KỸ THUẬT TRUYỀN THANH

Mạch tự động điều chỉnh tần số máy thu thanh điều tần 104 CHƯƠNG IX: KỸ THUẬT TRUYỀN MỘT DẢI BIÊN VÀ HAI DẢI BIÊN ĐỘC LẬP III.. Máy thu: Do tín hiệu âm tần đã được xử lý qua mạch điều bi

NGUYỄN XUÂN KHAI

Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật

- 1998 –

MỤC LỤC

A B

+ -

C

D

Cr Cd

R Rd

CHƯƠNG I: KHÁI NIỆM VỀ KỸ THUẬT TRUYỀN THANH

5 Khối khuếch đại công suất âm tần và khối khuếch đại âm tần 3

CHƯƠNG II: SÓNG MANG TIN – MÔI TRƯỜNG VÀ ĐƯỜNG TRUYỀN SÓNG

I Các dải sóng, định danh, đặc tính truyền và qui định sử dụng 5

CHƯƠNG III: ĐIỀU BIẾN VÀ GIẢI ĐIỀU BIẾN

3 Sự phân bố công suất trong sóng đã điều biến 15

4 Trường hợp tín hiệu điều biến là tín hiệu phức tạp 15

2 Mạch điều biến mức cao 21

2 Quan hệ giữa kỹ thuật điều biến tần số với điều biến pha 25

3 Dải thông của mạch khuếch đại sóng điều biến góc 28

5 Ảnh hưởng của tạp âm đối với sóng điều biến góc 29

CHƯƠNG IV: MẠCH KHUẾCH ĐẠI TẦN SỐ CAO

III Mạch khuếch đại điều hợp đơn ghép nhiều tầng 45

V Mạch khuếch đại dùng bộ lọc tinh thể hoặc cơ khí 49

CHƯƠNG V: MẠCH KHUẾCH ĐẠI ÂM TẦN

I Đáp ứng tần số của mạch khuếch đại ở tần số phía cao dải âm tần 59

II Đáp ứng tần số của mạch khuếch đại ở tần số phía dải âm tần 61

III Đáp ứng tần số của nhiều tầng khuếch đại ghép liên tiếp nhau 65

IV Tác dụng của mạch hồi tiếp âm đối với dải tần làm việc của mạch khuếch đại 66

2 Tác dụng của mạch hồi tiếp với độ lợi và dải thông của mạch khuếch đại 67

3 Tình trạng mất ổn định của mạch khuếch đại có hồi tiếp âm 69

2 Các cấu hình mạch khuếch đại công suất thường gặp 73

CHƯƠNG VI: MẠCH DAO ĐỘNG, PHÁT TÍN HIỆU VÀ TỔNG HỢP TẦN SỐ

II Vi mạch dao động qui mô lớn phát dạng sóng chuẩn 85

1 Mạch tổng hợp tần số nhiều tinh thể thạch anh 88

2 Mạch tổng hợp tần số một tinh thể thạch anh 89

CHƯƠNG VII: MẠCH ĐỔI TẦN

III Một số mạch đổi tần dùng mạch dao động dùng trong máy thu thanh 94

CHƯƠNG VIII: MÁY PHÁT, THU VÔ TUYẾN TRUYỀN THANH

I Cấu hình máy phát vô tuyến truyền thanh sóng điều biên 99

V Mạch tự động điều chỉnh độ lợi máy thu thanh điều biên 102

VI Mạch tự động điều chỉnh tần số máy thu thanh điều tần 104

CHƯƠNG IX: KỸ THUẬT TRUYỀN MỘT DẢI BIÊN VÀ HAI DẢI BIÊN ĐỘC LẬP

III Máy thu sóng đơn biên và song biên độc lập 107

CHƯƠNG X: KỸ THUẬT TRUYỀN ÂM THANH LẬP THỂ BẰNG SÓNG ĐIỀU TẦN

CHƯƠNG XI: KỸ THUẬT GHÉP KÊNH

1 Kỹ thuật ghép kênh phân chia thời gian đồng bộ 115

2 Kỹ thuật ghép kênh phân chia thời gian không đồng bộ 116

CHƯƠNG I

KHÁI NIỆM VỀ KỸ THUẬT TRUYỀN THANH

Bài này giới thiệu sơ lược toàn bộ một hệ thống truyền thanh cơ bản Qua đó, sinh viên làm quen được từng bước các quá trình xử lý tín hiệu âm thanh nói riêng và tin tức hay dữ liệu nói chung từ nguồn đến đối tượng nhận Từ đó có một số vốn thuật ngữ để hiểu được dễ dàng hơn những vấn đề phức tạp hơn ở bài sau

Về bản chất, kỹ thuật truyền thanh hay kỹ thuật truyền tin hay dữ liệu, nói tổng quát hơn là kỹ thuật xử lý âm thanh, tin hay dữ liệu trước khi phát, kỹ thuật phát và kỹ thuật thu và xử lý sau khi thu bằng các thiết bị có mạch điện tử

Sau đây là sơ đồ khối một hệ thống truyền tin từ nguồn đến đối tượng nhận

H I-1Hệ thống sẽ được trình bày sơ lược từ nguồn tin đến đối tượng nhận tin

I Nguồn tin và tín hiệu:

Nguồn tin tức hay nguồn thông tin, dữ liệu nói chung và âm thanh nói riêng, cho môn học này, cần được đưa vào bộ phận chuyển đổi ra tín hiệu được gọi là tín hiệu gốc hay tín hiệu nền, trường hợp âm thanh thì bộ phận chuyển đổi là micro kèm theo phần khuếch đại cho ra tín hiệu âm tần

Tín hiệu là hiện tượng thay đổi vật lý mang nội dung tin tức

Nếu hiện tượng thay đổi vật lý mang tin diễn biến liên tục theo thời gian thì tín hiệu được gọi là tín hiệu tương tự Tín hiệu âm tần là điện áp hay dòng điện biến thiên liên tục theo thời gian

Nếu hiện tượng biểu hiện không liên tục như tín hiệu Morse thì đó là tín hiệu rời rạc chỉ có khả năng mang được một tập nội dung có hạn định như các ký tự từ A, B đến Z, các số từ 0 đến 9, các dấu chấm, dấu phẩy

Muốn mang được một số nội dung hạn định, tín hiệu rời rạc phải được lập ra theo qui ước mà người hay tín hiệu phát lẫn thu đều biết, đó là mã thông tin như mã Morse, Baudot, ASCII Như vậy, tín hiệu phát phải qua quá trình mã hóa trước khi phát và khi thu được phải qua quá trình giải mã Lưu ý rằng quá trình mã hóa và giải mã xưa kia do người phát và người nhận tin phụ trách, giờ đây do mạch mã hóa ở máy phát và mạch giải mã ở máy thu làm việc Sau đây là các tín hiệu âm tần gặp trong kỹ thuật truyền thanh:

- Tín hiệu điện thoại hay tín hiệu tiếng nói trong dải tần từ (300 ÷ 3400)Hz

- Tín hiệu âm tần từ dải vô tuyến phát thanh quảng bá hay từ máy thu vô tuyến điều biên (AM) trong dải tần từ (100 ÷ 5000)Hz

- Tín hiệu âm tần từ đài phát thanh vô tuyến quảng bá hay từ máy thu vô tuyến điều tần (FM) trong dải tần từ (50 ÷ 15000)Hz

Sợi quang

Môi trường truyền

Dây dẫn

- Tín hiệu âm tần từ máy hát đĩa Compact trong dải tần từ (50 ÷ 20000)Hz.

II Máy phát:

Cấu tạo của máy phát phụ thuộc vào đặc tính truyền dẫn của môi trường và bản chất của tín hiệu Trước khi thiết kế máy phát, ta phải biết bản chất của tín hiệu gốc là gì, tín hiệu này có truyền qua môi trường được không Lấy một thí dụ, nếu tín hiệu gốc là tín hiệu âm tần từ một máy tăng âm 100W có tổng trở ra loa là 8Ω, môi trường truyền là một đôi dây dẫn đường kính khá lớn Như vậy, sau khi biết được bản chất của tín hiệu là tín hiệu âm tần công suất 100W phát từ máy tăng âm có tổng trở ra là 8Ω, môi trường truyền lại là một đôi dây dẫn điện có tổng trở rất thấp Như vậy, hẳn các độc giả cho dù chưa được học qua kỹ thuật truyền thanh này cũng biết và đồng tình quyết định là dùng máy tăng âm làm máy phát Tuy nhiên, nếu môi trường truyền là không gian thì mọi độc giả đều biết rằng máy tăng âm 100W này không thể dùng làm máy phát vì không gian không truyền được tín hiệu âm tần mà chỉ truyền sóng cao tần Nếu môi trường truyền là một sợi quang thì sợi cũng không truyền được dòng điện âm tần mà chỉ truyền được ánh sáng.Như vậy, cấu tạo máy phát vô tuyến truyền thanh phải theo sơ đồ khối sau:

H.I-2

1 Nguồn sóng cao tần:

Môi trường truyền thanh là không gian truyền được sóng điện từ là sóng cao tần Máy phát phải có nguồn sóng cao tần có tần số không được thay đổi 20Hz hay cao hơn hay thấp hơn tần số phát sóng cho phép Do vậy, nguồn sóng cao tần là một mạch dao động thạch anh được cách ly với phần còn lại của máy phát về từ trường, điện trường và nhiệt độ, làm việcở nhiệt độ ổn định từ (40 ÷ 50)oC gọi là mạch dao động chủ Ngày nay mạch dao động chủ được thay bằng mạch tổng hợp tần số có ưu điểm là tần số ổn định mà lại có thể thay đổi tần số phát trong dải phát sóng qui định với tần số được cho phép

2 Khối cách ly:

Khối này có chức năng cách ly nguồn sóng cao tần với phần còn lại của may phát về ảnh hưởng của phụ tải là khối khuếch đại trung gian làm cho tần số của nguồn mất ổn định Để khả năng cách ly được tốt hơn, khối này thường nhân đôi hay nhân ba tần số nguồn sóng, do vậy cũng được gọi là khối nhân tần số

3 Khối khuếch đại trung gian:

Là khối có chức năng của khối tiền khuếch đại, tăng biên độ sóng cao tần ở mức đủ kéo phần khuếch đại công suất cao tần ở khối điều biến

4 Khối điều biến:

Thí dụ nêu ra ở đây là máy phát điều biến có mạch điều biến ở mức biên độ sóng cao nên khối điều biến là khối sau cùng trong máy phát Khối này có chức năng tạo ra

Nguồn

sóng cao

tần

Khối cách ly

Khuếch đạitrung gian

Khốiđiềubiến

Mạch dung hợp

phátsóngKhuếch đại

âm tần Khuếch đại công suất âm tầnÂm thanh

Micro

một sóng cao tần có mang nội dung tin tức, với loại sóng này ta mới truyền được tin tức qua môi trường không gian bằng sóng điện từ.

