Bài giảng cung cấp điện (đại học liên thông vừa làm vừa hoc)

Các tín hiệu được đưa vào mạch điều hưởng LC ghép song song, mạch này sẽ chọn ra và làm tăng biên độ của tín hiệu nào đó có tần số sóng mang giống với tần số cộng hưởng của mạch LC.. - M

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT HƯNG YÊN

KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ

Hưng Yên 2015 (Tài liệu lưu hành nội bộ)

Ch¦¬ng I: thiÕt bÞ ®Çu cuèi ©m thanh 1.1 M¸y ph¸t thanh ®iÒu biªn

1.1.1 Lêi giíi thiÖu

Tín hiệu vô tuyến có thể tạo ra bằng sự biến thiên của điện từ trường và sự biến thiên này được truyền lan trong không gian tự do Thiết bị tạo nên sự biến thiên này được gọi là máy phát

và anten phát đảm bảo cho việc truyền sóng trong không gian tự do đạt hiệu quả Để thu được tín hiệu vô tuyến, người ta cần phải thu một phần năng lượng điện từ và chuyển nó sang dạng tín hiệu mà con người có thể cảm nhận được bằng một trong số các giác quan của mình Đó chính là máy thu (sẽ được đề cập ở phần sau) Năng lượng sóng điện từ được thu và mạch điện sau đó được biến đổi thành tín hiệu âm thanh

Giả thiết rằng tại một thời điểm máy phát truyền đi một tín hiệu hoàn toàn ngẫu nhiên (đó

là tín hiệu chứa tất cả các thành phần tần số và biên độ) Trong không gian tự do, không một máy phát nào hoạt động mà không bị nhiễu tác động vì không gian tự do là môi trường truyền sóng trung gian cho tất cả sóng điện từ Tuy nhiên khi chúng ta giới hạn mỗi máy phát có một tần số xác định (tín hiệu dạng Sin liên tục) thì có thể tránh được nhiễu, Thêm vào đó bằng cách kết hợp một bộ lọc băng hẹp ở phía thu để loại bỏ được tất cả các thành phần tần số không mong muốn

Với con người chủ yếu giao tiếp với nhau theo hai phương thức chính đó là nói và nghe Tiếng nói bình thường chứa các tần số nằm trong dải 10 Hz cho tới 5kHz và dải biên độ bắt đầu

từ tiếng nói thầm cho tới tiếng hét lớn Việc truyền tiếng nói trong không gian tự do vấp phải hai trở ngại lớn Trở ngại thứ nhất là do can nhiễu lẫn nhau do dùng chung môi trường truyền sóng trung gian Trở ngại thứ hai là tần số thấp như tiếng nói thì không thể truyền lan hiệu quả trong không gian tự do, với tần số cao thì điều này có thể thực hiện được Xong ở tần số cao trên 20 kHz thì con người lại không thể nghe được mặc dù với tần số này vẫn chưa lớn để có thể truyền sóng trong không gian tự do Nếu như chúng ta có thể thực hiện việc thay đổi một số thông số của nguồn tín hiệu tần số cao dạng sin liên tục theo tiếng nói thì việc trao đổi thông tin trong không

gian tự do là việc hoàn toàn có thể thực hiện được đó chính là điều chế Việc thay đổi biên độ của

tín hiệu cao tần (gọi là sóng mang) theo tiếng nói được gọi là điều chế biên độ (AM – Amplitude Modulation) Việc thay tần số của sóng mang theo tần số tiếng nói được gọi là điều chế tần số (FM – Frequency Modulation), hoặc góc pha trong trường hợp này được gọi là điều pha (PM – Phase Modulation)

1) Âm thanh :

Sóng âm : là sự thay đổi tính chất của môi trường đàn hồi khi có năng lượng âm truyền qua

Môi trường truyền dẫn sóng âm phải là môi trường đàn hồi nên sóng âm tryền qua vật chất dạng rắn, lỏng, khí nhưng không truyền trong môi trường chân không

Tham số của âm thanh :

- Tốc độ truyền âm : Trong điều kiện khí quyển bình thường tốc độ truyền âm khoảng 330m/s, năng lượng âm bị tiêu hao dần nên không thể truyền xa được

- Tần số âm thanh : tần số của âm đơn là số lần dao động trong 1 giây của các phần tử không khí khi truyền âm thanh đơn vị là Hz (Hertz) chia làm 3 khoảng tần khác nhau

+ Hạ âm < Tần số âm tần (16-20000Hz) < Siêu âm

- Công suất âm thanh : Là năng lượng của âm thanh đi qua mặt phẳng vuông góc với

phương truyền âm tiết diện 1m2 Đơn vị tính Watt (W)

- Cường độ âm : Là năng lượng của âm thanh đi qua tiết diện 1 cm2 đặt vuông góc với phương truyền âm trong thời gian 1S Đơn vị tính W/cm2

2) Sóng âm phẳng và điều hòa :

Khi âm thanh truyền trong không khí sẽ làm cho áp suất không khí bị thay đổi, lượng thay đổi đó gọi là thanh áp P (áp suất âm thanh) đơn vị là Pascal

1Pa = N/m2 Thanh áp là hàm của các biến theo không gian thời gian P(x, y, z, t), nếu thanh áp không bị biến đổi theo trục y và trục z mà chỉ phụ thuộc vào trục x và thời gian t thì ta có sóng âm là sóng phẳng

P = f(t-x/c), c : tốc độ truyền âm Nếu sóng phẳng là điều hòa thì P phải là hàm điều hòa :

P= PmCos[2Πf (t-x/c)], Pm là biên độ, f là tần số

3) Thính giác

Đặc điểm tai người : Có 3 bộ phận chính

- Tai ngoài có tác dụng định hướng nguồn âm, cộng hưởng tần số khoảng 3 KHz Biến đổi âm thanh thành năng lượng cơ học để truyền cho tai giữa

- Tai giữa có 3 xương nhỏ nhất của cơ thể : Xương búa, xương đe, xương bàn đạp để phối hợp trở kháng

- Tai trong : có tiền đình và màng basilar, tiền đình giúp cảm nhận sự thăng bằng, màng basilar

có khoảng 30000 tế bào lông xếp thành nhiều hàng dọc để cảm nhận và truyền tin âm thanh lên não dưới dạng xung điện qua dây thần kinh

Cảm thụ về biên độ gồm :

+ Ngưỡng nghe được : Là mức thanh áp nhỏ nhất của âm đơn mà tai người cảm thụ được là mức giới hạn chuyển từ trạng thái nghe thấy sang không nghe thấy và ngược lại Thanh áp hiệu dụng điều hòa 1KHz bằng 2.10-5 N/m2

+ Ngưỡng chói tai : Là mức thanh áp lớn nhất mà tai người cảm thụ được âm, là mức giới hạn mà tai người cảm nhận được âm, nếu vượt quá sẽ gây tổn thương đến thính giác Thanh áp hiệu dụng điều hòa 1KHz bằng 20N/m2

Cảm thụ về tần số :

Dải tần 16 – 20.000Hz là phạm vi tần số âm mà tai người có thể cảm thụ đươc gọi là âm tần Cảm thụ về tần số là thể hiện độ cao của âm, người ta thường dùng đơn vị đo Octave (Oct)

n= log2fn/ f0 = 3,34lg fn/ f0 , f0 = 20Hz 1Oct tương ứng với biến thiên gấp 2 lần về tần số so với tần số chuẩn f0

1.1.2 Lý thuyết điều chế biên độ

1.Định nghĩa:

Điều chế là quỏ trỡnh biến đổi một trong cỏc thụng số súng mang cao tần (biờn độ,hoặc tần

số, hoặc pha) tỷ lệ với tớn hiệu điều chế băng gốc (BB - base band)

Mục đớch của việc điều chế:

− Đối với một anten, bức xạ năng lượng của tớn hiệu cao tần cú hiệu quả khi bước súng của

nú (tương ứng cũng là tần số) cựng bậc với kớch thước vật lý của anten

− Tớn hiệu cao tần ớt bị suy hao khi truyền đi trong khụng gian

− Mỗi dịch vụ vụ tuyến cú một băng tần (kờnh) riờng biệt Quỏ trỡnh điều chế giỳp

chuyển phổ của tớn hiệu băng gốc lờn cỏc băng tần thớch hợp

Điều kiện điều chế :

− Tần số súng mang cao tần fC ≥ (8ữ10) fmax, trong đú fmax tần số cực đại tớn hiệu điều

chế BB

− Thụng số súng mang cao tần (hoặc biờn độ, hoặc tần số, hoặc pha) biến đổi tỷ lệ với biờn

độ tớn hiệu điều chế BB mà khụng phụ thuộc vào tần số của nú

− Biờn độ súng mang cao tần Vω > Vm (bien độ tớn hiệu điều chế BB)

2 ĐIỀU CHẾ BIấN ĐỘ AM:

Điều chế biờn độ là quỏ trỡnh làm thay đổi biờn độ súng mang cao tần theo tớn hiệu tin tức (tớn hiệu băng gốc)

Súng mang chưa điều chế

Hỡnh 1.1: Dạng súng điều chế biờn độ AM

a Phương trình điều chế và hệ số điều chế:

Để đơn giản hóa công thức điều biên, ta giả thiết tín hiệu cần điều chế và tín hiệu sóng mang đều

có dạng sin với tần số góc lần lượt là ωs vàωc

Giả sử sóng mang có dạng

uc(t) = A.cosωc.t (1.1.1)

và tín hiệu cần điều chế có dạng

us(t) = B.cosωs.t (1.1.2) Theo lý thuyết điều biên thì tín hiệu điều biên có dạng

uđb(t) = (A + B.cosωs.t).cosωc.t (1.1.3) Biến đổi lượng giác của biểu thức 1.1.3 ta được

uđb(t) = A.cosωc.t + kA/2[cos(ωc + ωs)t + cos(ωc - ωs)t] (1.1.4) Với k = B/A là hệ số điều chế, trong đó: max min

max

;2

Sóng mangBiên độ

Biên tần dưới Biên tần trên

c + smin

c + smax

c - smin

c - smaxsmax

smin

Hình 1.2: Phổ tần của sóng AM khi tín hiệu cần điều

chế là một dải tần âm thanh

c

Từ biểu thức (1.1.4) ta thấy thành phần tín hiệu điều biên gồm ba thành phần tần số riêng

biệt: thành phần tần số sóng mang ωc, dải biên tần trên (ωc + ωs) và dải biên tần dưới (ωc - ωs)

