch thì sóng đi vào bộ so pha là sóng hình sin, khi có bộ giới hạn thì sóng có dạng vuông.
b) Bài thực hành 2: Ảnh hưởng của nhiễu lên bộ tách sóng cầu phương
Nhiễu là gì?
Nhiễu là tín hiệu không mong muốn được trộn lẫn với tín hiệu yêu cầu.Trong nhiều trường hợp nó không có 1 tần số riêng biệt nào vì nó là thể tổng hợp của rất nhiều tần số.
Nhiễu có thể được tạo ra ngay trong bản thân mạch như bộ khuếch đại hay từ các phương tiện truyền dẫn như cáp hoặc ănten.Một yêu cầu vô cùng quan trọng của hệ thống thông tin liên lạc là làm sao để nó hoạt động tốt dưới sự ảnh hưởng của nhiễu.Hệ thống FM có nhiều ưu thế hơn AM trong điều kiện hoạt động có nhiễu. Tỷ lệ tín hiệu/nhiễu:
Một phương pháp đo chất lượng của tín hiệu đi vào thiết bị tách sóng là đo tỷ lệ tín hiệu/nhiễu (SNR).Điều này vô cùng đơn giản khi ta đo tỷ lệ năng lượng tín hiệu trên năng lượng nhiễu tiêu tốn, thường dùng đơn vị là dB.Tỷ lệ SNR càng cao thì mức độ có tín hiệu so với nhiễu càng lớn.
Sau khi qua thiết bị tách sóng thì tín hiệu đầu ra sẽ có nhiễu,và do đó ta có tỷ lệ SNR.Có 2 tỷ lệ của SNR và thường được gọi là tỷ lệ nhiễu trước điều chế (SNRi) và tỷ lệ nhiễu sau điều chế (SNRo).
Trong hệ thống AM thì 2 tỷ lệ này xấp xỉ nhau,nhưng trong hệ thống FM thì tỷ lệ SNRo có thể lớn hơn SNRi.Độ chênh lệch phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố, đặc biệt là hệ số điều chế.
Một sự tương phản giữa AM và FM là trong kênh AM, SNRi tỷ lệ với SNRo, nhưng trong FM thì khi SNRi giảm đến 1 giá trị gọi là ngưỡng giới hạn thì SNRo sẽ giảm 1 cách nhanh chóng.
Điều này có nghĩa là hệ thống FM có xu hướng giảm nhanh chóng ở tỷ lệ SNR thấp.Nhìn chung, hệ số điều chế càng cao (dẫn đến tăng băng thông) thì SNR tạo bởi thiết bị tách sóng càng cao.Tuy nhiên nó chỉ xảy ra tại ngưỡng giới hạn cao hơn.Ta có thể lựa chọn các tham số tốt nhất để tính giá trị này cho phù hợp.
Một điều quan trọng là khi có nhiễu thì cả biên độ và tần số đều bị biến đổi, và ta có thể điều chỉnh biên độ của nhiễu bằng bộ giới hạn.
Trong bài thực hành này, thiết bị tạo sóng FM được mắc nối tiếp với 1 bộ tách sóng cầu phương.Một tín hiệu nhiễu có thể điều chỉnh được trộn vào tín hiệu nguồn đưa vào bộ tách sóng được sinh ra từ 1 mạch đặc biệt cùng dạng với loại nhiễu băng rộng của hệ thống viễn thông.
Bộ giới hạn được sử dụng trong mạch có thể lắp vào hoặc tháo ra.Mục đích của bài thực hành này là nghiên cứu về ảnh hưởng của nhiễu đến tín hiệu giải điều chế đầu ra và công dụng của bộ giới hạn.
- Tỷ lệ tín hiệu/nhiễu (SNR) là thước đo chất lượng của sóng viễn thông. - Bởi vì tỷ lệ SNR thường là rất lớn nên nó được sử dụng đơn vị tính là dB.
- Do bộ giới hạn làm giảm biên độ của nhiễu nên nó góp phần làm giảm nhiễu ở tín hiệu đầu ra.
- Vì bộ giới hạn có 1 mức khuếch đại nhất định nên chỉ 1 lượng nhỏ của nhiễu thì tín hiệu đầu ra cũng sẽ thay đổi.
c) Bài thực hành 3: Bộ tách sóng sử dụng vòng khoá pha sử dụng với bộ giới hạn.
Trong bài thực hành này ta sẽ tìm hiểu cách mà PLL hoạt động ở các tín hiệu có biên dộ khác nhau.Sự thêm vào 1 bộ giới hạn sẽ giúp cải thiện kết quả thu được.
Nếu tín hiệu đầu vào đủ lớn thì PLL sẽ khóa pha dao động nội của tín hiệu đó.Tín hiệu có biên độ gấp đôi không làm thay đổi trạng thái vì thế nó không ảnh hưởng đến tín hiệu đầu ra.Trong phạm vi này PLL sẽ loại bỏ những tín hiệu đầu vào có biên độ không mong muốn.
Nếu tín hiệu đầu vào nhỏ và độ lệch lớn thì bộ tách sóng pha sẽ không thể cho đủ tín hiệu đầu ra để vận hành VCO và do đó không thể bắt kịp sự thay đổi của độ lệch.Điều này có thể thấy trong bài thực hành bằng cách giảm biên độ của sóng mang mà không có bộ giới hạn trong mạch.
- Chỉnh carrier level lên max và quan sát điểm 14 mà không có bộ giới hạn trong mạch.
- Giảm carrier level và quan sát đầu ra.
- Gắn bộ giới hạn vào mạch và quan sát lại tín hiệu ở đầu ra.
- Quan sát tất cả các điểm của mạch để hiểu cách mà hệ thống hoạt động. Nhận xét:
- Nếu không có bộ giới hạn trong mạch, khi ta giảm modulation level thì carrier lvel cũng sẽ giảm theo trước khi xảy ra biến dạng tín hiệu bởi vì PLL khuếch đại ít hơn.Trường hợp này sẽ không xảy ra khi có bộ giới hạn gắn trong mạch.
d) Bài thực hành 4: Ảnh hưởng của nhiễu lên bộ tách sóng sử dụng vòng khoá pha
PLL
Nhiễu làm cho cả biên độ và pha của tín hiệu đầu vào bị thay đổi.Việc sử dụng bộ giới hạn trong mạch giúp loại bỏ sự thay đổi biên độ này ra khỏi đầu vào của PLL.
Ảnh hưởng chính của nhiễu là làm cho biên độ của tín hiệu có xu hướng trở về 0, nhưng vẫn còn 1 biên độ phù hợp của tín hiệu chạy trong PLL.Nó tiếp tục bám theo pha của tín hiệu đầu vào với lỗi nhỏ nhất gây ra bởi sự thay đổi biên độ của nhiễu.
Đương nhiên là bộ giới hạn không thể hoạt động mà không tiêu tốn năng lượng, vì thế biên độ của sóng mang trong bộ giới hạn giảm dần và lượng nhiễu ngày càng tăng lên.Lượng nhiễu này sẽ làm giảm chất lượng của tín hiệu đầu ra.Vấn đề này là thuộc về bản chất của nhiễu chứ không phải do lỗi của các thiết bị tách sóng.
Quan sát:
- Chỉnh carrier level và modulation level lên mức max. - Chỉnh noise level về min.
- Gỡ bộ giới hạn ra khỏi mạch và quan sát điểm 14. - Tăng noise level và quan sát tín hiệu đầu ra.
- Việc sử dụng bộ giải điều chế bằng PLL tốt hơn so với việc sử dụng bộ giải điều chế bằng thiết bị so pha.
3) Nhận xét: