HƯỚNG DẪN THÍ NGHIỆM MCM21

Bộ bài thí nghiệm trên modul MCM 21 tập trung đi sâu nghiên cứu các đặc tính cơ bản của điều chế và giải điều chế trong hệ thống thông tin tương tự, như điều chế và giải điều chế biên độ

Trang 1

PHẦN I: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ THỰC HÀNH

THÍ NGHIỆM CỦA MÔN HỌC

I MỤC TIÊU CHUNG CỦA PHẦN THỰC HÀNH – THÍ NGHIỆM MÔN HỌC

Bộ bài thí nghiện nhằm giúp cho sinh viên nắm chắc lí thuyết đã học và làm quen với các mạch điện thực tế với chức năng nhất định Nghiên cứu một cách chi tiết các đặc tính cơ bản của mạch điều chế và giải điều chế, khi thực hiện đầy đủ bộ bài thí nghiệm sinh viên sẽ được trang bị kiến thức sâu sắc hơn về điều chế và giải điều chế Đồng thời sinh viên cũng được làm quen với các thiết bị đo và phương pháp thực hiện một bài thí nghiệm, giúp ích cho việc nghiên cứu sau này và làm việc thực tế

Bộ bài thí nghiệm trên modul MCM 21 tập trung đi sâu nghiên cứu các đặc tính cơ bản của điều chế và giải điều chế trong hệ thống thông tin tương tự, như điều chế và giải điều chế biên độ, tần số Nghiên cứu các máy thu các tín hiệu AM, FM và máy thu đổi tần và cả một số mạch khuếch đại chọn lọc Trên cơ sở bảng mạch thí nghiệm và các bài tập của tài liệu hướng dẫn ta có thể nghiên cứu và tìm hiểu về đặc tính phổ của tín hiệu AM và FM, ảnh hưởng của méo phi tuyến, tạp âm đến tín hiệu điều chế Quan sát trực quan các dạng tín hiệu điều chế để thấy rõ các mối quan hệ giữa các đại lượng của tín hiệu trước và sau điều chế

II GIỚI THIỆU CHUNG VỀ THIẾT BỊ PHÒNG THÍ NGHIỆM

1 Giới thiệu chung về thiết bị phòng thực hành – thí nghiệm.

Phòng thí nghiệm Kỹ thuật điện tử (PTN KTĐT) là sản phẩm kết quả đầu tư của Dự án tăng cường năng lực nghiên cứu và đào tạo của Trường Đại học Hàng hải năm 2006

Cùng với xu hướng ứng dụng máy tính trong công nghệ (Computer aided), nhiều hãng sản

xuất thiết bị nghiên cứu, thí nghiệm hàng đầu thế giới cũng đã phát triển các phòng thí nghiệm

trên cơ sở ứng dụng máy tính - Computerized lab.

Tất cả các bài thí nghiệm về Kỹ thuật điện tử và Kỹ thuật viễn thông được trang bị trong PTN KTĐT đều được thiết kế theo mô hình thí nghiệm tương tác với máy tính IPES

IPES - Interactive Practical Electronics System- là hệ thống các bài thí nghiệm, thực hành

điện tử tương tác với máy tính, một họ sản phẩm của hãng ElettronicaVeneta, Italia - một hãng sản xuất thiết bị dạy học hàng đầu thế giới

Khái niệm tương tác (Interactive) trong hệ thống các bài thí nghiệm, thực hành kỹ thuật

điện tử IPES được thể hiện ở kết cấu Panel thí nghiệm gồm hai thành phần :

- Panel thí nghiệm chính (ký hiệu MCMi/EV- i là chỉ số phân biệt nội dung chuyên đề thí nghiệm)

Trang 2

7 CHUYỂN ĐỔI AD/DA MCM8A/EV 4

- Panel tương tác (ký hiệu SIS3/EV) : là panel tương tác với máy tính (Computer control system), thực chất là một giao diện phần cứng ghép nối máy tính với panel thí nghiệm chính có phần mềm tương thích và nhiều tiện ích

SIS3/EV cùng với phần mềm tương thích và hệ thống các panel thí nghiệm đã hình thành khái niệm Hệ thống thí nghiệm kỹ thuật điện tử tương tác với máy tính

Trong mô hình thí nghiệm tương tác với máy tính, máy tính PC không chỉ đóng vai trò tích cực trợ giúp thí nghiệm viên, mà còn là một mắt xích không thể thiếu trong mối tương quan giữa

ba khâu : thí nghiệm viên, đối tượng thí nghiệm và máy tính tương tác

Vai trò của máy tính với phần mềm tương thích không chỉ là hỗ trợ tích cực cho các hoạt động thí nghiệm (computer aided), mà còn có sự tương tác trực tiếp với panel thí nghiệm

Các tiện ích hỗ trợ của máy tính có thể là :

- Ứng dụng Multimedia, máy tính và phần mềm tiện ích là tài liệu điện tử tham khảo với

đa phương thức thể hiện : bản text, sơ đồ, hình ảnh, âm thanh …

- Máy tính hỗ trợ mô phỏng, dự báo kết quả thí nghiệm

- Máy tính hỗ trợ xử lý số liệu, đồ họa, in ấn

Nhưng hơn hết, máy tính phải có sự tương tác trực tiếp với đối tượng thí nghiệm, thể hiện

cả ở hai hướng liên kết :

- Máy tính trực tiếp tham gia điều khiển panel thí nghiệm, nguồn cung cấp, máy tạo tín hiệu … thông qua các ghép nối vật lý và phần mềm điều khiển tương thích để làm thay đổi thông

số mạch điện tạo nên các tình huống thí nghiệm phong phú

- Theo hướng liên kết ngược lại, cũng thông qua các ghép nối vật lý và phần mềm thu thập dữ liệu tương thích, máy tính tự động thu thập và tham gia xử lý số liệu thí nghiệm, góp phần tự động hóa quá trình thí nghiệm

2 Cấu hình phần cứng bài thí nghiệm – thực hành IPES.

Cấu hình phần cứng của bài thí nghiệm theo mô hình IPES của EV như biểu diễn trên hình 1.1

Trang 3

Hình 1.1 Cấu hình phần cứng thí nghiệm IPES/EV

Trong đó :

- Máy tính PC với phần mềm tương thích SW-D-MCMi/EV và khóa bản quyền phần cứng, ngoài tính năng trợ giúp máy tính còn trực tiếp điều khiển panel thí nghiệm MCMi/EV thông qua panel tương tác SIS3/EV

- Panel thí nghiệm chính, theo từng chuyên đề MCMi/EV, mỗi chuyên đề một modul với chỉ số i khác nhau (từ 1 đến 40)

- Panel tương tác SIS3/EV là một giao diện phần cứng, ghép nối panel MCMi/EV với máy tính, giao diện với PC thông qua cổng song song LPT (có khóa bản quyền phần cứng-hard protection), giao diện với MCMi/EV qua ghép nối nhiều dây song song

- Nguồn cung cấp PS1-PSU/EV : cung cấp nhiều cấp điện áp cho panel thí nghiệm và panel tương tác

Tùy thuộc yêu cầu trang thiết bị đốivới từng bài thí nghiệm, các thiết bị ngoại vi sau sẽ được sử dụng :

- Máy phát tín hiệu FG-7002C

- Thiết bị đo hiện số ghép nối máy tính IU10/EV

- Máy hiện sóng OS-5030

- Đồng hồ vạn năng 3256-51

3 Hướng dẫn sử dụng phần mềm SW-D-MCM/EV.

Hệ thống các bài thí nghiệm theo mô hình IPES của EV phải sử dụng máy tính PC với

phần mềm ứng dụng SW-D-MCM/EV chạy trên nền hệ điều hành Windows từ phiên bản 3.10

trở lên và có kết nối với panel tương tác SIS3/EV

Phần mềm SW-D-MCM/EV chỉ có thể chạy trên máy tính PC có bản quyền phần cứng Hardware Protection Key in the parallel interface (LPT) of the PC.