Với ωs biến đổi từ ωsmin đến ωsmax là dải tần số của tín hiệu âm thanh đầu vào

Tín hiệu sóng mang thường là tín hiệu sin có tần số cao

Giả sử Xc(t) = Vccosωct

Tín hiệu AM có dạng: YA M(t) = [Vc + m(t)].cosωt

Xét trường hợp m(t) là một tín hiệu sin đơn tần: m(t) = Vmcosωmt

YA M(t) = [Vc + Vmcosωmt].cosωct = Vc[1 + Vm/Vc cosωmt].cosωct

b Phổ của tín hiệu AM:

Ta có: YA M(t) = [Vc + m(t)].cosωct = Vc.cosωct + m(t).cosωct

VD: Trong máy phát AM khi chưa điều chế tín hiệu thì dòng chạy qua Ant là 2,5A, cho tín hiệu

dạng sin đi qua thì dòng Ant tăng lên 3A

a) Tính hệ sốđiều chế K (ma)

b) Dòng điện chạy trong Ant bằng bao nhiêu nếu K = 60%

Nếu tín hiệu AM sau điều chếđược cho qua 1 điện trở Công suất rơi trên điện trở khi đó

g i là công suất chuẩn:

12

AM St c St m St

trong đó: Pc_st : công suất của sóng mang; Pm_st : công suất của tín hiệu điều chế

Khi cho qua điện trở R:

R

_ _

lý thuyết mỗi máy phát phải hoạt động ở một tần số nhất định và có độ rộng băng thông đủ lớn đểkhông gây can nhiễu lẫn nhau Tuy nhiên, độ rộng băng thông bị hạn chế do phải xét tới giá thành

và sự phức tạp của kỹ thuật truyền dẫn được sử dụng Trong thực tế, hai máy phát khi làm việc

vẫn gây ra nhiễu cho nhau trừ khi chúng truyền tín hiệu ở một mức công suất giới hạn và các máy phát được đặt cách nhau ở khoảng cách đủ lớn Khi máy phát thanh được đăng ký tần số thì điều quan trọng là phải ổn định tần số này vì hai lý do:

- Thứ nhất nếu tần số sóng mang bị lệch khiến thính giả phải điều chỉnh lại máy thu theo

tần sốđài phát, điều này không thể chấp nhận được đối với hầu hết khán giả

- Thứ hai nếu một đài phát bị lệch tần số về phía một đài phát lân cận, các dải biên sẽ

chồng lên nhau gây ra nhiễu

Tín hiệu sóng mang thường được tạo ra bằng bộ tạo dao động, để thỏa mãn yêu cầu về tần

số chính xác Trong thực tế thường sử dụng bộ dao động bằng tinh thể Trung tâm của bộ dao

động tinh thể là một tinh thể thạch anh được cắt và đánh bóng bằng các kỹ thuật tinh vi để có thểduy trì được tần số dao động với giá trị sai số không đáng kể chỉ nằm trong một vài Hz Hình 1.3

là sơđồ khối của một máy phát thanh điển hình

a/ Bộ dao động tinh thể

Mục đích của bộ dao động tinh thể là tạo ra tín hiệu sóng mang Để giảm tối thiểu can nhiễu tới các máy phát khác, tín hiệu này phải có độ méo cực nhỏ để máy phát có thểlàm việc ở một tần số ổn định Độ sai lệch tần số nằm trong một giới hạn rất nhỏ, thường

chỉ ở khoảng vài Hz trên 107 Hz Việc thiết kế một bộ dao động đặc biệt như vậy trong thực

tế thường sử dụng một tinh thể thạch anh

Bộ điều chế biên độ có hai đầu vào, đầu vào thứ nhất là tín hiệu sóng mang được tạo

ra từ bộ dao động tinh thể và được nhân với hệ số nhân phù hợp, còn đầu vào thứ hai là tín

hiệu điều chế (tiếng nói hoặc âm nhạc)

d/ Bộ khuếch đại âm tần

Các đầu vào bộ khuếch đại âm tần nhận tín hiệu từ micrô và nguồn cung cấp BộKhuếch đại âm tần sẽ khuếch đại tín hiệu này tới một mức tín hiệu yêu cầu để đưa tới bộ

điều chế biên độ

e/ Bộ khuếch đại công suất cao tần

Mức công suất ở đầu ra bộ điều chế thường chỉ nằm trong khoảng vài Watt trong khi công suất yêu cầu để quảng bá tín hiệu đạt hiệu quả lại nằm trong khoảng hàng chục kW Bộkhuếch đại cao tần thực hiện việc khuếch đại công suất đồng thời đảm bảo nhiệm vụ chức năng

phối hợp trở kháng với anten

f/ Anten

Anten là thành phần mạch điện có nhiệm vụ biến đổi năng lượng ở đầu ra máy phát thành sóng điện từ bức xạ vào không gian Anten có nhiều hình dạng vật lý khác nhau, được xác định dựa vào tần số làm việc và mô hình bức xạ yêu cầu Đối với mục đích phát thanh anten

c n bức xạ công suất một cách đồng đều theo mọi hướng Trái lại trong lĩnh vực truyền dẫn tín

hiệu khi việc bảo mật thông tin đóng vai trò quan trọng (ví dụ trên điện thoại) thì anten cần phải

có tính định hướng để giảm sự thu nhận trái phép

1.2 M¸y thu thanh ®iÒu biªn

1.2.1 Lời giới thiệu

Nhiễu điện từ gây ra bởi máy phát được phát đi từ anten phát và lan truyền trong không gian với vận tốc ánh sáng Nếu sóng điện từ bắt gặp một vật dẫn thì trên vật dẫn sẽ xuất hiện dòng

điện Cường độ dòng điện phụ thuộc vào cường độ cường độ trường điện từ Anten máy thu sẽ

tạo ra dòng điện khi có sóng điện từ bức xạ lên nó Hai chức năng cơ bản của máy thu radio là

- Tách ra được tín hiệu mong muốn nhận được từ các tín hiệu khác nhau mà anten thu được

- Khôi phục lại được thông điệp đã được điều chế vào sóng mang máy phát

1.2.2 M¸y thu c¬ b¶n : ThiÕt kÕ hÖ thèng

Để tách được tín hiệu yêu cầu từ những tín hiệu khác mà anten thu được, ta sử dụng một anten thông dải quanh tần số sóng mang, có dải thông đủ l n để có thể chứa được biên tần trên và biên tần dưới Ở ngoài dải tần cộng hưởng của bộ lọc thì tất cả các tần số khác đều bị suy hao không còn khả năng gây nhiễu cho tín hiệu hữu ích Đểđơn giản người ta chỉ cần chế tạo một bộ

lọc cộng hưởng LC mà tần số cộng hưởng của nó chính là tần số sóng mang

Để khôi phục lại toàn bộ thông tin từ nguồn tin ở phía phát người ta sử dụng một mạch

điện gọi là mạch tách sóng, nó bao gồm một diode và một mạch LC mắc song song như hình 1.6 (a)

Khi điện áp của dạng sóng đường bao tăng thì độ gợn sóng lớn hơn khi điện áp này giảm

Nếu hằng số thời gian càng lớn thì độ gợn sóng càng nhỏ, tuy nhiên thì điều này làm tăng khả

năng điện áp ra sẽ khác dạng sóng đường bao khi điện áp vào đang giảm do sự cắt theo đường

chéo Trên thực tế, tần số sóng mang rất lớn so với tần số điều chế do vậy độ gợn sóng nhỏ hơn

rất nhiều so với trong hình vẽ

Tín hiệu đi vào mạch được biểu thị một cách thích hợp nhất là bằng một nguồn dòng lý

tưởng được nối với cuộn sơ cấp của biến áp Nguồn dòng lý tưởng này biểu thị tất cả các dòng

điện trên anten do tất cả các trạm phát tín hiệu quảng bá trong không gian đưa tới Các tín hiệu được đưa vào mạch điều hưởng LC ghép song song, mạch này sẽ chọn ra và làm tăng biên độ của tín hiệu nào đó có tần số sóng mang giống với tần số cộng hưởng của mạch LC Trong hình 1.6c

ta thấy rằng chỉ có tín hiệu điều chếđã được cộng hưởng mới xuất hiện ởđầu vào của mạch tách sóng

Do diode chỉ thông khi điện áp ở anode cao hơn so với catode nên chỉ có phần dương của tín hiệu xuất hiện trên điện trở ra Bởi vì tụ điện được mắc song song vớ điện trở nên khi diode thông, tụđiện được nạp đến giá trịđỉnh của điện áp, khi điện áp vào thấp hơn điện áp đã nạp trên

tụ, diode sẽ bị ngắt và tụ sẽ phóng điện qua điện trở với điện áp suy giảm theo

hàm mũ

Với sự ựa chọn hằng số thời gian RC một cách chính xác dạng sóng của điện áp ra sẽ như trong hình 1.6c Dạng sóng này thực chất là đường bao của tín hiệu sóng mang vớ độ gợn sóng bằng

tần số sóng mang Có thể dùng bộ ọc thông thấp để loại bỏ những gợn sóng này

Mạch điện trong hình 1.6a đã được sử dụng khá tốt như một máy thu trong thực tế với

điện trở R được thay thế bằng một tai nghe trở kháng cao Nhưng chắc chắn rằng một mạch điện

đơn giản như vậy sẽ có những hạn chế Năng lượng trong mạch được cung cấp hoàn toàn từ phía phát và phía thu tăng lên, hơn nữa khả năng triệt tín hiệu nhiễu từ các máy phát khác của mạch

điều hưởng LC là có hạn do vậy một máy thu như thế sẽ phải chịu nhiễu lớn từ các máy phát khác Những hạn chế này có thể được khắc phục bằng cách sử dụng cấu hình máy thu đổi tần được mô ta dưới đây

