Ứng dụng mã DTMF trong hệ thống truyền thanh không gian

Công nghệ truyền hình ngày nay phát triển rất nhanh chóng và hiện đại đápứng mọi nhu cầu của đời sống xã hội nh truyền hình độ nét cao HDTV và nhiềuloại dịch vụ nh truyền hình số vệ tinh

Trờng đại học vinh

Sinh viên thực hiện Hoàng Hữu Dũng

Lớp 46K- ĐTVT

Vinh, 5 - 2010

Nội dung Trang

1.1 Giới thiệu chương……… 6

1.1.1 Sơ đồ khối cơ bản hệ thống máy phát……… 6

1.1.2 Chức năng các khối trong hệ thống máy phát……… 6

1.2 Các kỹ thuật điều chế tương tự trong hệ thống máy phát thanh… 7 1.2.1 Bộ điều chế biên độ……… 7

1.2.2 Quan hệ năng lượng trong điều biên……… 9

1.2.3 Điều biên dùng phần tử phi tuyến……… 11

1.2.4 Điều biên dùng phần tử tuyến tính có tham số……… 15

1.3 Điều chế đơn biên và các phương pháp điều chế……… 16

1.3.1 Điều chế đơn biên theo phương pháp lọc……… 18

1.3.2 Điều chế đơn biên theo phương pháp tổng hợp……….……… 19

1.3.3 Điều chế đơn biên theo phương pháp quay pha… 21

1.3.3 Điều chế đơn biên theo phương pháp quay pha kết hợp……… 22

1.4 Điều tần và điều pha……… 24

1.4.1 Quan hệ giữa điều tần và điều pha……… 24

1.4.2 Một số mạch điều tần dùng diốt biến dung varicap……… 27

Chương 2 Hệ thống STUDIO Đài PT-TH Nghệ An 32 2.1 Giới thiệu hệ thống sản xuất chương trình……… 32

2.1.1 Mô hình hệ thống sản xuất chương trình……… 32

2.1.2 Nguyên lý hoạt động……… 33

2.2 Sử dụng phần mềm Cool Edit Pro……… 33

2.3 Hệ thống Menu trình đơn ……… ……… 36

2.3.1 Trình đơn FILE ……… ……… 36

2.3.2 Trình đơn Edit ……….……… 40

2.3.3 Trình đơn View……… 43

2.3.4 Trình đơn Effects……… 47

2.3.5 Trình đơn Generate……… 47

2.3.6 Trình đơn Analize……… 49

2.3.7 Trình đơn Favourites……… 50

2.3.8 Trình đơn Options……… 50

2.3.9 Trình đơn Windows……… 50

2.3.10 Trình đơn Help……… 50

2.4 Phương pháp sử dụng một số chức năng cơ bản……… 51

2.4.1 Tạo mới một cửa sổ dữ liệu để ghi âm và lưu……… 51

2.4.2 Mở một File có sẵn……… 52

2.4.4 Xoá, cắt, sao chép, dán……… 54

2.4.5 Chèn khoảng lặng……… 55

2.4.6 Khuyếch đại biên độ……… 55

2.4.7 Hiệu ứng vuốt âm thanh Fade in/Fade out……… 56

2.4.8 Sửa lỗi File âm thanh……… 57

Chương 3 Ứng dụng mã DTMF trong hệ thống truyền thanh không dây 58 3.1 Giới thiệu chương……… 58

3.2 Sơ đồ khối và chức năng các khối hệ thống truyền thanh không dây 58 3.3 Khối xử lý âm thanh……… 59

3.3.1 Sơ đồ khối……… 59

3.3.2 Chức năng các khối……… 60

3.4 Khối mã hoá……… 60

3.4.1 Sơ đồ khối và chức năng các khối mã hoá……… 60

3.4.2 Nguyên lý hoạt động……… 61

3.4.3 Mã DTMF……… 61

3.4.4 IC mã hoá W91312……… 63

3.4.5 Sơ đồ nguyên lý bộ mã hoá……… 64

3.5 Khối máy phát……… 66

3.5.1 Sơ đồ khối máy phát FM Q10……… 66

3.5.2 Chức năng các khối……… 68

3.6 Bộ thu FM……… 69

3.6.1 Khối FM Tuner……… 70

3.6.2 Khối vi xử lý……… 71

3.7 Khối giải mã……… 76

3.7.1 IC giải mã MC8870……… 76

3.7.2 Sơ đồ nguyên lý khối IC CM8870……… 77

Lêi më ®Çu

Công nghệ truyền hình ngày nay phát triển rất nhanh chóng và hiện đại đápứng mọi nhu cầu của đời sống xã hội nh truyền hình độ nét cao HDTV và nhiềuloại dịch vụ nh truyền hình số vệ tinh, TH số mặt đất, TH cáp, TH internet vàtruyền hình trên điện thoại di động v.v Bên cạnh đó cộng nghệ cộng nghệ phátthanh không nhiều dịch vụ giải trí và phát triển mạnh mẽ nh truyền hình, tuynhiên nó cũng có nhiều u điểm nh độ rộng băng tần rất nhỏ nên giá thành rất rẻ,cả đờng truyền cũng nh máy thu Với cuộc sống bận rộn, khi bạn đang làm việc,lái xe v.v bạn cũng có thể cập nhật thông tin một cách nhanh nhạy.