Nội dung thí nghiệm của mỗi chuyên đề ứng với mỗi panel thí nghiệm MCMi/EV được cấu trúc thành nhiều bài thí nghiệm Mỗi bài thí nghiệm đều có hai phần cơ bản :

Trang 4

• Lý thuyết (Theory) : giới thiệu mục đích thí nghiệm, các nội dung trọng tâm của cơ sở lý thuyết có liên quan Tài liệu điện tử với đa phương thức thể hiện bằng tiếng Anh được trình bày như một phần không thể thiếu của phần mềm ứng dụng

• Thực hành (Experiments) : Máy tính PC sẽ trợ giúp cho sinh viên thực hiện các nội dung thực hành khi thí nghiệm các panel MCMi/EV

Khởi động phần mềm bằng việc kích hoạt biểu tượng của SW-D-MCM/EV trên nền hệ điều

hành Windows Ngay sau khi khởi động phần mềm ứng dụng, máy tính tự động kiểm tra khóa bản quyền phần cứng

Trong giao diện của phần mềm ứng dụng, các menu cơ bản gồm :

* Menu Lessons bao gồm các thao tác cơ bản sau :

Open Mở một bài thí nghiệm

Print In nội dung cửa số kích hoạt

Print preview In nội dung trang trước

Select printer Lựa chọn máy in

Protection Key Xác minh khóa bản quyền phần cứng

Text Marker Enable/Disable the Text Marker

End Thoát khỏi phần mềm ứng dụng

Mỗi chuyên đề thí nghiệm ứng với một modul thí nghiệm (MCMi/EV) Mỗi chuyên đề thí nghiệm gồm nhiều bài thí nghiệm Từng bài thí nghiệm có thể được lựa chọn trong cửa sổ

“Lesson selection”.

Trang 5

*Menu Theory bao gồm các thao tác cơ bản sau :

Next page Mở trang lý thuyết tiếp theo

Previous page Trở lại trang trước

New window Mở đồng thời một trang mới

Page number Mở trang có số trang tùy ý

*Menu Experiments bao gồm các thao tác cơ bản sau :

Execute Thực hiện nội dung thí nghiệm

Calculator Gọi chương trình tính toán

Help Gọi trợ giúp

Solution Gọi hỗ trợ đáp án

Chú ý :

- Trong phần thực hành, các nội dung thực hiện có tính tuần tự, khi chưa thực hiện đúng và thực hiện hết các bước của nội dung thực hành trước, phần mềm ứng dụng chưa cho phép tiến hành các bước của nội dung thực hành tiếp theo

- Từng bước sử dụng tài liệu điện tử trong cơ sở lý thuyết và thực hiện các nội dung thực hành chi tiết theo tài liệu hướng dẫn thí nghiệm chuyên đề MCMi/EV

III TỔNG QUAN MODULE MCM21/EV

- Module MCM21/EV được thiết kế và xây dựng gồm nhiều mạch thành phần:

+ Bộ tạo quét: SWEEP GENERATOR+ Hai bộ tạo dao động có thể thay đổi tần số và biên độ: VCO1, VCO2

+ Hai bộ điều chế cân bằng: BALANCED MODULATOR 1 & 2

+ Bộ đổi tần: FREQUENCY CONVERTER

+ Các bộ tách sóng: bộ tách sóng tỉ lệ (FOSTER – SEELY & RATIO DETECTOR), RF DETECTOR

+ Bộ khuếch đại trung tần và tách sóng điều biên: IF Amp./AM Detector

+ Bộ tự động điều chỉnh tần số: AFC

+ Các bộ lọc: bộ lọc trung tần (CERAMIC FILTER 455kHz), bộ lọc thông thấp (LP FILTER)

Trang 6

Hình 1.3 Module thực hành MCM21/EV

IV PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM CỦA SINH VIÊN

Việc đánh giá kết quả thí nghiệm của sinh viên dựa vào các tiêu chí sau:

- Ý thức làm việc của sinh viên trong quá trình thí nghiệm

- Kết quả trả lời các câu hỏi trắc nghiệm trong quá trình thí nghiệm

- Nội dung bài báo cáo thí nghiệm

V CÔNG TÁC CHUẨN BỊ CỦA SINH VIÊN

- Nắm vững nội dung lý thuyết về các bài thực hành - thí nghiệm

- Xem trước và đọc kỹ tài liệu hướng dẫn thực hành - thí nghiệm

VI CÁN BỘ PHỤ TRÁCH, HƯỚNG DẪN THỰC HÀNH THÍ NGHIỆM MÔN HỌC.

Cán bộ phụ trách phòng thí nghiệm: ĐTr Nguyễn Văn Bán

Cán bộ hướng dẫn thí nghiệm: ThS Nguyễn Ngọc Sơn

K.S Vũ Đức Hoàn

VII TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1].Analog Communication II – module MCM21/EV: Volume1/2 + Volume 2/2.[2] Measurement unit – mod IU11/EV

[3] Kỹ thuật mạch điện tử - Phạm Minh Hà, NXB khoa học và kỹ thuật, Hà Nội 2004

Trang 7

PHẦN II: NỘI DUNG CHI TIẾT CÁC BÀI THỰC HÀNH – THÍ NGHIỆM

Bài 1:

ĐIỀU CHẾ BIÊN ĐỘ (AMPLITUDE MODULATION)

1 Mục tiêu.

1.1: Khảo sát các tham số cơ bản của một tín hiệu điều biên

1.2: Kiểm tra sự hoạt động của một bộ điều chế biên độ

1.3: Nghiên cứu quan hệ giữa biên độ sóng mang và tín hiệu

1.4: Nghiên cứu bản chất của hệ số điều chế, méo phi tuyến và hiện tượng quá điều chế trong điều chế biên độ

2 Trang thiết bị cần thiết.

2.1: Bộ phận cơ bản: nguồn modul PSU/EV, bộ khung modul MU/EV, SIS3

2.2: Modul thí nghiệm MCM21/EV

- vm(t) là tín hiệu cần điều chế có tần số là f, biên độ tín hiệu là B

- vc(t) là tín hiệu sóng mang có tần số là F, biên độ tín hiệu là A

Khi đó tín hiệu điều chế biên độ vM(t) (AM – Amplitude Modulation) có dạng:

M

v t A k.B.sin 2 f.t sin 2 F.t=  + π  π (2.1)Với: k là hằng số tỉ lệ

Khi đó hệ số điều chế được xác định:

100

k B m A

= (2.2)Theo hình 2.1c, thì hệ số điều chế có thể được tính theo công thức:

.100

H h m

H h

−

=+ (2.3)

b) Phổ của tín hiệu điều chế.

Thực hiện biến đổi (2.1) ta được:

A

m c  π F− f t: biên tần dưới

- os 2( ( ) ).2

A

m c  π F+ f t: biên tần trên

Trang 8

Hình 2.2 biểu diễn các tín hiệu: tín hiệu cần điều chế, tín hiệu sóng mang, tín hiệu điều chế

AM trên 2 miền khác nhau (thời gian, tần số)

Hình 2.1 a) Sóng mang, b) tín hiệu cần điều chế, c) Tín hiệu điều chế AM.

Hình 2.2 Biểu diễn các dạng tín hiệu trên miền thời gian và miền tần số.

c) Công suất của tín hiệu điều chế.

Tín hiệu điều chế AM gồm 3 tín hiệu thành phần (sóng mang, biên tần trên, biên tần dưới)

do đó công suất của tín hiệu AM là tổng công suất của 3 tín hiệu thành phần:

Khi xét với tải R:

Công suất sóng mang: PC = A2/2.R

Công suất t/h biên tần dưới: PL = (m.A)2/8.R

Công suất t/h biên tần trên: PU = (m.A)2/8.R

Trang 9

Nhận xét:

- Công suất sóng mang là hằng số không thay đổi khi điều chế

- Công suất của hai thành phần tín hiệu biên tần trên và biên tần dưới phụ thuộc vào hệ số điều chế m và chúng đạt giá trị lớn nhất Công suất sóng mang chiếm khoảng 25% Trong khi công suất của hai biên tần đạt tới 50% công suất của toàn tín hiệu điều chế AM

d) Phổ tín hiệu điều chế không sine.

Với một tín hiệu điều chế không sine, phổ tín hiệu này được xác định trong dải từ tần từ f1

và f2 Khi đó phổ của tín hiệu điều chế AM là phổ của tín hiệu sóng mang từ dải tần dưới f1 tới dải tần trên f2 (hình 2.3.) Độ rộng băng tần của tín hiệu điều chế AM được xác định:

BW = 2.f2

Hình 2.3 e)Bộ tạo tín hiệu điều chế AM.

Mạch tạo tín hiệu điều chế AM phải hoạt động được với tín hiệu có tần số cao (sóng mang) và tín hiệu có tần số thấp (tín hiệu mang điều chế)

Trong bộ tạo tín hiệu phát AM:

- Trong mạch điều chế AM, bộ khuếch đại công suất ra làm việc trong chế độ C

- Đối với tín hiệu có tần số thấp, khi thực hiện điều chế thì sóng mang ra phải được khuếch đại công suất

Trong bài thí nghiệm này mạch tạo tín hiệu điều chế AM sử dụng phần tử chính là IC LM1496 (hình 2.4).Tín hiệu ra là kết quả khi thực hiện nhân hai tín hiệu vào là CARRIER và SIGNAL Biến trở NULL CARRIER thiết lập bộ điều chế làm việc ở chế độ cân bằng hoặc không cân bằng Trường hợp thứ nhất tín hiệu ra được tạo ra bởi tín hiệu vào điều chế, khi đó mạch hoạt động như một bộ điều chế cân bằng Trường hợp thứ hai tín hiệu ra bao gồm cả sóng mang, khi

đó mạch hoạt động giống như một bộ khuếch đại điều chế Biến trở LEVEL hiệu chỉnh biên độ tín hiệu ra lấy trên Emitter của transistor

Hình 2.4 Mạch tạo tín hiệu điều chế AM.

Trang 10

4 Công tác chuẩn bị của sinh viên:

3.1: Tìm hiểu lý thuyết về điều chế biên độ

3.2: Lấy các trang thiết bị cần thiết để chuẩn bị thí nghiệm

3.3 Kết nối module MCM 21/EV vào box thực hành

3.4 Khởi động phần mềm DIDA từ máy tính

3.5: Gỡ bỏ tất cả các jumper trên modul thí nghiệm MCM-21

5 Các nội dung, quy trình thực hiện:

5.1: Từ phần mềm DIDA vào Lessons (hoặc từ ) chọn Module MCM21→ Amplitude modulation.

5.2 Trong phân mềm DIDA sử dụng nút hoặc để đọc các nội dung liên quan trong bài thực hành

5.3: Sử dụng mạch BALANCED MODULATOR 1 5.4: Đưa vào TP7 một tín hiệu hình sin với biên độ 1Vpp và tần số 450KHz Tín hiệu này có thể được lấy ở đầu ra TP18 của mạch VCO2.

5.5: Nối giữa đầu cuối TP8 và đất bộ phát sóng có dạng sóng hình sin với biên độ 0,5Vpp và tần số 1KHz.

5.6: Vặn núm xoay CARRIER NULL hết hoàn toàn theo chiều kim đồng hồ hoặc

ngược chiều kim đồng hồ, để phá vỡ sự cân bằng của bộ điều chế và nhận được một tín hiệu AM với sóng mang không bị triệt tiêu qua đầu ra

5.7: Nối DĐKĐT (dao động ký điện tử) với các đầu vào của bộ điều chế (TP7 và TP8) hiệu chỉnh các núm chức năng trên DĐKĐT để xác định tín hiệu sóng mang và tín hiệu mang điều chế.(quan sát hình 2.5).

5.8: Chuyển que đo từ TP7 sang TP9 (đầu ra của bộ điều chế), (hình 2 6)

Hình 2.5 Sơ đồ kết nối thực hiện điều chế AM, thực hiện quan sát tín hiệu sóng mang và tín

hiệu điều chế trên dao động ký điện tử.

Hình 2.6 Sơ đồ kết nối thực hiện điều chế AM, quan sát tín hiệu AM

5.9: Từ phần mềm DIDA nhấp vào nút để trả lời câu hỏi sau:

Câu hỏi 1:

Mối quan hệ nào dưới đây về 3 dạng sóng quan sát được?

1 Tín hiệu ra (trên TP9) có đường bao thay đổi theo tín hiệu sóng mang

2 Biên độ tín hiệu ra (trên TP9) tỉ lệ với tần số của tín hiệu mang điều chế

3 Tín hiệu ra (trên TP9) có đường bao thay đổi theo tín hiệu mang điều chế

4 Tần số của tín hiệu ra (trên TP9) tỉ lệ với biên độ của tín hiệu mang điều chế

Trang 11

• Thay đổi tần số và dạng sóng của tín hiệu mang điều chế và kiểm tra xem tín hiệu điều chế

AM có thay đổi tương đương hay không

• Thay đổi biên độ của tín hiệu mang điều chế và chú ý tín hiệu điều chế AM có thể bị quá điều biến và tràn

Trên màn hình xuất hiện: (ấn phím ENTER để tiếp tục trả lời câu hỏi 3)

5.10: Tính tuyến tính của bộ điều chế.

