Kỹ thuật truyền thanh 7

Tài liệu tham khảo công nghệ thông tin Kỹ thuật truyền thanh

CHƯƠNG VII

MẠCH ĐỔI TẦN

I Định nghĩa và mục đích:

Mạch đổi tần số là mạch đổi sóng nhận được có tần số fa ra sóng có tần số khác là

ftt = fo – fa hoặc ftt = fa – fo tùy theo trường hợp fo > fa hay fa > fo

fo là một sóng có từ một mạch dao động hay mạch tổng hợp tần số Sóng có tần số

fa nhận được có thể là sóng được điều biên hay điều tần Sóng từ mạch dao động hay mạch tổng hợp tần số là sóng không được điều biến Sóng tuy có tần số ftt khác nhưng vẫn là sóng đã điều biến mang cùng nội dung tín hiệu gốc

Mạch đổi tần số nói trên là mạch đổi tần số cao ra tần số thấp hơn gọi là tần số trung gian hay trung tần được dùng trong các máy thu bởi các lý do sau đây:

- Sóng tần số thấp hơn được khuếch đại thuận lợi hơn với linh kiện cấp thấp hơn

- Sóng có tần số trung gian có thể được khuếch đại với độ lợi cao hơn mà không có hiện tượng hồi tiếp dương gây mất ổn định cho mạch khuếch đại

- Sóng trung tần có tần số cố định do vậy độ lợi và dải thông mạch khuếch đại ổn định Do vậy độ nhạy và độ tuyển lọc sóng của máy thu ổn định, mạch dễ điều chỉnh ở tình trạng tối ưu

- Mạch đổi tần số cũng có thể đổi tần số sóng nhận được fa ra sóng có tần số

ftt = fa + fo cao hơn fo cũng là sóng từ một mạch dao động không điều biến Sóng mới có tần số cao hơn là ftt vẫn là sóng được điều biến mang cùng nội dung tín hiệu gốc Mạch đổi tần này còn được gọi là mạch xê dịch phổ tần được dùng ở máy phát nhiều kênh tương tự để dịch dải tần sóng điều biến đến vị trí quy định trong dãi sóng rộng truyền nhiều kênh Mạch dịch phổ tần về phía cao hơn cũng có lý do là mạch điều biến đối xứng vòng hay đối xứng không làm việc được ở tần số cao nên phổ tần sóng điều biến quá thấp

Nguyên lý mạch đổi tần số ra tần số thấp hơn hoặc cao hơn được nói qua ở chương

VI, mục III

II Nguyên lý và sơ đồ khối mạch đổi tần (H.VII-1):

Mạch đổi tần số gồm các khối sau:

- Khối trộn tần là khối cộng 2 tín hiệu va = Vasinωat với vo = Vosinωot

- Khối dao động hay khối khối tổng hợp tần số phát sóng không điều biến

vo = Vosinωot

- Khối khuếch đại phi tuyến hay khối phi tuyến, khối này tạo ra các sóng tần số có tần số sau đây:

ωa, 2ωa, 3ωa, …

ωo, 2ωo, 3ωo, …

ωo - ωa, 2ωo - ωa, ωo +ωa, 2ωo +ωa, …

Các tần số 2ωo, 3ωo, 2ωa, 3ωa do tính phi tuyến của khối

Các tần số ωo - ωa, 2ωo -ωa, 2ωa -ωo, … do hiện tượng liên điều biến hay điều biến chéo

- Khối lọc thông dải để loại các dải tần ngoài ý muốn và giữ lại dải tần cần thiết.

Trong thực tế khối trộn tần và khối khuếch đại phi tuyến là một, vì thực chất mạch chỉ cần khối phi tuyến

- Khối lọc là mạch lọc thông dải dùng các phần tử R, L, và C, tinh thể thạch anh, phần tử lọc gốm, sóng bề mặt có dải thông qui định

III Một số mạch đổi tần dùng mạch dao động dùng trong máy thu thanh:

1 Mạch đổi tần dùng một transistor:

Transistor được dùng làm mạch dao động và mạch trộn sóng (H.VII-2) Transistor

Q nhận sóng tần số fa từ cuộn dây điều hợp anten và sóng tần số fo vào cực phát

H.VII-3 cũng là mạch một transistor nhưng khác với H.VII-2 là mạch dao động có đường hồi tiếp đưa vào cực khiển thay vì cực phát transistor

Khối trộn tần

Khối khuếch đại phi tuyến

Khối dao động

Khối lọc thông dải

va = Vasinωat

vo = Vosinωot Vasinωat + Vosinωot

ra

ωa;2ωa;

ωo;2ωo;

ωo-ωa;

2ωo-ωa;

2ωa-ωo;

ωo-ωa

H.VII-1

Cva và Cvo là hai tụ điện đồng chỉnh

H.VII-2

Fo

fo-fa=455KHz

Mạch điều hợp

anten

Mạch khuếch đại trung tần

Biến áp trung tần 455Khz

AGC

Vcc

Cvo To

La

CB

Q1 Cva

RE

RB1

RB2

fa

IBQf

o

AGC

455Khz

Mạch khuếch đại trung tần Fo

Biến áp trung tần 1 Mạch điều hợp anten

CE CB

Vcc

Cvo To

La

RE

RB1

RB2

Cva và Cvo là hai tụ điện đồng chỉnh

H.VII-3

fa

IBQf

o

2 Mạch đổi tần dùng mạch dao động riêng (H.VII-4):

Có nhiều máy thu dùng mạch dao động có transistor khác với transistor trộn sóng Sóng dao động không điều biến từ mạch dao động dùng transistor Q2 được đưa vào cực khiển Q1 cùng với sóng thu từ anten fa hoặc đưa vào cực phát của Q1 Lưu ý: cả 3 mạch H.VII-2, H.VII-3, và H.VII-4 các transistor Q1 đều có dòng phân cực IBQ rất thấp để có tính phi tuyến Khối lọc tần số trung gian fo - fa của cả ba mạch đều là máy biến áp trung tần 1 chỉnh ở tần số trung gian 455KHz ở máy thu điều biên và 10,7MHz ở máy thu FM Máy biến áp trung tần 1 có thể được thay bằng bộ lọc SAW như H.VII-5

IV Các biện pháp giải quyết vấn đề đồng chỉnh:

Muốn có tần số trung gian ổn định ở một tần số thí dụ như 455KHz thì tần số mạch dao động fo phải cao hơn (hay thấp hơn) tần số cộng hưởng fa của mạch điều hợp anten 455KHz tức là fo - fa = 455KHz với bất kỳ trị số nào của fa trong mỗi dải tần số máy thu

Do vậy mà hai tụ điện biến đổi Cva và Cvo phải được điều chỉnh đồng thời khi chỉnh dò đài Để giải quyết vấn đề này hai giải pháp dược đưa ra tùy theo máy thu có một dải hay nhiều dải tần

Nếu máy chỉ có một dải tần thì vấn đề được giải quyết bằng cách tính toán thiết kế hình dạng điện cực quay của các tụ điện biến đổi sao cho đạt điều kiện fo – fa = 455KHz

ở mọi góc quay của tụ như H.VII-6

Fo AGC

455Khz

Mạch khuếch đại trung tần

Biến áp trung tần 1

Vcc

Cvo To

Q2 RE CE RB2 RB1

Vcc

Vcc

RB2 CE CB

Vcc

La

RE RB1

H.VII-4

SAW

Bộ lọc 455KHz fo-fa

Fo

Mạch khuếch đại trung tần

Vcc RC

CE CB

Vcc To Cvo

La

RE

RB1 RB2

H.VII-5

To và Ta: chỉnh phía tần số cao trong dãi tần.