1.2.3 Máy thu đổi tần : Thiết kế hệ thống

Máy thu radio đổi tần nhận tín hiệu cao tần và biến đổi nó thành một tần số cốđịnh gọi là

tần số trung tần (IF), khi đó sẽ dễ dàng hơn để thực hiện việc lọc nhiễu đồng thời cung cấp mộchút độ lợi về công suất hoặc khuếch đại thành tín hiệu mong muốn

Máy thu đổi tần có những ưu điểm sau:

- Độ khuếch đại đồng đều hơn trên cả băng sóng vì tần số trung tần tương đối thấp và ổn

định khi tín hiệu vào thay đổi

- Mạch vào làm nhiệm vụ chọn lọc các tín hiệu cần thu và loại trừ các tín hiệu không cần thu cũng như các nhiễu khác nhờ có mạch cộng hưởng, tần số cộng hưởng được điều chỉnh

đổi từ fnmin → fnmax đểđảm bảo hiệu số giữa chúng luôn là hằng số

Đối với máy thu điều biên ( AM ): ftt = 465KHZ hay 455KHz

Đối với máy thu điều tần ( FM ): ftt = 10,7MHz

- Bộ khuếch đại trung tần: có nhiệm vụ khuếch đại tín hiệu trung tần đến một giá trịđủ lớn để

đưa vào mạch tách sóng Đây là một tầng khuếch đại chọn lọc, tải là mạch cộng hưởng có tần

số cộng hưởng đúng bằng trung tần

- Tầng tách sóng: có nhiệm vụ tách tín hiệu âm tần ra khỏi tín hiệu sóng mang cao tần, sau đó

đưa tín hiệu vào mạch khuếch đại âm tần

Sơđồ khối thông thường của một máy thu đổi tần AM được biểu diễn như trong hình 1.7 Trên anten bao gồm các dòng điện từ các máy phát khác nhau phát tới nó Bước đầu là sử dụng

một mạch điều hưởng khuếch đại tần số cao tần để làm tăng tín hiệu sóng mang mong muốn và các biên của nó Máy thu được thiết kế sao cho bộ khuếch đại cao tần có khả năng điều chỉnh tần

số bằng cách thay đổi giá trị của tụ điện trong mạch điều hưởng Tụ điện này được ghép cơ khí

tần Thực chất bộ trộn tần nhân hai tín hiệu trên với nhau và cho ra một tín hiệu bao gồm tổng và

hiệu của hai tần sốđưa vào Do sự sai khác giữa tín hiệu cao tần thu được và tần số dao động nội được cốđịnh lại nên hiệu của chúng là một số không đổi và giá trị này tương ứng với giá trị của

b t đã bị thay đổi

Hình 1.7 S ơ đồ kh ố i c ủ a máy thu đổ i t ầ n, t ụ đ i ề u h ướ ng cao t ầ n đượ c g ộ p v ớ i t ụ quy đị nh

t ầ n s ố c ủ a b ộ dao độ ng n ộ i Trong m ộ t máy thu AM thông th ườ ng t ầ n s ố dao độ ng n ộ i

có th ể đ i ề u ch ỉ nh

Tín hiệu ra từ bộ trộn tần được đưa vào bộ khuếch đại trung tần, bộ khuếch đại trung tần được thiết kếđể lọc ra hiệu tần trên cùng với các biên tần của nó đồng thời làm suy giảm tất cảcác tần số khác hiện có Khi hiệu tần được cố định lại (với các đài radio FM, tần số trung tâm là

445 kHz) yêu cầu về bộ ọc phải tương đối dễ thiết kế và phải có đặc tuyến ngưỡng rõ ràng

Đầu ra của bộ khuếch đại trung tần gồm tần số trung tần và hai biên tần của nó được đưa

tới mạch tách sóng đường bao Mạch tách sóng đường bao sẽ loại bỏ tần số trung tần, giữ ại tín

hiệu âm tần, tín hiệu này được khuếch đại qua mạch khuếch đại âm tần tới mức có thểđưa ra loa

Rõ ràng sẽ có sự khác biệt lớn giữa tín hiệu thu được từ những trạm phát mạnh, ở gần và

trạm phát yếu, ở xa Để giảm thiểu sự khác biệt này một mạch tự điều khuếch (AGC) được sử

d ng để điều chỉnh tín hiệu đưa vào mạch tách sóng đường bao tới một giá trị định trước Bước

xử lý đáng quan tâm nhất trong hệ thống là ở bộ trộn tần Có hai kiểu bộ trộn tần cơ bản là bộnhân tương tự và kiểu chuyển mạch Bộ nhân tần tương tự nhân tín hiệu cao tần và tín hiệu dao

động nội, do vậy, khi tín hiệu sóng mang đã được điều chế là :

im(t) = A(1+ k sinωst)sinωct (1.2.1)

Và tín hiệu dao động nội là :

io(t) = BsinωLt (1.2.2) Thì tín hiệu ra của bộ trộn tần là :

i(t) = A(1+ksinωst)sinωct×BsinωLt (1.2.3)

i(t) = 2

1AB(1 + ksinωst)[cos(ωL - ωc)t – cos(ωL+ ωc)t] (1.2.4)

+

2

1k[sin(ωL - ωc - ωs)t + sin(ωL - ωc + ωs)t]

-

2

1k[sin(ωL + ωc - ωs)t + sin(ωL + ωc + ωs)t]} (1.2.6)

Hình 1.8 Bi ể u di ễ n ph ổ t ầ n s ố

Phổ tần của biểu thức (1.2.6) được biểu diễn ở hình 1.8 Lưu ý đây là biểu thức đã được

đơn giản hóa để cho rõ ràng hơn Sự hình thành tích số trong biểu thức (1.2.3) không phải là một quá trình chính xác và nó có xu hướng tạo ra nhiều tần số do những sóng hài phụ và sóng hài bậc cao hơn có trong tín hiệu cao tần và tín hiệu dao động nội Tín hiệu cao tần và tín hiệu dao động

n i được biểu thị rõ ởđầu ra Điều quan trọng là loại bỏ tất cả những tín hiệu không mong muốn

ra khỏi băng tần trung tần và làm biên độ của chúng suy giảm xuống rất thấp Có thể thấy được

rằng sự trộn tần sẽđem lại thêm hai sóng mang và các biên tần của chúng, hai sóng mang này có

tần số tương ứng với tổng (ωL + ωc) và hiệu (ωL - ωc) giữa tín hiệu dao động nội và các tần sốsóng mang

Lúc này tín hiệu tần mong muốn (trung tần) có thể được lọc nhờ tầng lọc trung tần của máy thu Chú ý rằng hoạt động của bộ trộn tần không làm ảnh hưởng đến các biên tần Để làm rõ

được dùng làm ví dụ trong bảng 1.1 Bộ trộn tần đặt ra hai vấn đề trực tiếp là sự lựa chọn tần sốdao động nội và chiến lược thiết kế của bản thân bộ trộn tần

Tần sốảnh là tần số của tín hiệu không mong muốn, đó là tần số khi được kết hợp với tín

hiệu dao động nội sẽ cho ra tần số trung tần Bộ khuếch đại cao tần thông thường có thể triệt được

tần sốảnh nhưng việc này sẽ gặp khó khăn nếu tín hiệu mong muốn thu được rất yếu còn tín hiệu

hiệu cao tần thu Có nhiều lý do tốt để thực hiện việc này Tỷ số giữa giá trị cực đại và cực tiểu

của điện dung yêu cầu để có thểđiều chỉnh dao động nội trên toàn dải phát quảng bá là 3.79 trong

trường hợp chọn tần số dao động nội cao hơn tần số cao tần thu được Ngược lại, nếu chọn tần sốdao động nội thấp hơn tỷ số trên sẽ là 62.4 Sẽ rất khó để chế tạo một biến dung như vậy với độdung sai thích hợp

(2) Sự trộn tần đã sớm được đề cập đến và được xem như việc nhân tương tự Tuy nhiên hoạt

động chính xác của một bộ nhân tương tự là một vấn đề quan trọng Một bộ nhân tương tự thô sơ

có thểđược thực hiện bằng cách sử dụng một thiết bị có đặc tuyến điện áp – dòng điện là không tuyến tính Một diode tiếp giáp p-n thông thường có thểđược dùng để thực hiện việc này Bộ trộn

tần kiểu chuyển mạch sử dụng một diode hoặc một transistor mang dòng điện tỷ lệ với tín hiệu cao tần và sẽ chuyển nó từ trạng thái này sang trạng thái khác tại tần số dao động nội

1 Mạch vào :

Là mạch mắc giữa Anten và tầng đầu tiên của máy thu, có nhiệm vụ chủ yếu là nhận tín

hiệu từ Anten, chọn lọc các tín hiệu cần thu, do vậy mạch vào thường là mạch cộng hưởng

Những yêu cầu cơ bản đối với mạch vào:

- Hệ số truyền đạt lớn và ổn định trên toàn băng sóng : KV = UV/EA

UV: điện áp đưa đến máy thu

EA: suất điện động cảm ứng trên Anten

- Đảm bảo điện độ chọn lọc: chọn lọc tần số lân cận, tần số ảnh fa = f0 + 2 ftt , và chọn

lọc tần số lọc thẳng

- Đảm bảo độ méo tần số cho phép trong dải tần số làm việc từ fomin → fomax

Mạch vào ghép điện dung với Anten

Sơđồ mạch và đáp ứng tần số:

Hình 1.9 : Sơđồ mạch ghép nối điện dung & đáp ứng tần sốAnten được nối với mạch cộng hưởng thông qua điện dung ghép Cgh Mạch cộng

huởng là một khung cộng hưởng LC, gồm một tụ xoay Cx, một tụ tinh chỉnh CT và một cuộn dây L1 Tần số cộng hưởng được điều chỉnh bằng đúng bằng tần số tín hiệu cần thu fo Qua

cuộn ghép cao tần L1: L2, tín hiệu thu được được đưa đến cực Base của mạch khuếch đại cao tần

- Tín hiệu từ Anten qua cuộn ghép Lgh c m ứng qua mạch cộng hưởng gồm tụ Cx, CT và

cuộn dây L1 Mạch cộng hưởng được điều chỉnh để chọn lọc lấy tín hiệu cần thu và cảm ứng sang cuộn L2 đểđưa đến cực Base của mạch khuếch đại cao tần

- Hệ số truyền đạt của mạch vào dạng này tỉ lệ với hệ số phẩm chất của khung cộng

hưởng LC Muốn tăng độ nhạy của mạch phải tăng L1 và giảm Lgh, nhưng L1cũng không thể tăng quá lớn mà phải chọn dung hòa hai giá trị này để tránh ảnh hưởng đến tần

số cộng hưởng của mạch

- Nhược điểm của mạch ghép điện cảm là hệ số truyền dẫn cũng không đồng đều trên toàn băng sóng Tuy nhiên so với mạch ghép điện dung thì mạch này có độ chọn lọc cao hơn và hệ sốtruyền dẫn cũng đồng đều hơn nên được sử dụng rộng rãi trong thực tế

2 Mạch khuếch đại cao tần :

Bộ khuếch đại cao tần có nhiệm vụ khuếch đại tín hiệu điều chế cao tần đến một giá

trị nhất định để đưa cho bộ đổi tần, các mạch khuếch đại cao tần thường được mắc kiểu CE

hoặc CB Đối với băng sóng AM thì kiểu mắc CE là thích hợp vì tận dụng được hệ sốkhuếch đại cao của dạng ghép này, còn đối với băng sóng FM thì kiểu ghép CB là thích

hợp hơn vì có băng thông làm việc rất rộng Tầng khuếch đại cao tần cũng có thể là tầng khuếch đại không cộng hưởng với tải là điện trở, điện cảm hoặc R-L hay biến áp nhưng phổ

biến hơn cả vẫn là tải cộng hưởng tại một tần số nào đó

Hình 1.11 Mạch khuếch đại cao tần tải điện trở

Đây là bộ khuếch đại dải rộng, có hệ số khuếch đại tương đối đồng đều trong một

dải rộng từ vài chục đến vài MHz, tuy nhiên mạch không có khả năng chọn lọc tần số Điện

trở tải R1 thường được sử dụng trong khoảng vài k Ω

3 Mạch đổi tần

Mạch đổi tần là mạch biến đổi tín hiệu cao tần điều chế thành các tín hiệu có tần số thấp

hơn và không đổi gọi là trung tần Dạng của tín hiệu điều chế sau khi đổi tần không thay đổi

mà chỉ thay đổi tần số sóng mang.Mạch đổi tần gồm 2 phần: Mạch tạo dao động nội và mạch

đổi tần ( trộn tần )

Hình 1.12 Tín hiệu trước và sau trộn tần

Người ta đã chứng minh rằng nếu trộn 2 tín hiệu có tần số khác nhau là f1 và f2 trên

một phần tử phi tuyến thì sẽ nhận được ở đầu ra ngoài thành phần f1, f2 còn xuất hiện các thành phần tổng f1+f2 và hiệu f1-f2 Nếu dùng mạch lọc cộng hưởng ta dễ dàng nhận được tín hiệu có tần số hiệu f1-f2, và tần số hiệu này cũng chính là trung tần Để tín hiệu trung tần có tần số cố định khi tín hiệu thu từ Anten có tần số fo biến đổi thì tần số dao

động nội cũng phải thay đổi tương ứng, trong máy thu thanh người ta giải quyết vấn đề này

bằng cách sử dụng các tụ xoay đồng trục ở mạch vào và mạch dao động nội

Trong sơ đồ hình 1.13 ( T1) vừa làm nhiệm vụ dao động vừa làm nhiệm vụ trộn tần Điện

áp tín hiệu được đưa vào cực B, điện áp dao động nội được đưa vào cực E Khi tạo dao động thì C1 được xem như nối mass cho cực B, mạch trở thành ghép BC và thành phần quyết

định dao động là khung L4C2, tín hiệu dao động nội được đưa đến cực E bằng tụ C2, đây chính là thành phần hồi tiếp dương để trộn với tín hiệu cần thu

Khi làm nhiệm vụ trộn tần thì C2 và L4 xem như nối mass cho E và T1 là mạch ghép CE Tín hiệu trộn tần được đưa vào cực B và lấy ra từ cuộn cảm ứng trên khung cộng hưởng từ cực

C

Nhược điểm của mạch này là độ ổn định kém do transistor đảm nhận cùng lúc 2 nhiệm vụdao động và trộn tần

Hình 1.13 Mạch trộn tần

4 Khuếch đại trung tần

Khối khuếch đại trung tần là một mạch khuếch đại cộng hưởng có nhiệm vụ khuếch

đại tín hiệu trung tần đến một giá trị đủ lớn để đưa vào mạch tách sóng, bộ khuếch đại trung tần quyết định phần lớn độ chọn lọc và độ nhạy của máy thu

Nếu dùng transistor rồi, khối trung tần có thể gồm 1, 2 hoặc 3 tầng khuếch đại ghép, còn

nếu dùng IC thì mạch khuếch đại trung tần thường được tích hợp chung với mạch tách sóng

Hình 1.14 Mạch khuếch đại trung tần cộng hưởng kép

• C4L2: khung cộng hưởng tại tần số trung tần

• R1R2: phân cực cho mạch khuếch đại trung tần

• Muốn tăng độ nhạy của máy thu thường người ta chọn phương pháp tăng độ khuếch đại

của mạch khuếch đại trung tần, tuy nhiên trong mạch trên, khi tăng hệ số khuếch đại → hiện

tượng tự kích Vì vậy người ta thường mắc thêm tụ C3 để tạo mạch hồi tiếp âm áp song song cho mạch

5 Mạch tách sóng đường bao

Mạch tách sóng biên độ thường sử dụng là mạch tách sóng diode Nếu diode mắc

n i tiếp với điện trở tải gọi là tách sóng diode, nếu diode mắc song song vớ điện trở tải gọi là tách sóng song song Mạch tách sóng song song được dùng trong trường hợp cần ngăn thành

phần một chiều với trung tần Tuy nhiên, trong thực tế người ta hay dùng mạch tách sóng

n i tiếp

loại chuyên dùng Trong một số máy thu người ta còn sử dụng mạch tách sóng dùng

transistor Thông thường trong các mạch này, transistor được phân cực ở chếđộ khuếch đại

yếu

6 Mạch tựđộng điều chỉnh hệ số khuếch đại

Do nhiều nguyên nhân mà tín hiệu do máy thu thu được có thể không đồng đều nhau, lúc

mạnh, lúc yếu điều đó dẫn đến âm lượng thay đổi lúc to, lúc nhỏ Để hạn chếđiều này và giữcho âm lượng máy thu ổn định khi tín hiệu vào thay đổi trong một phạm vi rộng, thông

thường trong các máy thu thanh được thiết kế thêm mạch tựđộng điều chỉnh hệ số khuếch đại cho các tầng khuếch đại cao tần và trung tần Khi tín hiệu thu yếu, hệ số khuếch đại các

tầng tăng lên và khi tín hiệu thu tăng lên thì hệ số

khuếch đại của các tầng này giảm đi

1.3 M¸y ph¸t thanh ®iÒu tÇn

1.3.1 Lêi giíi thiÖu

Biên độ của tín hiệu dạng sin tần số cao (sóng mang) được biến đổi theo dạng sóng của

một tín hiệu âm tần (điều chế) để cho một sóng điều biên, dạng sóng này có thểđược phát, thu và

giải điều chế khôi phục lại tín hiệu âm thanh ban đầu

Đối với phát thanh điều tần (FM), tần số của sóng mang biến thiên quanh một giá trị cố

định theo biên độ của tín hiệu âm thanh Biên độ sóng mang được giữ cố định Dạng sóng của

một sóng mang hình sin được điều chế bởi một sóng dạng răng cưa được vẽở hình 1.16

t

t Vfm

Tất cả các tín hiệu được truyền tải bởi bất kỳ hệ thống truyền dẫn nào dù sớm hay muộn

cũng bị tác động bởi tạp âm Bởi vậy độ nhạy của hệ thống thông tin đối với tạp âm là vấn đề hết

sức quan trọng Tạp âm có thểđược định nghĩa như là « sự bi ế n đổ i ng ẫ u nhiên ch ồ ng t ầ ng lên

mang Do đó tạp âm sẽ xuất hiện trên đường bao và đóng vai trò trực tiếp trong việc làm sai lệch tín hiệu Trong các hệ thống FM thông tin được truyền tải nằm trong sự biến thiên của tần số sóng mang quanh một giá trị xác định Biên độ của tín hiệu FM được giữ không đổi và quả thực nếu có các thay đổi về biên độ của tín hiệu FM, chúng sẽ bị loại bỏ bằng cách cắt đi trước khi điều chế

Với việc so sánh như trên, có thể thấy rằng các hệ thống FM ít nhạy cảm hơn đối với việc suy giảm do tạp âm

1.3.2 Lý thuyÕt vÒ ®iÒu chÕ tÇn sè

Trong khi một tín hiệu điều chế xung răng cưa cho dạng đơn giản của tín hiệu FM, thì tín

hiệu điều chế sin là dạng đơn giản nhất xuất phát từ các biểu thức toán học để biểu diễn tín hiệu

FM Một điện áp dạng sin có thểđược biểu diễn như sau :

Trong một hệ thống điều tần, ω được biến đổi quanh một giá trị cố định ωc, theo tín hiệu

điều chếđược giả thiết trong trường hợp này cũng là dạng sin :

Us(t) = Bcosωst (1.3.4)

Vận tốc góc tức thời tại thời điểm bất kỳ :

ωi = ωc + ∆ωccosωst (1.3.5) Thay các giá trị tức thời vào phương trình (1.3.3)

ωi(t) =

dt

t i

Ufm(t) = Acos(ωct + mf sinωst) (1.3.8)

Ufm(t) = Re { A ejωc t+m f sinωs t } (1.3.9) Khai triển thành chuỗi Fourier phức nhờ hệ số hàm Bessel loại I

(1) Tần số sóng mang ωc hiện tại và biên độ của nó được xác định bằng chỉ sốđiều chế mf

(2) Các hạng thức tiếp theo biểu diễn hai tần số là tổng (ωc+ωs)và hiệu (ωc - ωs) của sóng mang

và tín hiệu điều chế với biên độ j1(mf)

(3) Hai hạng thức tiếp theo có biên độ j2(mf) và các dải tần số (ωc+2ωs) và (ωc - 2ωs)

(4) Có một số vô hạn các tổng và hiệu của sóng mang và các bội số nguyên lần của tín hiệu điều

chế

Hình 1.17 Đồ th ị hàm Besel b ậ c nh ấ t jn(mf) d ự a trên mf, v ớ i n = 0,1,2,3

Điều này nói lên rằng, để truyền một sóng sin đơn giản bằng hệ thống FM, thì phải cần

một băng thông vô hạn để thích ứng với tất cả các dải biên Tuy nhiên, từ hình 1.17 có thể thấy

rằng, khi n tăng thì biên độ của các dải biên giảm và phân bố năng lượng của chúng suy giảm nhanh chóng Không giống với hệ thống AM, ở hệ thống FM với một chỉ sốđiều chế lớn hơn giớ

hạn có thể gây ra méo nghiêm trọng, chỉ số điều chế của FM không hề có giới hạn trên trừ khi

điều chế một tín hiệu có tần số cốđịnh ωs, việc tăng chỉ sốđiều chế mf làm cho độ di tần của tín

hiệu FM so với sóng mang lớn hơn Điều này có nghĩa là băng thông số l n hơn Với điều kiện là không có các yêu cầu về giới hạn băng thông và để cho phép một số lớn nhất các đài phát FM

hoạt động với độ méo và nhiễu nhỏ nhất, độ di tần cực đại cho phát thanh FM dân dụng được cho

ở mức ±75 kHz Tuy nhiên, khi nguồn tín hiệu có giá trị vượt quá giới hạn ±75 kHz, dải thông

thực tếđược đặt ở mức 200kHz

Các kênh thông tin điều tần còn có thể được biết đến nằm trong dải tần khoảng từ 1600 kHz đến 4000MHz Các thành phần phổ tần này được dành để sử dụng cho cảnh sát, các kênh

tiếng của truyền hình VHF và UHF, thông tin di động VHF, và thông tin điểm nối điểm Đối với

dải tần của đài phát thanh FM dân dụng nằm trong dải từ 88 đến 108 MHz

1.3.3 Phư¬ng ph¸p thiÕt kÕ hÖ thèng

1.3.3.1 ThiÕt kÕ hÖ thèng c¬ b¶n

Một phương pháp đơn giản để tạo ra một tín hiệu FM là bắt đầu bằng một bộ dao động LC

bất kỳ Tần số của bộ dao động được xác định bởi giá trị của C và L Nếu một tụđiện biến đổi ∆C được mắc song song với C và sự biến đổi dung kháng tỷ lệ với tín hiệu điều chế thì sẽ nhận được

một tín hiệu FM

Hình 1.18 B ộ dao độ ng đ i ệ n d ẫ n âm

Xét một bộ dao động điện dẫn âm như vẽ ở hình 1.18 Điện dẫn âm có thể được tạo ra

bằng diot tunel, đèn năm cực được phân cực thích hợp, hoặc một transistor tiếp giáp lưỡng cực cùng với một mạch hồi tiếp thích hợp

Tần số của bộ dao động được cho bởi

ω2c =

LC

1

(1.3.16) Khi một tụđiện biến đổi ∆C được mắc song song với C, thì tần số của mạch dao động sẽ là :

(ωc ± ∆ωc)2 =

)(

1

C C

tương ứng của L và C là 1,27mH và 500pF, khi tần sốđược nhân lên 500 lần (thực tế là 29 = 512)

đểđưa nó tới băng tần FM dân dụng, độ di tần cực đại là 75 kHz/500 = 150Hz bởi vậy độ di tần

sẽ không vượt quá giới hạn cho phép Khi đó yêu cầu đối với điện dung biến đổi ∆C = 2,5pF Giá

trị này nằm trong khoảng biến đổi điện dung của diot tiếp giáp p-n Sơđồ khối của hệ thống được cho ở hình 1.19

Việc thiết kế toàn bộ cỏc khối được vẽ ở hỡnh 1.19 đó được thảo luận trước đõy Tuy nhiờn, cỏc yờu cầu vềổn định tần số của hệ thống vẽở hỡnh 1.19 là khụng thực tế

Một trong cỏc yờu cầu của một mỏy phỏt đú là tần số của nú phải luụn được giữ nguyờn ở

một giỏ trị xỏc định để tần số của mỏy phỏt khụng bị trụi và gõy nhiễu cho cỏc kờnh thụng tin khỏc Trong sơđồ khối vẽở hỡnh 1.19 khụng mắc thờm cỏc thành phần để đảm bảo tần số trung bỡnh của chu kỳđài khụng thay đổi Một sơđồ thay thếđược vẽở hỡnh 1.10, trong đú tần số súng mang của tớn hiệu FM được so sỏnh với tần số của bộ dao động được ổn định bằng tinh thể và kết

quả của tớn hiệu sai lệch sẽđược sử dụng để hiệu chỉnh tần số súng mang

1.3.3.2 Phõn tớch sơ đồ mỏy phỏt FM

Bộ dao động chủ là một mạch dao động kiểu LC tương tự như một bộ dao động điện dẫn

õm đó được thảo luận trước đõy Sự biến thiờn ∆C tạo ra tớn hiệu FM Đầu ra được đưa tới khối khuếch đại đệm, nú tạo ra sự cỏch ly giữa bộ dao động với tải của nú để khi tải thay đổi sẽ gõy

ảnh hưởng rất nhỏđến sự hoạt động của mạch dao động Tớn hiệu tiếp tục được đưa tới khối hạn biờn Thành phần biờn độ của tớn hiệu FM đó được hạn biờn sau đú được đưa tới khối trộn mà một

đầu vào khỏc của nú nhận tớn hiệu từ một khối dao động tinh thể Hiệu tần được khuếch đại thớch

hợp, lọc và đưa tới khối tỏch súng biến điệu tần sốđể tạo ra một tớn hiệu một chiều tỷ lệ với hiệu

giữa tần số yờu cầu và tần số của khối dao động tinh thể Tớn hiệu một chiều hay tớn hiệu sai sốđược sử dụng để giữ bộ dao động chủ súng làm việc tại tần số yờu cầu Sử dụng sơđồ này cú thể

thực hiện việc ổn định tần số của bộ dao động tinh thể dựa trờn bộ dao động chủ Cần chỳ ý rằng

hằng số thời gian của tớn hiệu sai sốđược chọn sao cho nú cú thể hiệu chỉnh độ lệch tần trong một chu kỳ dài của khối dao động chủ mà khụng làm ảnh hưởng đến độ lệch tần của chu kỳ ngắn bởtớn hiệu điều chế Đầu ra của khối hạn biờn/lọc được đưa tới một chuỗi cỏc bộ nhõn để nõng tần

số tới một giỏ trị yờu cầu Sau đú khối khuếch đại cụng suất sẽ khuếch đại cụng suất tớn hiệu tới giỏ trị mong muốn và đưa ra anten bức xạ tớn hiệu

1.3.3.3 Thiết kế khối tự động điều chỉnh tần số

Hai khối mớ được đưa vào hệ thống để thực hiện việc biến đổi thụng số Đú là khối hạn biờn và tỏch súng biến điệu tần số Việc thiết kế mạch điện của cỏc khối này như sau :

a Khối hạn biên

Một tín hiệu FM trung thực phải có biên độ không đổi Trong thực tế các mạch điện phi tuyến gây ra sự biến đổi đường bao của tín hiệu FM liên quan tới tín hiệu điều chế, tức vị trí của tín hiệu điều biên Một điều hiển nhiên đó là bất kỳ một tín hiệu AM nào xuất hiện trong hệ thống

FM sẽ gây can nhiễu với tín hiệu trong quá trình giải điều chế, vì hầu hết các bộ giải điều chế FM

đều biến đổi sự biến thiên của tần số thành sự biến thiên của biên độ trước khi tách sóng Lý do

thứ hai để hạn chế biên độ của tín hiệu FM, đó là tạp âm xuất hiện trong kênh thông tin thường

nằm bên trên đường bao của tín hiệu và do đó bằng cách xén bớt biên độ của tín hiệu thì một vài thành phần tạp nhiễu sẽ bị loại bỏ

Bộ hạn biên lý tưởng có thể chấp nhận tại đầu vào một tín hiệu có biên độ bất kỳ và biến nó thành một tín hiệu có biên độ không đổi Một phép gần đúng trong thực tếđể cải thiện bộ hạn biên

lý tưởng được thực hiện bằng cách khuếch đại đầu vào bằng với hệ số khuếch đại lớn và cắt mộ

phần nhỏđối xứng qua trục thời gian Do đó tín hiệu ra sẽ có dạng sóng vuông Để trở ại dạng sin, tín hiệu phải được đưa qua một bộ lọc thông dải để loại bỏ tất cả các sóng hài và chỉ còn lại thành

phần cơ bản Bộ hạn biên có ba khối: khối tiền khuếch đại, khối xén đối xứng, và khối lọc thông

dải Sơđồ khối hệ thống được vẽở hình 1.11

Ở mục lý thuyết điều chế tần số cho thấy một tín hiệu FM có một số vô hạn các dải biên

nhưng trong thực tế không cần phải giữ ại tất cả các dải biên để duy trì một mức trung thực cao Khi làm việc tại chỉ sốđiều chế cho phép, mf = 5 và các dải biên giữ lại với các hệ số jn (mf) lớn

hơn 0,01 (ví dụ.,1% của sóng mang không được hạn chế) điều này cho 8 dải biên đầu tiên phải

giữ lại Khi các dải biên có khoảng cách ωs, và ωs có giá trị lớn nhất bằng 15kHz, độ rộng băng thông bằng 240kHz

nhược điểm là khuếch đại dưới mức tạp âm và trên mức phổ quan tâm Để dung hòa các yếu tốtrên cần phải sử dụng một mạch khuếch đại điều hưởng có hệ số Q thấp hơn nhiều Nó có ưu

điểm là sự biến thiên nhỏ nhất vềđáp tuyến của nó ở toàn bộ phổ tần được chiếm giữ bởi các dải thông có nghĩa và suy giảm tạp âm xuất hiện trong thành phần phổ còn lại Một hệ số Q tải bằng

20 là thỏa mãn

Trong thực tế chấp nhận phương án tạo ra tín hiệu FM ở một tần số thấp và sử dụng một

số tầng của các bộ nhân tần để đưa tới tần số hoạt động Nếu tín hiệu FM được tạo ra tại tần số

200kHz, độ di tần gần đúng vào khoảng 150Hz Băng thông thích hợp để thích ứng với 8 dải biên

sẽ là 470Hz

Hình 1.22 minh họa sơđồ khối mạch điện của bộ tiền khuếch đại và tải của nó, bộ hạn biên cân bằng Việc thiết kế chi tiết một bộ khuếch đại tương tự sẽ không được nhắc ởđây Tuy nhiên, điều lưu ý đó là các diot có thể xem như ngắn mạch và do điện trở R sẽ được mắc song song với mạch cộng hưởng

b Bộ hạn biên đối xứng

Một bộ hạn biên đối xứng đơn giản được vẽở hình 1.22 Điện trở R được chọn để sao cho

hệ số Q của mạch cộng hưởng xấp xỉ bằng 20 Việc thiết kế chi tiết của một mạch cộng hưởng song song với một hệ số Q xác định sẽ không được nhắc ởđây

Đầu ra của bộ hạn biên sẽ vào khoảng 0,7V khi sử dụng các diot silicon đơn hoặc là bội

của 0,7V, phụ thuộc vào bao nhiêu diot được mắc nối tiếp nhau để xác định mức hạn biên Hiển nhiên là việc hạn biên càng khắt khe thì tín hiệu ởđầu ra càng có khả năng là sóng vuông nhưng

lại yêu cầu hệ số khuếch đại của các tầng tiếp theo lớn hơn

Một thiết kế là tối ưu khi mức hạn biên cao là sử dụng các diot Zenner mắc đối nhau như

vẽ ở hình 1.23 Diot Zenner tạo ra một mức khóa nhạy hơn so với một diot thông thường Vớcách mắc này, thì chỉ một trong hai diot Zenner là làm việc như một diot Zenner trong khi diot còn lại cho dòng chảy qua theo chiều thuận Chúng đổi vai trò cho nhau khi cực tính điện áp cung

c p thay đổi

c Bộ ọc thông dải

Thật có lý khi giả thiết cho rằng đầu ra của khối hạn biên là dạng sóng hình vuông Tần số

của sóng hình vuông biến thiên nhưng nó ở giữa của tần số sóng mang Việc phân tích chuỗi Fourier cho thấy rằng thành phần hài có giá trị nhất của sóng hình vuông là hài bậc ba Bởi vậy

với sóng mang phụ là 200kHz, thì hài bậc ba sẽ là 600kHz Một mạch cộng hưởng song song đơn

giản được điều hưởng tới tần số sóng mang thì cần phải lọc ra các thành phần hài Nhưng, như

trước đây, việc lựa chọn hệ số Q của mạch điều hưởng phải được thực hiện để đảm bảo rằng tất

c các dải biên có giá trịđều nằm trong dải thông của bộ ọc và chịu mức suy giảm nhỏ nhất

d Bộ tách sóng biến điệu tần số

Mục đích của bộ tách sóng biến điệu tần số là để chuyển sự biến thiên về tần số thành sự

biến thiên về biên độ Một bộ biến đổi tần số - biên độđược theo sát bởi một bộ tách sóng đường bao được sử dụng để khôi phục tin tức được chứa trong tín hiệu điều chế Các đặc tuyến truyền

đạt của hai mạch điện có thểđược sử dụng cho việc biến đổi tần số-biên độđược vẽở hình 1.24

Mạch điện đơn giản nhất có đặt tuyến vẽ ở hình 1.24(a) là một mạch thông cao RC đơn

giản với tần số góc của nó lớn hơn rất nhiều so với tần số góc sóng mang của tín hiệu FM Hình 1.24(b) minh họa đặc tuyến của một bộ thông thấp đơn giản với tần số góc của nó được chọn thấp

hơn rất nhiều so với tần số sóng mang Cả hai mạch điện đều dựa trên nguyên tắc, chuyển tín hiệu

FM thành tín hiệu AM Tuy nhiên, trong thực tế tần số sóng mang phụ của hệ thống vẽ ở hình 1.10 chỉ vào khoảng 200kHz, trong khi sự biến thiên được giới hạn với một giá trị cực đại

±150Hz Khi cả hai mạch điện này có độ dốc bằng 6dB/octave, thì sự biến thiên về biên độ của các mạch điện này sẽ vượt quá ngưỡng thấp nhất Việc sử dụng một bộ khuếch đại có hệ sốkhuếch đại lớn kèm theo mạch thỉ làm tăng thêm tạp âm Một phương pháp tốt hơn là tìm mộ

mạch điện có độ dốc về biên độ lớn nhiều so với tần số

Một mạch cộng hưởng RLC có sự biến thiên nhanh về biên độđối với tần sốở cả hai biên

của tần số cộng hưởng, đặc biệt khi hệ số Q của mạch cao Mạch điện và đáp tuyến của nó được

vẽ trên hình 1.15 Rõ ràng mạch điện này có xu hướng gây ra sự méo dạng, đặc biệt đối với các sóng hài (sự phi tuyến là bất đối xứng)

Hình 1.25 M ộ t m ạ ch c ộ ng h ưở ng LC đơ n đượ c s ử d ụ ng nh ư là m ộ t b ộ bi ế n đổ i t ầ n s ố -biên độ

e Mạch tách sóng đường bao

Mục đích của bộ tách sóng đường bao là để hiệu chỉnh độ di tần chu kỳ dài của bộ dao

động chủ trong khi cho phép độ di tần chu kỳ ngắn được gây ra bởi tín hiệu điều chế Do đó hằng

số thời gian được chọn dựa trên tần số thấp nhất xuất hiện trong tín hiệu điều chế, ωsmin, sẽ làm cho hệ thống hiệu chỉnh tần số không phải làm việc Điều kiện này được thỏa mãn khi hằng số

thời gian của bộ tách sóng, τdet, được chọn sao cho

ωsminτdet >> 1

1.4 M¸y thu thanh ®iÒu tÇn

1.4.1 Lêi giíi thiÖu

Trong điều chế biên độ, tần số của sóng mang được giữ không đổi trong khi biên độ của

nó được biến đổi theo biên độ của tín hiệu điều chế Trong điều chế tần số, biên độ của sóng mang được giữ không đổi trong khi tần số của nó biến đổi theo biên độ của tín hiệu điều chế

Hiển nhiên, cần có một mạch điện biến sự thay đổi tần số thành sự biến thiên về biên độ - những

phương pháp kỹ thuật được sử dụng trong tách sóng AM, cũng có thểđược sử dụng cho FM

Trong mục bộ tách sóng biến điệu tần số, ba mạch điện chuyển đổi sự thay đổi tần sốthành sự thay đổi biên độđã được thảo luận và đặc tính của chúng vềđộ tuyến tính cũng như dải

động đã được khảo sát Từđó thấy rằng máy thu FM cũng phải có các chức năng cơ bản giống

như máy thu AM Cấu trúc của máy thu FM được minh họa ở hình 1.26

Hình 1.26: S ơ đồ kh ố i c ủ a máy thu FM dân d ụ ng cùng các d ả i t ầ n và các độ r ộ ng b ă ng

Kỹ thuật thu đổi tần được sử dụng trong FM vì cùng lý do nhưđược sử dụng trong AM,

nó chuyển đổi tất cả các tín hiệu tần số thu được thành một tần số trung gian cốđịnh mà tại tần số

đó quá trình lọc có thểđược thực hiện một cách có hiệu quả

Nhiệm vụ của anten là cảm ứng được phần năng lượng điện từđược phát đi từ máy phát

Những nguyên tắc cơ bản được ứng dụng để thiết kế một anten, tuy nhiên trong phát thanh FM,

tần số của năng lượng điện tử nằm giữa khoảng 88 đến 108 MHz nên thực tế cần phải có những anten mà kích thước vật lí của chúng nằm trong giới hạn thích hợp

Mức công suất của bộ khuếch đại cao tần được nâng lên đến mức có thể được sử dụng trong bộ trộn tần để biến đổi tần số trung tâm thành một tần số thấp hơn tần số trung tần (IF) Bộ

trộn tần cùng bộ dao động nội chuyển đổi tín hiệu cao tần thu thành một tần số trung tần 10.7 MHz Không có gì đặc biệt về tần số trung tần 10.7 MHz ngoại trừ ại một tần số tương đối thấp

như vậy, yêu cầu giá trị của các cuộn cảm và các tụđiện phải đủ lớn để giảm thiểu hiệu ứng nhiễu

loạn điện từ trong mạch Tại tần số cốđịnh này việc lọc được thực hiện triệt để loại trừ những tín

hiệu không mong muốn được sinh ra trong quá trình trộn tần, những tín hiệu nhiễu và tạp âm

Tín hiệu sau khi lọc được đưa tới bộ hạn biên Sự cần thiết của bộ hạn biên trở nên tất yếu khi tín hiệu FM thường được chuyển đổi thành tín hiệu AM trong bộ tách sóng điều tần trước khi

nó được tách sóng Điều này có nghĩa là bất kì sự thay đổi nào về biên độ tín hiệu FM sẽđược đặt lên tín hiệu gốc từ bộ tách sóng điều tần và do đó gây ra méo dạng Bộ hạn biên cắt triệt để tín

hiệu thành biên độ cố định và do đó lọc ra được những hài không mong muốn Tín hiệu sau đó được đưa tới bộ tách sóng điều tần (bộ chuyển đổi tần số - biên độ) và bộ tách sóng đường bao