* Giữ biên độ sóng mang 1Vpp và tín hiệu mang điều chế là 0.5 Vpp, thiết lập DĐKĐT ở chế độ quét hình sine (X-Y) ( X=0.2V/div, Y= 0.5V/div) Nối TP8 tới kênh X (CH1) TP9 tới Y (CH2)

* Trường hợp đường bao của tín hiệu điều chế AM giống biên độ của tín hiệu mang điều chế, hình ảnh quan sát được có dạng hình thang (hình 2.7 a) Trường hợp là kết quả không tuyến tính hoặc bị méo của tín hiệu điều biên gây nên Khi tăng biên độ của tín hiệu mang điều chế hiện tượng quá điều biên xảy ra, trường hợp này biểu thị trên hình 2.7.b

Hình 2.7 Tính tuyến tính của bộ điều chế

6 Câu hỏi ôn tập (summary questions I & II)

Quan sát trên màn hình máy tính để trả lời các câu hỏi dưới dây Sử dụng công cụ máy tính của phần mềm hỗ trợ để tính toán

Với một tín hiệu hình sine có tần số thấp có dạng: 25.sin(6000.t) được điều chế với tín hiệu sóng mang có dạng: 50.sin(13000.t)

Trang 13

4 700 kHz

Chú ý: Nếu chưa hiểu câu hỏi có thể sử dụng sự trợ giúp của phần help ( ) để đọc lại phần lý thuyết chung

7 Kết luận, các yêu cầu cần đạt được đối với sinh viên sau khi thực hành:

Sau khi thực hành sinh viên phải giải thích được những sự thay đổi và các thông số trên module thí nghiệm Qua đó rút ra các kết luận về:

- Cách tạo ra tín hiệu AM

- Quan hệ giữa biên độ sóng mang với tín hiệu

- Quan hệ giữa biên độ sóng mang với hệ số điều chế

- Méo phi tuyến và hiện tượng quá điều chế

Trang 14

Bài 2:

MÁY PHÂN TÍCH PHỔ (SPECTRUM ANALYZER)

1 Mục tiêu:

1.1: Mô tả nguyên lí hoạt động của máy phân tích phổ

1.2: Phân tích phổ của một tín hiệu đã điều chế biên độ

2 Trang thiết bị cần thiết:

2.1: Nguồn modul PSU/EV, bộ khung modul MU/EV, SIS3

2.2: Module thí nghiệm MCM21/EV

- Các jumper và dây nối

3.1: Tìm hiểu lý thuyết về máy phân tích phổ

3.6 Từ phần mềm DIDA vào Lessons (hoặc từ ) chọn Module MCM21→ Spectrum analyzer.

4.1: Sử dụng mạch BALANCED MODULATOR 1.

4.2: Sử dụng các bộ tạo sóng VCO để thiết lập các tham số:

- VCO1: sử dụng LEVEL hiệu chỉnh → 2Vpp; tần số khoảng 600KHz.

- VCO2: sử dụng LEVEL hiệu chỉnh → 2Vpp; tần số khoảng 1000KHz.

4.3: Trên mạch SWEEP GENERATOR: hiệu chỉnh trên DEPTH (xoay hết theo

chiều ngược chiều kim đồng hồ).

4.4: Trên mạch RF DETECTOR: vặn chiết áp LEVEL hết theo chiều kim đồng hồ 4.5: Trên mạch BALANCED MODULATOR 1: xoay CARRIER NULL hết theo chiều kim đồng hồ rồi ngược chiều kim đồng hồ; xoay LEVEL hết theo chiều kim đồng hồ.

4.6: Trên mạch BALANCED MODULATOR 2: đặt CARRIER NULL ở vị trí giữa

để làm cho mạch hoạt động như bộ đổi tần (điều chế cân bằng với sóng mang bị triệt tiêu.); xoay

LEVEL hết theo chiều kim đồng hồ.

4.7: Dùng jumper nối các mạch lại với nhau như sau:TP18-TP7; TP9-TP14; TP3; TP6-TP15; TP16-TP10; TP11-TP12 (QUAN SÁT HÌNH 3.1).

TP2-4.8: Đặt DĐKĐT trong chế độ X-Y (X=0.5V/div, Y = 50mV/div) Nối bộ tạo quét

SWEEP (TP1) tới kênh X (X-Axis), và tín hiệu được tách sóng (TP13 – Trên mạch RF detector) tới kênh Y.

4.9: Qua TP8, đưa vào một tín hiệu điều chế với biên độ khoảng 0.5Vpp và tần số

20KHz

Trang 15

4.10: Thay đổi tần số của sóng mang (VCO2) cho đến khi trên DĐKĐT có một hình

dáng tương tự như hình dạng trên hình 3.2

EMBED Visio.Drawing.11

Hình 3.1 Sơ đồ cách kết nối thực hiện phân tích phổcủa tín hiệu sau điều chế.

Hình 3.2 Phổ tín hiệu sau điều chế trên DĐKĐT

Chú ý: Để nhận được dạng sóng tốt nhất, điều chỉnh độ lệch của bộ tạo quét SWEEP

(DEPTH) và núm CARRIER NULL của bộ điều chế cân bằng 2

4.11 Tiến hành quan sát, đo đạc rồi trả lời 4 câu hỏi hiện trên màn hình.

Sau khi thực hành sinh viên phải giải thích được những sự thay đổi và các thông số trên mdul thí nghiệm Qua đó rút ra các kết luận về:

- Nguyên lí phân tích phổ tín hiệu

- Dạng phổ của tín hiệu AM trong các chế độ điều chế khác nhau

- Sự thay đổi của phổ tín hiệu khi thay đổi tần số và biên độ của sóng mang

Trang 16

Bài 3:

GIẢI ĐIỀU CHẾ BIÊN ĐỘ

(AMPLITUDE DEMODULATION)

1 Mục tiêu:

1.1: Tìm hiểu hoạt động của bộ tách sóng đường biên

1.2: Tìm hiểu các loại méo của tín hiệu sau tách sóng: sự gợn sóng và méo gây ra

do cắt chéo

1.3: Tìm hiểu hiệu suất tách sóng

1.4: Tìm hiểu hoạt động của bộ tách sóng đồng bộ AM

Mạch tách sóng đường bao có cấu trúc đơn giản bao gồm: một diode tách sóng và một mắt lọc

RC (hình 4.2) Mạch hoạt động như một mạch chỉnh lưu nửa chu kỳ Điện áp ra lớn nhất có thể bằng giá trị điện áp của sóng mang Biên độ của sóng mang biến đổi theo nguồn tin mang điều chế Vì thế để có thể tách tín hiệu ra khỏi sóng mang thì cần thiết phải chọn được các giá trị của R

và C phù hợp

Hình 4.1 Tín hiệu AM Hình 4.2 Mạch tách sóng đường bao

b) Hiện tượng méo trong tách sóng

Trong quá trình giải điều chế có thể xảy ra méo khi tách sóng, có 2 loại méo xảy ra:

- Nếu hằng số thời gian R.C nhỏ hơn rất nhiều so với chu kỳ của sóng mang Thì đường bao

có nhiều gợn hơn và gấp khúc (quan sát hình 4.3)

Trang 17

- Nếu hằng số thời gian R.C lớn hơn rất nhiều so với chu kỳ của tín hiệu mang điều chế thì thí hiệu sau tách sóng có đường có dạng đường bao song thỉnh thoảng chúng lại suy giảm theo quy luật hàm mũ (quan sát hình 4.4)

Hình 4.3 Méo xảy ra khi R.C <<T carrier Hình4.4 Méo xảy ra khi R.C >> T signal

c) Giá trị nhỏ nhất của R.C.