Truyền thanh hữu tuyến nó góp phần rất lớn trong đấu tranh giải phóng dân tộc

và xây dựng CNXH và ngày nay nó cũng có vai trò rất to lớn trong phát thanh cộng

đồng Truyền thanh không dây nó đang phát triển song song với truyền thanh hữutuyến và phát huy tốt hơn và có nhiều lợi thế nh cự ly xa hơn, không bị hỏng do đứtdây, gọn nhẹ khi lắp đặt, ít phải quan tâm nhiều về vấn đề phố hợp trở kháng và một

u điển nổi bật nhất là nó có thể điều khiển tắt mở từ xa bằng mã số.Việc ứng dụngmã DTMF trong điện thoại ấn phím và tổng đại kỹ thuật số trong việc điều khiển từ

xa các thiết bị là một ý tởng hay và đợc sử dụng rất hiệu quả trong truyền thanhkhông dây trong những năm gần đây

Đề tài này trọng tâm chủ yếu ở phần bộ mã hoá và giải mã, đợc tìm hiểu vànghiên cứu từ phần cứng của thiết bị và datasheet của linh kiện điện tử mục đíchcủa đề tài là tìm hiểu nguyên lý hoạt động của hệ thống và linh kiên, để sinhviên, kỹ s điện tử hiểu nguyên lý hoạt động từ đó thiết kế lên hệ thống truyềnthanh không dây có tính kinh tế và ứng dụng cao

Do thời gian, trình độ có hạn và tài liệu không có nên không tránh khỏithiếu sót, em mong đợc sự chỉ bảo, của thây hớng dẫn các thầy cô bạn bè để emhoàn thành đồ án này Em xin chân thành cảm ơn

Vinh, ngày 27 tháng 3 năm 2010

SV: Hoàng Hữu Dũng

DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT:

CE Chip Enable Cho phép chọn chíp

DSP Digital Singnal proce Xử lý tín hiệu số

DTF Dual Tone Filter Lọc lưỡng âm

DTMF Dual Tone Multy Frequency Mã lưỡng âm đa tần

EST Early Steering

FM Frequency Modulation Điều chế tần số

FTF Fast Fourier Transform Biến đổi nhanh Fourier

GS Gain Selec Lựa chọn độ khuyếch đại

IPA Intermediate Power Amplifier Khuyếch đại công suất trung

gianITU-T

International telecommunication Union- Telecommunication

Tiêu chuẩn hoá viễn thông quốc

tế

LVPS Low Voltage Power Supply Nguồn cung cấp

PA Power Amplifier khuyếch đại cộng suất

PM Phase Modulation Điều chế pha

PWB Printed Writing Board Bo mạch in

RF Radio Frequency tần số radio

SFR Special Function Registor Thanh ghi đặc biệt

SSB Single Side Band Điều chế đơn biên

VREF Voltage Reference Điện áp phản xạ

CHƯƠNG 1 CÁC KỸ THUẬT ĐIỀU CHẾ TRONG HỆ THỐNG

PHÁT THANH 1.1 Giới thiệu

Hệ thống truyền truyền thanh không dây hiện nay được sử dụng rất rộngrãi để thay thế cho hệ thống truyền thanh hữu tuyến Khi hệ thống hữu tuyến

có địa bàn rộng và cư ly dài thì nó là dải pháp lý tưởng cho hệ thống truyềnthanh vì nó không gặp khó khăn như hệ thống hữu tuyến như hệ thống dâycáp loa rườm rà dễ chạm chập và dễ đứt và nhất là vấn đề tổn hao và phối hợptrở kháng khi phải truyền cự ly xa

Hệ thống truyền thanh không dây không dây khắc phục được vấn đề đónên hệ thống có chất lượng và ổn định rất cao Tuy nhiên nó phải truyền bằngsóng radio thông qua kỹ thuật điều chế nên ở chương này ta xét khối quantrọng nhất của khối máy phát là khối điều chế

-Sơ đồ khối

Hình 1.1 Sơ đồ khối cơ bản máy phát

1.1.2 Chức năng các khối

+ Khối khuyếch đại và xử lý :

khối này tiếp nhận tín hiệu đưa vào điều chế để phát đi Tín hiệu đầu vào

cĩ thể đa dạng, nếu là tín hiệu số thì sửa dạng xung, nếu tín hiệu âm thanh thì

cĩ thể cần lọc và giảm nhiễu Mặt khác thường là tín hiệu nhỏ nên cần được khuyếch đại

Khối dao động nội và ổn định tần số: khối này tạo ra dao động cĩ tần số cao qua bộ điều chế với tin tức đưa đi xa nên nĩ cịn gọi là sĩng mang

+ Khối điều chế : Khối này cĩ hai đầu vào và một đầu ra hai đầu vàotrộn với nhau tạo thành tín hiệu RF (radio frequency) đưa vào khuyếch đạicơng suất

+ Khối khuyếch đại cơng suất : để đảm bảo tín hiệu truyền đi xa thì saukhi điều chế thành tín hiệu RF thì phải qua tầng khuyếch đại cơng suất Poweramplifer

• Phổ của tín hiệu điều biên

Điều biên là quá trình làm cho biên độ tải tin biến đổi theo tin tức

Giả thiết tin tức là tín hiệu âm tần có phạm vi biến đổi tần số từ

Ωmin÷Ωmax, ta có:

VΩ= VΩ.cosΩt (1.1)Tải tin là dao động cao tần:

Vω o = V0.cosω0t (1.2)Từ (1-1) và (1-2) ta được tín hiệu điều biên có dạng:

Trong đó:0

V

V

m = Ω là hệ sốđiều chế hay còngọi là độ sâu điềuchế Hệ số điều chế “m” phải thỏa mãn điều kiện m ≤ 1 Nếu m > 1 thìmạch có hiện tượng điều chế và tín hiệu méo trầm trọng (hình 1.2) Trongthực tế mmax = 0,7 ÷ 0,8 để đảm bảothu tín hiệu không bị méo Ta xác định “m” trong thực tế bằng cách đo cácgiá trị Vmax, Vmin và áp dụng công thức:

( )4.

2

2

min max

min max min max

min max

V V V V

V V V

V m

+

−

= +

−

=

= Ω

Khi m = 1 ta có Vmax = 2V0 và Vmin = 0

Biến đổi lượng giác công thức (1.3) ta có:

( ) cos( )t ( )1 5

2

mV t cos

2

mV t cos V

0

0 0

cos cos

0 0

0 0

0

0 0

t t m V

t t V

V V

t t V V t

ω ω ω

Ω +

=

Ω +

=

Ω Ω

Như vậy khi điều chế

đơn âm phổ của tín hiệu

điều biên AM có ba thành

phần: Tải tin có tần số ω0

và có biên độ V0; hai dao

động biên có tần số ω0 ±Ω

và có biên độ mV2 0 như

Nếu ta điều chế một

dãi âm tần (Ωmin÷Ωmax) vào

SV: Hoµng H÷u Dịng, líp 46K §TVT, Khoa C«ng NghƯ 9

tải tin, ta sẽ có phổ của tín

hiệu AM như hình 1.3

Ta thấy ngoài tải tin ω0 có biên độ V0 còn có hai biên tần: biên tầntrên có tần số từ (ω0 - Ωmin) đến (ω0 + Ωmax) và biên tần dưới có tần số từ(ω0 - Ωmax) đến (ω0 + Ωmin) đối xứng qua tải tin

Thực chất phổ của các dao động hai biên không đồng điều nhau màcàng xa ω0 thì biên độ càng giảm do đặc tuyến lọc của bộ cộng hưởngkhông phải là hình chữ nhật lý tưởng

1.2.2 Quan hệ năng lượng trong điều biên

Trong tín hiệu đã điều biên, các biên tần chứa tin tức, còn tải tin khôngmang tin tức Như vậy công suất tải tin là công suất tiêu hao vô ích, còncông suất biên tần là công suất hữu ích

- Công suất tải tin là công suất bình quân trong một chu kỳ tảitin:

- Công suất biên tần:

2

m P P

P P

7 1 2

m P R 2

1 2

mV P

P

2 bt

bt bt

2 L

2 0 bt

bt

0 0

0

0 0

0

ω Ω

− ω Ω + ω

ω Ω

− ω Ω

+ ω

= +

Do đó: ( ) ( )2

L

2 2

0 max

R 2

m 1 V P

0 +

=

+

= ω (1.10)Khi m = 1 thì PAMmax = 4Pω o (1.11)

Vậy công suất trung bình trong một chu kỳ điều chế:

(1 12)2

m 1 P 2

m P P P P P

2 bt

m 2 1 2

m 1 P 2

m P P

P k

2 2 2

AM bt

Khi điều chế sâu nhất m = 1 thì k =31 có nghĩa là công suất hữu ích chỉbằng một phần ba tổng công suất phát đi

Trong thực tế để tín hiệu không méo m = 0,7 ÷ 0,8 thìk <13

Trong các mạch điều biên được xây dựng dựa vào hai nguyên tắc sau đây:

- Dùng phần tử phi tuyến : cộng tải tin và tín hiệu điều chế trên đặctuyến của phần tử phi tuyến đó

- Dùng phần tử phi tuyến có tham số điều khiển được: nhân tải tin vàphi tín hiệu điều chế nhờ phần tử phi tuyến đó

1.2.3 Điều biên dùng phần tử phi tuyến

Các phần tử phi tuyến được dùng để điều biên có thể là đèn điện tử, bán dẫn, các đèn có khí, cuộn cảm có lõi sắt hoặc điện trở có trị số biến đổi theo điện áp đặt vào

Tùy thuộc vào điểm làm việc được chọn trên đặc tuyến phi tuyến, hàmsố đặc trưng cho phần tử phi tuyến, có thể biểu diễn gần đúng theo chuỗi

Taylor khi chế độ làm việc của mạch là chế độ A(θ = 1800) hoặc phân tíchtheo chuỗi Fourier khi mạch làm việc ở chế độ mà góc cắt θ < 1800 (chếđộ lớp AB, B, C) phương pháp tính toán cho hai trường hợp đó như sau:

iD = a1uD + a2uD2 + a3uD3 +… (1.17)với uD = ED + U0cos0t + UΩcosΩt

Thay uD vào biểu thức (1.18), nhận được:

ID = a1(E+ U0 cosω0t + UΩcosωΩt) + a2(E + U0 cosω0t + UΩcosωΩt)2 + +

a3(E+U0cosω0t + UΩcosωΩt)3 +… (1.18)Khai triển (1.17) và bỏ qua các số hạng bậc cao n ≥ 4 sẽ có kết quả mà phổ của nó được biểu diễn trên hình 1.6 Phổ của tín hiệu ra trong trường hợp này gồm thành phần phổ mong muốn Các thành phần phụ bằng

không khí

A3 = a4 = a5 = … = a2n+1 = 0 (n = 1, 2, 3,…)

Nghĩa là nếu đường đặc tính của phần tử phi tuyến là một đường congbậc hai thì tín hiệu đã điều biên không có méo phi tuyến Phần tử phituyến có đặc tính gần với dạng lý tưởng (bậc 2) là FET

Để thỏa mãn điều kiện (1.16), tải tin và tín hiệu điều chế phải có biên độ bé, nghĩa là phải hạn chế công suất ra Vì lý do đó, rất ít dùng điều biên chế độ A

Khi θ < 1800, nếu biên độ điện áp đặt vào diode đủ lớn thì có thể coiđặc tuyến của nó là một đường gấp khúc (hình 1-5) Phương trình biểu diễnđặt tuyến của diode trong trường hợp này như sau:

S: hỗ dẫn của đặc tuyến diode

Chọn điểm làm việc ban đầu trong khu tắc của diode (ứng với chế độ C)

Vì dòng qua diode là một dãy xung hình sin (hình 1-7b), nên có thể biểudiễn iD theo chuỗi Fourier như sau:

ID = I0 + i1 + i2 +…+ in +…= Io + I1cosω0t + I2cos2ω0t + + Incosnω0t(1.20)

Trong đó:

I0: thành phần dòng điện một chiều;

I1: biên độ thành phần dòng điện cơ bản đối với tải tin;

I2, I3,…,In: biên độ thành phần dòng điện bậc cao (hài bậc cao) đối vớitải tin;

I0, I1, I2,…, In được tính toán theo các biểu thức xác định hệ số của chuỗiFurier:

khi uD ≤ 0

ID = (1.19)

SuD khi uD >0

( ).121 cos

cos 2 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0             = = = ∫ ∫ ∫ θ θ θ ω ω π ω ω π ω π t td n i n I t td i I t d i I D n D D Theo biểu thức (1.20): iD = SuD = S(E + UΩcosωΩt + U0cosω0t) (1.22) Khi ω0t = θ thì ID = 0 (hình 2-6), do đó ta có: 0 = S(E + UΩcosωΩt + U0cosθ) (1.23) Lấy (2-21) trừ (2-22) ta có : iD = SU0 (cosω0t - cosθ) (1.24) Biểu thức (1.24) là một dạng khác của (1.23), nó biểu diễn sự phụ thuộc của iD vào chế độ công tác (góc cắt θ) Biên độ thành phần cơ bản I1 (thành phần hữu ích):

Do đó trị tức thời của thành phần cơ bản:

Ơû đây θ xác định được từ biểu thức (1.24)

(1 25) 2

sin 2

1 SU

t td cos ) cos t (cos SU

2 I

t 0

0 0 0

t 1

.











π

=

ω ω θ

− ω π

= ∫θ

t cos U E

t cos 2 sin 2

1 SU









π

1.2.4 Điều biên dùng phần tử tuyến tính có tham số thay đổi

Thực chất quá trình điều biên này là quá trình nhân tín hiệu Ví dụ vềmạch điện loại này là điều biên dùng bộ nhân tương tự (hình 1-6) Trongmạch điện này, quan hệ giữa điện áp ra udb và điện áp vào u0 là quan hệtuyến tính Tuy nhiên, khi uΩ biến thiên thì điểm làm việc chuyển từ đặctuyến này sang đặc tuyến khác làm cho biên độ tín hiệu ra thay đổi để cóđiều biên Căn cứ vào tính chất của mạch nhân, ta viết được biểu thức củađiện áp ra sau đây:

Uđb = (E + UΩcosωΩt)U0cosω0t

C B

Hoặc

Theo (1-28) phổ của tín hiệu ra có tải tin và hai biên tần mong muốn

1.3 Điều chế đơn biên và các phương pháp điều chế

Ta biết tin tức chỉ chứa trong biên

tần, nên chỉ cần truyền đi một biên

tần là đủ thông tin về tin tức Quá

trình điều chế nhằm tạo ra một dải

biên tần gọi là điều chế đơn biên Tải

tần chỉ cần dùng để tách sóng do đó

có thể nén toàn bộ hoặc một phần tải

tin trước khi truyền đi

Một số ưu điểm của điều chế đơn

biên (SSB) so với điều biên

- Độ rộng dải tần giảm một nữa :

DSSB <1/2DAM

Bởi vậy trong cùng một dải tần số thì số đài có thể bố trí tăng gấp đôi

- Hiệu suất rất cao đối với điều chế AM:

( ) cos( )t (1 28)

2

U U t cos

2

U U t cos EU

Ω

Ω đb

Hình 1.7 Điều biên dùng mạch nhân tương tự

a) Mạch điện; b) Đặc tuyến truyền đạt

Phữu ích= Pbt = 1/3PAM khi m=1

Đối với điều chế đơn biên Phữu ích = Pbt = PSSB

Xét hệ số lợi dụng công suất : kAM =1/3 và kSSB =1 khi m = 1

Như vậy để máy phát AM và SSB có cùng S/N, ta phải tăng PAM lên hailần

- Do hiện tượng pha đinh trong truyền sóng mà tần số sóng mang f0 cóthể bị suy giảm Đối với máy thu AM có lúc m > 1 sẽ gây méo do quáđiều chế Nếu pha đinh rất lớn làm mất hẳn tần số sóng mang thì máy thusẽ không thu được gì Còn đối với máy thu SSB pha đinh làm suy giảm haytriệt tiêu tần số sóng mang không gây ảnh hưởng gì

- Đối với tín hiệu AM trong giải truyền sóng ngắn, do sự phân tán củađặc tuyến pha mà xẩy ra sự chia pha các dao động trong dải biên Điều đólàm méo tín hiệu truyền và làm giảm biên độ điện áp ở đầu vào bộ táchsóng của máy thu AM Tổn hao công suất ở đầu ra, do đó được đánh giá là50% Còn đối với tín hiệu SSB thì mọi tin tức điều được phát trong một dảibiên nên không có hiện tượng chia pha

(S / N)AM

2

- Dùng tín hiệu SSB sẽ thực hiện được sự bảo mật tốt, do nếu khôngbiết tần số sóng mang thì sẽ không thu được tin tức Do vậy máy phát vàmáy thu SSB được sử dụng rất nhiều trong lĩnh vực quân sự.

Tuy có nhiều ưu điểm nhưng do yêu cầu kỹ thuật khá cao như mạch lọcdải phải rất hẹp và dốc đứng; việc tạo lại tần số sóng mang f0 trong máythu phải rất chính xác mới không méo tín hiệu… nên máy phát và máy thuhiệu SSB cấu tạo phức tạp hơn so với máy phát và máy thu AM Bởi vậynó chỉ được dùng trong các máy thu phát thông tin chuyên dụng như trongmáy phát thoại và phát tín hiệu nhiều kênh

 Các phương pháp điều chế đơn biên

Phương pháp đầu tiên để tạo ra tín hiệu đơn biên SSB là từ tín hiệu điềubiên AM người ta dùng bộ lọc dải để tách một biên tần cần thiết của tínhiệu ra Nhưng do yêu cầu chất lượng cao nên bộ lọc dải rất phức tạp Bởivậy người ta tạo hai phương pháp tạo tín hiệu SSB khác nhau: phương phápquay pha và phương pháp lọc-pha

Nhưng do hai phương pháp này lại tạo ra một số sản phảm không cầnthiết như tần số sóng mang f0 , dải biên thứ hai

Mặt kác hai phương pháp này không thể tạo ra bộ điều chế có chỉ tiêukỹ thuật cao và ổn định, bởi vậy nó cũng ít được dùng Ngày nay phươngpháp tạo tín hiệu SSB đã được sử dụng rộng rãi nhất là phương pháp tổnghợp: tạo tín hiệu SSB bằng các tần số sóng mang khác nhau Đặc biệt làkhi bộ lọc thạch anh ra đời thì phương pháp này được sử dụng rất rộng rãi

1.3.1. Điều chế đơn biên theo phương pháp lọc

Tín hiệu điều

chế VΩ và tải tin

Vωđược đưa vào bộ

điều chế cân bằng

Sau bộ điều chế cân

bằng ta thu được hai

dải biên (DSB) Sau

đó dùng bộ lọc dải

ta sẽ thu đuợc biên

trên hoặc biên dưới

như hình 2.4 Nhưng

do Ω << ω0 nên ω0

± Ω rất gần ω0, vì

vậy việc lọc rất khó

khăn Ta có tỷ số

lọc:

X= ∆/ω0

ω0 : là tần số sĩng mang

∆ : là khoảng cách giữa cac tần số cần lọc và tần số cho qua

Ta thấy X càng lớn, càng dễ lọc có nghĩa là tần số sóng mang f0 cànggần tần số điều chế Ω càng dễ lọc Trong thực tế ta chọn tần số trung giannằm trong khoảng (100 ÷ 500MHz) vì ở dải tần số đó ta có bộ lọc thạchanh và bộ lọc cơ điện tốt nhất Sau đó để chuyển fTG lên tần số tải tin f0 tadùng thêm một vài bộ điều chế cân bằng và bộ lọc dải ở các tần số khácnhau Mỗi lần lọc thì tỷ số X lớn hơn nên dễ thực hiện lọc hơn Phươngpháp đó gọi là phương pháp tổng hợp

Điều chế cân bằng

Bộ lọc dải hẹp

0

0

Hình 1.9 Sơ đồ khối và phổ tín hiệu

của phương pháp lọc

Bộ lọc 1 thường là bộ lọc thạch anh hay bộ lọc cơ điện chất lượng cao

vì ∆ rất nhỏ Tần số sóng mang thứ 2 có f1>>f0 và ∆ = ω1 + Ωmin khá lớnnên dễ lọc hơn Vì vậy bộ lọc 2 thường là bộ lọc L, C đơn giản Nếu f2

chưa ở trong dải tần số làm việc thì ta lại dùng tới tần số thứ 2 : dùng bộđiều chế cân bằng 3 Bộ lọc 3 cũng đơn giản như bộ lọc 2 vì ∆ lớn:

∆ = ω1 +ω2 + Ωmin

Cứ thế cho đến khi nào ta đạt được tần số làm việc f0 (tần số tải tin)

Dao động n

Dao động 2

ĐCCB

1.3.3. Phương pháp quay pha

Nguyên tắc tạo tín hiệu đơn biên bằng phương pháp quay pha đượcminh họa trên đồ thị vectơ hình 1.11

Tín hiệu âm tần VΩ và dải tin Vωo trước khi đưa vào bộ ĐCCB II được dipha một góc 900 Còn tín hiệu âm tần VΩ và tải tin Vω o được đưa thẳng vàobộ ĐCCB I Tín hiệu ở đầu ra của hai bộ ĐCCB sẽ qua bộ tổng (hoặc hiệu)và ở đầu ra của bộ tổng (hoặc hiệu) là tín hiệu đơn biên SSB như hình 1.12

Phương pháp quay pha được thực hiện ở ngay dải tần số làm việc

Ở đầu ra bộ ĐCCB I ta nhận được:

α

α

α α

3

4

I II

Hình 1.11 Đồ thị vector của dao động điều chế đơn biên

theo phương pháp quay pha

VSSBĐCCB I

ĐCCB II

Di Pha

90 0

Mạch tổng

Dao động tải tin

Ở đầu ra bộ ĐCCB II ta nhận được:

Ở đầu ra bộ tổng ta nhận được:

VSSB = Vω oVΩcos(ω0 - Ω)t (1.29)Đây chính là biên tần dưới của tín hiệu SSB Nếu ta thay mạch tổng bằng mạch hiệu ta sẽ nhận được biên tần trên

Phương pháp này có thể mở rộng cho trường hợp hệ thống điều chế có số lượng bộ điều chế n ≥ 3, lúc đó sẽ có n mạch quay pha Π/n

Biểu thức 1.29 chỉ đúng khi hai bộ ĐCCB hoàn toàn giống nhau để VI,

VII có biên độ như nhau và hai bộ di pha phải tạo ra di pha chính xác (đúng

900) Nếu không ở đầu ra ta sẽ thu được cả hai biên tần Đây là khó khănlớn vì thực hiện quay pha chính xác đối với một tín hiệu có dải tần rộng(Ωmin + Ωmax) không phải đơn giản Vì vậy phương pháp này ngày nay ítđược sử dụng

1.3.4. Phương pháp lọc và quay pha kết hợp

2

V V

ω

0 0

Ω o

Dao

Mạch tổng

Lọc thông dưới 2

ĐCCB II

ĐCCB I

ĐCCB III

Ta chọn tải tin thứ nhất có tần số dao động :

1 để dễ dàng lọc lấy thông dưới

Ở đầu ra bộ ĐCCB I và II ta nhận được:

Qua bộ lọc thông dưới 1, 2 ta nhận được:

Ở đầu ra bộ ĐCCB III và IV ta nhận được:

V V V

90 90 t ω Ω ω cos 90

90 t ω Ω ω cos 4

V V

V

V

t ω Ω ω cos t ω Ω ω cos 4

V V

V

V

1 2

1 2

Ω ω ω

0 0 1

2 0

0 1

2 Ω

ω ω

IV

1 2

1 2

Ω ω ω

III

2 1

2 1

2 1

+

−

−

− +

=

−

− +

− +

+

−

− +

=

+

− +

− +

=

Ở đầu ra bộ tổng ta nhận được:

( )t V

V V

Phổ của tín hiệu đơn biên và đồ thị vectơ của nó theo phương pháp lọc– quay pha kết hợp được biểu diễn trên hình 1.14

Ω

II

1 1

VV

=V

t_cos +tω+Ω

1

Ωω II

1

Ωω 1

90+tω_

Ωcos 2

VV

='V

tω_Ω

cos 2

VV

='V 1 1

1.4 Điều tần và điều pha

1.4.1 Quan hệ giữa điều tần và điều pha

Vì giữa tần số và góc pha của một dao động có quan hệ với nhau, nên dễ dàng chuyển đổi sự biến thiên tần số thành biến thiên về pha và ngược lại:

Điều tần và điều pha là quá trình ghi tin tức vào tải tin, làm cho tần sốhoặc pha tức thời của tải tin biến thiên theo dạng tín hiệu điều chế (tínhiệu âm tần)

Tải tin là dao động điều hòa:

fSmin

ft1

ft2 ft1 + ft2S(f)

Phổ của tín hiệu điều chế;

Phổ tín hiệu ra trên bộ ĐCCB I;

Phổ tín hiệu ra bộ lọc;

Phổ tín hiệu ra mạch hiệu;

ω = (1.31)

d ψ

dt

V0(t) = V0cos(ω0t +ϕ0) = V0cosϕ(t) (1.32)Từ 1.31 ta có :

0

t dt t t

t

ϕ ω

ψ =∫ +

Thay (1.33) vào (1.32) ta nhận được biểu thức:

cos ) 0

0t V t dt t

Giả thiết tín hiệu điều chế là tín hiệu đơn âm :

VΩ(t)= VΩcosΩt (1.35)Khi điều chế tần số hoặc điều chế pha thì tần số hoặc góc pha của tải tin biến thiên tỷ lệ với tín hiệu điều chế và chúng được xác định theo các biểu thức sau:

ω(t) = ω0 + ∆ωcosΩt (1.36)

∆ω: lượng di tần cực đại

Khi đó ta có chỉ số điều tần:

k: hệ số tỷ lệ

ϕ(t) = ϕ0 + ∆ϕ cosΩt (1.38)

∆ϕ: lượng di pha cực đại Khi đó ta có chỉ số điều pha:

mp= kVΩ= ∆ϕ (1.39)Từ (1.36) ta có: ∆ω = kVΩ (1.40) Nên VΩ = const thì ∆ω= const nhưng khi Ω thay đổi thì mf cũng thayđổi.Từ (1.38) ta nhận thấy khi VΩ = const thì mp = const, nhưng độ di tầnkhi

mf = k = (1.37)

VΩ

∆ω

điều pha thì tăng tỷ lệ với tần số điều chế theo biểu thức:

( ) . sin t ( ).141

dt

d

Ω Ω

Thay (1.35) và (1.37) vào (1.32) ta nhận được tín hiệu đã điều tần vàđiều pha như sau:

Ta nhận thấy nếu ta đưa tín hiệu điều chế qua một mạch tích phân, rồivào mạch điều chế pha thì ở đầu ra ta sẽ nhận được tín hiệu điều chế tầnsố Ngược lại, nếu ta đưa tín hiệu điều chế qua một mạch vi phân, rồi vàomạch điều chế tần số thì ở đầu ra ta nhận được tín hiệu điều chế pha (hình1.15)

V FM (t) = V 0 cos( ω0 t +ΔΩω sin Ω t + ϕ0 ) (1.42)

V PM (t) = V 0 cos( ω0 t + ∆ϕ cos Ω t + ϕ0 ) (1.43)

Lọc thông thấp

Tách sóng pha

Chia n:1

Dao động thạch anh Chia n2

Khuyếch đại

Bộ dao động f0

1.4.2 Một số mạch điều tần dùng đi ốt biến dung varicap

Từ khi Varicap ra đời người ta chủ yếu sử dụng nó làm phần tử điều tần

vì điện dung của nó thay đổi theo điện áp phân cực và trực tiếp làm thayđổi tần số dao động Ở phạm vi tần số cao khi CV thay đổi làm f0 thay đổirất nhiều tạo nên độ di tần lớn và đặc tuyến của Varicap tuyến tính, tínhchống nhiễu cao, không tiêu thụ năng lượng nên nó dùng để điều tần rấttốt

Diode biến dung (Varicap) có điện dung mặt ghép biến đổi theo điệnáp đặt vào Nó có sơ đồ tương đương ở hình 1.16a

Hình 1.16 Sơ đồ tương đương (a); Sơ đồ mắc mạch của

Trị số RV và CV phụ thuộc vào điện áp đặt trên diode Trường hợp diodephân cực ngược RV = ∞ và còn CV được xác định theo công thức:

Trong đó:

k: Hệ số tỷ lệ; k = CV0 ϕT; CV0 :CV ban đầu khi VĐ= 0

ϕ: hiệu điện thế tiếp xúc của mặt ghép; với diode Silic ϕT≈ 0,7V

γ: hệ số phụ thuộc vật liệu; γ = 1/3 ÷1/2

VĐ = VPC + VΩ (1.45)

VPC: điện áp cung cấp một chiều định điểm làm việc ban đầu choVaricap

Đối với transistor Silic γ≈ ½

• Nếu R >>1/ωCV thì ta có tần số dao động của hình 1.16b gần đúngnhư sau:

• Nếu ta chọn CV >> CK ta có biểu thức gần đúng:

Ta thấy tần số tỷ lệ với điện áp điều chế VΩ qua căn bậc 4 nên VΩ phảiđủ lớn để tần số dao động thay đổi theo VΩ

• Trên hình 1.16b ta thấy điện áp cao tần trên LK, CK sẽ phân cựcthuận Varicap tăng lên Dẫn tới làm hệ số phẩm chất của mạch cộng

(1.47)

CV = (1.44) (VĐ + ϕT) γ

k

hưởng giảm và tạo nên sóng hài khi Varicap được phân cực liên tiếp âm,dương Để khắc phục hiện tượng này ta có một số biện pháp sau:

- Tính toán để sao cho diode luôn luôn phân cực ngược khi trên nó cócả điện áp cao tần Điện áp đặt trên diode:

VD=V0cosω0t + VΩcost – VPC (1.48)

