Báo cáo đồ án: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH PHẦN PHÁT

MỤC LỤCMỞ ĐẦU1LỜI CẢM ƠN2NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN3CHƯƠNG 1. LÝ THUYẾT CỦA SỰ BIẾN ĐIỆU TẦN SỐ51.1.Sự hình thành tần số ở tiếng nói con người:51.2. Một hệ thống truyền tin đơn giản:71.3.Ưu điểm của FM:81.4.Nhược điểm của FM91.5. Dải thông của tín hiệu FM91.6. Quá trình truyền tải FM:101.7.Quá trình điều chế:101.8.Quá trình giải điều chế tín hiệu FM:111.9.Ứng dụng:111.9.1. Băng từ111.9.2. Âm thanh121.9.3. Vô tuyến121.9.4. Hỗn hợp14CHƯƠNG II. THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH PHẦN PHÁT152.1. Các thông số kỹ thuật:152.2. Thiết kế mạch bằng phần mềm chuyên dụng:162.2.1. Power supply (Khối nguồn cung cấp):162.2.2. Audio preamplifier172.2.3. Varactor modulator182.2.4. Function generator192.2.5. Mixer (Khối trộn tần)202.2.6. Reactance (PM) modulator21KẾT LUẬN22

MỞ ĐẦU

Ngày nay, với sự ứng dụng của khoa học kỹ thuật tiên tiến, thế giới củachúng ta đã và đang thay đổi, văn minh và hiện đại hơn Sự phát triển của kỹthuật điện tử đã tạo ra hàng loạt các thiết bị với các đặc điểm nổi bật như sựchính xác cao, tốc độ nhanh, gọn nhẹ là những yếu tố rất cần thiết góp phần chohoạt động của con người đạt hiệu quả cao

Điện tử đã đáp ứng được những đòi hỏi không ngừng trong các lĩnh vựccông-nông-lâm-ngư nghiệp cho đến các nhu cầu cần thiết trong hoạt động đờisống hàng ngày

Đài FM là một ứng dụng mà nó đã thể hiện được hữu ích của mọi ngườitrong cuộc sống hàng ngày như: khi tham gia giao thông bạn có thể nghe nhữngthông tin về giao thông trong hành trình mà mình đang tham gia; hay bạn trẻ cóthể cập nhật các bản tin tức, nghe nhạc …

Với công nghệ ngày càng phát triển chúng ta có thể có thiết bị nghe đài

FM với nhiều kích thước chủng loại khác nhau như trên điện thoại di động, máyMP3, đài caset…

Vậy chúng ta tự hỏi tín hiệu FM ấy được phát như thế nào để mọi người

có thể nghe được Với đề tài thực hiện mạch phát FM chúng ta có thể biết đượcphần nào quá trình tạo ra tín hiệu của đài FM

Do kiến thức còn hạn chế nên nội dung của đề tài còn nhiều thiếu xót Rấtmong nhận được ý kiến đóng góp của thầy cô và các bạn sinh viên

Chúng em xin chân thành cảm ơn

Nhóm thực hiện

LỜI CẢM ƠN

Chúng em xin được gửi lời cảm ơn chân thành nhất tới thầy Bùi Như Phong Trong thời gian chúng em học tập và hoàn thành đồ án, thầy đã tận tình

giảng dạy và giúp đỡ chúng em rất nhiều

Chúng em xin chân thành cảm ơn

Nhóm thực hiệnLớp: LT CĐ – ĐH Điện tử 3-K5

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

LỜI CẢM ƠN 2

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN 3

CHƯƠNG 1 LÝ THUYẾT CỦA SỰ BIẾN ĐIỆU TẦN SỐ 5

1.1 Sự hình thành tần số ở tiếng nói con người: 5

1.2 Một hệ thống truyền tin đơn giản: 7

1.3 Ưu điểm của FM: 8

1.4 Nhược điểm của FM 9

1.5 Dải thông của tín hiệu FM 9

1.6 Quá trình truyền tải FM: 10

1.7 Quá trình điều chế: 10

1.8 Quá trình giải điều chế tín hiệu FM: 11

1.9 Ứng dụng: 11

1.9.1 Băng từ 11

1.9.2 Âm thanh 12

1.9.3 Vô tuyến 12

1.9.4 Hỗn hợp 14

CHƯƠNG II THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH PHẦN PHÁT 15

2.1 Các thông số kỹ thuật: 15

2.2 Thiết kế mạch bằng phần mềm chuyên dụng: 16

2.2.1 Power supply (Khối nguồn cung cấp): 16

2.2.2 Audio pre-amplifier 17

2.2.3 Varactor modulator 18

2.2.4 Function generator 19

2.2.5 Mixer (Khối trộn tần) 20

2.2.6 Reactance (PM) modulator 21

CHƯƠNG 1 LÝ THUYẾT CỦA SỰ BIẾN ĐIỆU TẦN SỐ

1.1 Sự hình thành tần số ở tiếng nói con người:

Khi chúng ta nói, chúng ta tạo ra âm thanh mà âm thanh đó rất phức tạp vàthay đổi liên tục

Dạng sóng có thể như hình dưới:

Hình 1

Tuy nhiên, nhìn hình dạng sóng phức tạp này, chúng ta có thể chỉ ra rằng

nó được tạo nên bởi rất nhiều tín hiệu hình sin khác nhau

Để ghi lại thông tin này, chúng ta có một sự lựa chọn của ba phương pháp Đầu tiên là chỉ ra nguồn gốc của dạng sóng như hình vẽ

Phương pháp thứ hai là tạo một danh sách tất cả các dạnh sóng sin phânchia chứa bên trong dạng sóng phức hợp Như hình 2

Hình 2Cách thứ ba là để hiển thị tất cả các thông tin trên hình vẽ Hình vẽ trên đãchỉ ra phổ của tần số Nó là một đồ thị với biên độ ngược với tần số Một đườngđơn thẳng đứng, đường nằm ngang tượng trưng cho sự phân chia tần số.

Tượng trưng cho biên độ của sóng sin như hình 3:

Hình 3

Tất cả thông tin đều chứa bên trong dải tần số từ 300Hz đến 3,4 KHz

Mặc dù máy đo hiện sóng sẽ chỉ hiện được nguồn gốc dạng sóng phức hợp

và nó quan trọng cho chúng ta để nhờ nó mà chúng ta thực sự phân chia mộtnhóm tần số, biên độ và pha sóng sin khác nhau

1 2 Một hệ thống truyền tin đơn giản:

Khi chúng ta có dải âm thanh khác với những người khác Chúng ta phảidựa vào một số hệ thống truyền tin để có thể truyền âm thanh,

Những bộ phận của hệ thống truyền tin là máy phát, kết nối thông tin vàmáy thu Và nói một cách khác, nó có thể được thực hiện bởi một dây cáp dàivới một cái mic và một bộ khuếch đại ở cuối, một cái loa và một bộ khuếch đạiđặt ở nơi khác

Tần số của sóng mang được tạo ra như tăng điện áp khi tăng dạng tín hiệu

và giảm khi tần số của nó giảm Độ lớn biên độ của tín hiệu thông tin, hơn nữatần số của tín hiệu sóng mang thì thay đổi từ điểm bắt đầu Tần số của tín hiệuthông tin quyết định bao nhiêu lần trong một giây sự thay đổi tần số xảy ra

Hình 5.

1.3 Ưu điểm của FM:

Ba ưu điểm của thay đổi tần số trong hệ thống thông tin:

+ Chúng ta đã biết rằng tín hiệu thông tin điều khiển tần số sóng mang nhưngkhông ảnh hưởng đến biên độ Bây giờ, khi bất cứ quá trình truyền nào bị ảnhhưởng bởi tín nhiễu điện, tín hiệu nhiễu đều được đặt lên để truyền tín hiệu nhưhình 6

Hình 6

+ Băng tần của tín hiệu FM rất rộng so với truyền tài AM Điển hình làbăng tần quảng bá là hơn 250KHz Nó cho phép âm thanh tốt hơn, vì vậy tínhiệu như âm thanh của tiếng nhạc sẽ tốt hơn nếu sử dụng điều chế tần số.

+ Khi một hệ thống điều biên tần số mang theo một tín hiệu tần số, nó chophép thay đổi tần số của tín hiệu vào, có nghĩa là chúng ta có thể nghe một đàiphát tần số trên radio mà không gặp khó khăn từ trạm khác

1.4 Nhược điểm của FM

Đó là độ rộng của dải thông trong hệ thống truyền tải

Dải tần số quảng bá trung bình khoảng từ 550KHz đến 1600KHz Nếu sửdụng tần số FM khoảng 250KHz cho trạm, nó có nghĩa rằng có thể cung cấpkhông quá bốn trạm có thể thu nhận Băng thông rộng bắt buộc phải sử dụng tần

số sóng mang cao, thường là sử dụng dải băng VHF, mở rộng tần số từ 85MHzđến 110MHz

1.5 Dải thông của tín hiệu FM

Quá trình điều chế tần số tạo ra lượng lớn tần số bên cạnh

Dải thông 250khz được lựa chọn như giá trị thuận tiện để đảm bảo giá trịthấp của sự méo dạng tín hiệu nhận

Tín hiệu giao tiếp không thể yêu cầu chất lượng cao liên quan đến trạmquảng bá

1.6 Quá trình truyền tải FM:

Hình 7

Máy dao động âm thanh cung cấp tín hiệu thông tin nếu chúng ta muốn cóthể thay thế bởi mic và bộ khuếch đại AF để cung cấp phần nói và nhạc thay vìtín hiệu sóng sin

Điều chế FM bằng cách kết hợp sóng mang và tín hiệu thông tin trongnhững cách giống nhau như trong truyền tải AM Chỉ khác trong trường hợp tạosóng mang và quá trình điều chế thực hiện ở cùng khối

Khối khuếch đại tín hiệu ra khuếch đại tín hiệu trước khi nó được đưa đếnanten để truyền tải

Sự khác nhau duy nhất giữa truyền tải AM và FM là điều chế, vì thế chúng

Điều chế FM gián tiếp, tín hiệu bản tin được kết hợp để tạo ra một tín hiệuđiều chế pha Nó được sử dụng để đưa vào một bộ dao động thạch anh và ở đầu

ra của bộ tạo dao động đi qua bộ nhận tần sẽ tạo ra được một tín hiệu FM

1.8 Quá trình giải điều chế tín hiệu FM:

Phần thu của FM cũng tương tự như phần thu của AM Hiện nay có nhiềumạch tách sóng FM Một phương pháp phổ biến để khôi phục tín hiệu bản tin làdùng một bộ tách sóng Foster-Seeley Một vòng khóa pha có thể được sử dụngnhư một bộ giải điều chế FM

Tách sóng dốc giải điều chế một tín hiệu FM bằng cách sử dụng một mạchcộng hưởng, mạch này có tần số cộng hưởng của nó bù đắp một phần nhỏ vớitần số sóng mang Vì tần số tăng và giảm, mạch cộng hưởng tạo một biên độthay đổi của phản ứng, chuyển đổi FM thành AM Máy thu AM có thể tách một

số tín hiệu FM bằng cách này, dù nó không phải là một phương pháp hiệu quảnhất cho giải điều chế phát thanh FM

1.9 Ứng dụng:

1.9.1 Băng từ

FM cũng được sử dụng ở trung tần trong các hệ thống VCR tương tự, baogồm cả VHS, để ghi lại cả độ chói (đen và trắng) của tín hiệu video Thôngthường, các thành phần chrome được ghi lại như một tín hiệu AM thông thường,bằng cách sử dụng tín hiệu FM tần số cao hơn như thiên áp FM là phương phápchỉ khả thi cho việc ghi lại thành phần độ chói (đen và trắng) của video vào băng

từ và truy xuất video từ băng từ mà không bị méo cực, như các tín hiệu video cócác thành phần dải tần rất lớn - từ vài Hz tới vài MHz, quá rộng cho các bộ cânbằng làm việc do tạp âm dưới −60 dB FM cũng giữ băng ở mức bão hòa, và do

đó đóng vai trò như một hình thức giảm tạp âm, và một bộ giới hạn đơn giản có

thể ẩn các biến trong phát lại đầu ra, và tác dụng của bắt FM loại bỏ sự saochuyển và pre-echo Một tone hoa tiêu liên tục nếu thêm vào tín hiệu – như đượcthực hiện trên V2000 và rất nhiều định dạng băng cao khác – có thể điều khiểnđược jitter cơ khí và hỗ trợ hiệu chỉnh gốc thời gian Các hệ thống FM khá đặcbiệt do chúng có tỉ số tần số sóng mang trên tần số điều chế cực đại nhỏ hơn 2;ngược lại với điều này, phát thanh audio FM có tỉ số khoảng 10.000 Hãy xemxét ví dụ một sóng mang 6 MHz điều chế với 3,5 MHz; bằng cách phân tíchBessel thì các dải biên đầu tiên là 9,5 và 2,5 MHz, trong khi dải biên thứ hai là

13 MHz và −1 MHz Kết quả là một dải biên có pha đảo ngược +1 MHz; vớigiải điều chế, kết quả này trong đầu ra không mong muốn là 6−1 = 5 MHz Hệthống phải được thiết kế để có thể chấp nhận được mức này

1.9.2 Âm thanh

FM cũng được sử dụng trong các tần số âm thanh để tổng hợp âm thanh

Kỹ thuật này còn gọi là tổng hợp FM, đã được phổ biến rộng rãi bởi các bộ tổnghợp số đời đầu và trở thành một đặc tính tiêu chuẩn cho nhiều thế hệ card âmthanh của máy tính cá nhân

1.9.3 Vô tuyến

Edwin Howard Armstrong (1890–1954) là kỹ sư điện Mỹ đã phát minh ra

vô tuyến điều chế tần số băng rộng Ông được cấp bằng sáng chế mạch vào năm

1914, máy thu đổi tầng phát minh năm 1918 và máy tái sinh tín hiệu phát minhnăm 1922 Ông trình bày bài báo của mình:”Một phương pháp Giảm Nhiễutrong Tín hiệu Vô tuyến bằng một Hệ thống Điều chế Tần số", đây là bài báođầu tiên trình bày vô tuyến FM, trước phân viện New York của Viện kỹ sư vôtuyến vào ngày 6/11/1935 Bài báo được xuất bản năm 1936

Như tên gọi của nó, FM băng rộng (WFM) cần một băng thông tín hiệurộng hơn so với điều biên cùng một tín hiệu điều chế tương đương, nhưng điều

lại hiện tượng fading biên độ tín hiệu đơn giản Do đóm FM được chọn là tiêuchuẩn điều chế cho tần số cao, truyền dẫn vô tuyến trung thực cao: do đó thuậtngữ "Vô tuyến FM" (trong nhiều năm qua BBC lại gọi nó là "Vô tuyến VHF", vìquảng bá FM thương mại sử dụng một phần của băng VHF - băng tần quảng báFM)

Máy thu FM sử dụng một bộ tách sóng đặc biệt cho các tín hiệu FM và đưa

ra một hiện tượng gọi là hiệu ứng bắt, bộ cộng hưởng có thể thu tốt hai đài đangđược phát song trên cùng một tần số Tuy nhiên, trôi tần hay thiếu độ chọn lọc

có thể làm một đài hoặc tín hiệu bị vượt quá bởi đài hoặc tín hiệu khác trên mộtkênh lân cận Trôi tần thường xảy ra trên các máy bay rất cũ và không đắt tiền,trong khi độ chọn lọc không thích hợp có thể làm ảnh hưởng tới bất kỳ bộ cộnghưởng nào

Một tín hiệu FM cũng có thể được sử dụng để mang một tín hiệu stereo:xem stereo FM Tuy nhiên, điều này được thực hiện bằng cách ghép và táchkênh trước và sau quá trình FM Phần còn lại của bài viết này bỏ qua quá trìnhghép và tách kênh stereo được sử dụng trong "stereo FM", và tập trung vào cácquá trình điều chế và giải điều chế FM, chúng giống hệt nhau trong các quá trìnhstereo và mono

Một bộ khuếch đại chuyển mạch tần số vô tuyến hiệu suất cao cũng có thểđược sử dụng để phát các tín hiệu FM (và các tín hiệu biên độ không đổi khác).Đối với cường độ tín hiệu nhất định (đo tại anten máy thu), các bộ khuếch đạichuyển mạch sử dụng nguồn công suất thấp và có giá thành thấp hơn so với bộkhuếch đại tuyến tính Điều này mang lại cho FM một lợi thế khác so với cácbiểu đồ điều chế khác sử dụng các bộ khuếch đại tuyến tính như AM và QAM

FM thường được sử dụng ở các tần số vô tuyến VHF cho phát thanh quảng

bá chất lượng cao (xem quảng bá FM) Âm thanh TV thường cũng được phát

mại và vô tuyến nghiệp dư Trong các dịch vụ quảng bá, âm thanh trung thực làquan trọng, FM băng rộng thường được sử dụng trong các dịch vụ này Trong vôtuyến hai chiều, FM băng hẹp (NBFM) được sử dụng để tiết kiệm băng thôngcho các trạm vô tuyến di động mặt đất, di động hàng hải và nhiều dịch vụ vôtuyến khác.

1.9.4 Hỗn hợp

Ma-níp dịch tần là điều chế tần số sử dụng chỉ một số tần số rời rạc Truyềndẫn mã Morse được thực hiện bằng cách này, như hầu hết các modem đườngdây điện thoại đời đầu.] Radioteletype cũng sử dụng FSK Điều chế FM cũngđược sử dụng trong các ứng dụng đo xa, radar, khảo sát địa chấn và mô hìnhđộng kinh EEG của trẻ sơ sinh

CHƯƠNG II THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH PHẦN PHÁT

2.1 Các thông số kỹ thuật:

- Nguồn cung cấp: 230V AC, 50Hz

- Nguồn cấp cho IC: +12V, -12V

- Dải tần số chức năng đồng bộ chung: 100Hz đến 1Khz, và 1Khz đến10Khz Biên độ 0 đến 2Vp-p

- Điều chế FM : điều chế điện kháng và điều chế cảm kháng

- Tần số trung tâm: 455Khz

- Bộ đổi tần (mixer)

- Kiểm tra mạch bằng máy oscilloscope

Ưu điểm: Hoàn thành mạch đúng thời hạn Thiết kế mạch thành từng

modul nhỏ theo chức năng nhiệm vụ mỗi khối khác nhau

Nhược điểm: Một số mạch vẫn chưa đáp ứng được yêu cầu của đề tài