Bài thực tập chuyên đề điều chế tương tự

BÀI 1 - ĐIỀU CHẾ BIÊN ĐỘ AM 1.1 MỤC ĐÍCH: + Kiểm tra các thông số của một tín hiệu đã được điều biên + Kiểm tra sự vận hành của một bộ điều chế biên độ máy điều biên + Thực hiện đo đạ

BÀI THỰC TẬP CHUYÊN ĐỀ:

ĐIỀU CHẾ TƯƠNG TỰ

NỘI DUNG

Bài 1 Điều chế biên độ

Bài 2 Giải điều chế biên độ

Bài 3 Điều chế nửa băng (SSB)

Bài 4 Điều chế tần số

Bài 5 Giải điều chế tần số

Bài 6 Điều chế pha

Bài 7 Chuyển đổi tần số (FC)

Bài 8 Các bộ khuếch đại có lựa chọn (selective amplifiers) Bài 9 Hệ thống truyền thông AM

Bài10 Hệ thống truyền thông FM

Phụ lục A: Nguyên lí hoạt động của máy phân tích phổ

BÀI 1 - ĐIỀU CHẾ BIÊN ĐỘ (AM) 1.1 MỤC ĐÍCH:

+ Kiểm tra các thông số của một tín hiệu đã được điều biên

+ Kiểm tra sự vận hành của một bộ điều chế biên độ (máy điều biên)

+ Thực hiện đo đạc các thuộc tính trên một máy điều biên

+ Phân tích phổ của tín hiệu đã điều biên

1.2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT

1.2.1 Lý thuyết chung về kỹ thuật điều biên

Xét một tín hiệu sin vm(t) với tần số f (hình 1.1): Vm(t) = B.sin(2πft)

Và một tín hiệu sin khác Vc(t) với tần số F cao hơn: Vc(t) = A.sin(2πFt)

Hình 1.1 a) tín hiệu sóng mang b) tín hiệu điều chế c) tín hiệu đã điều chế

Tín hiệu vm(t) được gọi là tín hiệu điều chế (modulating signal), tín hiệu vc(t) gọi là

tín hiệu sóng mang

Thay đổi biên độ của sóng mang vc(t) bằng cách cộng tín hiệu điều chế vm(t) vào

A, ta thu được tín hiệu điều biên vM(t), được mô tả bằng phương trình:

VM(t) = [A + k.B.sin(2πft)].sin(2πFt) = A[1+m.sin(2πft)].sin(2πFt) Với k là hằng số tỉ lệ

Phần trăm tín hiệu điều biênđược định nghĩa là giá trị:

A

B k

Đối chiếu với hình 1.1, chỉ số điều chế m có thể được tính bằng cách sau:

%100

h H

h H m

+

−

=

1.2.2 Phổ của tín hiệu điều biên

Với các biến đổi lượng giác đơn giản, vM trở thành:

])

(2cos[

2])

(2cos[

.2.)2sin(

.)

(2cos[

2

])

(2cos[

.2

Hiệu quả đặc biệt là sự thể hiện của tín hiệu điều biên trong sơ đồ biên độ/tần số Hình 1.2 thể hiện các thành phần khác nhau của tín hiệu AM, trong sơ đồ biên độ/tần

số cũng như sơ đồ biên độ/thời gian

Hình 1.2

1.2.3 Công suất của tín hiệu điều biên

Công suất tổng cộng của một tín hiệu AM là tổng của các phần liên quan đến sóng mang và các nửa băng dưới và trên

Xem xét một tín hiệu điều chế dạng sin và một trở tải R, các thành phần khác nhau cung cấp các công suất như sau:

PC = A2/2.R Công suất kết hợp của sóng mang

PL = (m.A)2/8.R Công suất kết hợp của nửa băng thấp

PH = (m.A)2/8.R Công suất kết hợp của nửa băng cao

Có hai yếu tố quan trọng cần phải chú ý đến là:

+ Công suất kết hợp của sóng mang là cố định và không phụ thuộc vào sự điều chế

+ Công suất kết hợp của mỗi nửa băng phụ thuộc vào chỉ số điều chế, và đạt tối đa

là 25% công suất của sóng mang (tổng cọng 2 nửa băng là 50%)

1.2.4 Tín hiệu điều chế không phải dạng sin: Phổ

Xem xét một tín hiệu điều chế không phải là một sóng sin đơn giản mà là một tín hiệu thông thường có phổ tần số nằm từ f1 đến f2 Với điều chế biên độ phổ này được

di chuyển đến trên và dưới sóng mang (hình 1.3)

Hiển nhiên là phổ của tín hiệu điều biên rộng hơn phổ của tín hiệu điều chế Phổ của tín hiệu điều biên Bw rộng gấp đôi của tín hiệu điều chế:

Bw = 2.f2

Hình 1.3

1.2.4 Cách thực hiện kỹ thuật điều chế biên độ

Các mạch được sử dụng để tạo ra điều chế biên độ phải biến đổi biên độ của môt tín hiệu tần số cao (sóng mang) với hàm số là biên độ của một tín hiệu tần số thấp (tín hiệu điều chế)