VDmax = V0 + VΩ - VPC ≤ 0 (1.49)Nhưng điện áp ngược đặt lên diode cũng không được vượt quá trị số chophép, nó đồng thời thỏa mãn công thức:

VDmin = - V0 - VΩ - VPC≤ Vng cho phép (1.50)

Mắc thêm tụ ghép Cgh nó sẽ ngăn không cho điện áp cao tần xuất hiệntrên Varicap Nhưng như vậy khi VΩ thay đổi CV thay đổi nhưng

= sẽ thay đổi rất ít, nên độ di tần sẽ hẹp

Để khắc phục cả hai nhược điểm

rên, người ta không mắc Cgh , mà

mắc hai Varicap ngược nhau như

hình 1.17 Cách mắc này gọi là mắc

đẩy kéo Varicap Hai Varicap được

phân cực cùng một lúc Khi tín hiệu

cao tần áp vào 2 varicap giống

nhau, nó sẽ lái chúng đến những giá

trị điện dung cao và thấp luân phiên

nhau: Do đó điện dung đúng trong

mạch gần như không thay đổi theo

VR1

Hình 1.17 Mắc đẩy kéo Varicap

điện áp cao tần, mà chỉ thay đổi

điện áp âm tần

Khi đó để Varicap phân cực

ngược ta chỉ cần thỏa mãn đều kiện:

VDmax = VΩ - Vpc ≤ 0 và VDmin = - VΩ -Vpc≤ Vng cho phép

Như vậy phạm vi thay đổi của điện áp điều chế VΩ sẽ lớn hơn, dẫn tớiphạm vi biến đổi của CV cũng lớn hơn, nghĩa là độ di tần sẽ lớn hơn Tuynhiên mắc 2 Varicap đẩy kéo sẽ làm giảm điện dung tương đương Ctđ =

CV/2 (nếu 2 Varicap giống nhau) Để bù lại người ta chọn những Varicapcó giá trị bằng 2 lần Ctổng mà ta mong muốn (Ví dụ CV = 15pF thì ta phảichọn CV1 = CV2 =30pF)

• Vì dòng phân cực Icp =0 nên biến trở VR1 và R có thể có giá trị rấtlớn Tuy nhiên để Varicap đáp ứng nhanh với VΩ thì R và VR1 không nênchọn lớn lắm vì hằng số thời gian τ = (R + VR1) CV

• Khi điều tần dùng Varicap cần chú ý những đặc điểm sau:

- Luôn luôn phân cực ngược cho Varicap để tránh ảnh hưởng của RVđến phẩm chất của hệ dao động , nghĩa là đến độ ổn định tần số củamạch

- Phải hạn chế khu vực làm việc trong đoạn tuyến tính của đặt tuyến

- CV = f(VD) để giảm méo phi tuyến Lượng di tần tương đối khi điềutần dùng Varicap đạt khoảng 1%

- Dùng Varicap để điều tần thì kích thước bộ điều tần nhỏ và có thểđiều tần ở tần số siêu cao, khoảng vài trăm MHz

Tuy nhiên độ tạp tán của bán dẫn lớn hơn nên kém ổn định

Ta có sơ đồ điều tần dùng Varicap đẩy kéo hình 1.18

Hình 1.18 Mạch điều tần dùng varicap và dạng tín hiệu

R1, R2, Re tạo thiên áp tự cấp để lúc đầu mạch dao động ở chế độ lớp A(dễ dao động) sau chuyển về dao động ở lớp B,C (để có hiệu suất cao).Đây là mạch ba điểm điện dung Trong đó LK cùng Varicap tạo thànhmạch cộng hưởng song song, nhưng ở tần số dao động f0 thì nó phải tươngđương như một điện cảm ω < ω 0 V 

Chơng 2 Hệ thống Studio Đài PT-TH Nghệ An

2.1 Giới thiêu hệ thống sản xuất chơng trình phát thanh

Hệ thống phòng dựng phát thanh Đài PT- TH Nghệ An bao gồm 3 phòngdựng Phòng dựng 1 là phòng dựng chính sản xuất chơng trình và phát thanh trựctiếp, phòng dựng 2 và 3 chỉ sản xuất chơng trình Chơng trình sản xuất xong đ-

ợc chuyển qua tổng khống chế và chuyển lên trạm phát sóng

ở chơng này em trình bày hệ thống phòng dựng phát thanh và phần mềmdựng chơng trình Hiện nay hệ thống phòng dựng sử dụng chủ yếu hai phần

mềm Cool Edit và Samplitude Cool Edit là phần mềm xử lý âm thanh khá

mạnh dùng cho các máy tính chạy hệ điều hành Windows với các tính năng,

công cụ và hiệu ứng chuyên nghiệp Cool Edit Pro cho phép bạn ghi và hoà âm

tới 128 Track Stereo với bất kỳ cạc âm thanh nào tơng thích với Windows Tuynhiên nếu bạn có nhiều hơn một cạc âm thanh thì cũng không thành vấn đề bởi

Cool Edit Pro hỗ trợ cạc âm thanh đa đờng Sau khi ghi âm, bạn có thể biên tập,

hoà âm với hơn 40 hiệu ứng DSP nh vang tự nhiên, nén, hạn biên, lọc ồn, lọc xìv.v Tuy nhiên với nhu cầu ứng dụng thực tế trong môi trờng phát thanh, tàiliệu này chỉ giới thiệu một số chức năng cơ bản và các thao tác thờng dùng đến

2.1.1 Mô hình hệ thống studio phát thanh

Hình 2.1 Mô hình hệ thống studio

2.1.2 Nguyên lí hoạt động của hệ thống studio

- Phòng đọc là hệ thống phòng cách âm có cửa vào và của sổ bằng kính để

có thể nhìn thấy phòng KTV Một phòng có chất lợng phải đợc cách âm vàchống phản xạ âm tốt Phòng này chủ yếu trang bị các micro, tai nghe, các bànghế cho phát thanh viên và khách mời

- Phòng KTV bao gồm các thiết bị chính nh bàn mixer, máy tính, cardsound, loa kiểm tra và các thiết bị ghi và phát âm thanh nh catsette, MD, cácthiết bị ghi âm MP3 cầm tay v.v… Phòng KTV chất lợng tốt phải đợc chốngnhiễu tốt nếu phong có chất lợng rất cao có thể bọc kim cả bức tờng

+ khi phát thanh viên đọc tín hiệu thu đợc từ micro tín hiệu đợc đa qua bàntrộn để xử lí tín hiệu ra đợc đa ra loa kiểm tra, đa vào các thiết bị ghi âm và chủyếu là đa vào thiết bị dựng là máy tính thông qua card sound ở đây thiết bị đợc

dựng bằng phần mềm Cool Edit Pro và Samplitude.

2.2 Sử dụng phần mềm Cool Edit Pro

Khởi động chơng trình

 Cách 1: Kích đúp chuột vào biểu tợng trên màn hình.

 Cách 2: Nhấp chuột vào nút Start -> Program -> Cool Edit Pro 2.0

• Giao diện làm việc của Cool: có 2 chế độ

- Chế độ 1: Làm việc với nhiều đờng tiếng (Multitrack View).

Hình 2.2 Giao diện làm việc nhiều đờng

Đây là chế độ mặc định xuất hiện khi sử dụng Cool lần đầu sau khi cài đặt.

Nh trên đã đề cập, do yêu cầu thực tế sử dụng, chế độ này thông thờng không sửdụng đến Vì vậy ở đây chỉ giới thiệu giao diện mà không đi vào hớng dẫn chitiết sử dụng

- Chế độ 2: Làm việc với một đờng tiếng hay chế độ biên tập (Edit View).

Hình 2.3 Giao diện làm việc đơn đờng stereo

 Thanh tiêu đề

Hiển thị tên và thuộc tính file đang làm việc trong cửa sổ dữ liệu nh địnhdạng (Mp3, WMA ), thuộc tính (chỉ cho phép đọc – Read Only) v.v

 Cửa sổ dạng sóng:

Từng file âm thanh đã mở đều có cửa sổ dạng sóng của riêng nó (lu ý phânbiệt với cửa sổ tổ chức) Các cửa sổ biên tập đều có thể đợc sắp xếp, thay đổikích cỡ hoặc thu nhỏ lại.

 Cửa sổ tổ chức: Dùng để sắp xếp, đóng hoặc kích hoạt nhanh 1 file

cần sử dụng

 Thanh công cụ:

Chứa những nút lệnh đợc dùng để nhanh chóng thi hành các lệnh

 Thanh cuộn ngang:

Dùng để cuộn file âm thanh tiến và lùi để xem những phần của file không

đ-ợc nhìn thấy trong màn hình dạng sóng

 Thanh công cụ truyền tải:

Cung cấp những nút điều khiển file âm thanh nh:

Go to Beginning (đa con trỏ trở về đầu file)

Rewind (di chuyển con trỏ lùi về sau)

Fast Forward (di chuyển con trỏ tiến về trớc)

Go to End (đa con trỏ trở về cuối file)

Record (ghi âm)

L

u ý: Khi file đang đợc phát thì bất kỳ các nút công cụ nào nói trên đều có

tác động tức thì đối với quá trình phát nếu chúng đợc kích hoạt

Thanh công cụ phóng to – thu nhỏ:

Cung cấp các nút công cụ thay đổi độ thu phóng hiển thị nh:

Zoom In (Out) Horizontally: Thay đổi độ co giãn đồ thị sóng theo chiều

ngang (trục thời gian)

Zoom Out Full Both Axis: Phóng to đồ thị sóng theo cả 2 chiều

ngang và dọc cho vừa khít với cửa sổ làm việc

Zoom to Selection: Phóng to vùng đợc lựa chọn cho vừa khít với cửa sổ

u ý: Các thanh công cụ (gồm: Truyền tải và Phóng to/Thu nhỏ) và các cửa

sổ hiển thị (gồm: thời gian, mức âm, vùng lựa chọn) có thể kéo và thả vào bất

kỳ nơi nào trên màn hình Các thanh công cụ và cửa sổ hiển thị nói trên có thểthay đổi đợc kích cỡ và có thể tách rời ra Khi một thanh công cụ hoặc một cửa

sổ hiển thị đợc kéo đến một cạnh bất kỳ của cửa sổ chính, nó sẽ gắn vào cạnh

đó Nếu kéo một thanh công cụ hoặc một cửa sổ hiển thị ra khỏi một cạnh thì

nó trở thành nổi Để ẩn đi, chỉ cần nhấp chuột vào nút Close ở góc phảicủa nó

New

Dùng để tạo một file mới Khi kích

hoạt, cửa sổ New Waveform sẽ xuất

hiện cho phép ta chọn các thuộc tính

cho file mới nh: Tần số lấy mẫu

(Sample Rate), Kênh (Channel) hay

Open As:

Lệnh này tơng tự nh Open, ngoại trừ việc cho phép bạn chỉ định các thông sốtrớc khi mở một file Đây là một cách nhanh chóng để tạo sự thay đổi các thuộctính của một hoặc nhiều file có sẵn nh tần số lấy mẫu, số bit lấy mẫu hay kiểukênh

Revert to Saved:

Dùng để mở lại file hiện thời trong cửa sổ biên tập từ ổ đĩa Việc này sẽ huỷ

bỏ bất kỳ thao tác chỉnh sửa nào đợc thực hiện kể từ lần sau cùng file đợc lu.Khi đó sẽ xuất hiện hộp thoại đề nghị lu lại file

L

u ý: Phải chọn “No” để hoàn nguyên file Nếu chọn “Yes” thì mọi tác vụ

chỉnh sửa sẽ đợc ghi vào file gốc và ta sẽ không thể hoàn nguyên đợc nữa!

Hình 2.6 lựa chọn ghi lại sự sửa đổi hoặc không thay đổi

Dùng lệnh này để đóng tất cả các cửa sổ biên tập và cửa sổ làm việc nhiều ờng tiếng (nếu có) cùng một lúc