Kỹ thuật truyền thanh 8

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

CHƯƠNG VIII

MÁY PHÁT, THU VÔ TUYẾN TRUYỀN THANH

Sau khi đã nghiên cứu các khối làm chức năng điều biến, tách sóng, khuếch đại, phát sóng, cao tần, tổng hợp tần số và đổi tần số chúng ta cần nói qua cấu hình các loại máy phát và máy thu vô tuyến truyền thanh

I Cấu hình máy phát vô tuyến truyền thanh sóng điều biên:

Máy phát công suất thấp, cự ly ngắn có sơ đồ khối như H.VIII-1

Chức năng các khối đã được nói ở các chương trước Máy công suất thấp được điều biên mức thấp sau đó sóng đã điều biên được khuếch đại qua tầng khuếch đại trung gian và tầng khuếch đại công suất Giữa tầng khuếch đại công suất và anten có mạch dung hợp tổng trở ra của tầng khuếch đại với tổng trở anten và mạch điều hợp anten Đây là cấu hình máy công suất vài chục Watt

Máy phát điều biên công suất cao có cấu hình như H.VIII-2

Chức năng các khối đã được nói ở các chương trước Sóng mang được điều biên ở mức cao tức là tại tầng khuếch đại sóng mang cuối cùng

II Máy phát điều tần:

Có hai loại máy phát điều tần là máy phát điều tần trực tiếp, máy phát điều tần gián tiếp và máy phát dùng vòng khóa pha

Dao

động

thạch

anh

Khuếch đại đệm

Khuếch đại sóng mang

Điều biên Nguồn

tín

hiệu

Tiền khuếch đại Khuếch đại tín hiệu điều biên

Khuếch đại công suất trung gian

Khuếch đại công suất phát

Mạch dung hợp

anten phát

H.VIII-1

Khuếch đại trung gian sóng mang

Điều biên và khuếch đại công suất phát Khuếch đại

trung gian tín hiệu

Khuếch đại công suất sóng mang

Khuếch đại công suất tín hiệu

Mạch dung hợp

Dao

động

thạch

anh

Khuếch đại đệm

Nguồn

tín

hiệu

Tiền khuếch đại

anten phát

H.VIII-2

1 Máy phát điều tần trực tiếp:

Là máy phát có mạch dao động phát sóng cao tần được trực tiếp điều biến tần số bởi tín hiệu điều biến do vậy muốn có chỉ số điều biến cao, mạch dao động thạch anh không thể dùng được Để có máy phát sóng FM chỉ số điều biến cao, ta phải dùng mạch dao động có khung dao động LC, như vậy không thể đạt yêu cầu phát tần số trung tâm ổn định nếu không có mạch tự động ổn định tần số (AFC)

Sau đây là sơ đồ khối máy phát điều tần trực tiếp Crosby có mạch tự động ổn định tần số (H.VIII-3)

Nguyên lý các khối đã được giải thích ở các chương trước

2 Máy phát điều tần gián tiếp:

Đó là máy phát có sóng được điều pha, sau đó sóng điều pha được đổi ra sóng điều tần Do vậy máy có thể dùng mạch dao động thạch anh phát ra tần số ổn định

Sau đây là sơ đồ khối máy phát sóng FM gián tiếp Amstrong (H.VIII-4)

2MHz

30,6MHz 91,8MHz Mạch dao

động điều

biến tần số

fc =5.1MHz

Khuếch đại công suất phát

Dung hợp

So tần

tuyến

Đệm và

f x2

Dao động thạch anh 14,3MHz

Mạch AFC

Lọc qua thấp Lọc thông dải

28,6MHz 30,6MHz

anten Tín

hiệu

điều

biến

đã

tăng

trước

em(t)

H.VIII-3

sóng FM được điều tần f’ c =

14,4MHz

sóng FM được điều tần fc =

200KHz Cộng tuyến

tính (combiner)

fx72 tuyến và lọcTrộn phi

Khuếch đại đệm

Khuếch đại

đệm

Dịch pha

90 o

Mạch tích

phân

∫ em(t)dt

Dao động thạch anh 13,15KHz

Điều biến đối xứng

∫ em(t)dt

sóng mang

em(t)

tín hiệu

điều biến

em(t)

tín

hiệu

điều

biến

tăng

trước

H.VIII-4

Dao động

thạch anh

sóng mang

200KHz

Dung hợp

Khuếch đại công suất phát fx72

90MHz

Anten

1,25MHz

Sóng mang tần số 200KHz Mạch điều biến pha Amstrong sẽ cho ra sóng điều pha Để đổi sóng điều pha ra sóng điều tần, tín hiệu điều biến em(t) phải qua mạch tích phân Sóng FM với tần số giữa f’c = 200KHz có chỉ số điều biến rất thấp nhưng qua mạch nhân fx72 chỉ số được nhân với 72 Tuy nhiên qua mạch nhân thì tần số sóng lại có thể vượt quá dải FM quy định Do vậy sóng lại phải được đổi xuống tần số thấp hơn qua mạch trộn phi tuyến với sóng từ dao động thạch anh thứ hai có tần số 13,15KHz Qua mạch lọc

ta có sóng FM tần số 1,25MHz có chỉ số điều biến đạt yêu cầu để có

∆fc = ±75KHz, qua mạch nhân 72 thứ nhì thì tần số lại tăng lên 90MHz Qua khối khuếch đại công suất phát sóng, sóng được đưa vào anten phát

