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

MỤC LỤCLỜI CẢM ƠN Trang NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪNCHƯƠNG 1. LÝ THUYẾT CỦA SỰ BIẾN ĐIỆU TẦN SỐ1.1.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 FM 91.5.Dải thông của tín hiệu FM 91.6.Quá trình truyền tải FM 91.7.Quá trình điều chế 101.8.Quá trình giải điều chế tín hiệu FM 101.9.Ứng dụng 11CHƯƠNG II. THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH PHẦN THU 2.1. Các thông số kỹ thuật 15 2.2. Thiết kế mạch bằng phần mềm chuyên dụng 152.2.1. Khối nguồn cung cấp 152.2.2. Amplitude limiter (455khz) 162.2.3. Phase look loop detecter 162.2.4. Low pass filter 172.2.5. Audio amplifier 172.2.6. Quadrature detector. 182.2.7. Phase detector. 182.2.8. Foster seeley and ratio detector. 19

MỞ ĐẦU

Ngày xưa con người thường dùng phương pháp có trong tự nhiên như lửa, tiếng nói để truyền tín hiệu cho nhau Từ đó ,cuộc sống con ngừơi ngày càng được nâng cao Con người đã không ngừng nghiên cứu và học hỏi Các hiện tượng tự nhiên được con người phát hiện ra những ưu điểm của chúng và tìm cách phát triển rộng hơn Sau đó chúng ta nâng lên một bước về truyền thông tin cho nhau qua đường cáp Đường cáp có một ưu điểm là truyền nhanh, ổn định,

ít bị tác động của môi trường ngoài, nhưng bị hạn chế về khoảng cách và khả năng cơ động không cao Để khắc phục được vấn để này con người đã phát minh ra vô tuyến Có nhiều loại vô tuyến sử dụng tần số khác nhau nhưng tần số

FM là tần số được sử dụng khá nhiều Do đó mạch phát và thu FM đã ra đời Mạch phát và thu FM khá gọn nhẹ dể duy chuyển và hoạt động với độ ổn

LỜI CẢM ƠN

Trong quá trình làm đồ án 1 chúng em đã được thầy BÙI NHƯ PHONG

hướng dẫn và giúp đỡ chúng em hoàn thành đề tài đồ án 1

Tuy nhiên với vốn kiến thức cũng như kinh nghiệm thực tế còn hạn hẹp nên không tránh khỏi những sai sót trong quá trình làm đồ án Chúng em rất mong được thầy cô và các bạn giúp đỡ và góp ý kiến để chúng em tiếp thu được vốn kiến thức và kinh nghiệm hoàn thiện hơn

Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy BÙI NHƯ PHONG cùng các thầy

cô và các bạn đã hướng dẫn và góp ý kiến tạo điều kiện thuận lợi cho chúng em hoàn thành đồ án 1 của mình

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN Trang NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

CHƯƠNG 1 LÝ THUYẾT CỦA SỰ BIẾN ĐIỆU TẦN SỐ

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 9

1.7 Quá trình điều chế 10

1.8 Quá trình giải điều chế tín hiệu FM 10

1.9 Ứng dụng 11

CHƯƠNG II THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH PHẦN THU 2.1 Các thông số kỹ thuật 15

2.2 Thiết kế mạch bằng phần mềm chuyên dụng 15

2.2.1 Khối nguồn cung cấp 15

2.2.2 Amplitude limiter (455khz) 16

2.2.3 Phase look loop detecter 16

2.2.4 Low pass filter 17

2.2.5 Audio amplifier 17

2.2.6 Quadrature detector 18

2.2.7 Phase detector 18

2.2.8 Foster seeley and ratio detector 19

CHƯƠNG 1 LÝ THUYẾT CỦA SỰ BIẾN ĐIỆU TẦN SỐ

Khi chúng ta nói, chúng ta tạo ra âm thanh mà âm thanh đó rất phức tạp và thay 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 phân chia chứa bên trong dạng sóng phức hợp Như hình 2

Hình 2 Cách thứ ba là để hiển thị tất cả các thông tin trên hình vẽ Hình vẽ trên đã chỉ ra phổ của tần số Nó là một đồ thị với biên độ ngược với tần số Một đường đơn 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 một nhóm tần số, biên độ và pha sóng sin khác nhau

1 2 Một hệ thống truyền tin đơn giản:

Một khi chúng ta có dải âm thanh khác với những người khác Chúng ta phải dựa 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 và máy thu Và nói một cách khác, nó có thể được thực hiện bởi một dây cáp dài với một cái mic và một bộ khuếch đại ở cuối, một cái loa và một bộ khuếch đại đặt ở nơi khác

Hình 4

Với khoảng cách xa hay khi được yêu cầu gửi tín hiệu tới nhiều vị trí cùng một lúc, thì nó rất thuận tiện khi dùng một hệ thống truyền tin radio

Một trong số những hệ thống xen kẽ thì việc điều chế tần số là nơi mà tín hiệu thông tin được dùng để điều khiển tần số của sóng mang Nó làm việc rất hiêu quả và tại một số phương diện thì nó tốt hơn điều chế biên độ

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 nữa tần số của tín hiệu sóng mang thì thay đổi từ điểm bắt đầu Tần số của tín hiệu thông 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 nhưng không ảnh hưởng đến biên độ Bây giờ, khi bất cứ quá trình truyền nào bị ảnh hưởng bởi tín nhiễu điện, tín hiệu nhiễu đều được đặt lên để truyền tín hiệu như hình 6

Hình 6

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

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 sử dụng tần số FM khoảng 250KHz cho trạm, nó có nghĩa rằng có thể cung cấp không 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 85MHz đến 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 trị thấp của sự méo dạng tín hiệu nhận

Tín hiệu giao tiếp không thể yêu cầu chất lượng cao liên quan đến trạm quảng 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 có thể thay thế bởi mic và bộ khuếch đại AF để cung cấp phần nói và nhạc thay vì tín hiệu sóng sin

Điều chế FM bằng cách kết hợp sóng mang và tín hiệu thông tin trong những cách giống nhau như trong truyền tải AM Chỉ khác trong trường hợp tạo sóng 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 đến anten để truyền tải

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

ta sẽ xem xét phần truyền

1.7 Quá trình điều chế:

Các tín hiệu FM có thể được tạo ra bằng cách sử dụng điều chế tần số trực tiếp hoặc gián tiếp

Điều chế FM trực tiếp có thể thực hiện được bằng cách đưa trực tiếp bản tin vào VCO

Điều chế FM gián tiếp, tín hiệu bản tin được kết hợp để tạo ra một tín hiệu điều 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 nhiều mạch tách sóng FM Một phương pháp phổ biến để khôi phục tín hiệu bản tin là dùng một bộ tách sóng Foster-Seeley Một vòng khóa pha có thể được sử dụng như một bộ giải điều chế FM

Tách sóng dốc giải điều chế một tín hiệu FM bằng cách sử dụng một mạch cộng hưởng, mạch này có tần số cộng hưởng của nó bù đắp một phần nhỏ với tần số sóng mang Vì tần số tăng và giảm, mạch cộng hưởng tạo một biên độ thay 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 quả nhất 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, bao gồm cả VHS, để ghi lại cả độ chói (đen và trắng) của tín hiệu video Thông thường, 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 pháp chỉ 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 có các thành phần dải tần rất lớn - từ vài Hz tới vài MHz, quá rộng cho các bộ cân bằng 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 sao chuyển và pre-echo Một tone hoa tiêu liên tục nếu thêm vào tín hiệu – như được thực hiện trên V2000 và rất nhiều định dạng băng cao khác – có thể điều khiển được jitter cơ khí và hỗ trợ hiệu chỉnh gốc thời gian Các hệ thống FM khá đặc biệt 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 xem xét ví dụ một sóng mang 6 MHz điều chế với 3,5 MHz; bằng cách phân tích Bessel 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; với

giải điều chế, kết quả này trong đầu ra không mong muốn là 6−1 = 5 MHz Hệ thống 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 tổng hợp số đời đầu và trở thành một đặc tính tiêu chuẩn cho nhiều thế hệ card âm thanh 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 minh năm 1922 Ông trình bày bài báo của mình:”Một phương pháp Giảm Nhiễu trong Tín hiệu Vô tuyến bằng một Hệ thống Điều chế Tần số", đây là bài báo đầu tiên trình bày vô tuyến FM, trước phân viện New York của Viện kỹ sư vô tuyến 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 hiệu rộng hơn so với điều biên cùng một tín hiệu điều chế tương đương, nhưng điều này cũng làm cho tín hiệu kháng tạp âm và nhiễu tốt hơn Điều tần cũng chống lại hiện tượng fading biên độ tín hiệu đơn giản Do đóm FM được chọn là tiêu chuẩn điều chế cho tần số cao, truyền dẫn vô tuyến trung thực cao: do đó thuật ngữ "Vô tuyến FM" (trong nhiều năm qua BBC lại gọi nó là "Vô tuyến VHF", vì quảng bá FM thương mại sử dụng một phần của băng VHF - băng tần quảng bá FM)

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

đang được 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 một kênh 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 cộng hưởng 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 tách kênh trước và sau quá trình FM Phần còn lại của bài viết này bỏ qua quá trình ghép và tách kênh stereo được sử dụng trong "stereo FM", và tập trung vào các quá trình điều chế và giải điều chế FM, chúng giống hệt nhau trong các quá trình stereo và mono

Một bộ khuếch đại chuyển mạch tần số vô tuyến hiệu suất cao cũng có thể được 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 đại chuyển mạch sử dụng nguồn công suất thấp và có giá thành thấp hơn so với bộ khuếch đại tuyến tính Điều này mang lại cho FM một lợi thế khác so với các biểu 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 sóng bằng FM Một băng tần hẹp được sử dụng cho thông tin thoại trong thương mại và vô tuyến nghiệp dư Trong các dịch vụ quảng bá, âm thanh trung thực là quan trọng, FM băng rộng thường được sử dụng trong các dịch vụ này Trong vô tuyến hai chiều, FM băng hẹp (NBFM) được sử dụng để tiết kiệm băng thông cho các trạm vô tuyến di động mặt đất, di động hàng hải và nhiều dịch vụ vô tuyến khác

1.9.4 Hỗn hợp

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

CHƯƠNG II THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH PHẦN THU

2.1 Các thông số kỹ thuật:

- Nguồn cung cấp: 230V AC, 50Hz

- IC dựa vào nguồn cung cấp: +12V, -12V

- Dải tần số chức năng đồng bộ chung: 100Hz đến 1Khz, và 1Khz đến 10Khz Biên độ 0 đến 2Vp-p

- Giải điều chế FM

- Tần số trung tâm: 455Khz

- Bộ đổi tần (mixer)

- Tiêu chuẩn phụ: kết nối các điểm lại với nhau

2.2 Thiết kế mạch bằng phần mềm chuyên dụng:

2.2.1 Khối nguồn cung cấp:

Sơ đồ nguyên lí:

2.2.2.

Amplitude limiter (455khz)

Sơ đồ nguyên lí:

2.2.3 Phase look loop detecter.

Sơ đồ nguyên lí

2.2.4 Low pass filter.

Sơ đồ nguyên lí

2.2.5 Audio amplifier.

Sơ đồ nguyên lí

2.2.6 Quadrature detector.

Sơ đồ nguyên lí

2.2.7 Phase detector.

Sơ đồ nguyên lí

2.2.8 Foster seeley and ratio detector.

Sơ đồ nguyên lí