Fo, Fa: chỉnh phía tần số thấp hay giữa

Po, Pa: thường là tụ điện điện dung lớn kết hợp với tụ điện tinh chỉnh để Cva và Cvo dung hợp với từng dải tần số máy thu

II Mạch đổi tần số dùng mạch tổng hợp tần số kỹ thuật số (DPLL Synthesize):

Mạch dao động thay đổi tần số có thể được thay bằng mạch tổng hợp tần số đã nói

ở phần III chương VI

Sau đây là sơ đồ khối phần đổi tần dùng mạch tổng hợp tần số và vòng khóa pha kỹ thuật số (H.VII-8) Nếu tần số mạch dao động thạch anh là 4MHz

Ta thử tính trong hai trường hợp:

a Máy thu FM:

Dải từ 88MHz -108MHz Mạch chia R = 160 cho tần số chuẩn fch bằng:

MHz R

f

f c

160

4

=

=

fo = fa - fif Vậy:

fomin = famin – fif = 88 –10,7 = 77,3 MHz

2055

1600

995

540

KHz

fo -fo = 455KHz

Cv đóng lại

0 30 60 90 120 150 180 o

H.VII-6

fo

fa

Nếu máy có nhiều dải tần cùng sử dụng một đôi tụ điện đồng chỉnh thì dùng các tụ điện đồng chỉnh To, Ta, Po, Pa để Cvo và Cva dung hợp với mọi dải tần Sau đây là sơ đồ khung dao động LC của mạch điều hợp anten và mạch dao động các lõi ferit Fa và Fo chỉnh La, Lo (H.VIII-7)

Ta

Pa

Cva

Fa

La

To

Po

Cvo

Fo

H.VII-7

Khuếch đại trung tần

Trộn

VCO Đệm

fo

fo÷V

So pha

fo÷V

fo÷VP

fc

fc÷R

fif tách sóng

fc XTAL

fo÷VP

Máy FM: R=160

fc

H.VII-8

fo

fomax = famax – fif = 108 –10,7 = 98,7 MHz.

ch

o f

N

f

ch

o

f

f

3092 025

, 0

3 , 77 min

ch

o

f

f N

3932 025

, 0

3 , 98 max

ch

o

f

f N

b Máy thu AM:

Dãi tần từ 540KHz -1600KHz Mạch chia R = 8000 cho tần số chuẩn fch bằng:

KHz R

f

f c

8000

=

fo = fa + fif Vậy:

fomin = famin + fif = 540 + 455 = 995 KHz

fomax = famax + fif = 1600 + 455 = 2055 KHz

ch

o f

N

f

ch

o

f

f

1990 5

, 0

995 min

ch

o

f

f N

4110 5

, 0

2055 max

ch

o

f

f N

Sau đây là sơ đồ khối mạch đổi tần có mạch đổi tần dùng mạch tổng hợp tần số dùng vòng khóa pha kỹ thuật số máy AM-FM (H.VIII-9)

III Sóng ảnh ở máy thu đổi tần:

Với máy thu đổi tần số ở dãi sóng ngắn AM chúng ta gặp trường hợp máy thu được cùng một sóng ở hai tần số cộng hưởng của mạch điều hợp anten là fa1 và fa2 Thực ra tần số sóng chỉ là một, vị trí thứ hai của kim chỉ tần số không phải là tần số thứ hai mà là tần số gọi là tần số ảnh Đó là tần số kim chỉ thị chỉ khi mạch dao động có tần số thấp hơn

Trộn AM

Trộn FM

Khuếch đại trung tần FM

Khuếch đại trung tần AM

VCO AM Đệm

Đệm

So

pha

Điều

fo÷N

fo

fc

fc÷R

XTAL

sóng FM

sóng AM

VCO FM

fif =10,7MHz

fif = 455KHz H.VII-9

tần số sóng xuất hiện ở anten bằng fa-455KHz Vậy kim chỉ thị (hay số chỉ thị nếu là máy có mạch tổng hợp tần số) chỉ tần số ảnh thấp hơn tần số thật của sóng một giá trị bằng 2x455KHz Tần số ảnh và tần số thật được minh họa bởi H.VII-10

Tần số ảnh = tần số thật – (tần số trung gian x 2)

= 17,76MHz – (0,455MHz x 2) = 16,85MHz

H.VII-10