3 Mạch phát trực tiếp dùng vòng khóa pha:

H.VIII-5 là máy phát FM phát sóng chỉ số điều tần cao dùng vòng khóa pha để có tần số sóng mang ổn định Sóng ra từ VCO được chia cho N rồi đưa vào mạch so pha với sóng của mạch dao động thạch anh Mạch so pha cho ra điện áp điều khiển (qua mạch lọc qua thấp) điện áp điều khiển Vđk được dưa vào mạch cộng với tín hiệu điều biến em(t) rồi đưa vào VCO để điều biến tần số Sóng FM ra sẽ được đổi ra tần số cao hơn bằng mạch trộn phi tuyến và mạch lọc thông dải để có tần số quy định

II Máy thu sóng điều biên:

Nguyên lý các khối chức năng đã được nói ở các chương trước Sau đây (H.VIII-6a, b) là sơ đồ máy thu đổi tần một lần và hai lần Tần số trung gian bằng 455KHz

Sóng FM ra

đưa vào mạch đổi tần số cao hơn và mạch khuếch đại trung gian và công suất phát

Tín hiệu điều biến (đã tăng trước)

Dao động

f ÷ N

f

Cộng tuyến tính

H.VIII-5

em(t)

Điều hợp

và khuếch

đại cao tần Trộn sóng

Dao động hay tổng hợp tần số

fo

fa

fa Khuếch đại trung tần Giải điều biên (tách sóng) Khuếch đại âm

tần

fo–fa = 455KHz

455KHz

H.VIII-6a

Máy thu chuyên dùng có hai mạch trộn sóng để đổi tần số hai lần Do vậy độ nhạy của máy rất cao

Mạch khuếch đại cao tần làm việc không tốt, độ lợi và dãi thông không ổn định Tuy nhiên mạch có khả năng loại tần số ảnh Mạch này thường không được dùng trong mày thu thanh dân dụng, thay vào đó mạch khuếch đại trung tần được tăng độ lợi Hiện nay mạch dao động (mạch dao động 1 trong máy đổi tần số 2 lần) được thay bằng mạch tổng hợp tần số (đã nói ở chương VI)

V Máy thu sóng điều tần:

Cấu hình máy thu sóng điều tần không khác máy điều biên độ lợi của mạch khuếch đại trung tần cao hơn Tần số trung gian bằng 10,7MHz Tần số mạch dao động thấp hơn sóng cao tần H.VIII-7

Để tăng độ nhạy của máy, tần số có thể được đổi hai lần như ở máy thu điều biên chuyên dùng (H.VIII-6b) Mạch khuếch đại cao tầng cũng có khi không được dùng đến, thay vào đó mạch khuyếch đại trung tầng được tăng độ lợi

V Mạch tự động điều chỉnh độ lợi máy thu thanh điều biên:

Sóng thu được ở mạch điều hợp anten có hai vấn đề cần giải quyết bởi mạch tự động điều chỉnh độ lợi của mạch khuếch đại trung tần, chủ yếu là độ lợi của mạch khuếch đại trung tần đầu và mạch khuếch đại cao tần nếu có

Vấn đề thứ nhất là máy thu có khi thu sóng từ đài địa phương, sóng đến máy có biên độ rất lớn, không cần độ lợi của các tầng khuếch đại cao Nếu độ lợi quá cao, các

Khuếch đại âm tần

fa Điều hợp và

khuếch

đại cao

tần

Trộn sóng

Khuếch đại trung tần

Tách sóng FM và giảm sau

Dao động và tổng hợp tần số

fa

f0

fa - f0 = 10,7 MHz

H.VIII-7

Điều

hợp và

khuếch

đại cao

tần

Trộn sóng 1

Khuếch đại trung tần 1

Dao động 1

fa

fo1

fa

Trộn sóng 2

Khuếch đại trung tần 2

Tách sóng AM

Dao động 2

Khuếch đại âm tần

fo2 = 2055KHz 1600KHz

fif1=fo1-fa = 1600KHz

fif2 = 455KHz

H.VIII-6b

tầng khuếch đại sau sẽ ở trạng thái bão hòa gây hiện tượng méo tín hiệu Ngược lại khi cần thu sóng từ đài xa, biên độ sóng đến đài nhỏ, các mạch khuếch đại cần có độ lợi cao Như vậy nếu không có mạch điều chỉnh độ lợi thì máy thu được đài gần thì không đủ độ lợi để thu đài xa, ngược lại máy thu được đài xa thì độ lợi quá cao, không thu được đài gần

Vấn đề thứ hai là sóng đến từ đài xa có biên độ lúc lớn lúc nhỏ, hiện tượng này gọi là FADING tạm dịch là liễm sóng, do vậy âm thanh lúc to lúc nhỏ, cần có mạch tự động điều chỉnh độ lợi

Muốn điều chỉnh độ lợi của một tầng khuếch đại transistor, ta chỉ cần thay đổi dòng điện tĩnh của transistor.Đường biểu diễn biến thiên hệ số β của transisitor theo dòng tĩnh cực thu ICQ2, tức là theo dòng phân cực cực khiển IBQ được chỉ ở H.VIII-8

Như vậy cần có một điện áp điều chỉnh độ lợi của transistor khuếch đại trung tần đầu và transistor khuếch đại cao tần Để tăng độ lợi, tùy theo loại transistor ta cần tăng hoặc giảm điện áp phân cực cực khiển để tăng dòng điện IBQ của transistor

Trường hợp transistor NPN thì phải tăng điện áp phân cực để tăng độ lợi, nếu là transistor PNP thì ngược lại Điện áp điều khiển này gọi là điện áp AGC hay điện áp điều chỉnh độ lợi Nói tóm lại thì phải cần có điện áp AGC âm điều chỉnh độ lợi của transistor NPN và cần có AGC dương để tăng độ lợi của transistor PNP Điện áp AGC dương lấy từ tín hiệu của mạch âm tần ra mạch tách sóng điều biên qua mạch lọc qua thấp RC để loại tín hiệu âm tần

H.VIII-9a,b là mạch tự động điều chỉnh độ lợi transistor NPN và PNP

β ổn định khi ICQ ở trong khoảng từ

ICQ1 đến ICQ2 Khi ICQ<ICQ1 thì β tăng theo

ICQ Khi ICQ>ICQ2, β giảm khi ICQ tăng Như vậy muốn tăng β ta phải tăng ICQ nếu

ICQ<ICQ1, hoặc giảm ICQ khi ICQ>ICQ2 thông thường người ta chọn trường hợp ICQ2<ICQ1

để giảm công suất tiêu tán ở transistor

β (ICQ)

ICQ

ICQ2

ICQ1

H.VIII-8

điện áp AGC âm

ra âm tần

455KHz

TT1

TT3 TT2

Q1: transistor khuếch đại trung tần đầu được điều chỉnh độ lợi

Vcc

4.7uF Cd1

Cd2 203

Q2

Vcc Vcc

Q1

D

10uF 33k

10k

Rd25k Rd11k

em(t)

H.VIII-9a

IBQ1

điện áp AGC dương

TT1

455KHz 455Khz

Vcc

33k

4.7uF 10k

Cd1 203 Cd2

5k Rd11k

Vcc Vcc

D

10uF

Q1

em(t)

H.VIII-9b

IBQ1

Khi biên độ sóng đến máy thu tăng điện áp AGC âm ở H.VIII-9a âm hơn, ở H.VII-9b dương hơn làm giảm dòng phân cực IBQ1 của Q1 (lưu ý chiều dòng IBQ1 ở transistor NPN và PNP) độ lợi của Q2 giảm Khi biên độ sóng giảm, tác dụng điều chỉnh độ lợi sẽ ngược lại

VI Mạch điều chỉnh tần số ở máy thu điều tần:

Mạch tự động điều chỉnh tần số dùng để điều chỉnh tần số dao động ở máy thu thanh đổi tần số khi có hiện tượng trôi tần số ra khỏi tần số giữa

Mạch này gồm hai phần: phần dò tìm ra hiện tượng trôi tần số và phần điều biến cảm kháng hay dung kháng song song với cảm hay dung kháng mạch dao động

Phần mạch dò tìm trôi tần số chủ yếu có nguyên lý làm việc giống như mạch tách sóng điều tần hay mạch so tần số trong vòng khóa pha Mạch dò này phát ra điện áp điều khiển tỷ lệ với tần số lệch khỏi tần số giữa Điện áp điều khiển này điều khiển dòng phân cực transistor hay thay đổi điện áp phân cực nghịch một diode biến dung mắc song song với khung dao động LC của mạch dao động Điện áp điều chỉnh tần số thường được lấy từ mạch từ mạch tách sóng điều tần của máy như H.VIII-10 vẽ những phần chính

Trên đây chỉ là các sơ đồ khối gồm các chức năng cơ bản của máy phát và máy thu vô tuyến truyền thanh Để tiếp cận được với sơ đồ các máy, tìm hiểu, phân tích các khối sinh viên cần xem lại các kiến thức cơ bản về Kỹ thuật điện tử

Ra âm tần

Mạch giải điều tần

điện áp (AFC) điều chỉnh tự động tần số mạch dao động

Khung LC mạch dao động

10p 470k

4.7u 100p

.0068

100p

100p VDC

4.7k 10k

10k 10k

1.5k

1.5k Cvo

+ 4.7u

H.VIII-10