5 Khối khuếch đại công suất âm tần và khối khuếch đại âm tần:

Cả hai khối đều khuếch đại tín hiệu âm tần Khối khuếch đại tín hiệu âm tần cho có đủ biên độ kéo khối khuếch đại công suất âm tần vì khối điều biến mức cao cần tín hiệu âm tần công suất lớn Như vậy qua sơ đồ khối máy phát, chúng ta đã biết phải nghiên cứu các nội dung gì khi tiếp cận kỹ thuật phát thanh

III Máy thu:

Do tín hiệu âm tần đã được xử lý qua mạch điều biến để có sóng cao tần mang tin truyền qua không gian nên sóng mang tin phải được xử lý ở máy thu bằng nhiều phương pháp Sau đây là sơ đồ khối các loại máy thu từ máy thu cũ đến máy hiện đại

1 Máy thu trực tiếp:

Đây là loại máy phẩm chất kém nhất

H I-3Anten thu nhiều sóng, mạch thu sóng còn được gọi là mạch điều hợp, thực chất là mạch cộng hưởng ở tần số sóng cần thu Sóng được đưa vào mạch giải điều biến để tách tín hiệu gốc là tín hiệu âm tần ra khỏi sóng cao tần mang tin Tín hiệu âm tần được đưa vào ống nghe có công suất rất thấp, chỉ cần tín hiệu công suất vài miliwatt là có thể nghe được Loại máy này trước là máy của người có thu nhập thấp muốn nghe đài vô tuyến truyền thanh, ngày nay là loại máy mà học sinh phổ thông làm bài thực tập sơ đẳng về máy thu hoặc là đồ chơi của thiếu nhi

2 Máy thu khuếch đại trực tiếp:

Sơ đồ máy thu như sau:

H I-4Nguyên lý mạch thu sóng đã nói ở phần trên Mạch khuếch đại cao tần khuếch đại tức là tăng biên độ sóng cao tần trước khi đưa vào mạch giải điều biến đã nói ở phần trên Mạch khuếch đại âm tần là mạch tăng âm để có đủ công suất đưa vào loa

Máy thu khuếch đại trực tiếp được sử dụng phổ biến vào khoảng trước năm 1910, có phẩm chất đạt yêu cầu để thu các đài phát thanh địa phương phát sóng dài (châu Âu) và sóng trung (châu Mỹ, Á), không đạt yêu cầu ở sóng ngắn phát từ các đài ở xa

3 Máy thu đổi tần số:

Là loại hiện nay vẫn còn được sử dụng phổ biến Sơ đồ khối của máy như sau:

Anten

thu

sóng

Mạchthu sóng Mạch giảiđiều biến Ống nghe

Anten

thu

sóng

Mạch thu sóng

Mạch khuếch đại cao tần

Mạch giải điều biến

Mạch khuếch đại âm tần

Loa

Mạch thu sóng

Mạch khuếch đại

cao tần

Mạch trộn sóng

Mạch dao động

Mạch khuếch đại trung tần

Mạch giải điều biến

Mạch khuếch đại âm tần

Loa

Anten

thu

sóng

H I-5Mạch thu sóng, mạch khuếch đại trung tần đã được giới thiệu ở phần trên Mạch dao động tạo ra sóng cao tần trộn với sóng cao tần có mang tin từ mạch khuếch đại cao tần tại mạch trộn sóng phi tuyến để có sóng tần số trung gian thấp hơn và mang cùng nội dung tin Sóng tần số trung gian lại được khuếch đại ở mạch khuếch đại trung tần rồi đưa đến mạch giải điều biến thu hồi tín hiệu gốc Tín hiệu gốc được khuếch đại ở mạch khuếch đại âm tần để có đủ công suất cho loa Máy thu loại này có phẩm chất đồng đều và đạt yêu cầu đối với mọi dải sóng từ đài gần lẫn đài ở xa.

Sau khi được giới thiệu qua máy thu, độc giả đã biết được các nội dung cần tham khảo khi tiếp cận kỹ thuật thu thanh qua sóng cao tần

Phần sóng mang tin và môi trường truyền sẽ được giới thiệu ở bài sau

IV Các phương thức truyền tin:

Một hệ thống truyền tin có thể được thiết kế để truyền một chiều từ nguồn tin đến đối tượng nhận theo phương thức gọi là truyền một chiều hay truyền đơn công Hệ thống cũng được thiết kế để truyền hai chiều, truyền từ người phát đến người nhận đồng thời người nhận lại truyền được cho người phát như nói chuyện trực tiếp với nhau, đó là phương thức truyền song công hay truyền đồng thời hai chiều Hệ thống cũng được thiết kế để người phát truyền cho người nhận rồi sau đó người nhận mới truyền lại cho người phát, hai người không truyền cho nhau đồng thời mà phải truyền luân phiên nhau, đó là phương thức truyền bán song công hay truyền hai chiều luân phiên Cũng có hệ thống nhiều người có thể đồng thời trao đổi tin tức cho nhau, đó là phương thức truyền đa công,

đa chiều hay hội nghị

Đài phát vô tuyến truyền thanh truyền một chiều, hai người nói chuyện với nhau qua máy điện thoại truyền hai chiều, hai máy bộ đàm vô tuyến chỉ liên lạc được luân phiên nhau

CHƯƠNG II

SÓNG MANG TIN - MÔI TRƯỜNG VÀ ĐƯỜNG TRUYỀN SÓNG

Phổ tần sóng mang truyền đươc qua không gian rất rộng, điều kiện truyền sóng phụ thuộc rất nhiều vào tần số Về lý thuyết, mọi tần số sóng đều có thể là sóng mang tin Nếu có thể chế tạo được anten phát xạ sóng điện từ có chiều dài phù hợp để tạo được sóng đứng Vậy tần số sóng thấp nhất là tần số chúng ta có khả năng thực hiện được một anten dài nhất ứng với bước sóng Tần số cao nhất không phụ thuộc vào khả năng chế tạo

anten ngắn nhất nhưng lại phụ thuộc vào công nghệ và kỹ thuật cao tần Phổ sóng điện từ tuy rất rộng nhưng phổ sóng truyền tin chỉ ở trong khoảng 3KHz ÷ 40GHz.

Để sử dụng được phổ sóng có hiệu quả nhất và cũng vì lý do chính trị, an ninh, với mỗi nước cần phải có cơ quan chuyên trách việc quản lý việc sử dụng phổ sóng Về tổ

chức quốc tế có hai ủy hội là CCITT (Consultative Committee in International Telegraphy and Telephony) có trách nhiệm tư vấn về điện tín và điện thoại, ủy hội thứ hai là CCIR (Consultative Committee in International Radio Communication) có trách

nhiệm tư vấn về vô tuyến viễn thông quốc tế, hai cơ quan này làm việc dưới sự bảo trợ của Hội đồng Kinh tế và Xã hội Liên Hiệp Quốc Mỗi nước có chủ quyền cũng đều có

một cơ quan quản lý việc sử dụng sóng như cơ quan FCC (Federal Communication Commission), các ủy hội quốc tế này đã phân các dải tần, chỉ định tên gọi và tùy thuộc

đặc tính truyền, qui định sử dụng từng dải để thiết lập trật tự sử dụng và phát sóng cho cộng đồng thế giới Các quốc gia cũng có ủy hội phân bố dải tần, chỉ định tên gọi và qui định công dụng sử dụng riêng cho mình những điều qui định quốc tế không nói đến

Sau đây là các dải sóng đã được phân chia, định danh theo tiếng Anh phiên dịch qua tiếng Việt, đặc tính truyền và công dụng theo qui định của các ủy hội tư vấn quốc tế vừa nói trên

I Các dải sóng, định danh, đặc tính truyền và qui định sử dụng:

1 Dải từ (3 ÷ 30)KHz :

- Định danh: Very Low Frequency (VLF) - Tần số rất thấp.

- Đặc tính truyền: Truyền sóng đất tức là sóng truyền theo đường gần mặt đất, sóng

ít bị suy giảm vào ban ngày cũng như ban đêm, bị can nhiều khí quyển (H II-1)

- Ứng dụng: Thông tin hàng hải, thông tin giữa các tiềm thủy đĩnh và giữa tiềm thủy đĩnh với căn cứ

H II-1

2 Dải từ (30 ÷ 300)KHz :

- Định danh: Low Frequency (LF); Long Wave (LW) - Tần số thấp, sóng dài.

- Đặc tính truyền: như dải trên nhưng độ tin cậy cao hơn, bị suy giảm vào ban ngày nhiều hơn ban đêm

- Công dụng: Thông tin hàng hải và đạo hàng (đi biển), pha vô tuyến (đài định vị vô tuyến)

- Công dụng: Thông tin hàng hải, vô tuyến tầm phương, phát tin khẩn cấp, phát

thanh vô tuyến điều biên (AM : Amplitude Modulation, BC : Broad Cast Band).

4 Dải từ (3 ÷ 30)MHz :

Quả đất

Anten

Đường truyền sóng đất

- Định danh: High Frequency (HF), Short Wave (SW) - Tần số cao, sóng ngắn.

- Đặc tính truyền: Có hiện tượng khúc xạ và phản xạ ở tầng điện ly của khí quyển, hiện tượng thay đổi nhiều hay ít theo giờ trong ngày, theo mùa trong năm, theo tần số trong dải Do vậy sóng được truyền khắp thế giới, nếu công suất phát lớn thì có thể truyền nhiều vòng quanh địa cầu tạo ra hiệu ứng lặp lại tín hiệu nhiều lần (H II-2) gọi là hiệu

ứng "vòng quanh thế giới" như : "Đây đây đây là là là đài đài đài " được gọi là sóng trời.

- Công dụng: Vô tuyến truyền thanh nghiệp dư, vô tuyến truyền thanh quốc tế, thông tin quân sự, điện thoại, điện tín, fax

H II-2

5 Dải từ (30 ÷ 300)MHz :

- Định danh: Very High Frequency (VHF) - Tần số rất cao.

- Đặc tính truyền: Sóng truyền gần như theo đường nhìn thấy, có hiện tượng tán xạsóng do có sự thay đổi chiết suất bất thường ở các vị trí khác nhau trong lớp khí quyển cách mặt đất khoảng 100Km nên có rất ít hiện tượng khúc xạ trong tầng điện ly, do vậy sóng truyền qua tầng điện ly vào không gian Đặc tính truyền của sóng bất lợi cho việc truyền sóng giữa đài phát với đài thu mặt đất ở cự ly xa nhưng lại có thể truyền qua vệ tinh tiếp sóng Có can nhiễu vũ trụ

- Công dụng: Vô tuyến truyền hình VHF, vô tuyến truyền thanh điều tần FM

(Frequency Modulation), liên lạc vô tuyến VHF hai chiều, liên lạc VHF điều biên với tàu

bay, thiết bị đạo hàng hàng không

6 Dải từ (300 ÷ 3000)MHz:

- Định danh chung: Ultra High Frequency (UHF) - Tần số cực cao.

- Định danh riêng cho mỗi phân dải:

- Định danh chung: Super High Frequency (SHF) - Tần số siêu cao.

- Định danh riêng cho từng phân dải:

- Đặc tính truyền: Truyền theo đường nhìn thấy, nếu tần số cao hơn 10GHz sẽ có hiện tượng suy giảm khi truyền qua đám mưa, nếu tần số cao hơn 22.2GHz sẽ có hiện tượng suy giảm do Oxy và hơi nước ở khí quyển quả đất.

- Công dụng: Thông tin qua vệ tinh, radar

8 Dải từ (30 ÷ 300)GHz :

- Định danh chung: Extremely High Frequency (EHF) - Tần số siêu cực cao

- Định danh riêng cho mỗi phân dải:

+ Dải Kd: (27 ÷ 40)GHz + Dải V: (40 ÷ 75)GHz

+ Dải R: (26.5 ÷ 40)GHz + Dải W: (75 ÷ 110)GHz

+ Dải Q: (33 ÷ 50)GHz + Dải milimet: (110 ÷ 300)GHz

- Đặc tính truyền: như dải trên, bị suy giảm do hơi nước ở 183GHz, do Oxy ở 60GHz và 119GHz

- Công dụng: Radar, liên lạc qua vệ tinh, thí nghiệm

9 Dải từ (10 3 ÷ 10 7 )GHz :

- Định danh: dải tia hồng ngoại, ánh sáng nhìn được và tia tử ngoại

- Đặc tính truyền: truyền theo đường nhìn thấy (H II-3)

- Công dụng: Thông tin quang

H II-3

hp, ht: chiều cao của Anten phát và thu sóng truyền theo đường nhìn thấy

II Môi trường truyền tin hữu tuyến:

Tín hiệu hay sóng mang tin có thể truyền qua dây dẫn điện, sóng có tần số trong dải hồng ngoại, ánh sáng nhìn thấy hay tia tử ngoại có thể truyền và phản xạ trong môi trường trong suốt có hướng dẫn Do vậy, một số môi trường hữu tuyến cần được giới thiệu

1 Đôi dây dẫn điện xoắn:

Là loại dây dẫn làm dây điện thoại dẫn vào các hộ thuê bao điện thoại mọi người đều rất quen thuộc Tuy vậy, loại dây dẫn này còn có công dụng khác, là loại dây có từng đôi dây, có vỏ cách điện được xoắn lại với nhau, mỗi dây có dây dẫn điện nhiều sợi dây đồng nhỏ xe lại với nhau, nhiều đôi được bó lại thành cáp (H II-4)

Đặc tính truyền và công dụng: Truyền được tín hiệu tương tự có tần số điện 250KHz với cự ly từ (5 ÷ 6)Km, nếu xa hơn phải có mạch khuếch đại tăng tín hiệu Dùng cáp nhiều đôi sẽ có hiện tượng xuyên âm nếu thiếu vỏ bọc giáp cho mỗi đôi Được dùng làm đường dây điện thoại thuê bao, dây điện thoại nối đến tổng đài chuyển mạch nội bộ, dây liên lạc giữa các cơ sở trong cùng một cơ quan, có thể truyền tín hiệu số với tốc độ tối đa 100Kb/s với bộ lặp cách nhau từ (2 ÷ 3)Km

Đường truyền sóng

hthp

Quả đất

R

H II-4

2 Cáp đồng trục:

Là loại dây cáp có đường dây dẫn điện ở giữa và ngoài vỏ đồng trục nhau như nối từ ngõ vào RF của đầu máy video với jack cắm anten của máy vô tuyến thu hình mà mọi người đều thấy Cáp gồm có dây dẫn điện, trong cùng bằng dây đồng bền có ống cách điện hay khoanh cách điện đặt cách khoảng đều nhau Lớp vỏ bọc bằng dây đồng bện quấn đan nhau tạo thành dây dẫn thứ hai bọc quanh dây dẫn thứ nhất Ngoài cùng còn có lớp vỏ cách điện (H II-5)

Đặc tính truyền và công dụng: Có nhiều loại có tổng trở, đặc tính khác nhau Dùng làm cáp truyền được tín hiệu tương tự có tần số 400MHz với cự ly vài Km Muốn truyền

xa hơn cần có mạch khuếch đại tăng cường tín hiệu đặt cách nhau vài Km Cáp truyền được tín hiệu số với tốc độ cao nhất là 800Mb/s với bộ lặp tín hiệu cách nhau 1Km

H II-5Công dụng của cáp: làm cáp phân phối tín hiệu truyền hình, cáp trung kế (giữa các tổng đài chuyển mạch điện thoại), cáp điện thoại liên tỉnh (sau này được thay bằng sợi quang)

3 Sợi quang:

Sợi quang có đường kính từ (2 ÷ 125)µm, có thể uốn cong được Có thể chế tạo bằng thủy tinh silic cực thuần Sợi thủy tinh khó chế tạo, thường được thay bằng thủy tinh nhiều thành phần có giá thành thấp hơn mà vẫn đạt yêu cầu Sợi nhựa dẻo giá thành thấp hơn có thể truyền ở cự ly ngắn Sợi gồm có ruột là môi trường truyền ánh sáng có chiết suất cao hơn lớp vỏ bằng thủy tinh hay nhựa dẻo, ngoài cùng có lớp vỏ bọc bảo vệ bằng sợi bọc nhựa dẻo không bị ẩm ướt, mài mòn, va chạm và các nguy cơ hư hỏng khác Nhiều sợi được bó lại thành cáp

Đặc tính truyền và công dụng: có ba cách truyền ánh sáng trong sợi thủy tinh theo cấu tạo:

+ Nếu đường kính có sợi lớn, chiết suất phần ruột đồng đều cao hơn lớp vỏ bọc, nếu góc tới của tia sáng khi đến đầu sợi, tia sáng sẽ vào sợi, nếu góc tới tại một tiếp giáp giữa sợi với vỏ bọc lớn hơn góc tới hạn phụ thuộc vào chiết suất của sợi với vỏ bọc thì tia sẽ được phản chiếu toàn phần nhiều lần khi truyền dọc theo sợi có nhiều tia truyền, do vậy ở đầu nhận tin các tia không đồng pha nhau khiến tốc độ truyền bị hạn chế (H II-6)

+ Nếu đường kính sợi thật nhỏ, chiết suất sợi đồng đều thì chỉ có một tia được truyền qua sợi (H II-7)

+ Nếu chiết suất trong sợi không đồng đều, có chiết suất cao nhất tại trục sợi, giảm dần khi ra ngoài vỏ, tia sáng không được phản xạ toàn phần tại một tiếp giáp giữa ruột và vỏ bọc mà phản xạ toàn phần ngay trong sợi (H II-8)

Sau đây là hình vẽ cấu tạo sợi quang và cách truyền tia sáng trong mỗi loại sợi

Cáp đồng trục

vỏ cách điện

dây

đồng

bện

ống cách điện

vỏ bọc giáp

lớp bảo vệ

H II-6

H II-7

H II-8Sợi quang truyền tia sáng có tần số từ (1014÷ 1017)Hz hay (105÷ 108)GHz, từ tia nhìn được đến tia hồng ngoại Muốn truyền tin, tín hiệu phải được chuyển đổi thành tín hiệu số, đổi ra tín hiệu ánh sáng rời rạc bằng nguồn phát tia sáng như diode phát quang (LED), laser bán dẫn Khi thu được, tín hiệu ánh sáng được diode quang điện đổi ra tín hiệu điện rời rạc, sau đó chuyển đổi thành tín hiệu nguyên thủy (tín hiệu gốc) Tốc độ truyền 2Gb/s.Công dụng: đường dây trung kế cự ly xa và nội hạt, mạng liên lạc cục bộ

III Môi trường vô tuyến:

Khí quyển quả đất và không gian là môi trường truyền sóng điện từ Khí quyển quả đất có hai tầng ảnh hưởng đến sự truyền sóng là tầng đối lưu (cao hơn mặt đất vài chục Km) tán xạ sóng trong dải từ (40Mhz ÷ 40GHz) đã từng được sử dụng trong kỹ thuật truyền tin tropo (tầng đối lưu), ngày ngay không được sử dụng do sự phát triển của kỹ thuật truyền viba qua vệ tinh địa tĩnh Tầng điện ly phản xạ trong dải từ (3 ÷ 30)MHz Do vậy, sóng dải này có thể phủ một vùng rất lớn trên quả đất Trái lại, tầng này không phản xạ sóng có tần số từ 30MHz trở lên, do vậy sóng truyền theo đường nhìn thấy, vùng phủ sóng bị hạn chế và phụ thuộc vào chiều cao của vị trí đặt anten thu và phát Muốn truyền cự ly xa phải có trạm tiếp sóng, trạm lặp tín hiệu hay vệ tinh

Tần số sóng xác định kích thước anten, tần số sóng càng cao, anten càng gọn nhẹ, dễ đặt trên thiết bị di chuyển, sóng phát ra càng có tính định hướng cao Do vậy, muốn thiết lập đường thông tin từ một điểm đến một điểm khác thì sử dụng sóng có tần số từ dải UHF hay cao hơn Tần số càng thấp, anten có kích thước càng lớn, sóng phát ra càng có tính định hướng thấp, không thuận lợi để liên lạc từ điểm đến điểm mà chỉ thuận lợi để phủ sóng vô tuyến truyền thanh hay truyền hình quáng bá cho nhiều người nghe và xem như các đài vô tuyến truyền thanh, vô tuyến truyền hình

Sau khi nói qua về đặc tính truyền của môi trường vô tuyến và đặc tính của sóng, ta có thể nghiên cứu về các vùng phủ sóng và các đường truyền vô tuyến

vỏ bọcruột

1 Sóng dài:

Ít bị suy giảm vào ban ngày lẫn ban đêm, được dùng phổ biến ở châu Âu để phủ sóng chương trình truyền thanh Không được sử dụng ở châu Á do nhiễu khí quyển (sấm sét)

2 Sóng trung:

Sóng tần số từ (540 ÷ 1600)KHz gọi là dải vô tuyến truyền thanh điều biên (AM), ban đêm có thể truyền ở cự ly xa nhưng ban ngày cự ly bị giới hạn rất nhiều Do vậy, để phủ sóng vô tuyến truyền thanh ở từng địa phương, các đài địa phương đều phủ sóng điều biên ở dải sóng trung

3 Sóng ngắn:

Như trên đã nói, sóng ngắn do có tầng điện ly nên vùng phủ sóng rất rộng Được các ủy hội tư vấn khuyến cáo dùng sóng này phát thanh chương trình vô tuyến truyền thanh quốc tế Cũng do qui ước quốc tế, các bước sóng được phát trong các dãi mét là 13m, 16m, 19m, 25m, 31m, 41m, 49m, 63m, 75m

4 Sóng VHF, UHF:

Như phần trên đã nói, sóng VHF và UHF truyền theo đường nhìn được (LOS - Line

Of Sight), do vậy vùng phủ sóng phụ thuộc vào vị trí đặt anten thu và phát Từ hình vẽ

đường nhìn thấy ở phần sóng VHF, UHF, SHF, EHF ta có hệ thức tính cự ly truyền dp + dt theo chiều cao của anten phát và thu hp, ht

R: bán kính quả đất

Như vậy, nếu đưa vào hệ thức trên bán kính của quả đất, ta có:

Bán kính vùng phủ sóng đài phát bằng:

hp, ht : chiều cao anten phát và thu (m)

dp, dt : cự ly truyền (Km)

Do hiện tượng tán xạ ở tầng đối lưu, cự ly truyền có thể xa hơn

5 Sóng UHF, SHF, EHF:

Như phần trên đã nói, tần số càng cao sóng phát ra từ anten càng có tính định hướng cao, thuận lợi cho ký thuật truyền từ một điểm đến một điểm Từ phần cao dải UHF đến EHF, sóng được gọi chung là viba, được phát và thu bằng anten ngắn có gương phản xạ hay phần tử phản xạ

Sau đây là các kiểu truyền:

dt dp

ht hp

dt dp

Trạm lặp có thể đặt trên núi cao (H II-10)

H II-10Trên tàu bay bay vòng quanh một địa điểm qui định hay trên vệ tinh địa tĩnh ở độ cao 35784Km

Với các kiểu truyền vừa nói, ta có thể lập đường liên lạc từ một điểm đến một điểm khác hay phủ sóng rộng hay hẹp tùy theo tần số sóng và anten theo yêu cầu

CHƯƠNG III

ĐIỀU BIẾN VÀ GIẢI ĐIỀU BIẾN

Điều biến một tín hiệu là biến đổi tín hiệu này ra một sóng mang có nội dung tin của tín hiệu gốc, sóng có mang tin tức này được gọi là sóng đã điều biến hay sóng được điều biến nhằm hai mục đích sau:

- Cho sóng đã điều biến thỏa mãn điều kiện truyền của môi trường truyền tin vì môi trường này không truyền được tín hiệu gốc, sóng truyền tin được gọi là sóng mang

- Tạo điều kiện ghép nhiều kênh truyền tin để truyền qua cùng một môi trường.Tại trạm thu, tín hiệu nhận được có thể trải qua biến đổi ngược lại gọi là quá trình giải điều biến, tái tạo lại tín hiệu gốc Nếu nhiều kênh truyền tin được ghép lại thì tín hiệu nhận được còn phải qua quá trình tách kênh và giải điều biến

Có nhiều kỹ thuật điều biến tùy theo bản chất của tín hiệu gốc và môi trường truyền Trong kỹ thuật truyền thanh, tín hiệu gốc là tín hiệu âm tần, môi trường truyền là không gian truyền được sóng điện từ Vào những ngày đầu của kỹ thuật điều biến biên độ, sóng cao tần đã được áp dụng Vài mươi năm sau, kỹ thuật điều biến tần số được sử dụng trong truyền tin quân đội nhờ đặc tính chống nhiễu tốt

Sau đó, có nhiều kỹ thuật điều biến đã được đem ra sử dụng thỏa mãn yêu cầu ngày một tăng

Bài này chỉ giới thiệu kỹ thuật điều biến biên độ và điều biến tần số sóng cao tần Tuy nhiên, các kỹ thuật khác cũng được giới thiệu qua để sinh viên khái nệm tổng quát hơn về kỹ thuật truyền thanh và truyền các dữ liệu nói chung

I Kỹ thuật điều biến:

1 Định nghĩa:

Kỹ thuật điều biến là kỹ thuật thay đổi biên độ của một sóng có tần số cao, có khả năng phát xạ sóng điện từ theo biên độ của một tín hiệu gốc mang nội dung tin tức cần được truyền trong không gian Tín hiệu gốc tuy có nội dung tin tức nhưng không phát xạ sóng điện từ Sóng cao tần có thể phát xạ sóng điện từ truyền trong không gian, do vậy biên độ của sóng được cho biến thiên theo tín hiệu gốc để truyền được tín hiệu gốc trong

trạm phát

đường nhìn thấyđường nhìn thấy

không gian Sóng cao tần truyền được tín hiệu gốc được gọi là sóng mang Tín hiệu gốc làm biến thiên biên độ sóng mang gọi là tín hiệu điều biến Sóng cao tần dùng làm sóng mang tin tức nhưng chưa được biến thiên biên độ gọi là sóng chưa điều biến.

Để dễ tiếp cận với kỹ thật này, ta hãy xét trường hợp đơn giản nhất là tín hiệu điều biến điều hòa tức là tín hiệu có biểu thức:

em = Emcosωmt (m: điều biến)

em : điện áp tức thời tín hiệu điều biến tức là điện áp tín hiệu gốc

Em : biên độ cực đại tín hiệu điều biến

ωm = 2πfm : tần số góc tín hiệu điều biến (rad/s)

fm : tần số tín hiệu điều biến (Hz)

Sóng cao tần có thể truyền được trong không gian được gọi là sóng mang tin hay sóng mang

ec = Ecsinωct

ec : điện áp tức thời của sóng mang là sóng cao tần dùng để mang tin

Ec : biên độ cự đại sóng mang

ωc = 2πfc : tần số góc sóng cao tần

fc : tần số sóng

Khi sóng đã được điều biến biên độ thì:

m= gọi làchỉ số điều biên hay hệ số điều biên.

Khi sử dụng kỹ thuật điều biên cần phải lưu ý là biên độ gốc Em phải nhỏ hơn biên độ sóng mang Ec Như vậy m < 1

Sau đây là hình minh họa dạng sóng được điều biến trong bốn trường hợp hệ số điều biến bằng 0; 0.5; 1 và 1.5 Lưu ý đường bao của dạng sóng là dạng tín hiệu điều biến em =

Emcosωmt với bốn biên độ khác nhau:

2 Phổ tần và bề rộng dải tần:

Ta có: e = Ec(1 + mcosωm)sinωct

e = Ecsinωct + Ecmcosωmsinωct

t

mE

m c

c sin( )

2 ω −ω : sóng biên dưới, có tần số là (ωc - ωm) hay (fc - fm)

Ecsinωct : sóng mang, có tần số là ωc (rad) hay fm (Hz)

Phổ sóng điều biên được vẽ như sau:

t E

m t E

m t E

2)sin(

Hai sóng điều biên nằm ở cả hai dải của tần số cao, độ rộng của dải tần bằng hiệu số của tần số cao nhất là (fc + fm) với tần số thấp nhất là (fc - fm).

3 Sự phân bố công suất trong sóng đã điều biến:

Hình vẽ phổ sóng đã điều biến bởi tín hiệu đơn tần em = Emcosωmt cho thấy sự phân bố điện áp trong sóng Điều này cho thấy công suất được phân bố theo tỷ lệ với bình phương của các giá trị điện áp là

c

R

E m R

E m R

mE P

42

.48

+

=

2

14

4

2 2

P P

m P P

với: Psf: tần số biên dưới, Psf = fc - fm

Pusf: tần số biên trên, Pusf = fc + fm

Ta thấy công suất phân bố cho các tần số biên lệ thuộc vào hệ số điều biến m

4 Trường hợp tín hiệu điều biến là tín hiệu phức tạp:

Nếu tín hiệu điều biến là tín hiệu phức tạp gồm nhiều tần số khác nhau, giả sử có nhiều thành phần thấp nhất là fmin đến cao nhất là fmax thì ta có sóng đã điều biến là:

e = Ec(1 + m1cosωmint + m2cosω2t + + mmcosωmaxt)sinωct

+

−+

++

=

t m

t m

t m

t m

t E

e

c m c

m

c c

c c

max max

min 1

min 1

sinsin

sinsin

sin

ωωω

ωω

.Hệ số điều biến bằng:

Phổ sóng có dạng:

Công suất của sóng được phân bố như sau:

- Công suất toàn sóng biên trên:

c

t USBt m P

=

21

2

t c

t

m P

* Lưu ý rằng độ rộng dải tần của sóng bằng:

BW = (fc + fmax) - (fc - fmax) = 2fmax

fmax : tần số cao nhất trong dải tần tín hiệu điều biến

5 Các kỹ thuật truyền sóng điều biên:

Trước khi nghiên cứu các kỹ thuật truyền khác nhau, ta xét lại biểu thức sóng mang đã điều biến:

m t E

m t E

2)sin(

2

=

Gọi tắt là kỹ thuật DSBFC (Double Side Band Full Carrier), là kỹ thuật truyền tin cổ

điển dùng sóng điều biên, có nhược điểm là lãng phí công suất phát sóng và dải tần nhưng lại có ưu điểm là kỹ thuật giản đơn, thiết bị phát và thu cũng giản đơn và đỡ tốn kém Kỹ thuật này được áp dụng trong kỹ thuật truyền thanh bằng sóng điều biên Tiêu chuẩn phát sóng lệ thuộc vào cơ quan quản lý phát sóng các nước Sau đây là tiêu chuẩn phát thanh

sóng điều biên của cơ quan FCC (Federal Communication Commission), cơ quan liên

bang quản lý việc phân phối sử dụng và phát sóng tại Hoa Ky,ø được nhiều nước áp dụng,

do vậy được nêu ra làm thí dụ:

- Dải tần qui định: từ (540 ÷ 1600)KHz, mỗi cấp tăng tần số là 10KHz (dành cho chương trình đài địa phương)

- Độ rộng dải tần phát sóng 10KHz

- Độ ổn định tần số sóng mang ±20Hz so với tần số qui định phát sóng

- Hệ số điều biên từ (0.85 ÷ 0.95)

- Dải tín hiệu âm tần từ (100 ÷ 5000)Hz, 1KHz là tần số chuẩn ở 0 deciBel

- Hệ số méo biên độ thấp hơn 0.05 cho hệ số điều biên tới 0.85, thấp hơn 0.075 cho hệ số điều biên từ (0.85 ÷ 0.95)

- Can nhiễu và tiếng ù: ít nhất là 45 deciBel khi hệ số điều biên m = 1 ở dải âm tần từ (30 ÷ 20000)Hz

- Công suất phát cực đại cho phép 50KW (để phát chương trình đài địa phương trên sóng trung bình từ (540 ÷ 1600)KHz

Ngoài ra còn có qui định phát chương trình quốc tế bằng sóng ngắn với công suất phát có thể đến 500KW

b Kỹ thuật truyền đơn biên:

Gọi tắt là kỹ thuật SSB (Single Side Band) được phân thành nhiều loại như sau:

- Kỹ thuật đơn biên triệt sóng mang, gọi tắt là kỹ thuật SSBSC (Single Side Band Suppressed Carrier), kỹ thuật này vẫn truyền được tin tức vì nội dung đầy đủ của tin đã

được mang bởi mỗi dải sóng biên Do vậy có ưu điểm là công suất truyền thấp, chỉ còn bằng (mt2.Pc)/4 với mt < 1; Pc : công suất sóng mang

Ưu điểm thứ hai là dải tần sóng bằng một nửa so với kỹ thuật truyền sóng biên Điều này rất có ý nghĩa nếu dùng kỹ thuật ghép kênh Do dãi tần sóng phát chỉ còn một nửa thì số kênh truyền được ghép sẽ gấp đôi Nhược điểm là thiết bị phát và thu phức tạp vì khi thu được sóng, sóng mang phải được tái tạo và chèn vào sóng biên thì quá trình giải điều biến mới thực hiện được Tuy nhiên, tốn kém trong thiết bị được bù lại bởi số kênh truyền tăng gấp đôi

- Kỹ thuật truyền đơn biên với sóng mang giảm biên độ, gọi tắt là kỹ thuật SSBRC

(Single Side Band Reduced Carrier), kỹ thuật này cũng có ưu điểm như kỹ thuật SSBSC ở

trên, nhờ có sóng mang hạn chế biên độ nên sóng mang có thể được tái tạo lại được dễ dàng tại máy thu

c Kỹ thuật truyền hai dải biên độc lập:

Gọi tắt là kỹ thuật ISB (Independent Side Band), kỹ thuật này truyền cả hai dải

sóng biên, mỗi dải mang một nội dung tin độc lập nhau Như vậy là với cùng một sóng có thể được hai tin khác nhau

d Kỹ thuật truyền sóng biên triệt sóng mang:

Gọi tắt là kỹ thuật DSBSC (Double Side Band Suppressed Carrier), kỹ thuật truyền

hai dải sóng biên, sóng mang không truyền Như vậy không phải mất công suất sóng mang nhưng ở máy thu phải dùng mạch giải điều biến tích số tốn kém hơn mạch giải điều biến đường bao Ở máy thu, sóng biên có sóng mang thường gặp

e Kỹ thuật truyền một dải biên hẹp:

Gọi tắt là kỹ thuật VSB (Vestigal Side Band), kỹ thuật này được gặp trong truyền

hình, không được dùng trong kỹ thuật truyền thanh Đây là kỹ thuật tổng hợp của kỹ thuật truyền sóng biên với kỹ thuật truyền một dải biên

II Mạch điều biến biên độ:

Vị trí mạch điều biến trong máy phát cho biết mạch máy phát thuộc loại được điều biên ở mức thấp hay cao Ở máy điều biên mức thấp, mạch điều biến ở phía trước điện cực ra của tầng khuếch đại công suất phát sóng tức là điện cực trước cực thu của transistor khuếch đại công suất cao tần phát công suất như cực khiển hay cực phát Nếu là đèn điện tử thì phải trước anode tức là lưới khiển, lưới màn cathode Nếu là transistor trường thì phải trước cực thoát là cổng hay nguồn Ưu điểm của kỹ thuật điều biến mức thấp là không yêu cầu công suất tín hiệu điều biến cao để có tỷ số điều biến cao Trong máy điều biến mức cao, mạch điều biến ở ngay điện cực ra của tầng khuếch đại công suất cao tần phát sóng tức là ở ngay cực thu của transistor công suất cao tần, anode đèn khuếch đại công suất cao tần hay cực thoát transistor trường khuếch đại công suất cao tần Nhược điểm của kỹ thuật này là phải có công suất tín hiệu điều biến cao

1 Mạch điều biến mức thấp:

a Mạch điều biến cực phát transistor:

Có sơ đồ như sau:

H.III-5n1=n2

Sóng mang

Tín hiệu điều biến

R a

+V 30V

Q1 C1

C2

C3

n1 n2

R1 2K

R2 10K

Rc 10K

Re 10K

Rtai 2K

Nguyên lý làm việc:

Tín hiệu điều biến vào cực phát làm thay đổi điện trở mặt tiếp giáp giữa cực phát với cực khiển re vì

E e

I

r = 2,6 Với IE : dòng vào cực phát bằng miliampe Hệ số khuếch đại

sóng mang của transistor bằng

ie V

b Mạch điều biến cực thu transistor:

Nếu mạch này là tầng khuếch đại công suất cuối cùng của máy phát thì đây là mạch điều biến mức cao vì điện áp điều biến đặt vào cực thu là ngõ ra của mạch khuếch đại cao tần phát sóng Nếu là tầng khuếch đại đặt trước mạch khuếch đại công suất cuối cùng thì đây là mạch điều biến mức thấp Sơ đồ mạch như sau:

H.III-7

Nguyên lý làm việc:

Điện áp tại cựcthu Vc

Sóng đã điều biến tại ngõ ra

RaL: cuộn cảm cách lyn1=n2

n1=n2Sóng mangTín hiệu điều biến +V

n1 n2

n1 n2

Q1

C2 R1

em = Emcosωmt

ec = Ecsinωct

E’c

Transistor Q1 khuếch đại sóng mang ec ở chế độ C Sóng mang ec được đưa vào cực khiển, khi ec < 0.6V, Q1 không dẫn, khi ec > 0.6V, Q1 dẫn, mỗi chu kỳ sóng mang Q1 chỉ dẫn trong một góc nhỏ hơn 180o Tín hiệu điều biến làm thay đổi điện áp nuôi transistor vì được mắc nối tiếp với điện áp một chiều Vcc (xem hình dưới đây)

H.III-8Như vậy, điện áp ra có tín hiệu điều biến sóng mang và thành phần một chiều Vcc (H.III-8) Do Q1 làm việc không tuyến tính nên còn các thành phần khác như fc ± fm, 2fc, 2fm, RC2 là mạch tự phân cực ghim điện áp âm vào cực khiển Q1 làm việc ở chế độ C Mạch được cải thiện có thêm mạch cộng hưởng L1C1 thay cho cuộn cảm L để loại các thành phần không cần thiết như hình sau đây:

H.III-9

2 Mạch điều biến mức cao:

Mạch điều biến cực thu vừa nói trên được phân vào loại điều biến mức cao nếu cực thu là ngõ ra của máy phát Q1 là transistor công suất khuếch đại cao tần cuối cùng Để có

Tín hiệu điều biến

Sóng mang chưa điều biến

Tụ điện trung hòa chống dao động

ra Vcc

Q1

Cth

C1

C2 C1

C3

L1

n2 n1

n1 n2

R1

em = Emsinωmtt

2VccVcc

2

1

C L

f c

π

=

hiệu suất cao, transistor làm việc ở chế độ C tức là chỉ dẫn trong thời gian ngắn hơn một nửa chu kỳ sóng Với mạch điều biến cực thu, ta có tỉ số điều biến m cao hơn, tín hiệu gốc

ít biến dạng hơn, nhưng nếu là mạch mức cao tức là mạch phát sóng ra thì tín hiệu điều biến cần có công suất tương ứng với sự phân bố công suất

Để có thể điều biến sâu hơn với tín hiệu gốc ít méo hơn nữa ta có thể sử dụng mạch điều biến đồng thời cực khiển và cực thu sau đây:

3 Vi mạch điều biến:

Vi mạch tạo hàm có thể dùng làm mạch điều biên phù hợp với các đặc tính máy phát tần số rất ổn định, rất ít gây méo tín hiệu điều biến, rất gọn nhẹ, thiết kế giản đơn Nhược điểm của vi mạch là công suất ra thấp, phạm vi tần số hẹp

Một trong các vi mạch tạo hàm đơn khối là vi mạch XR-2206 của Exar Corporation có thể tạo các sóng sin - vuông - tam giác, tạo hàm dốc với độ chính xác và ổn định cao Ngõ ra sóng lại có thể điều khiển biến tần số hay biên độ Tần số làm việc trong phạm vi từ (0.01Hz ÷ 1MHz) Giáo trình chỉ giới thiệu cho độc giả ở phần mạch phát sóng và tín hiệu

4 Mạch điều biến dùng đèn điện tử:

Do quỹ thời gian có hạn, kiến thức cơ sở cần giới thiệu cho các sinh viên có nhiều phần quan trọng hơn nên phần này chỉ được giới thiệu sơ lược

Sóng đã điều biến tại cực thu Q1

Sóng đã điều biến tại cực thu Q1

Sóng chưa điều biến

Sóng đã điều biến e

Kể từ năm 1970, đã có các máy phát bán dẫn công suất vài kilowatt Như vậy, đèn điện tử chỉ được dùng cho công suất thật cao như đài phát thanh hay truyền hình công suất cực cao Độc giả nào cần nghiên cứu sâu hơn nên tham khảo tài liệu về đèn điện tử.

III Mạch giải điều biến:

Phần này chỉ giới thiệu một mạch giải điều biến cơ bản nhất được gọi là mạch tách sóng đường bao, mạch tách sóng đỉnh hay mạch tách sóng thứ nhì do mạch ở phía sau mạch đổi tần số gọi là mạch tách sóng thứ nhất Mạch cơ bản chỉ là một mạch khép kín cuộn thứ cấp máy biến áp trung tần, diode chỉnh lưu nhỏ D và bộ đôi điện trở Rd mắc song song với tụ điện Cd

H.III-11

Máy biến áp trung tần nhận sóng đã điều biến e = Ec(1 + Ecmcosωmt)sinωct có tần số

ωc = 2πfc, fc = 455KHz Lý do tại sao tần số sóng fc = 455KHz sẽ được giải thích ở phần đổi tần máy thu thanh điều biên Diode D là diode gecmani nhỏ có chức năng chỉnh lưu một nửa chu kỳ sóng Điện trở Rd gọi là điện trở tách sóng có chức năng nhập tín hiệu gốc trong quá trình giải điều biến Cd gọi là tụ điện tách sóng có nhiệm vụ loại sóng mang có tần số 455KHz vì sóng này đã làm xong chức năng mang tin Diode D gọi là diode tách sóng

Sau đây là các dạng sóng đã điều biến trước khi đến mạch tách sóng và sau quá trình giải điều biến hay quá trình tách sóng

Rd Cd

Ec

Em

đường bao(2)

VAB khi chưa có tụ Cd

Ec: trị trung bình điện áp chỉnh lưu nửa chu kì

Ec

đường bao(3) V fmABcực đại khi<<1/(2πRdCd)<<fc

đường bao

H.III-12Điện áp sóng tại cuộn thứ cấp máy biến áp trung tần là sóng đã điều biến Để đơn giản hóa, ta hãy tạm coi tín hiệu gốc là tín hiệu đơn tần, biên độ cực đại bằng Em, tần số

Nếu có tụ điện tách sóng Cd thì ta có điện áp ra như ở hình (3), nếu thỏa điều kiện

fmcực đại << 1/(2πRdCd) << fc Hình (4) là trường hợp Cd quá lớn, tín hiệu gốc sẽ mất thành phần tần số cao nếu tần số tín hiệu gốc như tín hiệu âm tần nằm trong dãi âm tần qui định nào đó

Nếu Cd cực lớn thì tín hiệu gốc sẽ mất hoàn toàn, ta chỉ còn thành phần một chiều tức là trị trung bình bằng biên độ cực đại sóng mang chưa điều biến là Ec Điều này sẽ được nói đến ở phần mạch tự động điều tiết độ lợi của mạch khuếch đại trung tần và cao tần máy thu thanh điều biên

Hình (5) là điện áp ra mạch tách sóng nếu nối đất điểm A của mạch coi điện áp điểm A bằng 0 Như vậy, điện áp ra đảo cực tính so với trường hợp nối đất điểm B Điện áp trung bình ra điểm B bằng -Ec thay vì +Ec như ở hình (3)

Sau đây là các dạng mạch tách sóng điều biên thường gặp:

Tín hiệu gốc (âm tần)

BA

+B

-AC

D

R Rd

Cr

b)

+ -A

BC

Cd R Rd

H.III-14Để loại thành phần sóng mang có tần số fc triệt để hơn, hai tụ điện lọc C và Cd

thường được lắp thành hai mạng lọc các mạch cho điện áp ra có trị trung bình dương được sử dụng kết hợp với mạch tự động điều tiết độ lợi trong máy thu dùng transistor PNP Máy dùng transistor NPN sử dụng mạch tách sóng có điện áp trung bình ra âm

IV Kỹ thuật điều biến góc:

Sóng cao tần có ba đặc tính có thể thay đổi được là biên độ, tần số và góc pha Phần trước đã giới thiệu kỹ thuật điều biến biên độ gọi tắt là kỹ thuật điều biên Phần này sẽ giới thiệu kỹ thuật điều biến tần số và kỹ thuật điều biến góc pha gọi tắt là kỹ thuật điều tần và kỹ thuật điều pha là hai dạng của kỹ thuật điều biến góc

Kỹ thuật này được đề nghị từ năm 1931 do có ưu điểm ít bị can nhiễu công nghiệp hơn kỹ thuật điều biên EHARMSTRONG là người đã từng phát triển máy thu thanh đổi tần và cũng đã triển khai hệ thống vô tuyến truyền thanh bằng sóng điều tần năm 1936, đài phát thanh điều tần đầu tiên ở châu Mỹ và được phát sóng thường xuyên vào năm

1939 Ngày nay kỹ thuật điều biến góc được sử dụng rộng rãi mọi nơi trong ngành vô tuyến truyền thanh và các hệ thống truyền viba qua các trạm tiếp sóng mặt đất hay vệ tinh

Tuy nhiên, kỹ thuật này cũng có một số nhược điểm nhất định là các mạch điện tử phức tạp hơn và dãi thông rộng hơn ở cả máy phát lẫn máy thu

1 Định nghĩa:

Sóng đã điều biến có biểu thức như sau:

em = Eccos[ωct + θ(t)]

Ec: biên độ cực đại của sóng

[ωct + θ(t)]: góc pha tức thời trong đó ωc = 2πfc là tần số góc tính bằng (rad/s) của sóng mang

fc: tần số sóng mang tính bằng Hz

θ(t): góc lệch pha tức thời (rad)

ωct: góc pha qui chiếu

- Tần số tức thời của sóng: là tần số sóng tại một thời điểm, là đạo hàm bậc nhất

của góc pha tức thời [ ( )] '( )

t dt

t t d

(t f ' t

f c = c + (Hz)

- Tần số lệch tức thời: là tần số lệch tại một thời điểm, là đạo hàm bậc nhất của

góc lệch pha tức thời:

- Kỹ thuật điều biến tần số: là kỹ thuật điều biến góc làm tần số lệch tức thời ∆ω(t)

= θ'(t) biến thiên tỷ lệ với tín hiệu điều biến em:

∆ω(t) = θ'(t) = Kf.em(t) (rad/s)

Kf: hệ số tỷ lệ

em(t): tín hiệu điều biến

- Kỹ thuật điều biến pha: là kỹ thuật điều biến góc làm góc lệch pha tức thời biến

thiên tỷ lệ với tín hiệu điều biến em:

θ(t) = Kp.em(t) (rad)

Kp: hệ số tỷ lệ

em(t): tín hiệu điều biến

2 Quan hệ giữa kỹ thuật điều biến tần số với điều biến pha:

Từ định nghĩa về kỹ thuật điều biến tần số và điều biến pha, ta có thể phân biệt được sóng điều tần và sóng điều pha bằng cách xác định tần số hay góc pha sóng biến thiên trực tiếp tỷ lệ với tín hiệu điều biến em(t) Như vậy, sóng điều tần có tần số lệch tức thời ∆ω(t) = θ'(t) được xử lý cho biến thiên tỷ lệ với tín hiệu điều biến tức là:

Sự tương quan giữa hai kỹ thuật này cần phải được xác định để có cơ sở chuyển đổi mạch điều tần thành mạch điều pha hay ngược lại

Để xác định sự biến thiên góc lệch pha tức thời θ(t) của sóng điều tần theo tín hiệu điều biến em(t), ta có:

θ(t) = ∫θ'(t)dt , sóng điều tần ta có: θ'(t) = Kf.em(t) Vậy:

θ(t) = ∫ Kf.em(t)dt = Kf em(t)dt

Do vậy, ta có thể dùng mạch điều biến tần số tạo ra sóng điều biến pha bằng sơ đồ khối sau:

Ta cũng có thể dùng mạch điều biến pha để tạo sóng điều tần theo sơ đồ:

Ta cũng có thể giải điều biến sóng điều pha (PM) bằng mạch giải điều tần và giải điều biến sóng điều tần bằng mạch giải điều pha bằng hai sơ đồ sau:

Mạch

vi phân Mạch điều biếntần số FM

Sóng điều biếnpha (PM)

t

de m( )

Mạchtích phân Mạch điều biếnpha PM

Sóng điều tần(FM)

em(t) ∫e m(t)dt

Mạchtích phân

Mạch giảiđiều tần

Ta có thể tìm biểu thức tổng quát sóng điều biến góc trong trường hợp tín hiệu điều biến dạng sin từ bảng tổng kết sau đây:

Loại sóng Tín hiệu điều biến Biểu thức sóng điều biến

Điều pha PM em(t) Eccos[ωct + Kf.em(t)]

Điều tần FM em(t) Eccos[ωct + Kf.em(t)]

Điều pha PM Emcosωmt Eccos[ωct + Kf.Emcosωmt]

Điều tần FM -Emsinωmt

ω

cosĐiều tần FM Emcosωmt

e(t) = Eccos[ωct + m.cosωmt]

m.cosωmt = θ(t) là góc lệch pha của sóng điều biến góc chung cho cả sóng điều tần lẫn sóng điều pha khi tín hiệu điều biến có dạng sin

Để biết được yêu cầu dải thông của mạch khuếch đại và mạch khác trong máy phát và thu sóng điều biến góc ta cần biết các thành phần tần số của mạch sóng Ta có thể áp dụng trực tiếp đẳng thức hàm Bessel:

Jn(m) là hàm Bessel cấp một bậc n, argument m

Vậy biểu thức sóng điều biến góc có thể là:

Biểu thức được triển khai như sau:

)(2

cos)(

2cos

)(2

cos)(cos

)()

