BÀI BÁO CÁO THỰC TẬP-TRUYỀN THOOGN TƯƠNG TỰ- TRUYỀN THÔNG SỐ

Bạn sẽ có thể thấy được điều này khi điều chỉnh BFO sao cho đồng bộ.Trong thực tế, để làm được điều này cần phải có một mạch phục hồi đặcbiệt, tuy nhiên ở đây để cho đơn giản thì một mẫu

MỤC LỤC

1 NỘI DUNG: 2

1.1 Truyền thông tương tự: 2

1.1.1 Điều chế sóng mang – Amplitude Modulation (AM) : 2

1.1.1.1 Điều chế có dùng sóng mang 2

1.1.1.2 Điều chế không dùng sóng mang 7

1.1.2 Điều chế tần số – Frequency Modulation (FM): 12

1.1.2.1 Sự hình thành của Điều chế tần số: 12

1.1.2.2 Giải điều chế tín hiệu điều chế tần số: 17

1.1.2.3 Bộ giới hạn và những ảnh hưởng của nhiễu lên việc giải điều chế FM: 20 1.1.3 Signal source: 25

1.1.3.1 Bộ tạo dao động cầu Wien cơ bản: 25

1.1.3.2 Bộ dao động L – C: 29

1.1.3.3 Bộ dao động thạch anh: 35

1.1.3.4 Bộ đa hài: 36

1.2 I U CH SĐ Ề Ế Ố 41

1.2.1 Điều chế dịch biên độ – Amplitude Shift Keying (ASK) 41

1.2.2 Khoá dịch tần số – Frequency Shift Keying (FSK) 50

1.2.3 Vòng Costas 57

BÁO CÁO THỰC TẬP 1.NỘI DUNG:

1.1 T RUYỀN THÔNG TƯƠNG TỰ :

1.1.1 Điều chế sóng mang – Amplitude Modulation (AM) :

1.1.1.1 Điều chế có dùng sóng mang

1) Mục đích:

Tìm hiểu về:

- Những kiến thức cơ bản về điều chế biên độ và giải điều chế

- Đặc điểm của AM trong miền thời gian

- Đặc điểm của AM trong miền tần số

- Bộ phát hiện đường bao

- Dò tách sóng

2) Cơ sở lý thuyết:

Phương trình dạng sóng của điện áp hình sin có dạng như sau:

v = Vmax.sin(ωt+ϕ)

Dòng điện áp ổn định dựa theo phương trình ở trên thì hầu như không mangthông tin Để có thể mang được thông tin, dạng sóng phải được làm biến đổi saocho những thay đổi của nó biểu hiện thông tin Tiến trình này được gọi là điều chế.Bất kỳ dạng sóng điều hoà nào đều có thể biến đổi để mang thông tin

 Điều chế biên độ AM:

Điều chế biên độ sử dụng sự biến đổi của biên độ (Vmax) để mang thông tin.Sóng có biên độ bị biến đổi gọi là sóng mang Tín hiệu gây ra sự biến đổi gọi làtín hiệu điều chế

Nếu ta có phương trình của sóng mang là: vc = Vc sin wc t

Và phương trình của tín hiệu điều chế là: vm = Vm sin wm t

Thì phương trình của sóng sau khi điều chế:

= gọi là chỉ số điều chế

Dạng biểu diễn này của vc gồm có 3 phần:

- Phần dạng nguyên thuỷ của sóng mang, tại tần số wc, không chứa đựng biếnnào, do đó không mang bất kỳ thông tin nào

- Thành phần tại tần số (wc – wm) có biên độ của nó tỉ lệ với chỉ số điều chế.Thành phần này được gọi là tần số dải biên dưới

- Thành phần tại tần số (wc + wm) có biên độ của nó tỉ lệ với chỉ số điều chế.Thành phần này được gọi là tần số dải biên trên

Cả hai dải tần số này đều mang thông tin Điều này được thể hiện bởi 1 thực tếlà trong biểu diễn của mỗi thành phần trên đều có chỉ số điều chế m Bởi vì thế,biên độ của mỗi dải tần số đều biến đổi theo tín hiệu điều chế

Ta sẽ thấy những dải tần số này trong phương trình cuối cùng như một phần củatần số, được gọi là những dải biên

Do đó, chúng ta có dải biên trên và dải biên dưới đi kèm với sóng mang

3) Bài thực hành:

a) Bài thực hành 1: Bộ điều chế biên độ đơn giản

+ Đặt carrier level ở mức cao nhất

+ Đặt modulation level ở 0

+ Ghi chú tín hiệu dao động ở tất cả các điểm đặt quan sát

+ Tăng modulation level và quan sát dao động tại điểm số 6

+ Tăng modulation level cho tới khi biên độ sóng mang chạm tới 0 trênđỉnh của phần điều biến âm Đây là 100% điều chế Quan sát tín hiệu tạitất cả các điểm trên cả mạch dao động và máy phân tích quang phổ tạicác mức điều chế khác nhau.

+ Với mỗi mức điều chế cố định, cố gắng để điều chỉnh carrier level

+ Trong trường hợp xảy ra quá điều chế (m>1)á, trên màn hình phân tíchquang phổ ta nhận thấy: biên độ của dải biên cao hơn biên độ lớn nhấtcủa sóng mang 100% điều chế theo lý thuyết

b) Bài thực hành 2: Bộ phát hiện đường bao

Bài thực hành này nghiên cứu việc giải điều chế tín hiệu AM sử dụng bộphát hiện đường bao

Nó cho thấy sự dịch pha giữa tín hiệu nguồn và tín hiệu đầu ra

 Thực hiện:

- Đặt quan sát tại điểm 16 và điều chỉnh hằng số thời gian Ghi chú lại cácthông số.

- Tăng hằng số thời gian lên và ghi chú lại sự thay đổi

- Quan sát bằng máy phân tích phổ

- So sánh sự khác biệt về hình dạng và pha giữa tín hiệu nguồn và tín hiệusau điều chế

- Nếu thang đo tần số điều chế khá lớn thì độ dịch pha có thể vượt quá thang

đo tần số điều chế

c) Bài thực hành 3: Bộ phát hiện sai khác

Trong bài thực hành này, ta sẽ làm quen với một thiết bị giải điều chế cótên là bộ phát hiện sai khác Nó có nhiều ưu điểm hơn bộ phát hiện đường baothông thường nhưng cũng phức tạp hơn

 Giới thiệu về bộ phát hiện sai khác

Nếu tín hiệu AM được ghép vào một sóng mang có cùng tần số thì 2 dải tầnbiên sẽ bị kéo xuống tần số điều chế nguồn và sóng mang sẽ có dạng tín hiệu 1chiều

Các biểu thức toán cho thấy, điều này chỉ xảy ra khi mà tần số của sóngđược ghép không chỉ bằng với tần số của sóng mang, mà còn phải có sự đồngbộ về pha giữa chúng Việc này giải thích lí do bộ phát hiện sai khác đôi khicòn được gọi là bộ phát hiện đồng bộ

Tín hiệu đầu ra vẫn cần đi qua bộ lọc sau điều chế để loại bỏ những gợnsóng, nhưng lúc này gợn sóng gấp 2 lần tần số sóng mang và khác xa so với tínhiệu nguồn Vì thế, ta có thể dễ dàng loại bỏ nó Trong điều kiện bình thường,bộ phát hiện sai lỗi gây méo ít hơn hoặc chỉ 1 phần vì nó sử dụng cả phầndương và âm của sóng mang

Điều này được thực hiện bởi 1 thiết bị có tên là bộ tạo dao động tần sốphách Nó được gọi là như vậy bởi vì khi tần số của nó không giống tần số sóng

mang thì đầu ra của bộ phát hiện sai lỗi sẽ có tần số bằng sự khác biệt giữachúng Bạn sẽ có thể thấy được điều này khi điều chỉnh BFO sao cho đồng bộ.Trong thực tế, để làm được điều này cần phải có một mạch phục hồi đặcbiệt, tuy nhiên ở đây để cho đơn giản thì một mẫu sóng mang sẽ được đưa trựctiếp vào BFO và khi tần số tự do của BFO gần bằng giá trị đó thì nó sẽ khóa lạiđể đồng bộ.

 Thực hiện :

- Quan sát tín hiệu tại điểm 6

- Quan sát đầu ra của BFO

- Xoay nút BFO frequency để điều chỉnh BFO khóa sóng mang lại

- Quan sát tín hiệu tại điểm 15 và ghi chú lại tần số của gợn sóng so với sóngmang

- Sử dụng máy phân tích phổ để quan sát tín hiệu trên

- Quan sát tín hiệu tại điểm 14 và so sánh với tín hiệu nguồn

- Quan sát đầu ra của bộ phát hiện bằng máy nghiệm sóng, sau đó điều chỉnhBFO frequency và xem xét sự biến đổi Làm tương tự với đầu ra của bộ lọc

 Nhận xét:

- Trong bộ phát hiện đường bao thì bộ lọc phải loại bỏ toàn bộ tần số sóngmang, tuy nhiên trong bộ phát hiện sai khác thì chỉ cần loại bỏ thành phầnsóng mang có tần số gấp 2 lần

- Quan sát trên màn hình phân tích phổ ta sẽ thấy có 3 điểm cao hơn các vị tríkhác, chúng hiển thị tần số của sóng điều chế, tần số gấp 2 lần sóng mangvà sóng mang ở biên độ thấp

Sau khi nghiên cứu phần này chúng ta sẽ nắm được các vấn đề sau:

- Điều biên triệt sóng mang

- Điều biên triệt sóng mang hai dải biên: DSB

- Điều biên triệt sóng mang một dải biên: SSB

- Bộ điều chế cân bằng

- Tạo ra SSB với các bộ lọc

- Các cách thức giải điều chế

2) Cơ sở lý thuyết

a) Điều biên triệt sĩng mang

Theo lý thuyết điều biên, biểu thức của tín hiệu AM có dạng như sau:

vc = Vc sin ωct + Vm sin ωct sin ωmtTrong DSB thì thành phần sóng mang Vc sin ωct bị triệt tiêu nên biểu thứctrên sẽ thành:

Vm sin ωct sin ωmt = (Vm/2) [cos(ωc - ωm) t – cos(ωc + ωm) t]

b) Giải điều chế tín hiệu DSB:

Để thay đổi tần số 2 dải biên trở về tần số điều chế ban đầu, một sóng manggốc phát ra từ BFO được sử dụng để điều chế tín hiệu DSB (còn gọi quá trìnhnày là pha trộn sóng)

Giả sử rằng các tín hiệu BFO là:

vo = Vo sin(ωo + φ) Tín hiệu điều chế cĩ dạng:

[Vo sin(ωo + φ)] (Vc /2) [cos(ωc – ω m ) t – cos(ω c + ω m ) t]

hoặc:

2sin(ωo + φ) [cos(ω c – ω m ) t – cos(ω c + ω m ) t]

Biểu thức này có thể chia làm 2 phần :

2sin(ωo + φ) cos(ω c - ω m ) t (1)

Và :

2sin(ωo + φ) cos(ω c + ω m ) t (2)

Biểu thức (1) trở thành:

sin(ωo + φ + ω c – ω m ) t + sin(ω o + φ – ω c + ω m ) t

Từ ωo đến gới hạn ωc , (ω o + ω c – ω m ) sẽ nhận được 1 tần số bằng khoảng 2

lần tần số của sóng mang

Điều này không làm thay đổi tín hiệu mong muốn Phần còn lại của biểuthức là :

sin(ωo + φ – ω c + ω m ) t

Nếu ωo = ωc , thì sin(ωo + φ – ω c + ω m ) t có thể rút gọn thành:

sin(φ + ωm ) t Đó là tần số điều chế gốc Tương tự các thành phần khác, tạo

ra một sự biến đổi là:

sin(φ + ωm ) t + sin(- φ + ω m ) t = 2sin ω m t cos φ

Vì cos 0 = 1, tín hiệu đầu ra là lớn nhất với φ = 0

Với φ = π/2, cos φ = 0, ta không thể thu được tín hiệu đầu ra

3) Bài thực hành:

a) Bài thực hành 1: Dải biên kép, triệt sóng mang

Bài thực hành này sẽ giới thiệu cho chúng ta về tín hiệu AM bị triệt tiêusóng mang Qua đó bạn sẽ hiểu được những vấn đề sau:

+ Bộ điều chế cân bằng và sự triệt tiêu sóng mang

+ BFO được sử dụng như 1 bộ dao động chèn sóng mang

Việc truyền dẫn sóng mang tiêu tốn rất nhiều năng lượng, do đó nếu nhưsóng mang bị loại bỏ thì sẽ chỉ tốn năng lượng để truyền dẫn 2 dải tần biên màvẫn đạt được mục đích truyền dẫn thông tin

Nếu tín hiệu đầu vào được cho qua bộ điều chế cân bằng thì đầu ra sẽ thuđược 1 tín hiệu không có sóng mang vì nó đã bị loại bỏ bởi thiết bị này

Tín hiệu đầu ra được gọi là tín hiệu 2 dải tần biên triệt sóng mang hay DSB

 Thực hiện:

- Quan sát tín hiệu tại điểm 4 và 5 bằng cả 2 máy phân tích

- Chỉnh Carrier balance về mức giữa, đặt quan sát tại điểm 6 và ghi lại hìnhdạng sóng

- Dùng máy phân tích phổ để quan sát tín hiệu

- Điều chỉnh carrier balance và ghi lại ảnh hưởng của nó đến biên độ sóngmang

- Làm tương tự như trên với việc điều chỉnh cà Modulation Level và CarrierLevel, ghi lại tín hiệu quan sát được

- Đặt que tại điểm 13 và điều chỉnh BFO frequency để có 1 sóng ổn định saocho cùng pha với sóng mang gốc

- Quan sát đầu ra của bộ phát hiện sai lỗi sao cho tương tự với tín hiệu điềuchế.

- Mở khóa BFO và quan sát kết quả

- Hiệu suất truyền dẫn của hệ thống DSB cao hơn hệ thống AM đơn giản

b) Bài thực hành 2: Sự hình thành của dải đơn biên triệt sóng mang (SSB)

Thiết bị được sử dụng trong bài thực hành này là một bộ dao động cân bằngdùng để tạo ra DSB nối với 1 bộ lọc của dải tần biên yêu cầu

Thiết bị SSB có nhiều chân và thường được làm bằng sứ hay thạch anh.Việc sử dụng loại nào tùy thuộc vào kinh tế và công dụng của nó so với yêucầu

Trong bài thực hành này, chúng ta sử dụng tần số điều chế cao để có thể dễdàng nhận thấy mối liên hệ giữa các thành phần khác nhau của tần số Điềunày có nghĩa là ta sẽ thay bộ lọc đặc trưng bằng 1 mạch điều hưởng đơn

Các bộ lọc riêng được dùng cho dải biên trên và dưới nên ta có thể quan sátcả 2 tín hiệu ở đầu ra Tuy cả 2 dải biên đều cho ra kết quả như nhau nhưngtrên thực tế người ta thích dùng dải biên trên hơn

 Thực hiện:

Các bước tiến hành:

+ Dùng máy phân tích phổ và máy nghiệm sóng để quan sát tín hiệu tạiđiểm 6 Ghi chú lại tín hiệu DSB Chỉnh Carrier balance về mức giữa vàquan sát tín hiệu tại điểm 8, 9

+ Dùng máy nghiệm sóng quan sát đầu ra SSB

+ Điều chỉnh máy phân tích phổ sao cho tần số dải biên trên là tổng củatần số sóng mang và tần số điều chế với tần số dải biên dưới khác nhau

 Nhận xét:

- Thiết bị cân bằng trong điều chế SSB ít quan trọng hơn DSB vì trong SSBthì bộ lọc riêng của mỗi dải biên thực hiện việc triệt tiêu sóng mang

- Băng thông của bộ lọc SSB phải bằng giới hạn tần số điều chế cực đại

c) Giải điều chế của dải đơn biên triệt sóng mang

Phương pháp thực hiện tương tự DSB Tuy nhiên điểm khác biệt ở đây làBFO không cần phải cùng pha với sóng mang

Trong bài thực hành này ta có thể sử dụng cả dải biên trên và dưới, với BFOđược thiết lập đúng, gần bằng tần số sóng mang gốc thì mặc dù 2 dải biên cócác tần số khác nhau nhưng cho ra kết quả giải điều chế như nhau Ta cũng cóthể nhìn thấy sự thay đổi BFO dẫn đến những biến đổi tương tự ở tín hiệu đầura

 Thực hiện:

- Quan sát tín hiệu tại điểm 6 và tín hiệu DSB

- Quan sát điểm 10 và ghi lại tín hiệu của dải biên trên

- Dùng máy phân tích phổ để quan sát tần số của dải biên trên.

- Chuyển sang dải biên dưới bằng cách nhấp vào nút và lặp lại

- Quan sát điểm 14 và so sánh với tín hiệu đầu vào

- Dùng máy phân tích phổ và máy nghiệm sóng để xem tác động của BFOfrequency đến sóng mang bằng cách quan sát tín hiệu tại điểm 13

- Điều chỉnh BFO frequency và quan sát ảnh hưởng của nó đến tín hiệu đầu

ra ở mỗi dải biên

- Do không cần phải có thiết bị tạo sóng mang nên bộ điều chế này sẽ gọnnhẹ và tiện lợi hơn

- Ngoài ra, do không cần bộ phát sóng mang nên chi phí vận hành sẽ ít tốnkém hơn

1.1.2 Điều chế tần số – Frequency Modulation (FM):

1.1.2.1 Sự hình thành của Điều chế tần số:

1) Mục đích:

Ở phần này, chúng ta sẽ tìm hiểu về:

- Điều chế tần số

- Chỉ số điều chế

- Băng tần

- Tín hiệu FM trong miền thời gian

- Tín hiệu FM trong miền tần số

2) Cơ sở lý thuyết:

+ v là điện áp tức thời

+ Vmax là biên độ điện áp cực đại

+ Ω là tần số góc

+ φ là pha

Nếu một trong các biến trên bị thay đổi thì ta gọi là sóng bị điều chế

b) Điều tần:

Điều tần là phương pháp biến đổi tần số để truyền dẫn thông tin

Ta gọi tần số góc là φ, sóng có tần số bị thay đổi gọi là sóng mang, tín hiệuđược biến đổi là tín hiệu điều chế

Để cho đơn giản thì ta giả sử cả sóng mang và tín hiệu điều chế đều có dạnghình sin:

vc = Vc sin ωct (c là viết tắt của sóng mang)

vm = Vm sin ωmt (m là viết tắt của sóng điều chế)

c) Pha của tín hiệu FM:

Với sóng mang chưa điều chế vc = Vc sinωct thì pha là:

s = ωctTần số của tín hiệu điều chế có dạng:

ω = ωc + D cos ωm tTrong đó D là giá trị cao nhất của độ lệch

D = k VmTổng lượng thay đổi pha trong thời gian t được tính bằng tích phân của tầnsố góc, theo công thức sau:

  là hệ số điều chế, kí hiệu là β.

Thành phần sin [ωct + β sinωmt] (tạm gọi là F) có dạng sin (a + b) nên ta cóthể triển khai thành sina cosb + sinb cosa

Thay vào F ta được:

F = sin ωct cos(sin βωmt) + cos ωct sin(sin βωmt)

Trong đó Jo(β), J1(β), J2(β)… là hằng số có giá trị phụ thuộc β Chúng được

gọi là hàm Bessel

3) Bài thực hành:

a) Bài thực hành 1: Khái niệm về điều chế tần số

Bài thực hành này giúp ta làm quen với khái niệm về điều tần Trong điềutần thì tần số bị thay đổi còn biên độ được giữ nguyên

Khi không có sự điều chế thì sóng mang có giá trị bằng với tần số của nó.Tín hiệu điều chế làm cho tần số bị lệch, dịch chuyển lên hoặc xuống dưới giátrị thực của nó, tần số cực tiểu có thể gần bằng 0 và giả sử nếu như không cóthành phần điện áp 1 chiều trong tín hiệu điều chế thì tần số cực đại sẽ gấp 2lần tần số sóng mang

Giới hạn độ lệch của sóng mang được gọi là độ lệch cực đại

 Thực hiện :

- Chỉnh Carrier Level về mức giữa

- Quan sát màn hình máy nghiệm sóng khi xoay nút Manual Frequency

- Quan sát tín hiệu đầu vào tại điểm 16 và tín hiệu đầu ra tại điểm 4

- Dùng chức năng phóng to của máy nghiệm sóng để đo giá trị tần số

- Dùng máy phân tích phổ để so sanh với giá trị tần số của máy nghiệm sóng

 Nhận xét:

- Máy phân tích phổ dễ xác định phạm vi tần số hơn máy nghiệm sóng

- Trong dải tần số, biên độ chỉ thay đổi 1 lượng nhỏ không đáng kể

b) Bài thực hành 2: Điều chế tín hiệu FM sử dụng VCO:

 Thực hiện:

- Chỉnh Carrier Level về mức giữa Quan sát điểm 4 bằng máy nghiệm sóng

- Tăng hoặc giảm Modulation Level và quan sát sự thay đổi

- Ghi chú lại mức chỉnh Modulation Level nào mà tần số cao hơn

- Dùng máy phân tích phổ để quan sát dải biên của tín hiệu.

- Điều chỉnh Modulation Level và quan sát sự thay đổi của độ lệch

c) Bài thực hành 3: Phổ của tín hiệu với Hệ số điều chế lớn

Ta có biểu thức của băng thông là :

B = 2 (Fd + Fm)Nếu Fm = Fd thì hệ số điều chế lớn, khi đó:

B = 2 FdBài thực hành này cho ta thấy khi hệ số điều chế lớn thì băng thông đượcxác định thông qua độ lệch

 Thực hiện :

- Chỉnh Carrier Level về mức giữa

- Xoay nút 5kHz và quan sát sự thay đổi của băng thông

 Nhận xé t:

- Băng thông tỷ lệ thuận với độ lệch

- Nếu thêm bộ lọc dải ở đầu vào của thiết bị tách sóng FM thì băng thông củanó tương tự với băng thông của tín hiệu.

1.1.2.2 Giải điều chế tín hiệu điều chế tần số:

1) Mục đích:

Trong phần này, chúng ta sẽ tìm hiểu:

- Bộ tách sóng cầu phương

- Bộ tách sóng sử dụng vòng khoá pha PLL

- Nhiễu

2) Cơ sở lý thuyết:

a) Bộ tách sóng cầu phương:

Bộ tách sóng cầu phương chia tín hiệu đầu vào ra làm 2 phần Một phần được dẫn trực tiếp đến bộ phát hiện pha, phần còn lại được dẫn đến bộ dịch pha

Bộ dịch pha gồm 1 điện trở (jωL + R) được mắc nối tiếp với 1 mạch LC (1/jωC) Trong đó ω là tần số góc Thành phần truyền dẫn có dạng:

2

2 1

2 0 0

11

e

ωω

2 0 0

11

e

ωω

Nếu dù đủ nhỏ, tham số arctan nhỏ, thì giá trị của nó gần bằng giá trị arctan trong rad nên ta có công thức tương đương:

φ = (π /2) + [2 Q dω / ωo ]Nếu Q có giá trị lớn thì công thức trên không xác định

Tóm lại, nếu sóng mang có giá trị tần số thực dω = 0, pha bằng π/2 thì sự thay đổi pha tỷ lệ với độ lệch nên 2 Q dω / ωo có giá trị nhỏ

3) Bài thực hành:

a) Bài thực hành 1: Bộ tách sóng cầu phương.

 Thực hiện:

- Quan sát tín hiệu tại điểm 9 khi thay đổi Modulation Level

- Ghi chú lại tín hiệu tại 2 đầu vào 9 và 11 của thiết bị

- Chỉnh Modulation Level về mức giữa

- Quan sát tín hiệu tại điểm 12 và 14

 Nhận xét:

- Tín hiệu ở 2 đầu của bộ tách sóng pha lệch pha nhau 900

- Bộ lọc chỉ cho tần số điều chế đi qua và cản tần số gấp 2 lần tần số sóngmang

- Nếu thiết bị so pha không hoạt động tốt thì sẽ vẫn còn 1 lượng nhỏ của tầnsố sóng mang đi qua bộ lọc

b) Bài thực hành 2: Sử dụng vòng khoá pha PLL để tách sóng FM

Bài thực hành này sẽ giới thiệu cho chúng ta thiết bị giải điều chế bằngvòng khóa pha Thiết bị này có nhiều ưu điểm hơn bộ tách sóng cầu phương khitín hiệu có độ nhiễu thấp

Thiết bị này có tác dụng đồng bộ pha giữa tín hiệu nguồn bên ngoài với phacủa nó thông qua việc sử dụng 1 vòng luân chuyển.Và khi pha của 2 tín hiệunày đã đồng bộ với nhau thì tần số của chúng sẽ giống nhau

Một vòng khóa pha gồm có 3 phần:

+ Bộ tạo dao động: người ta thường dùng VCO để tạo nên dòng điện ápluân chuyển trong mạch PLL

+ Bộ tách sóng pha

+ Bộ lọc: giúp làm mượt tín hiệu đầu ra của bộ tách sóng pha nhằm cungcấp tín hiệu điều khiển cho VCO, tự điều chỉnh tần số của nó nhằm làmgiảm sự khác biệt pha

 Thực hiện :

- Đặt quan sát tại điểm 9 và quan sát tín hiệu FM khi điều chỉnh modulationlevel

- Quan sát tín hiệu tại điểm 9 và 11

- Tăng carrier level lên max

- Quan sát tín hiệu tại điểm 12 và 14

 Nhận xét:

- Khi ta giảm biên độ của dòng từ cực đại về ½ thì tín hiệu giải điều chế đầu

ra sẽ vẫn giữ nguyên bản chất trong giới hạn điều chỉnh của PLL

- Khi ta giảm biên độ của dòng xuống thấp hơn nữa thì PLL sẽ không thểkhóa pha

- Khi mức tín hiệu là vô cùng thấp thì dòng vào PLL không đủ cung cấp choVCO hoạt động.Để giải quyết vấn đề này thì ta sẽ gắn 1 bộ giới hạn vàotrước bộ tách sóng cầu phương

1.1.2.3 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

Dùng để giới hạn biên độ của tín hiệu sĩng mang, do trong truyền dẫn FM biên

độ khơng mang thơng tin

Một bộ giới hạn đơn giản chỉ là 1 thiết bị khuếch đại biến đổi sóng manghình sin có biên độ thay đổi thành sóng vuông có biên độ cố định.Sóng vuôngnày 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 biênđộ cố định, điều này có nghĩa là đầu ra của nó chỉ phụ thuộc vào sự dịch phamà không phụ thuộc vào biên độ

 Thực hiện:

- 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 sựthay 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 Tín hiệu

điều chế ra ở điểm 14 cĩ biên độ lớn hơn

khi cĩ bộ giới hạn và biên đọ giảm khi

khơng cĩ bộ giới hạn ở cùng một mức độ

chỉnh sĩng 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 códạng 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 yêucầu.Trong nhiều trường hợp nó không có 1 tần số riêng biệt nào vì nó là thểtổng hợp của rất nhiều tần số.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 đotỷ lệ tín hiệu/nhiễu (SNR).Điều này vô cùng đơn giản khi ta đo tỷ lệ nănglượng tín hiệu trên năng lượng nhiễu tiêu tốn, thường dùng đơn vị là dB.Tỷ lệSNR 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 cótỷ 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 thìtỷ 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 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 bộtách sóng cầu phương.Một tín hiệu nhiễu có thể điều chỉnh được trộn vào tínhiệu nguồn đưa vào bộ tách sóng được sinh ra từ 1 mạch đặc biệt cùng dạng vớiloại nhiễu băng rộng của hệ thống viễn thông

Bộ giới hạn được sử dụng trong mạch có thể lắp vào hoặc tháo ra.Mục đíchcủa bài thực hành này là nghiên cứu về ảnh hưởng của nhiễu đến tín hiệu giảiđiều chế đầu ra và công dụng của bộ giới hạn

 Thực hiện:

- Chỉnh Carrier Level và Modulation Level lên Max

- Chỉnh Noise Level về Min,gỡ bộ giới hạn ra khỏi mạch

- Quan sát tín hiệu tại điểm 14 bằng máy nghiệm sóng và từ từ tăng NoiseLevel lên.

- Gắn bộ giới hạn vào mạch bằng nút Limiter Button và lặp lại thao tác trên

- Quan sát tại tất cả các điểm thử để hiểu cách mà hệ thống hoạt động

 Nhận xét:

- 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 giảmnhiễu ở tín hiệu đầu ra

- Vì bộ giới hạn có 1 mức khuếch đại nhất định nên chỉ 1 lượng nhỏ của nhiễuthì tín hiệu đầu ra cũng sẽ thay đổi

- Nếu ta tăng nhiễu lớn nhất tín hiệu ra càng nhảy, khi đưa tín hiệu qua bộ giớihạn thì cho dù tăng hay giảm nhiễu thì tín hiệu vẫn ổn định nhưng biên độ củatín hiệu ra vẫn khơng thay đổibị giảm xúơng

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 tínhiệu có biên dộ khác nhau.Sự thêm vào 1 bộ giới hạn sẽ giúp cải thiện kết quảthu được

Nếu tín hiệu đầu vào đủ lớn thì PLL sẽ khóa pha dao động nội của tín hiệuđó.Tín hiệu có biên độ gấp đôi không làm thay đổi trạng thái vì thế nó khôngảnh hưởng đến tín hiệu đầu ra.Trong phạm vi này PLL sẽ loại bỏ những tínhiệu 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 thểcho đủ tín hiệu đầu ra để vận hành VCO và do đó không thể bắt kịp sự thay đổicủa độ lệch.Điều này có thể thấy trong bài thực hành bằng cách giảm biên độcủa sóng mang mà không có bộ giới hạn trong mạch

 Thực hiện:

- Chỉnh Carrier Level lên Max và quan sát điểm 14 mà không có bộ giới hạntrong 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 thìCarrier Lvel cũng sẽ giảm theo trước khi xảy ra biến dạng tín hiệu bởi vìPLL khuếch đại ít hơn.Trường hợp này sẽ không xảy ra khi có bộ giới hạngắn 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 sửdụng bộ giới hạn trong mạch giúp loại bỏ sự thay đổi biên độ này ra khỏi đầuvào của PLL

Ảnh hưởng chính của nhiễu là làm cho biên độ của tín hiệu có xu hướng trởvề 0, nhưng vẫn còn 1 biên độ phù hợp của tín hiệu chạy trong PLL, biên độcủa sóng mang trong bộ giới hạn giảm dần, nhiễu ngày càng tăng lên Lượngnhiễu này sẽ làm giảm chất lượng của tín hiệu đầu ra

 Thực hiện:

- 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

- Giảm tỷ lệ SNR bằng cách giảm Carrier Level cho đến khi tín hiệu khôngthể nhận dạng được.

- Gắn bộ giới hạn vào và quan sát đầu ra của tín hiệu

- Quan sát tín hiệu tại tất cả các điểm để hiểu cách mà hệ thống hoạt động

 Nhận xét:

- Việc giới hạn tín hiệu làm tăng tỷ lệ SNR vì biên độ của nhiễu bị loại bỏ

- Việc sử dụng bộ giải điều chế bằng PLL tốt hơn so với việc sử dụng bộ giảiđiều chế bằng thiết bị so pha

1.1.3 Signal source:

1.1.3.1 Bộ tạo dao động cầu Wien cơ bản:

1) Mục đích:

Điều kiện cho sự dao động của bộ dao động cầu Wien

Sự cần thiết phải kiểm soát biên độ của bộ dao động cầu Wien

2) Bài thực hành:

a) Bài thực hành 1: Mạch dao động cầu Wien đơn giản

Trong bài thực hành này, bộ khuyếch đại hoạt động được cung cấp với mộtmạng hồi tiếp âm đơn giản, mạng này cho phép điều chỉnh độ khuyếch đại củanó trong một giới hạn hẹp

Tiếp theo, cực dương, mạng hồi tiếp gắn vào nửa cầu Wien, bao gồm R và

C mắc nối tiếp và song song nhau

Hồi tiếp dương có độ dịch pha 0 tại 1 tần số duy nhất Nó đc chỉ ra trong líthuyết rằng cả độ dịch pha 0 và 1 giá trị riêng của độ khuyêch đại đều cần thiếtđể duy trì thiết bị dao động

Bạn thấy rằng, khuếch đại quá mức làm cho thiết bị tạo dao động tiến đếngần giá trị giới hạn bằng với dao động đầu ra của bộ khuyếch đại.

