THIẾT KẾ MẠCH DAO ĐỘNG CHUẨN: Để điều chế hay giải điều chế đòi hỏi phải có sóng mang.. Sóng mang được tạo bởi mạch dao động.. Ở đây, người thiết kế chọn mạch dao bằng thạch anh để tạo
Trang 1Chương 11: THIẾT KẾ MẠCH
1 THIẾT KẾ MẠCH DAO ĐỘNG CHUẨN:
Để điều chế hay giải điều chế đòi hỏi phải có sóng mang Sóng mang được tạo bởi mạch dao động Việc tạo ra mạch dao động có thể thực hiện bằng nhiều phương pháp Ở đây, người thiết kế chọn mạch dao bằng thạch anh để tạo ra sóng vuông chứ không tạo ra sóng sin vì sóng vuông dễ tạo, dễ kiểm soát biên độ, dễ chia tần số và cũng vì mạch dao động bằng thạch anh có nhiều
ưu điểm hơn các mạch dao động khác sẽ được nói ở phần phụ lục
Xét mạch dao động dùng cổng đảo:
HÌNH 2
Tần số dao động được quyết định bởi thạch anh
Trong thiết kế, người thiết kế chọn:
Thạch anh có tần số 4,43Mhz vì dễ tìm thấy trên thị trường
Mạch dao động sử dụng cổng đảo CMOS là IC 4049 (Inverting Buffer)
Điện trở R1 đóng vai trò là điện trở hồi tiếp âm từ ngõ ra đến ngõ vào của tầng đảo CMOS
Để mạch hoạt động ổn định thì:
5M R1 100M
Chọn R1 = 10M
Cổng đảo CMOS có độ lợi 104 Độ lợi này được điều chỉnh với biến trở R2
R2 = (2 10) Rthạch anh
Chọn R2 = 2K
R1
R2
Trang 2Tụ C1, C2 dùng để điều chỉnh nhỏ trong tần số và dùng ngăn cản thạch anh dao động với tần số khác tần số cơ bản
Thường chọn C1 = C2 = 60 pF
Trong thiết kế mạch dao động tạo sóng mang đòi hỏi tần số
f0=4,3KHz Thạch anh dao động tạo ra tần số 4,43MHz Vì vậy phải đưa qua mạch chia tần số sử dụng IC CD4040 Ngõ ra là Q10, như vậy tần số sẽ là:
Mạch dao động thạch anh tạo sóng mang:
HÌNH 3 : MẠCH DAO ĐỘNG THẠCH ANH
2 THIẾT KẾ MẠCH HYBRID:
Sơ đồ mạch :
KHz
2
10 43
, 4
10
6
16
16 14
CD 4040
60 pF
10M
2K
60 pF
+ 6V
OUT
+
-V3
R1
R2
R3
V1
V2
R0
Trang 3HÌNH 4 :MẠCH HYBRID
Yêu cầu thiết kế cho mạch Hybrid trên:
- Tín hiệu từ 1 sang 2 mà không sang 3
- Tín hiệu từ 2 sang 3 mà không sang 1
Xây dựng hàm truyền của mạch:
Tính V3 khi chỉ có V1 (nối tắt V2):
Ta có :
Tính V3 khi chỉ có V2 (nối tắt V1):
Ta có:
Khi có cả V1 và V2:
Ta có :
1 2
1 1
2 1
3 0
0 3
3 1
2 1
2 1
1 3 0
0 1
1
3 1
2 2
1
1
3 2
1
3 0
0 1
1
1 1
V R
R R
R R R
R
R V
V R
R R
R R
V R R
R V
R
V R
R
V R
V
R
V V
R
V V
R R
R V
V V
2 2
2 1
3 0
3 3
2
2 1
3
1
3 1
2
1
3 2
2 3 3
V R
R R
R R
R V
V R
R R
V
R
V R
V R
V
R
V V R
V
V R R
R V
V
o
2 2
2 1 3 0
3 1
2
1 1
2 1 3 0
0
R
R R R R
R V
R
R R
R R R R R
V
Trang 4Để tín hiệu từ 1 không sang 3, ta phải có:
Thay (*) vào biểu thức V3 ta được:
V3 = V2
Ta thấy nếu điều kiện trên được thõa mãn thì tín hiệu từ 2 không sang 1
Vì biến áp phối hợp trở kháng 600:600 (R0 = 600) nên ta chọn:
R1 = R2 =10K
Suy ra :
Chọn : R3 = 560
3 THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU CHẾ – GIẢI ĐIỀU CHẾ CÂN BẰNG (DSB):
Điều chế – giải điều chế DSB được thực hiện bằng vi mạch LM
1496 (LM1596) và MC 1496 Tất cả đều như nhau Ứng dụng là điều chế cân bằng triệt sóng mang, điều chế tách đồng bộ, tách FM, PM, hay nhân tần dải rộng
Các giá trị danh định:
Tín hiệu vào vi sai(V7– V8) : 5V
Tín hiệu vào vi sai(V4– V1) : (5+I5R0)V
Tín hiệu vào (V2– V4 , V3– V4) : 5V
3 2
1 0
3 1 2
0
3 0
1 2
1 0
1
2 1
3 0
0
0
0 1
R R
R R
R R R
R
R R
R R
R R
R
R R
R R
R
1000
1000 600
1
2 0
R R R
Trang 5 Dòng thiên áp (I5) : 12mA
Nhiệt độ sử dụng : 00- 700
Cấu tạo bên trong LM1496:
Chức năng các chân:
1 : signal in (+) 8 : carrier in (+)
Sơ đồ mạch điều chế :
+
14 8 10
LM 1496
4 5 2 3 12
+
SÓNG MANG
1K
1K
51
6,8K
3,9K 51
R E
6V
6V
- 6V
- 6V
3,9K
Trang 6HÌNH 5 :MẠCH ĐIỀU CHẾ DSB
Tính các giá trị linh kiện phân cực cho IC đã chọn :
V5 = - 0,7266,8= - 4,9V
Dòng cực phát Q7 :
Dòng cực phát Q5 , Q6 ,Q8 :
IẸ5 = IE6 = IE8 = IE7 = 0,8mA
Dòng cực thu Q1 , Q2 , Q3 , Q4 :
IC1 = IC2 = IC3 = IC4 = IE7/2 = 0,4mA
Dòng chân 6 và chân 12 :
I6 = I12 = 2IC1 = 0,8mA
Aùp chân 6 và chân 12 :
V6 = V12 = 6 – 0,8 3,9 = 2,88V
Aùp chân 1 và chân 4 :
V1 = V4 = -6/2 = -3V
Aùp chân 2 và chân 3 :
V2 = V3 = V1– 0,7 = - 3,7V
Aùp chân 8 và chân 10 :
V8 = V10 0V
Nhà sản xuất khuyến cáo nên sử dụng mức sóng mang đưa vào là 300mV Vì ở mức biên độ này tạo ra độ triệt sóng mang tốt
Độ lợi của mạch được định bởi:
Trong đó:
RE : điện trở điều chỉnh độ lợi
mA
5 , 0 8 , 6
7 , 0 6
mA
5 , 0
7 , 0 9 , 4 6
7
E e
L C m
r R q KT
R V K
2 2
36 726
, 0
26 26
26
mV I
mV r
mV q
KT
e
Trang 7VC : biên độ sóng mang
RL : điện trở chân 6
Độ lợi này đạt giá trị tối đa khi nối tắt RE:
Khuyến cáo của nhà sản xuất: Km = 10 15
Chọn Km = 15, ta tính được RE = 1K
Mạch giải điều chế được thực hiện ngược lại, nghiã là khi cho tín hiệu SSB vào chân 1 thì nhận được tín hiệu AF ở chân 6
4 THIẾT KẾ MẠCH LỌC TẦN THẤP:
Tín hiệu điện thoại có tần số từ 300Hz – 3400Hz, tần số sóng mang đưa vào mạch điều chế cân bằng là 4300Hz nên sau khi điều chế có biên tần: Biên tần dưới : 900Hz 4000Hz
Biên tần trên : 4600Hz 7700Hz
Trong bộ Telephone Scrambler này sử dụng biên tần dưới nên dùng mạch lọc tần thấp nối ở đầu ra của mạch điều chế và giải điều chế Tần số cắt trên của mạch lọc tần thấp này là 4000Hz, chất lượng tín hiệu càng tốt nếu sử dụng bậc của mạch lọc càng cao, nhưng mạch lọc có bậc càng cao sẽ gặp rất nhiều khó khăn trong việc thiết kế tính toán, hơn nữa trong thông tin điện thoại thì chỉ tiêu nghe rõ là hàng đầu, Còn chất lượng thì yêu cầu vừa phải cho nên ở đây sẽ chọn mạch lọc tần thấp bậc 3
Mạch lọc gồm có hai loại là mạch lọc thụ động và mạch lọc tích cực Mạch lọc thụ động đơn giản nhưng nhược điểm là làm suy giảm năng lượng qua nó mà không có khả năng khuếch đại, khó phối hợp trở kháng với các mạch ghép Cho nên người thiết kế chọn mạch lọc tích cực do những ưu điểm là hệ số truyền đạt tăng, ảnh hưởng với tải không đáng kể
Mạch lọc tích cực có nhiều loại Ở đây người thiết kế chọn mạch lọc Butterworth vì mạch điện đơn giản, còn các tính năng của nó gần như thỏa mãn các tính ưu việt của mạch lọc Bessel và Chebyshev
Thực hiện mạch lọc tần thấp bậc 3 bằng cách ghép nội liên tiếp hai mạch lọc tần thấp bậc 2 và bậc 1 để có được bộ suy giảm –60dB/D
Mạch điện :
221 36
2 10 26 2 2
10 9 , 3 3 , 0 2
2
3
e
L C m
r q KT
R V K
Trang 8HÌNH 6 : MẠCH LỌC TẦN THẤP BẬC 3
HÌNH 7 : ĐẶC TUYẾN BIÊN ĐỘ CỦA MẠCH LỌC BUTTERWORTH
TẦN THẤP BẬC 3
V01
+
-
RNF1
C1
C2
VI
+
RNF2
C3
0,707
- 60
AVdB
AV
- 3
Trang 9Hàm truyền của mạch lọc này bằng tích số hệ số truyền đạt của 2 mạch lọc tần thấp : bậc 2 và bậc 1 nên ta có:
A(P) = A1(P) A2(P)
Mạch lọc tần thấp bậc 1:
Hệ số truyền đạt 1 chiều A02 = 1
Dựa vào bảng 1 ta có a2 = 1
a2 = CR3C3
Tần số cắt fC = 4KHz
Chọn R3 = 18K
C3 = 0,0022 ( F )
Mạch lọc tần thấp bậc 2:
Dựa vào bảng 1 ta có : a1 = b1 = 1
Hệ số truyền đạt 1 chiều A01 = 1
a1 = cC1(R1 + R2)
b1 = c2C1C2R1R2
Để dễ cho việc tính toán ta chọn :
I I
V
U
U U
U U
U
01
0
P C R
A A
P a
A A
C P
P
3 3
02 2
2
02 2
1
1
3 3
3 3
3 3
2 1
1 2
1
R f C
C R f
C R
C C C
2 1 2 1
2 2
1 1
01 1
2 1 1
01 1
1
1
P C C R R P
R R C
A A
P b P a
A A
C C
P
P
Trang 10R1 = R2 = R3 = R = 18K
Thường chọn điện trở hồi tiếp RNF bằng với điện trở ngõ vào (RNF : điện trở bù dịch pha lúc tần số bằng 0)
RNF1 = R1 + R2 = 36K
RNF2 = R3 = 18K
Vậy :
R1 = R2 = R3 = 18K
C1 = 0,001F = 102
C2 = 0,0047F = 472
C3 = 0,0022F = 222
RNF1 = 39K
RNF2 = 18K
5 MẠCH ĐIỀU KHIỂN RELAY:
HÌNH 8: MẠCH ĐIỀU KHIỂN RELAY Nguồn cung cấp VCC = 6V
F C
R C C
R C C
F C
R C
R C
C
C
C C
0044 , 0 2 1
1
0011 , 0 2
1 2
1
1 2
3 2
1 2 2
2 2 1 2
3 1
1
-V CC
D 1
D 2
R C
R B
R L
C
SCR Q
OPTRON
+V CC
SCRAMBLER
Trang 11Chọn Relay OMRON G2R-2 có :
- Giá trị sử dụng : 12VDC , 120VAC
- Giá trị định mức : 5A 250VAC
5A 30VDC
Đo nội trở của cuộn dây ta có : RL = 250
Dòng sử dụng qua Relay:
Từ sổ tay tra cứu, diode có độ trôi nhiệt tối thiểu 10mA nên ta chọn dòng qua Led là ID2 = 10mA
IC = IRL + ID2 = 48 + 10 = 58mA
Khi chọn Q thì chọn thông số lớn hơn K lần thông số tính toán
K : hệ số an toàn
K = 1,5 3
IC = 58mA 3 = 174mA
Từ dòng IC ta chọn Q là D468
D468 có :
- Pmax = 900mW
- VCE = 30V
- IC = 1A
- = 60
Q hoạt động ở chế độ đóng ngắt (bão hoà) nên cách tính IB
IB = aIB ’
a : hệ số bảo hoà
a = 4 10 (thường chọn a = 6)
Dựa vào IB ta chọn OPTRON là CNY 17
Thông số CNY 17:
Emitter (GaAs IRED ):
Điện áp ngược : 6V Dòng thuận : 60mA Dòng tăng vọt : 2.5A Công suất : 100mW
A R
V R
L
CC
250
12 2
mA mA
aI I
mA mA
O mA I
I
B B
C B
6 1
6
1 97
, 60
58
'
'
Trang 12 Detector (Phototransitor):
Điện áp ngược VCE : 70V Điện áp ngược VBE : 7V Dòng IC : 50mA Công suất : 150mW Dòng cung cấp cho Led hồng ngoại từ tổng đài chọn 10mA mà CNY17 có Led hồng ngoại dòng cực đại đến 60mA nên có thể chịu đựng được
IE = IB + IC = 6mA + 58mA = 64mA Dựa vào IE ta chọn SCR là 2N2009
2N2009 có :
- Điện áp ngược lớn nhất là 25V
- Dòng kích là 20mA
- Điện áp kích là 1V
- Sụt áp chiều thuận là 1,2V
- Dòng thông dẫn lớn nhất là 1A
Trang 13Chọn RC = 1K / 0,25W
VCEOT : điện áp VCE của OPTRON
Chọn RB = 1,8K / 0,25W
Để tụ nạp xả hoạt động tốt ở tần số 3400Hz với chu kỳ
T = 1/ f = 0,03ms
Nên chọn thời hằng nạp xã của tụ C và RB nhỏ hơn T rất nhiều
= 0,01ms
= RB.C
C = / RB = 0,0056F
Chọn C = 472
6 THIẾT KẾ NGUỒN CUNG CẤP :
Khối nguồn đóng vai trò rất quan trọng trong các mạch điện Trong kỹ thuật điện tử đòi hỏi giá trị điện áp nguồn cung cấp phải ổn định Do vậy, người thiết kế sử dụng nguồn ổn áp
Yêu cầu đòi hỏi đối với nguồn ổn áp DC:
- Điện áp ở ngõ ra phải luôn luôn ổn định khi ngõ vào thay đổi
- Dộ miễn nhiễu cao
Trước khi thiết kế nguồn ổn áp ta phải xét dòng tiêu thụ cho toàn mạch Sau khi tính toán các linh kiện tiêu thụ người thiết kế thấy dòng tiêu thụ khoảng vài trăm mA nên có thể chọn IC ổn áp họ 7800 và 7900
HỌ Dung sai điện Điện áp sai Dòng định Điện áp ra
I R P
K R
I
V V V V V R
D C R C
D
CC GK D CEQ CC
C
1 10 10
10
2 , 1 6 , 0 2 , 0 12
2 3 3
2 2
3 3
2 2
I R P
K R
I
V V V V
V R
B B R B
B
CC GK BEQ CEOT
CC B
B 1,67.10 6.10 0,06012
67 , 1 10 67 , 1 10
6
2 , 1 6 , 0 2 , 0 12
2 3 3
2
3 3
Trang 14áp ra biệt MIN mức khã dụng
Trong thiết kế đòi hỏi nguồn đôi 6V nên dùng 2 IC: A7806 và
A7906 để có được nguồn DC ổn định cho mạch hoạt động
Sơ đồ mạch điện:
HÌNH 9 : MẠCH NGUỒN CUNG CẤP
C1 = C2 =1000F/16V
C3 = C4 = 0,1F
0V 7806
7906
C 1
C 2
C 3
C 4
+ 6V
- 6V
AC
220V
+
+
