đồ án thiết kế máy phát FM đại học công nghiệp hà nội

hệ thống thông tin Một hệ thống thông tin bao gồm : máy phát máy thu và môi trường truyền sóng .Trong đó máy phát là một thiết bị phát ra tín hiệu dưới dạng sóng điện từ được điều chế

PHẦN 1 : LÝ THUYẾT

phát thu

H. hệ thống thông tin

Một hệ thống thông tin bao gồm : máy phát máy thu và môi trường truyền sóng Trong đó máy phát là một thiết bị phát ra tín hiệu dưới dạng sóng điện từ được điều chế dưới dạng một hình thức nào đó

Sóng điện từ còn gọi là sóng mang hay tải tin làm nhiệm vụ chuyển tải thông tin cần phát tới một điểm thu Thông tin này được gắn với tải tin bằng hình thức điều chế thích hợp.máy phát phải phát đi công suất đủ lớn để cung cấp các tạp âm (S/N)đủ lớn cho máy thu Máy phát phải sử dụng sự điều chế chính xác để bảo vệ các thông tin được phát đi không bị biến dạng quá mức , ngoài ra các tần số hoạt động của máy phát được chọn căn cứ vào các kênh và vùng phủ sóng theo qui định của hiệp hội thông tin quốc tế.Các tần số trung tâm sóng mang của máy phải có độ ổn định tần số cao do đó một số chỉ tiêu kỷ thuật của máy phát là

 Công suất ra của máy phát

 Độ ổn định tần số :  /f0 =10 3 10 7

 Chỉ số điều chế AM (mAM ) và chỉ số điều tần FM (m j )

 Dải tần số điều chế ……

2 Phân loại máy phát

2.1/ Theo công dụng :

Máy phát thông tin ,máy phát chương trình ,và máy phát ứng dụng

2.2/ Theo tần số

 Phát thanh :

 3  30 KHz  (100 Km  10 Km) : đài phát sóng cực dài:VLW

30  300 Khz  (10 Km  1 Km) : đài phát sóng dài :LW

300  3000 Khz  (1Km  100m) : đài phát sóng trung : MW

3  30 Mhz  (100m  10m) : đài phát sóng ngắn :SW

 Phát hình :

30  300 MHz (10m  1m): đài phát sóng mét

300  3000 MHz  (1m  0.1m) : đài phát sóng dm

 Thông tin vi ba rada :

 3  30 Ghz  (0.1m  0.01 m) : đài phát sóng cm

 30  300 Ghz  (0.01m  0.001m) :đài phát sóng mm

2.2/ Theo phương pháp điều chế

 Máy Phát điều biên AM

 Máy phát đơn biên SSB

 Máy phát điếu tần (FM) và máy phát điều tần âm thanh nổi (FM stereo)

Ngày nay máy phát đa số được nghiên cứu để ứng dụng tất cả vào các loại máy phát thông tin số ,phát thanh số , phát hình số v.v…

2.3/ Theo công suất nhỏ

 Máy phát công suất nhỏ P ra < 100 W

 Máy phát công suất trung bình 100 W  P ra

 10 KW  Máy phát công suất lớn 10 KW  P ra <1000 W

 Máy phát công suất cực lớn P ra

 1000 KW Ngày nay các máy phát P ra nhỏ và trung bình người ta có thể sử dụng hoàn toàn bằng Transitor , còn các máy phát có P ra lớn và cực lớn vẩn phải dùng các đèn điện tử đặt biệt

Có rất nhiều cách phân loại máy phát nhưng trong chương trình này chúng ta đặt biệt quan tâm đến cách phân loại theo phương pháp điều chế vì nó lịên quan đến thiết kế mạch và cả dạng tin tức cần phát đi

3.Giới thiệu về máy phát

Một chiếc radio đơân giản ta có thể tìm thấy chúng trong mọi gia đình nhờ nó ta có thể biết được nhiều thông tin hữu ích như: kinh tế ,văn hoá chính trị

Nhưng có khi nào chúng ta tự hỏi tại sao nó lai làm được như vậy ?

Những thanh ghi nào là AM, FM ,thực sự nó có tác dụng như thế nào

Vâng rất nhiều vấn đề phải được tính toán , để cho ra một chiếc radio kia that sự hửu dụng

Với góc độ những người phụ trách vê mặt kỷ thuật chúng ta phải tìm cách để đưa được nhửng thông tin có giá trị với độ trung thực cao đến người sử dụng

Trong phạm vi đồ án 02 này ta sẻ nghiên cứu hoạt động và đi vào thiết kế một máyphát nhỏ trong dảy băng tầng FM

Để có thể bức xạ tín hiệu ra không gian người ta dùng một anten mà nó có thể so sánh được với bước sóng của tín hiệu mà nó cần bức xạ điều này thật không đơn giản

Vì thực tế dảy tần âm thanh của con người là từ (20 hez  20 Khz) nên bước sóng sẻ rất dài ,không thể thiết kế như vậy được ,nên người ta nghỉ cách là làm thế nào để nâng tần số này lên mà vẩn có thể giử nguên được giá trị của thông tin muốn truyền đạt Từ đó kỷ thuật AM ra đời Vậy kỷ thuật AM là gì ?

Với kỷ thuật AM (Amplitude Modulation) tín hiệu điều biên người ta sử dụng một tần số cao (ở dảy tần Mhz) làm tín hiệu bức xạ (sóng mang) trong khi đó tín hiệu mà ta cần truyền sẻ là biên độ của tín hiệu sóng mang ,nó có giá trị lớn ,nhỏ tuỳ theo giá trị củatin tức Tuy nhiên do tín hiệu cần truyền là biên độ nên nó dể dàng bị nhiểu khi phải đi qua một khoảng cách xa Từ đó kỷ thuật FM ra đời

Tín hiệu FM (Frequence Modulation) ;hay còn gọi là tín hiệu điều tần

Khác với điều biên tin tức điều tần là làm biến đổi tần số của sóng mang nhanh hoặc chậm là tuỳ thuộc vào tuỳ thuộc vào sự biến đổi tần số của tín hiệu tin tức

Mạch dao động cao tần tạo ra dảy tần số cao để cho antenna có thể dể dàng bức xạ thành sóng điện từ ra không gian ,tuy nhiên nếu ta tạo ra tần số cao tần ngỏ ra trực tiếp từkhối tạo dao động thì tần số tao ra sẻ kém ổn định Để khắc phục nhược điểm này ,người

ta tạo ra sóng cao tần có tần số thấp hơn tần số ngỏ ra có độ ổn định tốt rồi dùng một bộ nhân tần để đưa tần số đó lên đúng tần só phát sau khi đã được nhân tần ,nếu biên độ tín hiệu vẩn chưa đủ lớn để làm cho antenna bức xạ được nên ta dùng bộ khuếch đại công suất cao tần đưa biên độ tín hiệu lớn lên Công suất ngỏ ra của khối này sẻ làm cho biên độ của tín hiệu phát đi đủ lớn và dể dàng bức xạ thành sóng điện từ

B SƠ ĐỒ KHỐI MÁY PHÁT FM

Âm tần

micro

Nguồn cung cấp

1.Khối tiền khuếch đại âm tần

Đối với máy phát điều tần thì yêu cầu điện áp âm tần không lớn lắm ,nên tín hiệu âm tần từ micro chỉ cần đưa qua một bộ tiền khuếch đại âm tần rồi đưa tới bộ chủ sóng

2 Khối chủ sóng

Có nhiệm vụ tạo ra dao động cao tần (sóng mang) có biên độ và tần số ổn định ,có tầm biến dổi tần số rộng muống vậy ta phải dùng mạch dao động LC kết hợp với mạch tự động điều chỉnh tần số (AFC)

3 Khối tiền khuếch đại công suất cao tần

Có thể dùng để nhân tần hoặc khuếch đại dao động cao tần dean mức cần thiết để kích thích tần công suất làm việc Nó còn có nhiệm vụ đệm ,làm giảm ảnh hưởng của cáctần sau đến độ ổn định của các khối chủ sóng Vì vậy khối tiền khuếch đại CT có thể có nhiều tần :tầng đệm , tầng nhân tần và tần tiền khuếch đại cao tần

4 Khối khuếch đại công suất cao tần :

Có nhiệm vụ tạo ra công suất cần thiếy theo yêu cầu công suất ra Pra của máy phát Công suất ra yêu cầu càng lớn thì tầng khuếch đại trong khối KDCSCT càng nhiều

7 Nguồn cung cấp :

Nguồn cung cấp điện áp thường phải có công suất lớn dể cung cấp cho Transistor công suất hoặc đèn điện tư û

PHẦN

2 :TÍNH TOÁN

1 TẦNG KHUẾCH ĐẠI

CÔNG SUẤT CAO TẦN.

Chọn transistor 2SC2685 với các thông số kỷ thuật sau :

2000 6

=40 Mhz

Với bộ nhân tần là nhân 4 nên f0= 100 Mhz

nên 0,3.f = 12 Mhz < f0=100Mhz  3.f = 120Mhz vậy mạch làm việc ở tần số trung bình

hiệu suất mạch lọc đầu ra:  0=0,75

nên ta có công suất trước khi vào bộ lọc là P,

=





80 cos 180

80 80 sin 

80

=





100 cos 180

100 100 sin 

100

65

0 X C

 = 2.1018.19,4 = 82 pFChọn C66 = 82 pF

2,25

4 ,

= 1,4.500.,2586.103 = 2,1 

 Trở kháng vào :

0 ,*

IEc= Zn = r,

be // Z IEC = 0 2

,

)(1

1 , 2

VBB =

62 61

61

R R

R

 VCC 

62 61

61

R R

2.TẦNG TIỀN KHUẾCH ĐẠI CÔNG SUẤT CAO TẦN

 Mạch tiền khuếch đại cao tầng này hoạt động ở chế độ phân cực lớp A,nên ta chọn hệ số sử dụng điện áp là :  = 0,4

Icm1 = 6,6 mA phải nhỏ hơn ICmax

Nên ta chọn Transistor Q5 là 2SC 3037 với các thông số sau

5000 6

=62,5 Mhz

với bộ nhân tần là nhân 4 nên f0= 100 Mhz

nên 0,3.f = 18,5 Mhz < f0=100Mhz  3.f = 187,5Mhz Vậy mạch làm việc ở tần số trung bình

|

|. = 2

0 1

100 1

5 , 62

10 22



 = 0,35 = 350 0

 Chọn VR53 = 0,3VCC

 R53 =10.10 3

10.3,0

 = 330   Chọn R53 = 330 

 = 4400 Chọn R51 = 4,7 K 

1

C

X f

33.10.2

2

1

C

X f

470.10 2

61

0 2

1

C

X f

18.10 2

 C62=

62

0 2

1

C

X f

r,

be =

0

10.65,6.40

)]

(.1

.[

1

1 , ,

= 19,2 pF

 Trở kháng vào :

0 ,*

100 ( 1

1

C

X f

14

10.2

Ta dùng hai bộ nhân 2 :

Chọn Transistor 2SC 1924 cho Q3, Q4 với các thông số kỷ thuật ban đầu là

90

sin  =



1

 TẦNG NHÂN TÂN TẦN VỚI Q4

Hệ số ghép biến áp là :

2

2 Q

R td

100.10.25.2.2

10.9,8

6 3

212 , 0

= 3,77 K

 Lb=

0 0

10.77,3

6 3

10 9 , 0

10 25 30 4 , 1



 = 1,72 K

Điện áp đầu vào :

 TẦNG NHÂN TẦN SAU Q3

Hệ số ghép biến áp của tân nhân 2 sau :

2 Q

R td

100.10.25.2.2

10.46

6 3

212 , 0

= 19,5 K

 Lb=

0 0

10.5,19

6 3

10 0173 , 0

10 25 30 4 , 1



 = 9,1 K

Điện áp đầu vào :

 Cuộn dây biến áp : chọn L = 1  H

Tụ C34 lọc âm tần xuống mass : chọn C34 = 10 F

Tụ C35 lọc cao tần xuống mass : chọn C35= 0,1 F

4 TẦNG ĐỆM VÀ HẠN BIÊN TÍN HIỆU

Chọn Transistor 2SC 1924 cho Q2 với các thông số kỷ thuật ban đầu là:

VCE = 20 v

3000 6

= 100 Mhz

Tại đây f0 =25 Mhz  0,3 f = 33,3 Mhz > f0 = 25 MhzVậy mạch làm việc ở tần số thấp

 Chọn mạch làm việc ở chế độ phân cực lớp A

V

21 22

7,0

7,010

3 30 = 55,77 K Chọn R21 = 56 k 

C21 Tụ ngăn dòng DC chọn C21 = 0,1 F

2 Diode D1,D2 làm nhiệm vụ ổn áp tạo điện áp ra là  0,7 V Chọn D1,D2 là :2N1N4148

 Mạch tương đương trạng thái AC :

10.25.30.4,1

V

V R31  D  Bm1  0 , 7  0 , 57  0 , 13

10 166 , 0

13 , 0 3 3

10

1 ,

be

r

Chọn Transistor hoạt động ở chế độ lớp A

 Phân cực DC cho Transistor :

Chọn I C0 = 3 mA

Chọn R13 = 1 K

 VR13 = R13 I C0 = 103 3.10 3 = 3 VSuyra VCEQ = VCC - VR13 = 10 – 3 = 7 V

CC

V V

V



= 3000 1010 3,7 = 4760  Chọn R11 = 4,7 K

R12 = Rb

BB

CC

V V

= 3000 310,7 = 8108 

R R

 Thiết kế mạch dao động :

Đây mạch dao động 3 điểm điện dung nên thoả mản điều kiện cân bằng pha vì : X

14 1

3000 6

= 100 Mhz

Tại đây f0 =25 Mhz  0,3 f = 33,3 Mhz > f0 = 25 Mhz

Vậy mạch làm việc ở tần số thấp Nên chọn n = 0,01

Hệ số hồi tiếp :  =

L10 ngăn tín hiệu cao tần đỗ vào Transistor : Chọn L10 = 5  H

0 4 25 10 5.10

1

111

2

1 2 1

C C C

C V

0

3 11

10 25 4

,

1

C

fe e

I

h h



10.3

10.25.30.4,1

350//

10.5,78.99.0.(

350

30)//

2 11 2

td e

e

Điều kiện dao động :

|A|.| | = 6543 0,01 = 64,53 > 1

Vậy mạch thoả mản diều kiện dao động

 Thiết kế mạch điều tần sử dụng varicap

Chọn Varicap FMM105G với các thông số kỷ thuật sau :

1 , 8 15 (

10 1 , 8 15

C C

= 17,6 pF Chọn  = 0,7

10 ).

15 6 , 17 (

10 ).

6 , 17 ( 10 25 4

1 ) (

) (

1 16

C V

V n

pc

6 , 17 10 25

6 , 32 7 , 6 4 10 75

1 16

1 16

1

10 45 , 9

10 16 , 8 10 6 , 17

C C

C C

= 15,22 pF

12 12

2 16

2 16

10 54 , 9

10 06 , 8 10 6 , 17

C C

Hệ số của mạch khuếch đại Micro : AV = 49

V

Nên chỉ cần mắc 1 tầng khuếch đại micro

Chọn Transistor Q,Q là transistor loại C535 với các thông số kỷ thuật :

2 3 7

33 , 5 10

3 7

7 7

7       

CQ

E CEQ CC

V V V

K

Chọn RC7= 2,7 K 

10 1

6 , 2 10

CQ

C CC C

o

I

V V R

 VRf V E7  (V E8 V BE8)= 2 – 1,2 = 0,8 V

 35

10 3 8

8 , 0 3 8

1 0

R

270.10.2

1 7

1  E  

100.10.2

1

3 1

h

CQ

fe ie

1

35 25 4 , 1

=27.103//24480 = 12,84 K

ZC01Z In Chọn Z 1 , 284

10

84 , 12 10

1

3 01

V V

V

f I S

A

0

0 0

0 0

0

.

.

.

V I I

I V I

I V f

I

I V S

Vf

A V b V

V A V

b V

V A V

V

V A

1

8

8 0

Vf

R R

R R V

b

A

 RP = 26,8.680 – 680 = 17,54 K

1

3 2

Chọn C2 = 0,1 F