Trong một bộ phát AM, chúng ta nói:

+ Điều chế mức cao nếu sự điều chế được thực hiện trực tiếp trong tầng công suất

cuối cùng Đây thường là một bộ khuếch đại trong lớp C

+ Điều chế tần số thấp khi sự điều chế được thực hiện bởi các tầng trước bộ

khuếch đại công suất cuối cùng

Các thiết bị bán dẫn có thể được sử dụng trong trường hợp công suất thấp hoặc sử dụng các đến chân không trong trường hợp yêu cầu công suất cao

Trong mạch được sử dụng cho các bài thực tập, điều chế biên độ được tạo ra bởi một bộ khuếch đại vi sai, trong đó độ lợi (độ khuếch đại) được biến đổi bởi tín hiệu điều chế Mạch này được tích hợp vào IC LM1496, cũng có thể được sử dụng để tạo

ra điều chế biên độ với sóng mang nén, sẽ nghiên cứu trong một bài thực tập khác

1.3 THỰC TẬP

Các thiết bị yêu cầu:

+ Modul T10A-T10B + Nguồn một chiều ±12V

+ Dao động kí

1.3.1 Hoạt động của bộ điều chế

Hình 1.4 : Sơ đồ bộ điều chế

1 Thực hiện kết nối modul T10A và T10B theo hình 1.4 Cấp nguồn ±12V cho các modul và thực hiện các thiết lập sau:

+ MÁY PHÁT CHỨC NĂNG: sin (J1), LEVEL khoảng 0.5V, FREQ khoảng 1kHz

+ VCO2: LEVEL khoảng 1V, FREQ khoảng 450kHz

+ BỘ CÂN BẰNG 1: CARRIER NULL

2 Nối dao động kí tới lối vào của bộ điều chế (điểm 2 và 1), quan sát tín hiệu điều chế và sóng mang (hình 1.5a/b)

3 Chuyển đầu đo ở điểm 1 đến điểm 3 (lối ra của bộ điều chế), quan sát tín hiệu điều biên (hình 1.5c) Chú ý là hình bao của tín hiệu đã điều chế tương ứng với dạng của tín hiệu điều chế

4 Thay đổi biên độ của tín hiệu điều chế và kiểm tra lần lượt 3 điều kiện sau: phần trăm điều chế nhỏ hơn 100% (hình 1.5c), bằng 100% (hình 1.5d) và vượt quá 100% (tràn điều chế - overmodulation, hình 1.5e)

5 Thay đổi tần số và dạng sóng của tín hiệu điều chế và kiểm tra sự thay đổi tương ứng của tín hiệu đã điều chế

6 Thay đổi biên độ của tín hiệu điều chế và chú ý là tín hiệu đã điều chế có thể bị bão hòa hay tràn điều chế

Hình 1.5: Các dạng sóng của bộ điều chế AM

1.3.2 Chỉ số điều chế

7 Thiết lập các modul như trong phần 1

8 Dùng dao động kí để đo (hình 1.6)

+ Biên độ B của tín hiệu điều chế (điểm 2 của T10B)

+ Biên độ H và h của tín hiệu đã điều chế, và biên độ C của hình bao của tín hiệu

đã điều chế (điểm 3 của T10B)

9 Tính giá trị k của bộ điều chế, k=C/B Giá trị này nhỏ hon 1 một chút

10 Tính biên độ A của sóng mang:

2

h H

11 Tính chỉ số điều chế m (%):

%100

h H

h H m

+

−

=

Hình 1.6: Tính chỉ số điều chế

1.3.3 Độ tuyến tính của bộ điều chế

12 Thiết lập các modul như trong phần 1

13 Đặt dao động kí trong chế độ X-Y (X=0.2V/div,Y=1V/div) Đưa tín hiệu điều chế (điểm 2 của T10B) vào trục X, tín hiệu đã điều chế (điểm 3 của T10B) vào trục

Y

14 Trên dao động kí sẽ xuất hiện một hình thang tương tự như hình 1.7a; Nó thể hiện sự biến đổi của hình bao của tín hiệu đã điều chế như một hàm của biên độ tín hiệu điều chế Phương pháp hiển thị này chỉ ra sự không tuyến tính hay méo của tín hiệu đã điều chế Tăng biên độ của tín hiệu điều chế và xem sự bão hòa và tràn điều chế của tín hiệu đã điều chế được thể hiện như thế nào (hình 1.7b)

Hình 1.7: Sự tuyến tính của bộ điều chế

1.3.4 Phổ của tín hiệu AM (chưa có máy phân tích phổ)

Phụ lục A giải thích nguyên tắc hoạt động của máy phân tích phổ

15 Thực hiện kết nối các modul T10A và T10B theo hình 1.8 Cấp nguồn một chiều ±12V và thực hiện các thiết lập sau:

+ MÁY PHÁT CHỨC NĂNG: sin(J1), LEVEL khoảng 0.5V, FRQ khoảng 10kHz + VCO2: LEVEL khoảng 1V, FREQ khoảng 450kHz

+ VCO1: LEVEL khoảng 2V, SHIFFTER 1500kHz,FREQ khaongr 900kHz

+ SWEEP: DEPTH vặn hết cỡ theo chiều kim đồng hồ

+ RF DETECTOR: LEVEL hết mức theo chiều kim đồng hồ

+ BALANDCED MODULATOR 1: CARIER NULL vặn hết cỡ theo chiều kim đồng hồ hoặc chiều ngược lại, sao cho thu được một tín hiệu AM tại lối ra OUT LEVEL đặt tại vị trí trung gian

+ BALANCED MODULATOR 2: CARIER NULL ở vị trí trung tâm, sao cho mạch hoạt động nhự một bộ chuyển đổi tần số (bộ điều chế cân bằng với sóng mang nén) OUT LEVEL ở vị trí trung gian

+ CERAMIC FILTER vặn hết cỡ theo chiều kim đồng hồ

16 Đặt dao động ký trong chế độ X-Y (X=0.2V/div, Y=50mV/div) Nối máy phát SWEEP (điểm 1 của T10A) đến trục X, và tín hiệu tách (điểm 3 của T10A) đến trục

Y

17 Thay đổi tần số của sóng mang (VCO2) cho đến khi đao động ký hiển thị giống như hình 1.9 Để nhận được dạng sóng tốt nhất hãy điều chỉnh: dộ lệch của máy phát

SWEEP (DEPTH); băng thông của bộ lọc tụ gốm (variable capacity); CARRIER

NULL của bộ điều chế cân bằng 2

18 Dạng sóng quan sát được chính là phổ của tín hiệu AM, bao gồm sóng mang và hai nửa băng

19 Thay đổi tần số, biên độ và dạng sóng của tín hiệu điều chế và kiểm tra sự thay đổi của phổ

Hình 1.9: Phổ của tín hiệu AM

BÀI 2 - GIẢI ĐIỀU CHẾ BIÊN ĐỘ (AM) 2.1 MỤC ĐÍCH:

+ Hoạt động của bộ tách sóng hình bao

+ Sự méo của tín hiệu tách sóng: sự gợn sóng và méo do cắt chéo

Bộ tách sóng hình bao đơn giản nhất bao gồm một bộ lọc RC nối vào sau một diode (hình 2.2) Hoạt động của nó tương tự như một bộ chỉnh lưu nửa sóng, điện áp lối ra bám theo giá trị lớn nhất của sóng mang Bởi vì biên độ của sóng mang biến đổi, bằng cách chọn các giá trị thích hợp cho R và C, lối ra của bộ tách sóng có thể tái tạo một cách chính xác các biến đổi này

Hình 2.1: Tín hiệu AM Hình 2.2: Bộ tách sóng hình bao 2.2.2 Sự méo của tín hiệu tách sóng

Tín hiệu giải điều chế có hai loại méo tín hiệu:

+ Nếu hằng số thời gian RC quá nhỏ tương ứng so với chu kì sóng mang, hình bao xấp xỉ dạng sóng bị ảnh hưởng bởi gợn sóng (ripple), sự ảnh hưởng càng rõ ràng hơn với giá trị RC nhỏ (hình 2.3)

+ Nếu hằng số thời gian RC quá cao tương ứng với chu kì tín hiệu điều chế, tín hiệu tách sóng sẽ bám theo hình bao, nhưng thỉnh thoảng sẽ bị ảnh hưởng bởi luật giảm theo hàm mũ (méo do cắt chéo, hình 2.4)

Hình 2.3: Ripple Hình 2.4: Méo do cắt chéo

2.2.3 Giá trị RC nhỏ nhất: tối thiểu hóa ripple

Mục đích của việc chọn giá trị RC là làm giảm biên độ của ripple đến mức cực tiểu Để đạt được kết quả này, hằng số thời gian RC phải lớn hơn rất nhiều so với chu

kì T của sóng mang, do đó để tránh sự phóng điện quá nhanh của C trong khoảng giữa hai đỉnh tín hiệu AM ta phải có:

RC>>T Hình 2.5 chỉ ra hai ví dụ của tín hiệu đã tách sóng, thu được với hai giá trị RC khác nhau Nhớ rằng giá trị của RC cũng không được lớn quá, vì nếu quá lớn nó cũng sẽ gây méo

Hình 2.5: Giảm ripple 2.2.4 Giá trị RC lớn nhất: méo do cắt chéo

Một điều kiện khác của việc lựa chọn giá trị RC thích hợp được thể hiện trong hình 2.6

Hình 2.6: Méo do cắt chéo

Nếu hằng số thời gian quá lớn, có thể xảy ra trường hợp như sau: từ thời điểm t1, lối ra của bộ tách sóng không bám theo hình bao của tín hiệu điều biên AM nữa mà tiếp tục hạ thấp theo luật phóng điện của C, nghĩa là không đúng theo mong đợi của chúng ta nữa

Do đó diode của bộ tách sóng sẽ bị khóa cho đến tận t2, khi lối ra của bộ tách sóng đạt đến mức của hình bao Trong khoảng thời gian t2-t1, lối ra cao hơn giá trị lớn nhật của tín hiệu điều biên, và diode bị phân cực ngược

Kiểu méo tín hiệu giải điều biên này được gọi là méo do cắt chéo (diagonal cutting)

Giá trị cực đại của RC được tính sao cho tụ C phóng điện trên điện trở R lớn hơn hoặc bằng hình bao của tín hiệu AM hạ thấp xuống

m

m f

C

2 max

−

≤với : m là chỉ số điều chế

fmax là tần số lớn nhất của tín hiệu điều chế Chú ý rằng trong trường hợp m=1, điều kiện này không thể được thỏa mãn, và tín hiệu tách sóng tất nhiên sẽ bị méo

2.2.5 Hiệu suất tách sóng

Hiệu suất η của bộ tách sóng hình bao dùng diode được định nghĩa là tỉ số giữa biên độ của tín hiệu lối ra bộ tách sóng với biên độ của hình bao của tín hiệu AM lối vào Giả thiết rằng tại tần số của sóng mang, dung kháng của tụ C [1/(2πFC)] nhỏ hơn trở kháng R rất nhiều (giả thiết được kiểm tra nếu RC>>1/F để giảm ripple), hiệu suất

η thực tế phụ thuộc vào tỉ lệ giữa R và trở kháng vi sai (differential resistance) rd của diode (hình 2.7)

Hình 2.7: Hiệu suất tách sóng 2.2.6 Sự cân nhắc cuối cùng trong lựa chọn RC trong bộ tách sóng hình bao

+ Để đạt được hiệu suất tách sóng cao, điện trở R phải lớn hơn rất nhiều so với trở kháng vi sai của diode (R>>rd), để tối thiểu ripple trong tín hiệu tách sóng, tích RC phải lớn hơn nhiều so với chu kì sóng mang T (T<<RC)

+ Để tránh méo do cắt chéo tích RC phải nhỏ hơn hoặc bằng với một giá trị phụ thuộc vào tần số sóng mang và chỉ số điều chế Trong trường hợp tín hiệu điều chế có

tần số và biên độ biến đổi, giá trị cực đại của tần số cũng như chỉ số điều chế phải được xem xét

2.2.7 Bộ tách sóng AM đồng bộ

Trong bộ tách sóng AM đồng bộ, còn gọi là bộ tách sóng AM kết hợp, tín hiệu điều biên được trộn với một sóng kết hợp, chính là tín hiệu sóng mang, và kết quả được đưa qua một bộ lọc thông thấp để cho ra tín hiệu giải điều chế mong muốn Hình 2.8 đưa ra một sơ đồ khối đơn giản của hệ thống giải điều chế này Tín hiệu điều biên

vM có thể được thể hiện dưới dạng sau:

v M (t)=V m (t).sin(2πFt)

Trong đó Vm(t)=A[1+m.sin(2πft)] là biên độ của hình bao của tín hiệu AM, và F là tần số của sóng mang

Hình 2.8: Sơ đồ khối của bộ tách sóng AM đồng bộ

Nếu tín hiệu AM được nhân với một tín hiệu không điều chế có cùng tần số và pha, lối ra của bộ nhân là một tín hiệu tổng hợp v0(t) được biểu diễn như sau:

v 0 (t)=[A C sin(2πFt)].[V m (t).sin(2πFt)]=K 0 V m [1+cos(2π.2Ft)]

Trong đó K0 được xem như độ lợi (độ khuếch đại) của mạch nhân

Cho tín hiệu v0(t) qua một bộ lọc thông thấp để loại bỏ thành phần có tần số 2F, tín hiệu kết quả Vout tương ứng với tín hiệu tách sóng AM:

V out =K 0 V m (t)

Một hệ thống vòng bám pha (PLL) thường được sử dụng để tái tạo một tín hiệu ở

bộ thu mà đồng bộ chính xác với sóng mang của tín hiệu AM Sơ đồ khối của một bộ

tách sóng hoàn chỉnh được thể hiện trong hình 2.9 Trong các ứng dụng yêu cầu chất lượng cao, sử dụng bộ tách sóng AM đồng bộ thể hiện một số ưu điểm quan trọng so với tách sóng hình bao:

+ Khả năng méo thấp và có thể giải điều chế tín hiệu AM với độ sâu điều chế cao hơn, tín hiệu điều chế thay đổi nhanh (một ví dụ trong điều chế xung)

+ Khả năng tạo ra độ khuếch đại thay vì độ suy giảm của diode

Hình 2.9: Sơ đồ khối bộ tách sóng AM kết hợp sử dụng PLL

2.3 THỰC TẬP

Các thiết bị cần thiết:

+ Các modul T10A, T10B, T10C + Nguồn 1 chiều ±12V

2 Chỉ nối các jump sau trên T10C: J3, J5, J6, J8, J10 và J12 Nối lối ra của bộ điều chế (điểm 3 của T10B) đến lối vào của bộ khuếch đại IF (điểm 12 của T10C)

3 Cấp nguồn ±12V cho các modul T10A, T10B và thực hiện các thiết lập sau: + Máy phát chức năng: sin (J1), LEVEL khoảng 0.5V, FREQ khoảng 1kHz + VCO2: LEVEL khoảng 200mV, FREQ khoảng 450kHz

+ BALANCED MODULATOR 1: CARRIER NULL vặn hết theo chiều kim

đồng hồ hoặc chiều ngược lại, để cho bộ điều chế trong trạng thái không cân bằng và thu được một tín hiệu AM với sóng mang không nén tại lối ra Điều chỉnh OUT LEVEL để thu được tín hiệu AM ở lối ra với biên độ khoảng 15mVpp

Hình 2.10

4 Nối dao động ký vào điểm trước và điểm sau của bộ tách sóng diode (các điểm

15 và 17 của T10C) và quan sát tín hiệu AM và tín hiệu tách sóng (hình 2.11)

5 Kiểm tra xem tín hiệu tách sóng bám theo hình bao của tín hiệu AM

6 Chuyển jump J8 sang J9 và kiểm tra sự tách sóng hình bao âm Sau đó trả jump lại J8

2.3.2 Hiệu suất tách sóng (revelation efficiency)

7 Từ các dạng sóng được tách trong các phần trước, có thể tính được hiệu suất tách sóng bằng tỉ lệ của biên độ tín hiệu tách sóng với biên độ của hình bao tín hiệu AM (khảo sát trước diode) Giá trị tính được khoảng 0.8

2.3.3 Ảnh hưởng của hằng số thời gian RC

8 Giá trị R và C được nối sau diode của bộ tách sóng là R7=22kΩ và C7=4.7nF Giữ nguyên dao động ký ở điểm 15 và 17 và giảm tần số của tín hiệu điều chế xuống 10kHz Chú ý đến sự méo do cắt chéo của tín hiệu tách sóng

9 Giảm bớt độ sâu điều chế (giảm biên độ của tín hiệu điều chế) và kiểm tra xem tín hiệu tách sóng có thể bám theo hình bao của tín hiệu AM

10 Lấy độ sâu điều chế khoảng 50%, thay đổi C7 (4.7nF) thành C6 (1nF) Độ méo

do cắt chéo giảm xuống, nhưng ripple trong tín hiệu tách sóng tăng lên Tín hiệu trên dao động ký tương tự như hình 2.3

Hình 2.11 2.3.4 Bộ tách AM đồng bộ

11 Thực hiện kết nối modul T10A và T10B như trong hình 2.12 Nối nguồn 1 chiều ±12V và thực hiện các thiết lập sau:

+ Máy phát chức năng: sin (J1), LEVEL khoảng 0.5V, FREQ khoảng 10kHz + VCO2: LEVEL khoảng 1V, FREQ khoảng 450kHz

+ BALANCED MODULATOR 1: CARRIER NULL vặn hết theo chiều kim

đồng hồ hoặc chiều ngược lại, để thu được một tín hiệu AM tại lối ra OUT LEVEL để ở vị trí trung gian

+ BALANCED MODULATOR 2: CARRIER NULL đặt ở vị trí trung tâm, để

cho mạch hoạt động như một bộ chuyển đổi tần số (bộ điều chế cân bằng với sóng mang nén); OUT LEVEL để ở vị trí trung gian

12 Nối dao động ký tới lối vào của bộ giải điều chế (điểm 16 của bộ điều chế cân bằng 2) và tới lối ra (điểm 17) Dạng sóng tách được ở lối ra (hình 2.13) là tích của tín hiệu AM và sóng mang mà trong thực tế được tái tạo ở bộ thu Chú ý rằng dạng sóng này bao gồm tần số gấp đôi sóng mang, trong đó dạng sóng của tín hiệu điều chế đã được cộng vào

13 Bộ lọc thông thấp loại bỏ thành phần tần số cao và tạo ra tín hiệu tách sóng hoàn chỉnh Vì bộ lọc có tần số cắt ở 3400Hz, tất cả các tần số cao hơn đều bị suy giảm

14 Tăng độ sâu điều chế của tín hiệu AM và kiểm tra để thấy rằng tín hiệu tách sóng luôn bám theo hình bao Không có méo do cắt chéo

Hình 2.12

Hình 2.13

BÀI 3 - ĐIỀU CHẾ NỬA BĂNG (SSB) 3.1 MỤC ĐÍCH

+ Kiểm tra các thông số chính của điều chế nửa băng

+ Kiểm tra hoạt động của các bộ điều chế biên độ với sóng mang nén: bộ điều chế cân bằng và vòng

+ Đo đáp ứng tần số của bộ loc ceramic + Kiểm tra việc sử dụng các bộ lọc để tạo ra nửa băng + Phân tích phôt của tín hiệu SSB

+ Kiểm tra hoạt động của các bộ giải điều chế nửa băng

2

])(2cos[

a) Phổ tần số của sóng mang và tín hiệu điều chế

Có thể thấy răng toàn bộ thông tin có thể được truyền mà chỉ dùng nửa băng: sóng mang và nửa kia là thừa

SSB và AM:

So với điều chế biên độ, điều chế nửa băng có các ưu điểm sau:

+ Băng của tín hiệu điều chế được giảm xuống một nửa Nghĩa là trong cùng một dải tần số có thể tăng số kênh truyền lên gấp đôi

+ Tất cả công suất phát ra của máy phát được gắn với thông tin được truyền, khác với trong AM hầu hết công suất được gắn với sóng mang

Ngoài các ưu điểm của SSB so với AM, chúng ta cũng phải đề cập đến các khía cạnh sau:

+ Mạch điều chế cũng như giải điều chế phức tạp hơn

+ Cần phải tái tạo sóng mang ở phá thu để tách tín hiệu điều biên một cách chính xác

a) Băng thông gốc của một kênh điện thoại

b) Tần số sóng mang của kênh

c) Sóng mang f 0 được điều chế bởi một kênh

d) Nửa băng sau khi lọc

e) Tín hiệu điện thoại phức tạp

Hình 3.2: Ghép kênh phân chia tần số

3.2.2 Tạo ra SSB bằng phương pháp lọc:

Mục đích của phương pháp này là tạo ra một tín hiệu SSB bằng cách triệt sóng mang và một nửa băng

Phương pháp được sử dụng là lọc, thường được chia thành 2 bước:

+ Phát ra một tín hiệu điều chế biên độ triệt sóng mang, còn gọi là tín hiệu hai nửa băng (DSB-Double Side Band)

+ Sử dụng một bộ lọc thông dải để lấy một trong hai nửa băng

Hình 3.3: Tạo ra SSB bằng phương pháp lọc

Các bộ điều chế thông dụng nhất là các bộ điều chế cân bằng và các bộ điều chế vòng Các bộ lọc được sử dụng để tách một nửa băng phải có độ dốc ccuar đường cong suy hao cao trong khoảng giữa băng thông và băng suy hao Thạch anh, tụ gốm, các bộ lọc LC tích cực hoặc thụ động được sử dụng dựa trên tần số hoạt động và các ứng dụng (trong phần 3.2.5 chúng ta sẽ kiểm tra các đặc tính của bộ lọc tụ gốm)

Để lấy nửa băng thấp hay nửa băng cao, tần số sóng mang của máy phát được thay đổi, còn bộ lọc được giữ nguyên

3.2.3 Bộ điều chế cân bằng

Bộ điều chế cân bằng là mạch cho phép tạo ra điều chế biện độ triệt sóng mang, và bao gồm các nửa băng Để có được kết quả này, người ta nhân sóng mang với tín hiệu điều chế Nếu vm(t) là tín hiệu điều chế:

K.cos[2π(F-f)t] nửa băng thấp

K.cos[2π(F+f)t] nửa băng cao

Bộ nhân tín hiệu hay bộ điều chế cân bằng thường là một mạch tích hợp, IC 1496

Nó bao gồm một bộ khuếch đại vi sai bội tứ, được điều khiển bằng một bộ khuếch đại

vi sai khác Tín hiệu ra là kết quả nhân hai tín hiệu lối vào

Hình 3.4: Bộ điều chế cân bằng Hình 3.5: Bộ điều chế vòng

3.2.4 Bộ điều chế vòng

Bộ điều chế vòng là một mạch có thể tạo ra điều chế biên độ triệt sóng mang Sơ

đồ mạch điện được thể hiện trong hình 3.5 Hoạt động của mạch này như sau:

+ Trong nửa chu kì dương của Vc, giả sử B dương so với B’, diode D1 và D2 mở

và tín hiệu Vm xuất hiện tại lối ra

+ Trong nửa chu kì âm, B’ dương so với B, diode D3 và D4 mở và tín hiệu -Vm

xuất hiện tại lối ra

+ Nếu các diode có các đặc tính điện giống nhau và các điểm giữa TR1, TR2 là chính xác, dòng i và i’ tạo ra bởi Vc sẽ bằng nhau, hai thành phần tạo ở lối ra của i

và i’ sẽ triệt tiêu nhau, do đó không có sóng mang tại lối ra

Các dạng sóng liên quan đến bộ điều chế vòng được thể hiện trong hình 3.6 Nếu

bỏ diode D3 và D4 ta sẽ thu được một bộ điều chế vòng dạng khác Tín hiệu đã điều chế tại lối ra trong trường hợp này được thể hiện trong hình 3.6e

Hình 3.6: Các dạng sóng của bộ điều chế vòng

3.2.5 Bộ lọc gốm

Một bộ lọc gốm là một bộ lọc thông dải sử dụng một phần tử gốm áp điện như một

bộ chuyển đổi gốm-điện hoặc như bộ cộng hưởng cơ khí Các kí hiệu của các cell 2 và

3 chân được thể hiện trong hình 3.7 Trong hình này cũng thể hiện mach lọc tương đương với hai đầu cuối và trở kháng của nó khi tần số thay đổi Trong nhiều trường hợp mạch lọc bao gồm 2 cell gắn với nhau qua một tụ điện nhỏ (hình 3.8)

Các thông số quan trọng của mạch lọc gốm là trở kháng lối vào, trở kháng lối ra và điện dung kết nối hai phần Hình 3.9 thể hiện đáp ứng tần số của mạch lọc gốm với tần

số trung tâm của băng lọc là 455kHz tại các giá trị khác nhau của điện dung kết nối, trở kháng vào và trở kháng ra

a) Bộ lọc hai đầu cuối b) Bộ lọc 3 đầu cuối c) Mạch điện tương đương d) Trở kháng

Hình 3.7: Bộ lọc gốm

Hình 3.8: Bộ lọc gốm gồm 2 cell kết nối với nhau Hình 3.9: Đáp ứng tần số của bộ lọc gốm

3.2.6 Giải điều chế tín hiệu SSB

Việc giải điều chế tín hiệu SSB đòi hỏi phải có sóng mang, sóng mang này được tái tạo tại bộ thu

Để lấy được tín hiệu điều chế trong tín hiệu đã điều chế, nhân tín hiệu đã điều chế với sóng mang tái tạo, sau đó cho qua bộ lọc để thu được tín hiệu điều chế Mạch thực hiện việc nhân hai tín hiệu có thể sử dụng cùng loại như bộ nhân dùng tạo ra điều chế triệt sóng mang tại phía phát Khi được sử dụng như một bộ giải điều chế, mạch này thường được gọi là bộ tách tích số (product detector)

Bây giờ chúng ta sẽ kiểm tra hoạt động của bộ giải điều chế Tín hiệu SSB (trong

ví dụ này là băng trên) là:

vM(t)=K.cos[2π(F+f)t]

Sóng mang được phát lại tại bộ thu là:\

Vc(t) = A.sin(2 πFt) Tích của vM(t) và Vc(t) gồm các thành phần sau:

K’.sin(2πft) tín hiệu điều chế ban đầu

K”.sin[2π(2F+f)t]

Như vậy kết hợp tín hiệu SSB và sóng mang tái tạo ta thu được hai thành phần ở lối ra, bao gồm tín hiệu điều chế và một thành phần tần số cao Thành phần tần số cao này dễ dàng bị loại bỏ bằng một bộ lọc thông thấp Nếu sóng mang dùng để giải điều chế có tần số khác với sóng mang dùng trong phần điều chế của bộ phát, tần số của tín hiệu đã giải điều chế được dịch đi một lượng bằng hiệu của hai tần số, do đó việc giải điều chế sẽ bị ảnh hưởng Để giảm thiểu sự khác biệt tần số này, sóng mang tại phía phát và phía thu thường được tạo ra bằng các bộ dao động thạch anh Hình 3.10 thể hiện sơ đồ khối của bộ giải điều chế tín hiệu SSB

Hình 3.10: Sơ đồ khối chức năng của bộ giải điều chế SSB

3.3 THỰC TẬP

Các thiết bị cần thiết:

+ Modul T10A-T10B + Nguồn 1 chiều +/- 12V

A=Vo/Vi Trong thang decibel: AdB = 20.log(Vo/Vi)

Độ suy hao biến thiên như một hàm của tần số xác định đap ứng tần số của tứ cực

1 Thực hiện kết nối modul T10A và T10B theo hình 3.11 Cấp nguồn một chiều

và thực hiện các thiết lập sau:

+ VCO1: bật lên 500kHz, LEVEL khoảng 2V, FREQ khoảng 450kHz

+ Bộ lọc gốm: RV ở mức cao nhất (Vặn theo chiều kim đồng hồ)

+ Máy phát SWEEP: DEPTH ở mức nhỏ nhất

+ Dao động kí đặt chế độ X-Y (trục X đặt 0.5V/div, trục Y 200mV/div)

2 Nối trục X của dao động kí tới điểm X AXIS của máy phát SWEEP Nối trục Y của dao động ký tới lối ra của bộ lọc gốm

3 Điều chỉnh tần số trung tâm của VCO1 và biên độ của máy phát SWEEP (DEPTH) để thu được một đường cong trên dao động ký giống như hình 3.12

Hình 3.11 Hình 3.12 :Đáp ứng tần số của bộ lọc gốm

4 Thay đổi điện dung kết nối và kiểm tra 3 điều kiện sau: đường cong đáp ứng hẹp hơn (CV<56pF), đường cong đáp ứng bằng phẳng (CV=56pF), đường cong có hai đỉnh cộng hưởng (CV>56pF)

5 Thay đổi trở kháng RV và kiểm tra để thấy rằng tần số trung tâm của bộ lọc bị thay đổi một chút Khi RV giảm bớt thì lối ra cũng giảm bớt

Vẽ đáp ứng tần số bằng cách xác định từng điểm

6 Đưa tín hiệu vào ở 455kHz, tương ứng với tần số trung tâm của bộ lọc

7 Đo biên độ đỉnh-đỉnh của lối vào và lối ra ta thu được Vi và Vo Độ suy hao của

bộ lọc tại tần số 455kHz được xác định bằng: A=Vo/Vi, trong thang decibel là

Hình 3.13 Hình 3.14

3.3.2 Bài 2: Hoạt động của bộ điều chế biên độ triệt sóng mang

11 Thực hiện kết nối modul T10A và T10B như trong hình 3.15 Cấp nguồn +/-12V

và thực hiện các thiết lập sau:

+ Máy phát chức năng: sin (J1), LEVEL khoảng 1V, FREQ khaỏng 1kHz

+ VCO1: Bật lên 500kHz, LEVEL khoảng 2V, FREQ khoảng 450kHz

+ Bộ điều chế cân bằng 1: CARRIER NULL ở vị trí giữa, sao cho bộ điều chế

được cân bằng và lối ra thu được một tín hiệu AM bị triệt sóng mang, OUT LEVEL ở vị trí theo chiều kim đồng hồ

12 Nối dao động ký tới các lối vào của bộ điều chế (điểm1 và điểm 2) để quan sát tín hiệu điều chế và sóng mang (hình 3.16a/b)

13 Chuyển đầu đo từ điểm 1 đến điểm 3 (lối ra của bộ điều chế) để quan sát tín hiệu

đã điều chế, điều chỉnh CARRIER NULL để thu được biên độ lối ra của sóng

mang nhỏ nhất Chú ý rằng dạng sóng của tín hiệu điều chế không tương ứng với hình bao của tín hiệu đã điều chế, mà thay vào đó là tín hiệu AM

14 Thay đổi biên độ của tín hiệu điều chế và kiểm tra sự biến đổi tương ứng của biên độ tín hiệu đã điều chế Chú ý rằng khác với trường hợp điều chế biên độ trong đó tín hiệu đã điều chế luôn luôn có (no null), tín hiệu đã điều chế bị hủy

bỏ khi tín hiệu điều chế không có

15 Thay đổi tần số và dạng sóng của tín hiệu điều chế và kiểm tra sự thay đổi tương ứng của tín hiệu đã điều chế

Hình 3.15

Hình 3.16: Các dạng sóng của bộ điều chế cân bằng 3.3.3 Tạo ra tín hiệu SSB

16 Giữ nguyên các kết nối như hình 3.15 (xem trong phần 11 của bài trước) Nối đầu ra của bộ điều chế cân bằng (điểm 3) với lối vào của bộ lọc gốm 455kHz (điểm 10) Thiết lập:

+ Máy phát chức năng: sin (J1), LEVEL khoảng 1V, FREQ khoảng 3kHz

+ VCO1: Bật lên 500kHz, LEVEL khoảng 2V, FREQ khoảng 452kHz

+ Bộ điều chế cân bằng 1: CARRIER NULL ở vị trí giữa, sao cho bộ điều chế không cân bằng và thu được tín hiệu AM triệt sóng mang ở lối ra, OUT LEVEL

ở vị trí theo chiều kim đồng hồ

17 Sử dụng dao động ký kiểm tra lối ra của bộ lọc, đảm bảo rằng lối ra là tín hiệu sin Từ đó có thể thấy rằng bộ lọc chỉ lấy một trong hai thành phần được bộ điều chế cân bằng tạo ra

18 Đo tần số fc của sóng mang (điểm 1), fm của tín hiệu điều chế (điểm 2) và fssb của tín hiệu SSB tại lối ra của bộ lọc (điểm 11)

19 Kiểm tra để thấy rằng:

21 Tăng tần số của tín hiệu điều chế (máy phát chức năng) và kiểm tra rằng tín hiệu SSB bị suy giảm và hướng tới không có gì Tìm nguyên nhân

Hình 3.17 3.3.4 Phổ của tín hiệu tạo ra bởi bộ điều chế cân bằng

(Xem thêm phụ lục A để hiểu nguyên tắc hoạt động của máy phân tích phổ)

22 Thực hiện kết nối các modul T10A và T10B như trong hình 3.18 Cấp nguồn 12V và thiết lập:

+/-+ Máy phát chức năng: sin (J1), LEVEL khoảng 0.5V, FREQ khoảng 10kHz + VCO2: LEVEL khoảng 1V, FREQ khoảng 450kHz

+ VCO1: LEVEL khoảng 2V, bật lên 1500kHz, FREQ khoảng 900kHz

+ SWEEP: DEPTH vặn hết cỡ theo chiều ngược kim đồng hồ

+ Bộ tách RF: LEVEL hết cỡ theo chiều kim đồng hồ

+ Bộ điều chế cân bằng 1: CARRIER NULL ở vị trí giữa, sao cho lối ra thu được tín hiệu AM triệt sóng mang OUT LEVEL ở vị trí giữa

+ Bộ cân bằng 2: CARRIER NULL ở vị trí giữa, sao cho mạch hoạt động như một bộ chuyển đổi tần số (bộ điều chế cân bằng triệt sóng mang), OUT LEVEL

ở vị trí giữa