(

2 2

1 1

0

t m

J t m

J

t m

J t

m J t m

J E t

e

m c m

c

m c m

c c

c

ωωω

ω

πω

ω

πω

ωω

Như vậy, khi tín hiệu điều biến em(t) chỉ mới là tín hiệu đơn tần mà sóng điều biến góc có vô số đôi sóng biên fc± fm; fc± 2fm; fc ± mfm, gọi là đôi sóng biên bậc một, bậc hai, bậc m Biên độ của chúng được xác định bởi các hệ số J1(m), J2(m), , Jn(m), với:

Mạch

vi phân

Mạch giảiđiều pha

)2(

cos)()

cos

n m

J m

cos)()

t n t m

J E t

dx e

Sau đây là bảng các hàm Bessel cấp một ứng với nhiều giá trị của chỉ số điều biến và các đường biểu diễn đặc trưng cho biên độ của sóng mang và các đôi tần số biên ứng với các chỉ số điều biến m từ 0 đến 10

0.02

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-1.5 0.5

-1

0.5

6

0.23

0.06

0.01

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-2.0 0.2

-2

0.5

8

0.35

0.13

0.03

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-2.4 0 0.5

-2

0.43

0.20

0.06

0.02

-

-

-

-

-

-

-

-

-2.5 -

0.22

0.07

0.02

0.01

-

-

-

-

-

-

-

-

0.31

0.13

0.04

0.04

-

-

-

-

-

-

-

-

0.36

0.39

0.26

0.13

0.05

0.02

-

-

-

-

-

-

0.11

0.46

0.36

0.25

0.13

0.06

0.02

-

-

-

-

-7.0 0.3

-0

0.0

0

0.30

0.17

0.46

0.35

0.34

0.23

0.13

0.06

0.02

-

-

-

-8.0 0.1

-7

0.2

3

0.11

0.29

0.40

0.19

0.34

0.32

0.22

0.13

0.06

0.03

-

-

-9.0 -

0.18

0.27

0.06

0.20

0.33

0.31

0.21

0.12

0.06

0.03

0.01

-10

-0 0.05 0.05 0.25 0.06 0.22 0.23 0.01 0.22 0.32 0.29 0.21 0.12 0.06 0.03 0.01

Với sóng điều pha:

E

e= ccosωc + p mcosωm .

m = KpEm; Kp: hệ số tỷ lệ gọi là độ nhạy điều pha (rad/volt)

Em: biên độ cực đại tín hiệu điều biến

m: chỉ số điều biến góc

Vậy: m = KpEm là góc lệch pha cực đại

Với sóng điều tần:







+

m

m f c

ω

= ; Kf: hệ số tỷ lệ là độ nhạy điều tần (Hz/volt)

Em: biên độ cực đại tín hiệu điều biến

m: chỉ số điều biến góc

KfEm: tần số khuếch đại cực đại

3 Dải thông của mạch khuếch đại sóng điều biến góc:

Sóng điều biến góc được phân thành ba lớp:

- Sóng chỉ số điều biến thấp

- Sóng chỉ số điều biến trung bình

- Sóng chỉ số điều biến cao

Bảng hàm Bessel cho thấy chỉ số điều biến góc càng cao thì số đôi sóng biên càng nhiều

Sóng chỉ số điều biến thấp có m < 1, nội dung tín hiệu phần lớn được chứa bởi hai dải biên bậc một Dải thông tối thiểu của mạch khuếch đại điều biến góc bằng:

BW = 2.fm (Hz)

fm: tần số tín hiệu điều biến

Nếu là sóng điều tần chỉ số m < 1 thì sóng còn được gọi là sóng điều tần dải hẹp.Sóng chỉ số điều biến trung bình có m ở trong khoảng từ 1 ÷ 10, nếu tra cứu bảng Bessel ta có dải thồng tối thiểu của mạch khuếch đại sóng điều biến góc bằng:

BW = 2.n.fm (Hz)

n: số dải biên có biên độ

fm: tần số tín hiệu điều biến

Sóng chỉ số điều biến cao có chỉ số điều biến lớn hơn 10 lần mạch khuếch đại có dải thông xác định bởi định luật Carson:

BW = 2[∆f + fm(max)] (Hz)

∆f: tần số lệch cực đại

fm(max): tần số cao nhất của tín hiệu điều biến

Đây là định luật tổng quát cho sóng điều biến góc không phân biệt điều tần hay điều pha Nếu xác định theo định luật này thì dải thông chỉ cho 98% công suất sóng

4 Công suất trung bình sóng điều biến góc:

Một trong các điểm khác biệt giữa sóng điều biến góc với sóng điều biên (AM) là công suất trung bình sóng điều biến góc bằng công suất sóng mang chưa điều biến Như vậy, khi đã được điều biến góc, công suất của sóng mang được phân bố giữa sóng mang với các đôi sóng biên, công suất toàn bộ sóng không đổi Công suất sóng mang chưa điều biến bằng:

P: công suất sóng mang trung bình

Ec: điện áp cực đại tín hiệu điều biến

R: điện trở phụ tải

Công suất tức thời sóng đã điều biến góc bằng:

1)

(cos

)

2 2 2

t t R

E t t R

E R

t e

E R

E R

E R

2

22

22

22

2 2

3

2 2

2 1

2

+++

++

Pt: công suất toàn thể

Pc: công suất sóng mang

P1: công suất hai dải biên bậc một

P2: công suất hai dải biên bậc hai

Pn: công suất hai dải biên bậc n

5 Ảnh hưởng của tạp âm đối với sóng điều biến góc:

Tạp âm nhiệt trong mạch khuếch đại gây lệch tần số sóng điều biến góc Tần số lệch phụ thuộc biên độ tạp âm so với biên độ sóng Khi sóng được giải điều biến, tín hiệu gốc thu hồi có kèm theo tạp âm Quan hệ giữa biên độ tạp âm với tần số sóng phụ thuộc vào loại mạch giải điều biến pha hay tần số

Nếu là mạch giải điều biến pha thì điện áp tạp âm không thay đổi Nếu là mạch giải điều biến tần số thì điện áp tạp âm tăng tuyến tính theo tần số tín hiệu gốc Đường thẳng biểu diễn sự biến thiên điện áp tạp âm theo tần số này gọi là tam giác tạp âm FM Nếu là mạch giải điều pha thì ta có hình chữ nhật tạp âm PM

fc - fm f C fc + fm

H III-16

6 Mạch tăng trước và giảm sau:

Để hạn chế tập âm nhiệt tại ngõ ra mạch giải điều tần, tín hiệu điều biến phải được tăng cường biên độ ở tần số cao để tăng tỉ số tín hiệu trên tạp âm trước khi đưa vào mạch điều biến tần số ở máy phát Mạch làm chức năng này gọi là mạch tăng trước (H III-17) có sơ đồ và đáp tuyến biên tần như H III-18

Do tín hiệu điều biến được tăng cường trước khi được điều tần ở máy phát, tín hiệu thu hồi được ngõ ra mạch giải điều tần phải được giảm ở phía tần số cao để phục hồi nguyên dạng phổ tín hiệu gốc, mạch này gọi là mạch giảm sau có sơ đồ tiêu biểu như H III-20

điện áp tạp âm ra mạch giải điều pha

điện áp tạp âm ra mạch giải điều tần

Tam giác tạp âm FM

Tín hiệu

điều biến

Ra+V

Q1

L 750uH

R 10k

s R

1

=

=

πτ

H III-20 H III-21

Hai mạch tăng trước và giảm sau đều có cùng thời hằng là τ = 75µs theo tiêu chuẩn của một số nước qui định, τ = 75µs là của FCC được đưa ra làm thí dụ điển hình Như vậy, qua mạch giảm sau tạp âm, theo thí dụ này thì tín hiệu gốc ở tần số 15KHz được tăng trước 17dB trước khi đưa vào mạch điều tần ở máy phát và giảm sau –17dB sau mạch giải điều tần ở máy thu

Phương pháp tăng trước cũng được áp dụng để hạn chế tạp âm khi phát băng từ gọi

là kỹ thuật hạn chế tạp âm Dolby.

7 Mạch điều biến góc:

a Mạch điều tần trực tiếp:

Mạch điều tần trực tiếp là mạch làm cho tần số tức thời của sóng mang biến thiên tỉ lệ với tín hiệu điều biến Về cơ bản đây, là mạch dao động LC được tín hiệu điều biến làm biến thiên L hoặc C để thay đổi tần số

= của mạch dao động Mạch thay

đổi L gọi là mạch điều biến cảm kháng, mạch thay đổi C gọi là mạch điều biến điện dung Ngày nay, các mạch điều biến này được thay bằng diode biến dung gọi là Varactor,

Varicap hay gần đây được gọi là tụ điện biến đổi theo điện áp VDC (Voltage Dependent Capacitor).

Sau đây là sơ đồ cơ bản mạch điều tần trực tiếp dùng VDC (H.III-22)

+

RFC C1

C2

C3 C4

C1 và C3 là tụ điện cách ly điện một chiều từ cực thu Q1 và từ nguồn điện phân cực nghịch VDC RFC cách ly điện cao tần đến micro và đưa tín hiệu điều biến vào VDC

H III-24

VCO là mạch dao động có tần số thay đổi theo điện áp Tần số trung tâm fC của mạch này được xác định bởi tụ điện C và điện trở R Tín hiệu điều biến tạo ra sóng điều tần Qua mạch nhân tần số cho N, sóng điều tần vuông được đổi thành sóng sin, qua mạch khuếch đại đệm là sóng điều tần có tần số f = (fc+ ∆f)N

Phần trên đây chỉ giới thiệu một số mạch cơ bản, không thể đi sâu vào các mạch cụ thể ngoài mục tiêu môn học

Do mạch điều tần trực tiếp có tần số biến thiên tỉ lệ thuận với tín hiệu điều biến nên tần số trung tâm fC của sóng không đạt yêu cầu của cơ quan FCC về việc ổn định tần số phát sóng Để giải quyết vấn đề này, phải sử dụng mạch tự động ổn định tần số (AFC) Mạch này so sánh tần số sóng phát ra với tần số của mạch dao động thạch anh, tín hiệu từ mạch so sánh sẽ điều chỉnh lại tần số trung tâm của mạch điều tần (H III-25) Mạch điều tần gián tiếp cũng có thể được sử dụng để có tần số ổn định

H III-25

b Mạch điều tần gián tiếp:

Mạch điều tần gián tiếp có thể là mạch điều biến pha đổi ra mạch điều tần như H III-26

H.III-26Nguyên lý của mạch điều pha sẽ được giải thích ở phần sau

VCO, fC

KHz/v

Mạch nhân tần số xN

Mạch tạo dạng sin

Mạch kđ đệm

VCO

So sánhtần số

Đệm vàx2

Lọcquathấp

Sopha

Lọc quathấp

Mạch dao động thạch anh 14,3MHz

Mạchtích phân

Mạch điều biếnpha PM Sóng điều tần(FM)

em(t) ∫ em( t ) dt

c Mạch điều biến pha:

Để hiểu rõ nguyên lý mạch điều biến pha, ta hãy nghiên cứu giản đồ vectơ đặc trưng sóng điều biến với tín hiệu điều biến đơn tần

Sóng điều biến có biểu thức:

e = EC(1+mcosωmt)sinωCt

t

mE t

mE t E

m c

c c

2)sin(

2sinω + ω +ω + ω −ω

Giản đồ vectơ sóng điều biên được vẽ như H III-27

H.III-27Nếu sử dụng mạch dịch pha cả hai sóng mang 900 thì giản đồ vectơ được vẽ lại như sau:

H.III-28

Giản đồ H.III-28 là giản đồ vectơ sóng điều biến góc pha tức thời θ(t)

Ta cũng có thể không dịch pha đôi sóng biên mà chỉ cần dịch pha sóng mang

ECsinωCt để có sóng điều pha theo sơ đồ H III-29

Mạch điều biên đối xứng

fcxN

Tín hiệu điều biến

Nhiều nhà sản xuất vi mạch đưa ra thị trường vi mạch chuyên dùng như vi mạch máy phát Motorola MC1376 công suất 600mW, sóng có tần số lệch cực đại lên đến 150KHz (H III-29).

H III-39

8 Mạch giải điều biến góc:

a Mạch giải điều tần:

Mạch giải điều tần là mạch cho ra điện áp tỉ lệ thuận với tần số lệch so với tần số giữa của sóng điều tần:

Vr = Kf∆f

∆f : tần số lệch so với tần số giữa fC tức là tần số sóng mang chưa điều biến

Có nhiều mạch giải điều tần Sau đây là một số mạch từ mạch cơ bản nhất là mạch giải điều tần Travis

Mạch giải điều tần Travis:

Nguyên lý cơ bản của mạch này là mạch tách sóng dốc (H III-30)

Điện áp ra Ur của mạch biến thiên theo sóng FM

H III-30aTần số sóng FM theo đường biểu diễn H III-30b tần số cộng hưởng của mạch RC là

= Tần số giữa của sóng FM ở giá trị thấp hơn phần đường biểu diễn tương đối

tuyến tính nhất khi tần số sóng FM điều tần thay đổi quanh tần số giữa fC thì tại ngõ ra có điện áp Ur là tín hiệu gốc được thu hồi

C Cd

470pF 270p

47p

103

1uF

1K7 1K

56K 33uH

V C

4

3 2

1 8

5

7 6

-∆f f +∆f

Vr

Mạch tách sóng này cho điện áp ra Ur không thật sự tuyến tính với tần số lệch ∆f của sóng Mạch giải điều biến Travis là mạch tách sóng dốc đối xứng có đặc tính ra tuyến tính hơn (H III-31).

H.III-31

Đây là mạch tách sóng dốc có ngõ ra mắc đối nhau, các cuộn cảm L2 và L3 quan hệ hổ cảm với L1 Tuy nhiên L2 và L3 không được có quan hệ hổ cảm với nhau L1C1 được chỉnh ở tần số cộng hưởng fC là tần số giữa sóng điều biên tần số cộng hưởng của L2C2

bằng

2 2

2

2

1

C L

f

π

= cao hơn fC tần số cộng hưởng của L3C3 là

3 3

1

2

1

C L

f

π

= thấp hơn fC.

H.III-32Các khung dao động L1C1, L2C2, L3C3 và các khoảng cách tần số cộng hưởng

1 1

2

1

C L

f

π

3 3 1

2

1

C L

Mạch thứ 2 là mạch giải điều biên Foster Seeley có 2 khung dao động LC chỉnh ở cùng tần số cộng hưởng

2 2 1

12

1

C L C

D1

D2

L1 L2L3

C2

C3

Cd1

Cd2 Rd1 Rd2

2

1

C L

f

π

=

3 3 1

2

1

C L

Để hiểu nguyên lý mạch cần phải biết quan hệ giữa điện áp sơ cấp V1 với điện áp thứ cấp V2 Quan hệ giữa dòng thứ cấp I2 với dòng sơ cấp I1 được xác định bởi :

2 2

2 2

.

1

1

I j C L R I

Ta có

j L

V I

ω

1

.

2

.

Thay vào hệ thức trên, ta có:

2 2 2

2 2

=

Nếu tần số sóng điều tần

2 2 1

12

1

C L C

L f

.

1

V j C R V

L

m

ω

=

Vậy điện áp sơ cấp V1 sớm pha hơn điện áp thứ cấp Vr một góc 900 khi f= fC

Khi f > fC V1 sớm pha hơn V2 một góc lớn hơn 900

Khi f < fC V1 sớm pha hơn V2 một góc nhỏ hơn 900 (H III-34)

H III-34Điện áp điểm A (so với điểm quy chiếu 0 là 0 volt) bằng vectơ OA, điện áp điểm B bằng vectơ OB Điện áp tại Rd1 bằng mođun của vectơ OA, điện áp ra tại Rd2 bằng mođun của vectơ OB Vậy điện áp ra mạch giải điều tần Foster Seeley bằng:

Ur = VCI - VDI

Khi f = fo, |OA| = |OB|, vậy VCI = VDI, Vr = 0

Khi f > fo, |OA| > |OB|, vậy VCI >VDI, Vr > 0

Khi f < fo, |OA| < |OB|, vậy VCI <VDI, Vr < 0

Sự biến thiên của Ur theo tần số f được đặc trưng bởi đường biểu diễn H III-35

CID

A

B

Vr

Sóng điều tần

tại ngõ ra mạch

hạn chế biên độ

MO

Để có đường biểu diễn thẳng trong phạm vi biến thiên tần số sóng, ba khung dao động phải được thiết kế phải có hệ số Q phù hợp mạch này có ưu điểm là dễ điều chỉnh hơn mạch TRAVIS và cả hai khung dao động đều được điều chỉnh ở cùng một tần số cộng hưởng là tần số sóng chưa diều biến fC = 10,7MHz Nhược điểm của mạch là cần phải có mạch hạn chế biên độ sóng ở ngõ vào khi biên độ sóng thấp hơn mức hạn chế thì tín hiệu thu hồi có nhiều tạp âm do vậy mạch được thay thế bởi các mạch khác

H III-36 là mạch giải điều biến tỉ lệ thay mạch tách sóng tỉ lệ Mạch này cũng có hai khung dao động L1C1 và L2C2 có cùng tần số cộng hưởng bằng tần số giữa của sóng điều tần Diode D2 được mắc ngược so với H III-33

H.III-36

Các điện áp V1 và V2 cũng có quan hệ pha như ở mạch Foster Seeley

Điện áp tại tụ điện Cd1 bằng VCI = |OA|

Điện áp của tụ điện Cd2 bằng VID = |OB|

Điện áp tại tụ điện Cg = VCD = |AB| =const

Khi f = fC, |OA| = |OB| thì VCI = VID – DO

VCI +VID = |AB| = const nên

22

2

2

V

V r > Điện áp ra VR biến thiên theo tần số sóng điều tần Các khung dao động được thiết kế sao cho Ur biến thiên tuyến tính với tần số lệch của sóng điều tần so với tần số giữa như H III-37

I1O

B

A

DI

CSóng điều tần

Ngoài các mạch trên còn có mạch giải điều tần dùng vòng khóa pha (PLL) sẽ được nói đến ở phần mạch tổng hợp tần số

V Các kỹ thuật điều biến khác:

Qua các bài trước ta biết rằng tùy theo bản chất của tín hiệu và đặc tính truyền của môi trường người ta chọn kỹ thuật điều biến phù hợp Phần này giới thiệu qua một số kỹ thuật điều biến khác

1 Trường hợp tín hiệu tương tự như lời nói, nhạc, v.v mà sóng mang có dạng

xung, là phải chọn kỹ thuật điều biến xung chia thành nhiều loại:

Kỹ thuật điều biến xung (Pulse Amplitude Modulation-PAM): tần số và bề rộng

xung không đổi, bề cao xung biến thiên tỉ lệ với tín hiệu điều biến (H III-38b)

Kỹ thuật điều tần xung (Pulse Frequency Modulation-PFM): tần số xung biến

thiên tỉ lệ với tín hiệu điều biến, biên độ và độ rộng xung không thay đổi (H III-38c)

Kỹ thuật điều pha xung (Pulse Phase Modulation hay Pulse Position Modulation

-PPM): tần số biên độ và bề rộng xung không đổi, vị trí xung trong mỗi chu kỳ thay đổi tỉ lệ với biên độ tín hiệu điều biến (H III-38d)

Kỹ thuật điều rộng xung (Pulse Width Modulation-PWM): biên độ, tần số và vị trí

xung trong mỗi chu kỳ không đổi nhưng bề rộng xung biến thiên tỉ lệ với biên độ tín hiệu điều biến (H.III-38e)

2 Trường hợp tín hiệu rời rạc như văn bản, số liệu, sóng mang là sóng sin thì phải

chọn:

Kỹ thuật ASK (Amply Shift Keying): biên độ sóng mang thay đổi ở một số mức nhất

định tùy theo mã

Kỹ thuật OOK (On Off Keying): sóng mang lúc có lúc không, biên độ và tần số sóng

mang không đổi

Kỹ thuật PSK (Phase Shift Keying): tần số, biên độ sóng mang không đổi, góc pha

thay đổi

3 Trường hợp tín hiệu tương tự được đổi ra tín hiệu rời rạc: sóng mang dạng

xung ta có:

Kỹ thuật PCM (Pulse Code Modulation): tín hiệu tương tự được lấy mẫu, mã hóa

thành số, thường là số nhị phân