Tiêu chuẩn lựa chọn R.C trên mục đích làm giảm bớt độ gợn sao cho nhỏ nhất có thể khi xấp xỉ chúng thành đường bao Để đạt được kết quả đó thì hằng số thời gian R.C phải rất lớn trong chu kỳ của sóng mang Cho nên để tránh phóng điện quá mức của tụ điện C giữa 2 giá trị

đỉnh liên liên của tín hiệu AM thì: R.C >> T

Hình 4.5 biểu diễn 2 ví dụ khi thực hiện tách sóng trong các trường hợp giá trị R.C khác nhau Một điểm lưu ý là giá trị R.C không thể tăng mãi chúng cũng có giới hạn, nếu không sẽ gây méo

Hình 4.5 Hạn chế độ gợn của đường bao

là nhiễu do xiên cắt

Giá trị lớn nhất của R.C chính là quá trình phóng điện của tụ C trên điện trở R, được tính toán là giá trị cao hơn hoặc bằng với nó khi xuất hiện sự suy giảm trên đường bao của tín hiệu điều biên Từ đó ta xác định được giá trị lớn nhất của R.C như sau:

Trang 18

Hình 4.6 Nhiễu do xiên cắt e) Hiệu suất tách sóng.

Hiệu suất η của diode tách sóng đường bao được định nghĩa là tỉ số giữa biên độ tín hiệu ra của bộ tách sóng và biên độ đường bao của tín hiệu AM vào bộ tách sóng Nếu sóng mang có tần

số là F thì dung kháng của tụ C là [1/(2π.F.C)] giá trị này phải nhỏ hơn điện trở R (với giả thiết R.C>>1/F để thỏa mãn đường bao tái tạo có độ gợn thấp), hiệu suất η được xét trên mối quan hệ với tỉ số R/ rd ( rd điện trở vi phân của diode) (hình 4.7)

Hình 4.7 Hiệu suất tách sóng

f) Một số chú ý khi lựa chọn R.C trong tách sóng đường bao.

- Để có hiệu suất tách sóng cao thì giá trị điện trở R phải lớn hơn rất nhiều giá trị điện trở vi phân của diode tách sóng (R >> rd)

- Để cho độ gợn của đường bao tách được là nhỏ nhất hằng số thời gian R.C phải lớn hơn chu kỳ của sóng mang (R.C>>T)

- Để không rơi vào hiện tượng méo do xiên cắt thì hằng số thời gian R.C phải nhỏ hơn hoặc bằng nghịch đảo của tần số tín hiệu mang điều chế và hệ số điều chế Trong trường hợp cả biên

độ và tần số của tín hiệu mang điều chế đều biến đổi thì giá trị lớn nhất của tần số cũng như hệ số điều chế cần phải được cân nhắc lựa chọn

g) Tách sóng biên độ đồng bộ

Tách sóng biên độ đồng bộ là một dạng của … , tín hiệu điều biên được trộn với ….để có thể thu được sóng mang, sau đó cho qua một mạch lọc thông thấp để thực hiện tách sóng Hình 4.8 biểu diễn sơ đồ khối của hệ thống tách sóng biên độ đồng bộ với một tín hiệu điều biên vM

được biểu diễn:

vM(t) = Vm(t).sin(2πF.t)Với:Vm(t) = A.[1+m.sin(2πf.t) – là biên độ của tín hiệu điều biên F là tần số sóng mang

Nếu một tín hiệu điều biên AM được nhân với một tín hiệu không điều chế có cùng tần số

và pha thì tạo ra trên đầu ra của bộ nhân một tín hiệu vo(t) được biểu diễn như sau:

( ) [ sin(2 ) ] [ ( ).sin(2 )] 0 [1 os(2 2 )]

v t = A πF t V t πf t =K V +c π F t

Trang 19

Trong đó K0 là hệ số khuếch đại của mạch nhân.

Khi tín v t o( ) qua mạch lọc thông thấp, thành phần cao tần (2.F) bị triệt tiêu cho ta tín hiệu ra Vout

0 ( )

V =K V t

Đây chính là tín hiệu tương đương với tín hiệu sau khi tách sóng

Một hệ thống mạch vòng khóa pha PLL (Phase Locked Loop) được sử dụng để tái tạo lại sóng mang đồng bộ với sóng mang của tín hiệu AM Hình 4.8 là sơ đồ khối hoàn chỉnh của hệ thống tách sóng biên độ đồng bộ Tách sóng biên độ đồng bộ có ưu điểm hơn nhiều so với tách sóng đường bao:

Hình 4.8 Sơ đồ khối hệ thống tách sóng biên độ đồng bộ.

Hình 4.9 Sơ đồ khối hệ thống tách sóng biên độ đồng bộ sử dụng mạch vòng khóa pha (PLL).

4.1: Tìm hiểu lý thuyết về giải điều chế biên độ

Trang 20

5.1: Từ phần mềm DIDA vào Lessons (hoặc từ ) chọn Module MCM21→ Amplitude demodulation.

a) Các dạng sóng của bộ tách sóng đường bao:

5.3: Sử dụng mạch BALANCED MODULATOR 1 làm bộ điều chế AM.

5.4: VCO1: LEVEL và FREQ ở chế độ nhỏ nhất.

5.5: VCO2: LEVEL khoảng 0.5Vpp; tần số khoảng 450kHz.

5.6: BALANCED MODULATOR 1: CARRIER NULL xoay hết theo chiều kim

đồng hồ

5.7: Trong khu vực IF AMP/AM DETECTOR chỉ gắn các jumper sau: J3, J5, J6, J8, J10 và J12.

5.8: Nối các mạch lại với nhau như sau: TP18-TP7; TP9-TP38.

5.9: Qua TP8, đưa vào một tín hiệu điều chế dạng sin với biên độ 0.5Vpp và tần số 1KHz (Quan sát hình 4.10)

Hình 4.10 Sơ đồ cách kết nối thực hiện giải điều chế AM.

5.10: Điều chỉnh mức của bộ điều chế để nhận được một tín hiệu AM với biên độ

khoảng 50mVpp qua đầu ra (TP9).

5.11: Nối DĐKĐT vào trước và sau diot tách sóng (TP41 và TP43) và xác định tín

hiệu AM và tín hiệu sau tách sóng

5.12: Điều chỉnh tần số sóng mang để nhận được các biên độ lớn nhất

5.13: Từ phần mềm DIDA nhấp vào nút để trả lời câu hỏi sau:

Câu hỏi 1:

Tín hiệu sau tách sóng có trạng thái:

1 Có dạng là đường bao âm của tín hiệu điều biên

2 Tần số của nó gấp đôi lớn hơn tần số của tín hiệu mang điều chế

3 có dạng là đường bao dương của tín hiệu điều biên

4 Nó là điện áp một chiều

5 Có gợn sóng rất cao (bằng 40% biên độ của tín hiệu)

5.14: Chuyển jumper từ J8 tới J9 và kiểm tra rằng bây giờ có một đường bao khác

được xác định Gắn jumper lên J8.

b) Xét ảnh hưởng của hằng số thời gian RC:

5.15: Các giá trị của R và C đặt sau diot tách sóng lần lượt là R62 = 22KΩ và C40 = 4.7nF

Trang 21

5.16: Giữ DĐKĐT giữa TP41 và TP42 và tăng tần số của tín hiệu điều chế tới

10KHz

5.17: Tiếp tục trả lời câu hỏi:

Câu hỏi 2:

1 Có dạng là đường bao âm của tín hiệu điều biên

2 Nó là một gợn sóng cao hơn

3 Nó bị méo trong phần nửa sóng dương

4 Tần số của nó bằng một nửa lớn hơn tần số tín hiệu mang điều chế

5 Nó bị méo do xiên cắt (diagonal cutting)

* Độ sâu điều chế có thể suy giảm (biên độ của tín hiệu mang điều chế giảm), kiểm tra xem tín hiệu sau tách sóng có như đường bao của tín hiệu điều biên AM không

* Giữ độ sâu điều chế khoảng 50% , chuyển jumper J12 sang J11 ( thiết lập tụ C39) rồi trả lời

câu hỏi:

Câu hỏi 3:

1 Méo xiên cắt giảm, độ gợn sóng tăng

2 Độ gợn sóng giảm

3 Méo xiên cắt tăng

4 Méo xiên cắt tăng, vì độ gợn sóng giảm

Câu hỏi 4:

Quan sát dạng sóng chúng ta có thể thấy:

1 Điện dung của mạch lọc RC bị giảm

2 Điện trở của mạch lọc RC bị giảm

3 Tần số sóng mang bị giảm

4 Điện trỏ của mạch lọc RC tăng

5 Tần số của tín hiệu mang điều chế giảm

c) Bộ tách sóng biên độ đồng bộ:

5.18: Mạch BALANCED MODULATOR 2 được sử dụng như bộ giải điều chế.

- Đặt CARRIER NULL ở vị trí giữa, để làm cho mạch hoạt động như bộ đổi tần (điều chế cân bằng với sóng mang triệt tiêu); LEVEL xoay hoàn toàn về phía chiều kim đồng hồ.

5.19: Thiết lập mạch BALANCED MODULATOR 1và VCO2 như sau:

- VCO2 (0.5Vpp – 450KHz); BAL.MOD.1 (CARRIER NULL: MAX (theo chiều kim đồng hồ), LEVEL: 50mVpp và Bộ phát sóng(0.5Vpp – 1KHz) được nối vào TP8.

- Nối đầu ra của bộ điều chế với đầu vào của bộ giải

điều chế (TP9 - TP15) Nối sóng mang tới bộ điều chế cũng như bộ giải điều chế TP14) (quan sát hình 4.11)

(TP18-TP7-Hình 4.11 Sơ đồ kết nối mạch trong chế độ tách sóng biên độ đồng bộ

Trang 22

- Nối DĐKĐT tới đầu vào của bộ giải điều chế (TP15 của mạch điều chế cân bằng 2) và đầu ra (TP16)

- Điều chỉnh núm CARRIER NULL của mạch BALANCED MOD 2 để nhận được các dạng sóng như trên hình 4.12 là sản phẩm kết quả giữa sóng mang và tín hiệu

AM, điều này ứng dụng trong thực tế là các bộ tạo dao động nội trong máy thu

- Đưa bộ lọc thông thấp qua đầu ra của bộ giải điều chế ( nối TP16-TP44 ),

bộ lọc sẽ loại trừ các thành phần tần số cao, cung cấp một tín hiệu tách sóng Khi bộ lọc có một tần số cắt ở 3400Hz, tất cả các tần số cao hơn sẽ bị suy giảm Tăng tần số của tín hiệu điều chế từ

1 đến 10KHz và quan sát phản ứng của bộ lọc

- Tăng độ sâu điều chế

5.20: Tiếp tục trả lời câu hỏi:

Câu hỏi 5:

1 Méo xiên cắt cao

2 Tín hiệu sau tách sóng có dạng giống và bám sát đường bao Không bị nhiễu xiên cắt

3 Độ gợn sóng cao

4 Biên độ của tín hiệu sau tách sóng tăng theo tần số

Hình 4.12 Dạng sóng trong tách sóng AM đồng bộ

5.21: Tiếp tục trả lời các câu hỏi trong phần (Summary questions)

6 Các câu hỏi ôn tập (Summary questions).

Câu hỏi 6:

Trong điều chế biên độ, điều tương ứng của tín hiệu mang điều chế là:

1 Là giá trị trung bình của tín hiệu điều biên AM

2 Là giá trị của tín hiệu điều biên AM

3 Có dạng đường bao của tín hiệu điều biên AM

Trang 23

3 Transistor với tải điều khiển.

4 Điốt với mạch lọc RC

Câu hỏi 8:

Điều gì có thể xảy ra khi tách sóng đường bao mà tích R.C rất lớn?

1 Biên độ của gợn sóng xấp xỉ vượt quá đường bao

2 Trên các gợn sóng có các bội tần của sóng mang

- Nguyên lí giải điều chế

- Nguyên nhân gây méo

- Chọn giá trị RC thích hợp để giảm thiểu các loại méo

- So sánh ưu nhược điểm của 2 phương pháp tách sóng AM

Trang 24

Bài 4:

ĐIỀU CHẾ ĐƠN BIÊN (SINGLE SIDE BAND MODULATION – SSB)

1 Mục tiêu:

1.1: Khảo sát các tham số cơ bản của một tín hiệu điều chế đơn biên

1.2: Kiểm tra sự hoạt động của các bộ điều chế biên độ với sóng mang triệt tiêu: Bộ điều chế cân bằng và bộ điều chế vòng

1.3: Kiểm nghiệm cách sử dụng các bộ lọc để tạo ra tín hiệu đơn biên

1.4: Phân tích phổ của tín hiệu SSB

3.1: Tìm hiểu lý thuyết về điều chế đơn biên

3.6 Từ phần mềm DIDA vào Lessons (hoặc từ ) chọn Module MCM21→ Single side band modulation (ssb).

4 Các nội dung, quy trình:

a) Sự hoạt động của bộ điều chế biên độ với sóng mang triệt tiêu:

4.1: Sử dụng mạch BALANCED MODULATOR 1 làm bộ điều chế AM.

4.2: Qua đầu vào sóng mang (TP7) đưa vào một tín hiệu hình sin với biên độ khoảng 1Vpp và tần số khoảng 450KHz, tín hiệu này có thể lấy được qua đầu ra của VCO2 (TP18).

4.3: Qua đầu vào tín hiệu (TP8) đưa vào một tín hiệu dạng sin với biên độ khoảng 0.5Vpp và tần số khoảng 5kHz (QUAN SÁT HÌNH 5.1)

Hình 5.1 Sơ đồ kết nối tạo tín hiệu điều chế AM

Trang 25

4.4: Xoay hoàn toàn núm xoay CARRIER NULL theo chiều kim đồng hồ hoặc

ngược chiều kim đồng hồ để cho bộ điều chế là “không cân bằng” và nhận được một tín hiệu AM

với sóng mang không bị triệt tiêu qua đầu ra; LEVEL ở vị trí khoá theo chiều kim đồng hồ.

4.5: Nối DĐKĐT tới các đầu vào của bộ điều chế (TP7 và TP8) và xác định tín

hiệu sóng mang, tín hiệu điều chế

4.6: Chuyển que đo từ TP7 tới TP9 (đầu ra của bộ điều chế) Lấy mức của tín hiệu điều chế bằng 0, điều chỉnh núm xoay RV4.

4.7: Qua TP8, đưa vào một tín hiệu dạng sin với biên độ 0.5Vpp và tần số 1KHz 4.8: Trả lời 3 câu hỏi trên màn hình.

b) Tạo tín hiệu đơn biên:

4.12: Đo tần số của sóng mang fc (TP7), fm của tín hiệu điều chế (TP8) và fssb của

tín hiệu SSB qua đầu ra của bộ lọc (TP11).

4.13: Trả lời các câu hỏi trên màn hình.

Hình 5.2 Sơ đồ kết nối để tạo sóng điều chế đơn biên.

c) Phổ của tín hiệu được tạo ra bởi bộ điều chế cân bằng:

4.14: Sử dụng mạch BALANCED MODULATOR 1 như bộ điều chế.

4.15: Sử dụng tín hiệu được tạo ra bởi VCO2 như sóng mang.

4.16: Thực hiện các thiết lập sau:

- VCO1: LEVEL khoảng 2Vpp; tần số khoảng 600KHz.

- VCO2: LEVEL khoảng 2Vpp; tần số khoảng 1000KHz.

- SWEEP: DEPTH hầu như xoay hết hoàn toàn theo ngược chiều kim đồng

hồ

- RF DETECTOR: LEVEL xoay hết theo chiều kim đồng hồ.

- BALANCED MODULATOR 1: CARRIER NULL ở vị trí giữa; LEVEL

hết theo chiều kim đồng hồ

- BALANCED MODULATOR 2: CARRIER NULL ở vị trí giữa để làm

cho mạch hoạt động như bộ đổi tần (điều chế cân bằng với sóng mang bị triệt tiêu.); LEVEL hết theo chiều kim đồng hồ

4.17: Nối các mạch lại với nhau như sau: TP18-TP7; TP15; TP16-TP10; TP11-TP12 (Quan sát trên hình 5.3)

Trang 26

TP9-TP14;TP2-TP3;TP6-4.18: Đặt DĐKĐT trong chế độ X-Y (X=0.5V/div, Y = 50mV/div) Nối bộ tạo quét

SWEEP (TP1) tới kênh X, và tín hiệu được tách sóng (TP13) tới kênh Y.

4.19: Qua TP8, đưa vào một tín hiệu điều chế với biên độ khoảng 0.5Vpp và tần số

20KHz

Hình 5.3 Sơ đồ kết nối mạch để xác định phổ của tín hiệu

4.20: Thay đổi tần số của sóng mang (VCO2) cho đến khi trên DĐKĐT có một

hình ảnh tương tự như hình dạng trên hình sau:

Hình 5.4 Dạng phổ sau điều chế SSB

4.21: Để nhận được dạng sóng tốt nhất, điều chỉnh độ lệch của bộ tạo quét SWEEP

(DEPTH) và núm CARRIER NULL của bộ điều chế cân bằng 2

4.22: Trả lời các câu hỏi trên màn hình.

- Tạo ra tín hiệu SSB

- Sự khác biệt của nó với tín hiệu AM

- Các đặc tính ưu việt của loại điều chế SSB

Trang 27

Bài 5:

TÁCH SÓNG THÀNH PHẦN (PRODUCT DETECTOR)

1 Mục tiêu:

1.1: Mô tả việc giải điều chế tín hiệu SSB

1.2: Khảo sát sự hoạt động của bộ tách sóng thành phần

2.1: Bộ phận cơ bản: nguồn modul PSU/EV, bộ khung modul MU/EV, SIS3

3.1: Tìm hiểu lý thuyết về tách sóng thành phần

3.6 Từ phần mềm DIDA vào Lessons (hoặc từ ) chọn Module MCM21→ Product detector.

a) Tạo ra tín hiệu SSB:

4.1: Sử dụng mạch BALANCED MODULATOR 1 với bộ lọc thạch anh.

4.2: Sử dụng tín hiệu được tạo ra bởi VCO2 như sóng mang.

4.3: Thực hiện các thiết lập sau đây:

- VCO2: Mức khoảng 1Vpp, Tần số khoảng 452 KHz.

- BALANCED MODULATOR 1: CARRIER NULL ở vị trí giữa, xoay

LEVEL hết về phía chiều kim đồng hồ

- Nối các mạch lại với nhau như sau: TP18-TP7; TP9-TP10 (quan sát hình 6.1)

- Điều chỉnh CARRIER NULL (RV4) của bộ điều chế để nhận được sóng mang ban đầu qua đầu ra (TP9).

- Qua TP8 đưa vào một tín hiệu điều chế hình sin với biên độ khoảng 1Vpp

và tần số khoảng 3KHz

Trang 28

Hình 6.1 Sơ đồ kết nối các mạch tạo tín hiệu SSB.

b) Tách sóng đường bao:

4.4: Nối đầu ra của bộ điều chế SSB (TP11, đầu ra của bộ lọc thạch anh) tới đầu vào tín hiệu (TP15) của bộ điều chế cân bằng 2.

4.5: Qua đầu vào sóng mang của mạch điều chế cân bằng 2, đưa vào sóng mang

cũng được dùng để cung cấp cho bộ điều chế ( nối TP18 với TP14) (quan sát hình 6.2)

4.6: Nối đầu ra của bộ điều chế cân bằng 2 tới đầu vào của bộ lọc thông thấp tại 3400Hz

4.7: Kiểm tra tín hiệu ở các điểm sau:

- TP11: đầu ra của bộ điều chế SSB.

- TP16: đầu ra của bộ tách sóng thành phần.

- TP45: đầu ra của bộ lọc thông thấp.

Hình 6.2 Sơ đồ kết nối các mạch để thực hiện tách sóng đường bao.

4.8: Trả lời 7 câu hỏi trên màn hình.

- Các bước khôi phục lại tín hiệu ban đầu

- Các yêu cầu để khôi phục lại tín hiệu ban đầu tốt nhất

Trang 29

Bài 6:

ĐIỀU CHẾ TẦN SỐ (FREQUENCY MODULATION)

1 Mục tiêu:

1.1: Khảo sát các tham số cơ bản của một tín hiệu điều tần

1.2: Miêu tả sự hoạt động của diot biến dung

1.3: Tiến hành các phép đo đặc trưng trên một bộ điều chế tần số

2.1: Bộ phận cơ bản: nguồn modul PSU/EV, bộ khung modul MU/EV, SIS3.2.2: Module thí nghiệm MCM21/EV

Nếu tần số của sóng mang vc(t) bi biến điệu theo biên độ của tín hiệu mang điều chế vm(t) thì ta được tín hiệu điều chế tần số (điều tần) là vM(t):

vM(t) = A.sin[θ(t)]

Với φ(t) là góc pha là một hàm của tín hiệu vm(t)

b) Biểu thức toán học của điều tần.

Hàm xung Ω(t) của tín hiệu điều tần (FM) được định nghĩa:

Ω(t) = Ω + K.vm(t)Trong đó: K là độ nhạy điều chế

Mối qua hệ giữa hàm xung Ω(t) và hàm góc θ(t):

θ(t) = ∫Ω(t)dtTrong trường hợp: vm(t) =B.sin(w.t) thì θ(t) được xác định:

θ(t) = Ω.t – (K.B/w).cos(w.t)Khi đó biểu thức tín hiệu điều tần là:

vM(t) = A.sin[Ω.t-(K.B/w).cos(w.t)]

Trang 30

Hình 7.1 a) Tín hiệu sóng mang; b) Tín hiệu mang điều chế; c) Tín hiệu điều tần.

f

∆

=

e) Lý thuyết phổ của tín hiệu điều tần.