Bộ khuếch đại âm tần khuếch đại tín hiệu đầu ra của bộ tách sóng lên một mức thích hợp để đưa

ra loa

Mặc dù cấu trúc các máy thu AM và FM có nhiều điểm tương đồng tuy nhiên cũng có

những điểm khác biệt đòi hỏi những thiết kế và những cách xây dựng khác nhau Đó là những

điểm sau:

1 Tần số sóng mang cao hơn (88 ÷ 108 MHz) được sử dụng trong FM đòi hỏi giá trị của cả cuộn

c m và tụđiện trong mạch điều hưởng phải nhỏ Điều này đồng nghĩa với việc điện cảm tạp tán và điện dung tạp tán sẽđược xem như là đáng kểđối với giá trị thiết kế, do vậy gây ra ảnh

hưởng lớn hơn trong các mạch điều hưởng Trong thiết kế, mặc dù có thể thực hiện những biện

pháp thích hợp để hợp nhất những ảnh hưởng của sự nhiễu loạn điện từ cố định trong một

mạch điện nhưng còn có những giá trị thay đổi khác của các phần tử ví dụ như hệ số nhiệt độ,

hệ số rung động, có thể gây ra độ lệch đủ lớn đòi hỏi phải có sự tái điều chỉnh của máy thu trong suốt quá trình thu Bộ dao động nội là nơi dễ bị ảnh hưởng nhất từ các thành phần tạp tán, do nó phải làm việc ở tần số lớn hơn tần số sóng mang là 10.7MHz Đểđảm bảo sựổn

định của bộ dao động, mạch điện có hệ số Q cao, các tụđiện có hệ số nhiệt âm và sự ựđiều khiển tần số (AFC) được sử dụng Một số bộ khuếch đại cao tần đầu vào FM sử dụng những thành phần mạch có thông số phân tán như cáp đồng trục và những đường truyền dẫn (hệ

thống các vật dẫn như dây dẫn, ống dẫn sóng…)

2 Với tần số trung tần 10.7MHz, dải tần mà các nhiễu ảnh có thể hình thành là từ 109.4MHz đến 129.4 MHz Dải tần này được dành riêng cho hệ thống vô tuyến định vị dẫn đường Điều đó cho thấy rằng một trạm FM không thể gây nhiễu cho một trạm khác nhưng gây nhiễu cho một

hệ thống vô tuyến định vị dẫn đường thì có thể Trong AM, nhiễu có thể được giảm thiểu

bằng cách khuếch đại vi sai tín hiệu mong muốn lên một mức tương đối so với tín hiệu ảnh Trong FM, bộ khuếch đại điều hưởng cao tần có hệ số Q cao được sử dụng để phục vụ cho

mục đích này

3 Việc sử dụng bộ khuếch đại điều hưởng có hệ số Q cao trong tầng cao tần đòi hỏi tần số của bộdao động nội phải rất ổn định, độ lệch của nó so với tần số cao phải chính xác và đưa ra mức

biến động tối thiểu từ tần số trung tâm được chọn Bản thân bộ dao động nội không có được

những khả năng này nhưng khi được kết hợp với mạch AFC và những biện pháp ổn định khác,

hoạt động của bộ dao động nội có thể thỏa mãn những yêu cầu trên

4 Bộ lọc trung tần lý tưởng là bộ lọc có đặc tuyến dải thông bằng phẳng và có các sườn dốc

đứng Đỉnh bằng phẳng được yêu cầu để chống lại những tần số phụ thuộc vào sự biến đổi biên độ Các sườn dốc đứng để loại trừ những nhiễu tạp được sinh ra từ quá trình trộn tần và

những kênh lân cận Hai phương pháp kỹ thuật xoay quanh một số tầng mạch điều hưởng kế

tiếp nhau được sử dụng đểđạt được đặc tuyến gần đúng so với bộ lọc lý tưởng Thứ nhất, tất

c các mạch cộng hưởng có cùng một tần số cộng hưởng – được xem là sựđiều hưởng đồng

b Thứ hai, tần số cộng hưởng được định ở các điểm khác nhau trong dải thông – được xem

có đáp ứng tốt đối với sự bức xạ sóng đất khi nó được sử dụng ở chếđộ thu

Thông thường, các máy thu FM dân dụng sử dụng hai kiểu anten: anten roi đứng, được sử

d ng phổ biến nhất ở những máy thu trên ô tô còn anten lưỡng cực hoặc anten lưỡng cực xếp được sử dụng ở những máy thu FM xách tay hoặc để bàn

Cho rằng anten roi đứng giống như một anten thẳng đứng được tiếp đất, anten nửa sóng làm việc ở khoảng giữa của băng tần FM sẽ có độ dài khoảng 1.5m Một anten như vậy có thểđược lắp trên các phương tiện truyền thông một cách tiện lợi Mô hình trường của những anten

thẳng đứng tiếp đất được cho ở hình 1.27

Có thể thấy rằng, khi chiều cao anten h nhỏ hơn nửa bước sóng λ thì đáp ứng của anten bị

giới hạn đối với sóng đất Các trạm FM dân dụng được thiết kếđể hoạt động trong phạm vi nội vùng do vậy các anten của nó phải đảm bảo phần lớn năng lượng bức xạ được đưa và sóng đất

Một máy thu AM với anten có chiều cao nhỏ hơn hoặc bằng λ/2 sẽ có đặc tuyến tốt

Anten lưỡng cực và biến thế của nó, anten lưỡng cực xếp thông thường được sử dụng ở

những máy thu FM để bàn Chúng có thể được sử dụng kết hợp với các phần tử định hướng và/hoặc các phần tử phản xạ để tăng độ tăng ích của anten Đó chính là anten Yagi-Uda Việc thiết kế anten là vượt quá phạm vi của chương học này Tuy nhiên một số bài mẫu về anten sẽđược trình bày ở những phần tiếp theo và bạn đọc nên tham khảo thêm trong giáo trình Anten và truyền sóng

Hình 1.27 (a) Đồ th ị b ứ c x ạ khi h x ấ p x ỉ b ằ ng λ/10 (b) Đồ th ị b ứ c x ạ khi h x ấ p x ỉ b ằ ng λ/4 Chú

v ớ i h x ấ p x ỉ b ằ ng 3λ/4, sóng tr ờ i t ă ng đ áng k ể trong khi sóng đấ t suy gi ả m

1.4.2.2 Bộ khuếch đại cao tần

Mục đích của bộ khuếch đại cao tần là nâng công suất của tín hiệu tới so với tất cả các tín

hiệu khác mà anten thu được lên một mức để có thể sử dụng được trong bộ biến đổi tần số Chức

năng thứ hai của bộ khuếch đại cao tần là nó đóng vai trò như một tải nối với anten do đó tín hiệu anten không bị phản xạ tại giao tiếp giữa anten và phần máy gây ra tổn hao công suất

Độ rộng băng thông của tín hiệu FM trong phát thanh dân dụng được tính xấp xỉ 240KHz

Với tần số sóng mang khoảng 100MHz, hệ số Q yêu cầu có giá trị khoảng 400 Hệ số Q cao như

vậy thường không thểđạt được với một bộ khuếch đại điều hưởng cao tần đơn giản, phương pháp

giải quyết trong thực tế là sử dụng mạch điện có hệ số Q thấp hơn và hiệu chỉnh nó ở cấp trung

tần tiếp sau đó Phương pháp kỹ thuật xen kẽ trong đó sử dụng một số tầng nối tiếp nhau được cách ly bởi các bộ khuếch đại đệm Để hệ thống máy thu đổi tần làm việc, giá trị tần số dao động

n i phải được duy trì sự sai khác 10.7MHz trên toàn bộ dải tần FM Trong trường hợp đối với

AM, các tần số thường thấp, một số độ lệch có thể chấp nhận được mà không gây nguy ảnh

hưởng nghiêm trọng đối với tín hiệu Với hệ thống FM, các tần số cao hơn rất nhiều, tỉ lệ biến

động nhỏ của một hoặc cả hai tần số cao tần và tần số dao động nội có thể gây ra những thay đổi

lớn ở ần số trung tần Để khắc phục vấn đề này, sử dụng hệ thống tựđộng điều chỉnh tần số của

b dao động nội

1.4.2.3 Bộ dao động nội

Bộ dao động nội có thể tạo ra một số dạng dao động thông thường với một phần tử tích

cực như transistor lưỡng cực Nó phải cung cấp đủ công suất cho bộ trộn tần Trị số của các cuộn

c m và các tụđiện phải được lựa chọn để giảm thiểu hiệu ứng nhiễu loạn điện tử trong mạch Bộdao động nội phải được kết hợp chặt chẽ với mạch AFC để ổn định độ lệch tần số so với bộkhuếch đại cao tần (có cộng hưởng)

1.4.2.4 Bộđổi tần

Bộ đổi tần cơ bản đã được thảo luận ở mục trước Vớ ứng dụng này bộ trộn FET cổng kép được sử dụng do có ưu điểm vềđộ dò tín hiệu dao động nội ra anten qua bộ khuếch đại cao

tần nhỏ Với tín hiệu dò như vậy và sự bức xạ của nó có thể gây nhiễu cho lĩnh vực thông tin khác

và các thiết bị vô tuyến vị dẫn đường

1.4.2.4 Tầng trung tần

Tần số trung tâm cho phát thanh FM dân dụng là 10.7MHz Độ rộng băng thông yêu cầu

của bộ lọc là khoảng 240KHz, tần số trung tâm là 10.7MHz, độ lớn của hệ số Q khoảng 45

Thường nhận thấy bộ khuếch đại qua hai hoặc nhiều tầng cộng hưởng được xen kẽ bởi những bộkhuếch đại đệm thích hợp

1.4.2.5 Bộ hạn biên

Theo lý thuyết, bộ khuếch đại cao tần, bộ trộn tần và bộ khuếch đại trung tần đều có đáp

ứng biên độ bằng phẳng trong dải thông của chúng Nhưng trong thực tế thì không đúng như vậy