Bạn cần cẩn thận khi điều chỉnh lại để nhìn sự dao động là sít sát nhau vàgiảm xuống

Cần chú ý rằng máy đo tần số có thể ở mức cao hoặc bất ổn định trước khigiảm xuống 0 Hz Đây là tính chất đặc trưng của máy đo tần số khi tín hiệugiảm tới mức nó không thể phân biệt với tiếng ồn

 Thực hiện :

R5 có thể điều chỉnh được để điều khiển độ khuếch đại biên độ

Đặt Gain Control ở mức cao nhất Nhìn vào dạng sóng tại cả 2 điểm kiểmtrên màn hình Quan sát thấy sự lặp lại thay đổi không đáng kể, có thể ngừnghoặc bắt đầu dao động

Trong bài này thực hành về máy tạo dao động cầu Wien cơ bản, bạn đã biếttại sao nếu độ khuếch đại là rất nhỏ, bên dưới giá trị yêu cầu của sự dao độngthì máy tạo dao động lại ngừng làm việc

Trong bài thực hành này,sự dao động xuất hiện trong các hệ thống hữutuyến sẽ không chỉ tăng đều hay giảm đều Một giá trị khuếch đại chính xáckhông thể đạt được do dung sai thành phần và biến thiên thành phần với nhiệtđộ và thời kỳ

Biểu đồ cho thấy hướng hồi tiếp âm được điều chỉnh bởi 1 hướng khác cóchứa 1 đôi đi-ốt đấu lưng Chúng dẫn điện không đáng kể cho đến khi điện thểqua chúng vào khoảng 0.6-0.7V Nhưng khi 1 dòng điện đã bắt đầu chạy, điệnthế sẽ chỉ tăng lên không đáng kể

Tưởng tượng rằng, với các diot không dẫn điện, hồi tiếp âm đặt độ khuếchđại cao hơn 1 chút so với cần thiết cho sự dao động Sự dao động sẽ bắt đầubuils up

Khi biên độ đạt tới 0.7V diode sẽ bắt đầu dẫn điện, tăng hồi tiếp âm Hồitiếp âm nhiều hơn xảy ra sẽ làm giảm độ khuếch đại Đây sẽ là 1 biên độ đúngcho độ khuếch đại để sự duy trì sự dao động Bất kì sự biến thiên nào của biênđộ cũng sẽ làm thay đổi độ khuếch đại dẫn đến việc fai giữ cho biên độ ổnđịnh

Trong bài này, phần cứng giống như trong thiết bị dao động cầu Wien, ngoài

ra có thêm hường hồi tiếp âm, bao gồm các điôt đấu lưng nhau

 Thực hiện :

Bắt đầu với Gain Control tại giá trị lớn nhất Nhìn các dạng sóng tại cácđiểm kiểm tra, trong khi thay đổi độ khuếch đại Quan sát cẩn thận bất kỳ sựkhác biệt nào giữa ảnh hưởng của việc điều khiển độ khuếch đại trong bài thựchành này so với bài thực hành máy tạo sóng cầu Wien cơ bản

 Nhận xét:

Biên độ tín hiệu ổn định hơn khi trong mạch có bộ ổn định, nó tăng giảm từtừ, tỷ lệ với mức điều chỉnh Gain Control

c) Bài thực hành 3: Những thay đổi từ tiêu chuẩn:

Phần thực hành này cung cấp 1 cách đơn giản để chỉ ra rằng 1 thiết bị daođộng cầu Wien có thể có sự khác biệt giữa giá trị R, C

Trong phần thực hành này, phần cứng giống như trong bài thực hành bộ ổnđịnh biên độ, ngoại trừ các giá trị R2 và R4 được gia tăng

 Thực hiện:

Điều chỉnh Gain Control để tạo ra một dao động hình sin ổn định, sau đó, sửdụng máy hiện dao động lớn, xác định độ khuếch đại của máy khuếch đại từđiểm đầu vào dương cho đến điểm đầu ra

 Nhận xét:

Ta sẽ tìm ra kết quả khác từ giá trị của điểm 3 được đưa ra trong lý thuyếtWien Bridge Oscillator Đó không phải bởi lý thuyết này không đúng mà là vìmạch không dài hơn tương ứng với các giả định của lý thuyết Wien BridgeOscillator

1.1.3.2 Bộ dao động L – C:

1) Mục đích:

Trong phần này chúng ta sẽ tìm hiểu về bộ dao động sử dụng mạch cộng hưởng(bao gồm cuộn cảm và tụ điện) để tạo tần số dao động:

- Quá trình hoạt động của bộ dao động điều chỉnh thu

- Nhân tố quyết định đến tần số của nó

- Sự ổn định tần số của bộ dao động đối với sự biến đổi các yếu tố khác

2) Cơ sở lý thuyết:

a) Thiết bị dao động LC

Sơ đồ biểu diễn 1 bộ khuếch đại Trasistor đơn giản có mạch cộng hưởngsong song, L, C như 1 tải Cuộn cảm có điện trở, được biểu diễn như r

Transistor sẽ được xem như 1 bộ đơn giản có dòng Collector phụ thuộc duynhất vào điện áp Base-Emitter với 1 độ dẫn điện tương hỗ g Cho tín hiệu điệnáp xoay chiều nhỏ, ic = g vin

Dòng này chạy trong tải, trở kháng Z được cho bởi công thức:

1/Z = jwC + 1/(r + jwL)Có thể dễ dàng được sắp xếp lại:

Z = (r + jwL) / (1 - w2LC + jwCr)Để điện áp qua tải trở thành:

-g vin (r + jwL) / (1 - w2LC + jwCr)

Điện áp tải: - g vin (r + jwL) / (1 - w2LC + jwCr)

được áp dụng cho trở kháng (r + jwL) để sinh ra 1 dòng trong L

iL = g vin / (1 - w2LC + jwCr),Pha của nó là -90 độ khi w2LC = 1

1 cuộn thứ cấp được ghép thành L, với điện cảm tương hỗ M, cuộn thứ cấpnày được cảm ứng trong nó một điện thế jwMiL

jwM g vin / (1 - w2LC + jwCr)

Khi: w2LC = 1,

Phương trình trở thành:

jwM g vin / jwCr = - (Mg/Cr) vinRõ ràng rằng, nếu Mg/Cr =-1; cuộn dây thứ cấp có thể cung cấp điện ápbazo được yêu cầu để duy trì sự dao động

Dấu trừ quan trọng khi nó được nối đến điểm khởi động của cuộn cảm L,còn bazo này phải được kết nối đến điểm kết thúc của chiều phân cực với cáimà cuộn dây hồi tiếp phải được kết nối Theo quy ước, các chiều phân cựccuộn dây được nhận ra khi khởi động và kết thúc, với cuộn cảm là giống nhaucho mỗi cuộn Giá trị của M có thể lấy làm cực dương nếu gia tăng dòng dương

ở đầu vào của 1 cuộn tạo ra ra điện áp dương tại đầu vào của cuộn dây kia.Trong trường hợp này, nếu Collector của Transistor là cuộn cảm Biểu tượng

“o” trong sơ đồ theo quy ước biểu diễn sự bắt đầu của cuộn dây

Sự phân tích khá đơn giản này bỏ qua ảnh hưởng của dòng bazơ chảy trongcuộn thứ cấp Đây là gía trị xấp xỉ chấp nhận được khi dòng khuếch đại củaTransistor lớn, và cũng có vẻ như điện dung rò không cho ra những đường dòngđiện bổ sung đáng kể

Khi dòng điện trong cuộn cảm là đáng kể, nó trở nên quan trọng để đưa vàokết quả tính toán ảnh hưởng của điện cảm rò trong cuộn thứ cấp

Transistor có 1 vài sai sót khác Dòng Collector mở rộng phụ thuộc vào điệnáp Collector- Emitter Có điện dung rò giữa C và B, tạo 1 sự ra hồi tiếp bổsung Có sự trễ do quá trình bán dẫn

1 ảnh hưởng quan trọng của những sự sai khác là: “tần số là tần số cộnghưởng không chính xác của L, C”; nhưng nó chịu ảnh hưởng bởi chỉ số rò có thểthay đổi

b) Sự tính toán điện dung phân tán

Các tần số cộng hưởng của một mạch LC được cho bởi:

w2LC = 1

do đó,

2 2

14

Cs thu về bên trái: Cs (1 - r) = C (nr - 1)

để các điện dung rò

Cs = C ( nr - 1 ) / ( 1 - r ) , tại đó r = ( fnC / fC )2

3) Bài thực hành:

a) Bài thực hành 1: Bộ dao động điều chỉnh thu

Bài thực hành này giới thiệu thiết bị dao động cộng hưởng LC, sau phầnnày, bạn sẽ hiểu:

+ Hồi tiếp thế nào để tạo ra dao động

+ Làm thế nào sự xuất hiện của mạch cộng hưởng điều chỉnh tần số vàđảm bảo rằng dao động sẽ xấp xỉ hình sin

+ Làm thế nào điện dung rò ảnh hưởng đến sự cộng hưởng

Biểu đồ cho thấy một Ampliter Transistor có một mạch điều chỉnh songsong như 1 khối R1, C1 và C2 có mặt chỉ vì mục đích cho sự khử méo

Nếu một điện áp xoay chiều tín hiệu đã được áp dụng cho phần Base củaTransistor, một phiên bản khuếch đại tín hiệu đó sẽ xuất hiện ở các bộ thu.Khuếch đại tối đa sẽ xảy ra khi tần số của tín hiệu ngang bằng với tần số cộnghưởng của mạch điều chỉnh

Luôn có một lượng nhỏ tiếng ồn hiện trong mạch bất kỳ, phân bố trên tất cảcác tần số Tiếng ồn ở tần số cộng hưởng của L và C dựng lên một điện áp trên

L Dòng trong độ trễ L có điện áp khoảng 90 độ

Cuộn thứ cấp được ghép thành L, và điều này đã gây ra trong nó một điệnáp dẫn dòng 90 độ, do đó, nó cùng pha với điện áp trên LC

Bộ khuếch đại các tín hiệu đảo ngược ở tần số cộng hưởng - trong khi đótransistor base tích cực dương, Collector tích cực âm Do đó để tạo dao động,cuộn thứ cấp phải được đảo ngược so với L, cuộn dây sơ cấp, khi được biểudiễn bởi biểu tượng “o” màu bằng các cuộn dây

Lưu ý rằng hầu hết các cuộc thảo luận đề cập về những gì xảy ra ở tần sốcộng hưởng Ở tần số khác, không chỉ là giảm được vòng lặp, mà pha của nócòn thay đổi khá nhanh với tần số Khi pha đúng là cần thiết để duy trì daođộng, không dao động nào có thể được tạo ra tại các tần số cộng hưởng xa

 Thực hiện:

Quan sát ảnh hưởng của các thiết bị chuyển mạch: khi đặt khóa đóng hoặcmở ( trong mạch có 1 hay 2 tụ hoạt động)