Sử dụng trong các mối quan hệ lượng giác, và hệ số điều tần mf ta có thể biểu diễn hàm tín hiệu điều tần như sau:

vM(t) = A sin [Ω.t+cos(w.t)]

vM(t) = A.{sin(Ω.t).sin[mf.cos(w.t)]-cos(Ω.t).cos[mf.sin(w.t)]}

Nếu biểu diễn dưới dạng hàm Bessel thì cho ta kết quả:

vM(t) = A.{J0.sin(Ω.t) - J1.[sin(Ω-w).t-sin(Ω+w).t]+ J2.[ sin(Ω-2w).t + sin(Ω+2w).t]+

- J3.[ sin(Ω-3w).t - sin(Ω+3w).t]+…}

Với Jn(mf) là hàm Bessel loại 1 có bậc n của phần tử mf

Hình 7.2 biểu diễn các hàm Bessel loại 1 có bậc n từ 0 tới 9

Trang 31

Hình 7.2 Hàm Bessel loại 1.

f) Phổ của tín hiệu điều tần.

Phổ của tín hiệu điều tần với dạng tín hiệu hình sine (tần số f )trải dài vô hạn, tuần hoàn và đối xứng nhau qua phổ tần sóng mang (với các khoảng cách f, 2f, 3f…) và có biên độ tỉ lệ như hàm Bessel Về mặt lý thuyết thì phổ của tín hiệu FM là vô hạn Nhưng trong thực tế khi bậc của Hàm Bessel càng cao thì biên độ càng nhỏ vì thế nên độ rộng băng tần FM được Carson định nghĩa:

Hình 7.3 Phổ của tín hiệu FM theo các trường hợp của m f

Trang 32

g) Phương pháp tạo tín hiệu điều tần

Một mạch tạo tín hiệu điều tần cần phải hoạt động được cả trong dải tần thấp (tín hiệu mang điều chế) và dải tần cao (sóng mang) Trong thực tế có 2 cách tạo bộ điều chế FM:

* Phương pháp có điều khiển: Sử dụng một bộ dao động có phần tử điều khiển cộng hưởng qua biến điệu điện áp Điốt Varycap hay điốt biến dung được sử dụng trong trường hợp này, đặc tính của điốt này chính là có thể điều khiển được dung kháng của nó thông qua giá trị điện áp đặt lên điốt Tần số của sóng mang được thiết lập qua mạch AFC (Automatic Frequency Control) mạch tự động điều chỉnh tần số hoặc thông qua mạch vòng khóa pha PLL (Phase Locked Loop)

* Phương pháp không điều khiển: Trong trường hợp này tín hiệu FM được tạo ra từ bộ điều chế pha sau khi đã kết hợp tín hiệu mang điều chế Trong bộ điều chế pha thì sóng mang có thể được tạo ra từ bộ dao động sử dụng thạch anh, chính vì thế mà nó có tần số ổn định cao và mạch cấu trúc đơn giản

Mạch điều chế FM được sử dụng trong thí nghiệm này là một bộ điều tần sử dụng bộ dao động Hartlay Tần số được xác định thông qua việc cấp áp cho diode Varycap và điều chỉnh độ tự cảm của cuộn dây

h) Bộ điều tần (FM).

Bộ điều tần được tạo ra bởi một bộ dao động cấu trúc kiểu Harley có tần số được thiết lập thông qua điều khiển độ tự cảm của cuộn dây trong biến áp L2 và dung kháng thông qua điều khiển điện áp đặt vào diode biến dung (hình 7.4) Bộ tạo dao động bao gồm: transistor T1, và biến áp L2 kết nối song song với 2 diode biến dung Tín hiệu hồi tiếp thông qua tụ C3 và R10 kết nối từ Emitter tới Colector

Tín hiệu ra được lấy trên cuộn thứ 2 của biến áp và được khuếch đại nhờ 2 transistor (T2 và T3) Chiết áp RV3 lựa chọn biên độ tín hiệu ra trong khoảng từ: 0 tới 2 Vpp

Tần số trung tâm có thể thay đổi thông qua chiết áp RV2 Chiết áp này có vai trò điều khiển lượng điện áp cấp cho diode varycap (qua IC1) với tần số được lựa chọn trong dải từ: 500 tới 1500kHz) Một tín hiệu tần số thấp hoặc điện áp một chiều có thể được sử dụng để tự động điều khiển tấn số

Hình 7.4 Bộ điều chế tần số.

4.1: Tìm hiểu lý thuyết về điều chế tần số

Trang 33

5.1: Từ phần mềm DIDA vào Lessons (hoặc từ ) chọn Module MCM21→ Frequency modulation.

a) Đặc điểm đặc tuyến điều chế:

5.3: Mạch VCO1 được thiết lập với mức LEVEL khoảng 2Vpp và tần số để nhỏ

nhất, xa khỏi vị trí 1500KHz

5.4: Nối DĐKĐT và đồng hồ đo tần số với đầu ra của bộ điều chế (TP6).

5.5: Nối Vôn kế tới con chạy của chiết áp điều chỉnh tần số (TP4).

5.6: Thay đổi điện áp bằng việc điều khiển FREQUENCY với các bước nhảy là

0.5V và điền vào bảng các giá trị điện áp và tần số tương ứng

5.7: Trình bày các giá trị điện áp và tần số đo được trên một đồ thị

FREQ.

VOLT.

5.8: Từ phần mềm DIDA nhấp vào nút để trả lời câu hỏi:

Câu hỏi 1:

Từ việc phân tích đường cong trên (mối quan hệ giữa u và f) chúng ta nhận thấy:

1 Tần số bất đối xứng với điện áp điều chế

2 Có một vài đoạn tuyến tính, trong khi có nhiều đoạn không tuyến tính

3 Tần số ra hoàn toàn tuyến tính so với điện áp điều khiển

4 Tần số ra đối xứng với tần số, điện áp điều chế

b) Độ nhạy của bộ điều chế:

5.9: Bộ điều chế làm việc trong đoạn đặc tuyến giữa 700 và 1300KHz

5.10: Từ đó có thể tính toán ra độ nhạy điều chế, nó có thể được xác định như sau:

5.13: Thiết lập VCO1 với LEVEL khoảng 2Vpp, tần số khoảng 1MHz.

5.14: Đưa một tín hiệu hình sin với biên độ 1Vpp và tần số 1KHz tới MOD IN

(TP3).

Trang 34

5.15: Nối DĐKĐT với đầu ra của bộ điều chế (TP6) ta sẽ thu được dạng sóng như

Trang 35

Phần tử nào hoạt động không bình thường?

1 Diode biến dung DV1- DV2

2 Transistor T3

3 Bộ khuếch đại IC1

4 Biến trở RV2

5 Transistor T2

5.19: Trả lời các câu hỏi trong phần Summay question.

6 Các câu hỏi ôn tập (Summary questions).

Câu hỏi 8:

Một tín hiệu có tần số thấp: 3.sin(2π5400.t) mang điều chế với một tín hiệu sóng mang: 4.sin(2π540000.t) Nếu độ nhạy của bộ điều chế là 13 kHz/V Thì đâu là độ lệch tần của sóng mang?

Trang 36

- Điều chế tần số

- Ưu nhược điểm của điều chế tần số

- So sánh với điều chế biên độ

Định dạng
Số trang	73
Dung lượng	9,16 MB