Kết quả là tín hiệu ở bộ khuếch đại trung tần có sự thay đổi về biên độ tương ứng với tần số Đây

là một dạng tín hiệu AM và nó phải được loại bỏđể tránh méo dạng

Lưu ý rằng đôi khi bộ hạn biên được đặt ở sau một bộ tựđiều khuếch Điều này làm giảm tác động cắt triệt để của bộ hạn biên và do vậy yêu cầu về công suất tín hiệu và những sóng hài

giảđược đưa ra

a Bộ tách sóng điều tần Foster-Seeley [1,2]

Tương tự như bộ tách sóng điều tần sườn dốc cân bằng như đã biết ở hình 1.28 Điểm khác nhau chủ yếu là nó có hai mạch điều hưởng thay vì ba mạch và cả hai mạch này đều được

điều hưởng ở cùng một tần số Đây là lợi điểm chính khi máy thu đang được điều chỉnh Lợi điểm

thứ hai là trong hoạt động nó có dải tuyến tính lớn hơn so với bộ tách sóng điều tần dốc Mạch tách sóng điều tần Foster-Seeley cơ bản được trình bày ở hình 1.28

M +Vcc

R/2 L1

L2 Cc Đầu vào

R/2

C2 V2

V2

R.F.C V1

V4 D3

D4

R3 C3

C4 R4

Cuộn cảm L1 và tụđiện C1 nối với cực collector của transistor, được điều hưởng ở ần số

fo (tần số trung tần của máy thu) Cuộn cảm L1 được ghép hỗ cảm với cuộn cảm đối xứng L2

Điểm giữa của L2được nối bởi tụ ghép C2 tới cực collector của transistor Cuộn cảm L2 và tụđiện

C2 được điều hưởng ở tần số fo Hai mạch giống hệt nhau bao gồm một diode nối tiếp với mộ

mạch kết hợp song song một tụđiện và một điện trở (D3-R3-C3 và D 4 –R4-C4) được nối với nhau qua một cuộn cảm L2để hình thành nên một mạch đối xứng Cuộn chặn cao tần (RFC-giá trị cảm kháng cao có thểđược coi như một mạch hởở ần số cao, ngược lại, là ngắn mạch ở tần số thấp)

n i điển nối giữa với điểm chung của mạch (D3-R3-C3 và D 4 –R4-C4)

Mạch điện có thể được chia thành hai phần bởi một đường thẳng X-X, Phần mạch điện bên trái đường X-X, hoạt động ở tần số cao fo vớ độ lệch tương đối nhỏ ±∆f Phần mạch điện phía bên phải đường X-X, là hai mạch tách sóng đường bao

Điện áp tần số cao đi vào mạch tách sóng đường bao được chỉnh lưu bởi diode D3 và D4,

hằng số thời gian R3-C3 và R4-C4 đượcchọn để làm phẳng những xung nửa sóng nhưng cho qua

bất kỳ sự biến đổi chậm nào của đường bao (biên độ) của các xung nửa sóng Những sự biến đổi

(3) Điểm chung của hai mạch tách sóng đường bao có thể xem nhưđược nối đất khi mạch

thứ cấp bao gồm các mạch tách sóng đường bao là đối xứng

Lúc này, điều cần được giải thích là, khi tín hiệu có tần số fo ± ∆f được đưa vào mạch,

biên độđiện áp xuất hiện trên đầu vào của các bộ tách sóng đường bao sẽ biến đổi tỷ lệ với ±∆f

1

L R C j

MV

o

ω (1.4.5) Thay I2 vào ta có

(1.4.6)

Điện áp thứ cấp đưa vào một mạch tách sóng đường bao được cho bởi:

1 2 2

2 C R L j

M

o

ω V1 (1.4.7)

Rõ ràng tại tần số cộng hưởng, vector điện áp sơ cấp V1 là vuông góc so với điện áp thứ

c p V2 Giản đồ vector của điện áp đưa tớ đầu vào của mạch tách sóng đường bao Giản đồ

vector này có thểđược thay đổi bằng cách đảo chiều của một vector biểu thị V2

Điệp áp bộ tách sóng đường bao có độ lớn bằng độ lớn của các vector V3 và V4, kể từ khi

đầu ra của các mạch tách sóng đường bao tỷ lệ vớ độ lớn của điện áp đưa vào, nếu trên đầu ra có

sự chênh lệch thì nó sẽ bằng không Điều đó có nghĩa là đầu ra của bộ tách sóng Foster-Seeley sẽ

ω

2 2

ω ω

o

(1.4.12) Bây giờ hãy để ý tới sự thay đổi tương đối nhỏ của tần số quanh tần số cộng hưởng ωo và

định nghĩa sự lệch điều hưởng rất nhỏ δ như sau :

=+

−+

=

−

δ

δ δ δ

δ ω

ω ω

ω

1

21

11

o o

(1.4.15)

Với mạch có hệ số Q rất cao ở tần số rất gần tần số cộng hưởng, độ lệch cộng hưởng δ là

rất nhỏ hơn 1, do đó

δω

ωω

ω

2

≈

− o o

(1.4.16)

Thế vào phương trình (1.4.12) ta có

Z2=R2(1+j2Qδ) (1.4.17) Thay R2 trong biểu thức (1.4.7) bằng Z2 ta có

V2=

(1 2 ) 1

2 C2L1R2 j Q V j

(b) Gi ả n đồ vec t ơ khi t ầ n s ố tín hi ệ u l ớ n h ơ n t ầ n s ố sóng mang

Hình 1.31 Đặ c tuy ế n biên độ t ầ n s ố c ủ a b ộ tách sóng đ i ề u t ầ n Foster – Seeley

Hình 1.33 (a) S ự sai pha gi ữ a tín hi ệ u sin và sóng vuông khi sóng mang không đượ c đ i ề u bi ế n,

1.5 Micro

1.5.1 Cấu tạo và phân loại

1 Khái niệm

Micro là dụng cụđiện thanh dùng để biến đổi dao động âm thanh thành dao động điện Có

nhiều loại micro khác nhau, hoạt động dựa trên các nguyên lý khác nhau Trong đó micro điện

Micro điện động được cấu tạo bởi hai hệ:

1) H ệ t ừ : Gồm một nam châm vĩnh cửu hình ống làm bằng hợp kim kháng từ cao “alnico” ,

mạch dẫn từ gồm tấm bích trên và tấm bích dưới, một lõi sắt non hình trụở giữa Giữa tấm bích trên và lõi hình thành một khe không khí hình xuyến, trong khe này có từ trường hướng tâm, gọi

là khe từ

nhăn ở rìa nên chỉ có thể chuyển động tự do theo phương trục của nó Rìa của màn được gắn chặt vào tấm bích trên Cuộn dây âm thanh gắn chặt với màn được đặt trong khe từ Dưới tác dụng của thanh áp màn micro sẽ dao động dễ dàng

1.5.2 Bộ biến đổi cơđiện hệđiện động:

Cho một hệ thống như hình 1.35 Dây l đặt trong một khe không khí giữa hai cực của một nam châm vĩnh cửu và có thể di chuyển tự do trong mặt phẳng thẳng góc vớ đường sức từ trong khe

Hình 1.35: Bộ bi ế n đổ i c ơ đ i ệ n h ệ đ i ệ n độ ng:

Gọi độ cảm ứng từ trong khe bằng B, chiều dài của dây trong từ trường bằng l Nếu dây thực hiện

một chuyển động dao động với vận tốc v, thì trên dây sẽ xuất hiện một sức điện động cảm ứng:

sức từ, vì vậy ở hai đầu dây (đầu ra của micro) sẽ xuất hiện sức điện động cảm ứng, có biên độ và

tần số phù hợp với áp suất âm thanh tác dụng lên màn của micro

Ví dụ Micro condenser

Hình 1.36: Micro condenser

1 L ư u ý đố i v ớ i microphone condenser

48Volts, độ nhạy cao và đáp ứng tần số rộng nhằm sử dụng trong thu âm Vậy để sử dụng, ta phải

- Cấu tạo bằng tụđiện và màng rung nên micro rất dễ hư hỏng do rơi, va đập và độẩm cao do vậy

c n phải cẩn thận khi sử dụng và bảo quản

- Rất cần thiết sử dụng màng chắn Pop Filter cho micro để ngăn hơ ẩm làm hư hại micro và chặn

2 Cách s ử d ụ ng microphone condenser

- Kiểm tra dây jack, đảm bảo đầu kết nối vào và ra micro đều là XLR

này trước khi kết nối với micro

- Kết nối microphone và kiểm tra các chức năng khuếch đại như Trim, Gain và Fader ở các thiết

bị như Mixer, Preamp, Soundcard Tốt nhất nên để các chức năng này ở mức thấp nhất trước khi

- Khi không sử dụng, ta nên tắt Phantom đi Và nhớ trước khi tắt Phantom, ta nên vặn các chức

năng khuếch đại tín hiệu mở mức nhỏ nhất

- Khi rút micro ra khỏi dây jack và các thiết bị khác, ta phải tắt nguồn Phantom đi Nếu vẫn để

1.6 Loa điện động (dynamic speaker):

Loa là dụng cụ điện thanh dùng để biến đổi dao động điện thành dao âm thanh Có nhiều

loại loa khác nhau, hoạt động dựa trên các nguyên lý khác nhau Trong đó loa điện động được sử

d ng nhiều nhất

Bộ biến đổi điện cơ hệ điện động:

Loa điện động có nguyên lý ngược lại với micro điện động Cùng với thí nghiệm trên nhưng bây

giờ giả sử có một dòng điện xoay chiều chảy trong dây dẫn, đặt trong một khe không khí giữa hai

cực của một nam châm vĩnh cửu, có thể di chuyển tự do trong mặt phẳng thẳng góc với đường

sức từ trong khe (Hình 1.37) Nếu độ cảm ứng từ trong khe bằng B, chiều dài của dây trong từ

trường bằng l, cường độ dòng điện trong dây dẫn là i thì lực biến thiên tác động vào dây là:

F = Bli Lực này sẽ làm cho dây chuyển động Nếu ta dùng dây này cuộn thành một cuộn dây thì

cuộn dây này cũng dao động theo

Chiều lực F xác định bằng quy tắc bàn tay trái

Hình 1.37: Bộ bi ế n đổ i đ i ệ n c ơ h ệ đ i ệ n độ ng: