Giáo trình Kỹ thuật truyền thanh

FM gián tiếp: Máy phát FM gián tiếp tạo dạng sóng có độ lệch pha tỷ lệ thuận với tín hiệu điều biến. Thông thường mạch dao động tạo sóng mang không được làm lệch trực tiếp. Cho nên mạch dao động taọ sóng mang thường sử dụng thạch anh vì mạch tự dao động không phải là mạch điều biến. Kết quả là tính ổn định của mạch dao động trong máy phát FM gián tiếp theo quy định của FCC là không sử dụng mạch AFC. v Máy phát FM gián tiếp Armstrong: Với máy phát FM trực tiếp, tín hiệu điều biến trực tiếp làm lệch pha sóng mang nhưng gián tiếp làm thay đổi tần số. Hình (4.15) trình bày sơ đồ khối của máy phát FM gián tiếp Armstrong dải rộng. Nguồn tạo sóng mang là thạch anh. Cho nên, độ ổn định tần số sóng mang đạt yêu cầu của FCC mà không cần sử dụng vòng AFC. Mạch dao động tạo sóng mang dùng thạch anh 200Khz Mạch ghép Mạch nhân x72 Mạch nhân x72 Mạch trộn Mạch KĐ CS Mạch KĐ đệm Mạch KĐ đệm Mạch dao động thạch anh 13,15Khz Mạch điều biên cân bằng Mạch dịch pha 900 Ngõ vào tín hiệu điều biến fm Vc Vc fm ft ft f2 f1 f0 f0 Vm=Vlsf+Vusf Antena Hình 4-15 : Máy phát FM gián tiếp Armstrong. Đối với máy phát Armstrong, tần số sóng mang phụ (fc) tương đối thấp bị dịch pha 900 () và đưa vào mạch điều biên cân bằng. Tại đây nó được trộn với tín hiệu điều biến vào (fm). Ngõ ra của mạch điều biên cân bằng là dải biên kép đã được loại bỏ sóng mang, nó được phối hợp với sóng mang ban đầu trong một mạng phối hợp để tạo ra dạng sóng điều pha có hệ số thấp. Hình (4-16a) vẽ dạng pha của của sóng mang gốc (Vc). Hình (4-16b) vẽ dạng pha của những thành phần tần số biên đã được loại bỏ sóng mang Vusf và Vlsf. Bởi vì, điện áp sóng mang bị loại bỏ () dịch pha 900 so với Vc.Dải biên trên và dải biên dưới kết hợp với nhau tạo thành phần Vm. Hình (4-16c) biễu diễn cấp số cộng dạng pha Vc, Vusf,Vlsf thông qua tần số f, có thể xem ngõ ra của dạng sóng phối hợp là một tín hiệu mà pha của nó đã bị thay đổi theo tỷ lệ bằng với fm và các thông số của nó tỷ lệ thuận với các thông số của Vm . (4-35a). Khi góc có giá trị nhỏ thì tg của góc xấp xỉ bằng giá trị của góc đó, cho nên: (4-35b) Từ sơ đồ pha vẽ trên hình (4-16) ta có thể thấy biên độ sóng mang bị thay đổi, sự thay đổi này không làm ảnh hưởng đến sự biến điệu biên độ của dạng sóng ra và Vc(max) xảy ra khi Vusf và Vlsf cùng pha với nhau và cùng pha với Vc. Độ lệch pha cực đại có thể được tạo ra bởi loại mạch điều biến có góc lệch pha xấp xỉ 1,67 triệu Radian. Cho nên, độ lệch tần số cực đại khi tín hiệu điều biến fm(max) = 15Khz là: fmax = 0,00167 x 15.0000 = 25Hz Vc=10V Vlsf = 0,0048V Vc = 0V Vm =2 x 0.0048=0.0096V Vusf=0,0048V Vm Vc Vc Vm Vlsf Vusf q (a) (c) (b) Hình 4.16 : Sơ đồ pha của Vc, Vusf, Vlsf. (a) Pha của sóng mang. (b) Pha của dải biên. (c) Sơ đồ cộng pha của (a), (b). CHƯƠNG V HỆ THỐNG MÁY THU SÓNG ĐIỀU BIẾN GÓC I- GIỚI THIỆU CHUNG: Máy thu sử dụng điều biến góc cũng giống như máy thu được sử dụng đối với sự quy ước AM hoặc máy thu SSB; ngoại trừ phương pháp khai thác thông tin âm tần từ sóng IF toàn phần. Trong máy thu FM điện áp tại ngõ ra của mạch tách sóng âm thanh tỷ lệ thuận với độ lệch tần số tại ngõ vào. Đối với máy thu PM, điện áp tại ngõ ra của mạch tách sóng âm thanh tỷ lệ thuận với độ lệch pha tại ngõ vào của nó. Vì cả hai dạng sóng điều biến pha và tần số đều là một dạng của hệ thống điều biến góc. Những tín hiệu của máy thu FM có thể được giải điều biến bởi máy thu PM và ngược lại. Đối với máy thu sóng AM thương mại, tín hiệu điều biến được chở trên sóng mang là một dạng của biến điệu biên độ. Tuy nhiên nhiễu xảy ra trong hệ thống cũng làm thay đổi biên độ của hình bao. Cho nên nhiễu không thể bị loại bỏ từ dạng sóng toàn phần trong mạch loại trừ ở phần trước của tín hiệu thông tin. Đối với hệ thống điều biến góc, tín hiệu thông tin được chở trên sóng mang là dạng mạch biến điệu tần số và pha. Với máy thu sóng điều biến góc, sự cải tiến tỷ số S/N được thực hiện trong suốt quá trình giải điều biến. Vì vậy chất lượng của hệ thống được cải tiến rất đáng kể so máy thu AM. Loa 2ndIF Antena thu AGC Tầng tách sóng âm thanh Mạch tiền lựa chọn Mạch KĐ RF Mạch KĐ IF Mạch giới hạn Mạch nhận dạng Mạch trộn thứ hai Mạch trộn thứ nhất Mạch đệm Mạch KĐ âm thanh Mạch giải nhấn Mạch đệm Mạch dao động nội thứ hai Mạch dao động nội thứ nhất 1stIF Hình (5-1) Sơ đồ khối của máy thu đổi tần kép. Mục đích của chương này là giới thiệu những dạng máy thu và những mạch điện cơ bản để thu và giải điều biến tín hiệu FM và PM. Mô tả cách vận hành của máy và sự khác nhau cơ bản giữa máy thu FM và AM thương mại hoặc máy thu dải biên đơn. II- MÁY THU FM: Hình 5-1 trình bày sơ đồ khối giản lược của máy thu FM đổi tần kép. Nó cũng giống như máy thu AM thương mại chuyển đổi kép. Tầng RF, mạch trộn và tầng IF hầu như cũng giống như máy thu AM, mặc dù máy thu FM có rất nhiều mạch khuếch đại trung tần hơn. Do đặc tính loại trừ nhiễu vốn có trong máy thu FM nên không yêu cầu nhiều mạch khuếch đại RF. Tuy nhiên, tầng tách sóng âm thanh trong máy thu AM. Mạch tách sóng hình bao máy thu AM đươc thay bằng mạch giới hạn, mạch giải điều tần và mạch tiền nhấn. Mạch giới hạn và mạch tiền nhấn đưọc phân bố để cải tiến tỷ số S/N nó được đặt trong tầng giải điều biến. Trong máy thu sóng FM, tầng IF đầu tiên có tần số tương đối cao khoảng 10,7Mhz để loại bỏ tần số ảnh và tầng IF thứ hai có tần số tương đối thấp (thường là 455Khz) để cho phép mạch khuếch đại IF làm việc với độ lợi tương đối cao mà không ảnh hưởng đến mạch dao động. 1. Mạch giải điều tần FM: Mạch giải điều tần FM có mạch điện phụ thuộc vào tần số để tạo ra điện áp ra tỷ lệ thuận với tần số trung tần tại ngõ vào của nó. (Vout= K). Trong đó K là hàm truyền của mạch giải điều tần tính bằng Volt/Hz, là hiệu số giữa tần số vào và tần số trung tâm của mạch giải điều tần. Mạch điện tổng quát được dùng để giải điều tần tín hiệu FM thông thường là mạch tách sóng độ dốc, bộ tách sóng biến điệu tần số Foster - seeley, bộ tách sóng tỷ lệ. Mạch giải điều biến PLL, bộ tách sóng biến điệu tần số Foster seeley và bộ tách sóng tỷ lệ tất cả đều là một dạng của mạch tách sóng biến điệu tần số điều hưởng được chuyển đổi FM thành AM và sau đó giải điều biến hình bao AM theo quy định của bộ tách sóng đỉnh. Hầu hết mạch tách sóng biến điệu tần số yêu cầu dịch pha 1800. v Mạch tách sóng độ dốc: Hình (5-2a) trình bày sơ đồ nguyên lý của mạch tách sóng độ dốc hoàn toàn điều chỉnh được. Đây là dạng mạch đơn giản nhất của bộ tách sóng biến điệu tần số điều hưởng được. Bộ tách sóng độ dốc (single - ended) có dạng đặc tuyến điện áp tần số gần như là không tuyến tính và vì thế nó ít được sử dụng. Tuy nhiên hoạt động của mạch này là nền tảng cho tất cả những mạch biến điệu tần số khác. D1 La Ngõ vào FM R1 C1 Ca (a) l l l l l l l l Vout V f0 f1 (b) Vout f Hình 5-2 : Mạch tách sóng độ dốc (a) Sơ đồ nguyên lý (b) Đường đặc tuyến điện áp tần số. Ở hình (5-2a), mạch điều hưởng bao gồm La, Ca tạo ra một điện áp tại ngõ ra, Vout tỷ lệ với tần số vào. Điện áp ngõ ra đạt cực đại tại tần số cộng hưởng của mạch cộng hưởng. Mạch điện được tính toán sao cho tần số trung tâm của IF rơi vào giữa đường đặc tuyến điện áp - tần số như hình (5-2b). Khi độ lệch tần số trung tần IF lớn hơn fc, điện áp ngõ ra sẽ tăng và ngược lại khi độ lệch tần số trung tần nhỏ hơn fc điện áp ngõ ra sẽ giảm. Cho nên mạch chuyển đổi tần số điều hưởng được làm thay đổi biên độ điều biến (chuyển từ FM sang AM). D1, C1, R1 tạo thành mạch tách sóng đỉnh đơn giản để chuyển đổi biên độ điều biến thành điện áp ngõ ra, thay đổi theo tỷ lệ bằng với sự thay đổi tần số ngõ vào và biên độ tỷ lệ với giá trị của tần số bị thay đổi. vMạch tách sóng độ dốc cân bằng D1 Vout L T1 Ca C1 R1 La Lb C2 Cb R2 D1 (a) Ngõ vào FM l l l l l l l l l Mạch tách sóng độ dốc “ single - ended” là một dạng của mạch tách sóng biến điệu tần số điều hưởng được và mạch tách sóng độ dốc cân bằng là hai mạch tách sóng độ dốc “ 2 single - ended” đơn giản được kết nối song song với nhau và lệch pha 1800. Sự đảo pha được thực hiện bằng cách lấy đầu ra ở giữa cuộn thứ cấp điều hưởng được của biến áp T1. Trên hình (5-3a), mạch điều hưởng gồm, La, Ca và Lb, Cb để chuyển đổi FM thành AM và bộ tách sóng đỉnh cân bằng gồm D1, C1, R1 và D2, C2, R2 để loại tín hiệu thông tin từ hình bao AM. Phần trên của mạch điều hưởng gồm La, Ca được điều chỉnh đến một tần số fa mà tần số fa này lớn hơn tần số trung tâm fc của IF và gần bằng 1,33 x. ( Đối với băng sóng FM = 1,33 x 75Khz). Mạch điều hưởng phần dưới gồm Lb, Cb đươc điều chỉnh ở tần số fb , fb nhỏ hơn tần số trung tâm fc của IF. Vout fb fa (b) fc f Hình 5-3: Mạch tách sóng độ dốc cân bằng. (a) Sơ đồ nguyên lý. (b) Đặc tuyến điện áp tần số. Hoạt động của mạch này đơn giản, điện áp tại ngõ ra của mỗi mạch điều hưởng thì tỷ lệ với tần số vào, mỗi ngõ ra được chỉnh lưu bởi mạch tách sóng đỉnh, mạch ngắt tần số vào là mạch cộng hưởng tần số, điện áp ngõ ra mạch cộng hưởng lớn hơn. Tần số trung tâm của IF điện áp ngõ ra của mạch điều hưởng bằng về biên độ nhưng ngược nhau về cực tính. Điện áp ngõ ra được chỉnh lưu thông qua R1 và R2, nên khi cộng hưởng lại sẽ tạo nên sự bù trừ khi điện áp tại ngõ ra Vout = 0V. Khi độ lệch tần số trung tâm của IF lớn hơn tần số cộng hưởng, mạch điều hưởng phần trên sẽ tạo ra điện áp Vout lớn hơn Vout của mạch điều hưởng phần dưới và điện áp ra Vout mang giá trị dương. Ngược lại, khi độ lệch tần số trung tâm của IF nhỏ hơn tần số cộng hưởng điện áp ra của mạch điều hưởng mang giá trị âm. Đặc tuyến điện áp tần số được vẽ trên hình (5-3b). Mạch tách sóng độ dốc cân bằng được điều chỉnh bằng cách thêm vào một tần số bằng với tần số trung tâm fc của IF và điều chỉnh Ca, Cb đạt 0V tại ngõ ra sau khi tần số bằng fa và fb thì Ca, Cb tiếp tục được điều chỉnh sao cho điện áp ra cực đại và bằng với điện áp cực đại theo chiều ngược lại. v Bộ tách sóng biến điệu tần số Foster - seeley: (a) Vout + Vp - D1 T1 Cc Ca Cp I1 C1 I2 R1 La Lb C2 Cb R2 D2 Ngõ vào FM L3 l l l l l l l l l l l Vin Vin Vin VD2 VD2 VD2 VD1 VD1 VD1 VLb VLb VLb VLa VLa VLa q q Is Is Is Vs Vs Vs (d) (c) (b) Hình 5-4 :Bộ tách sóng biến điệu tần số Foster - seeley: (a) Sơ đồ nguyên lý. (b) Sơ đồ vector fin = fo. (c) Sơ đồ vector fin > fo. (d) Sơ đồ vector fin < fo. Bộ tách sóng biến điệu tần số Foster - Seeley là một dạng mạch của mạch tách sóng điều biến tần số điều hưởng được mà hoạt động của nó cũng tương tự như mạch tách sóng độ dốc cân bằng. Giá trị điện dung của Cc, C1,C2 được chọn sao cho chúng ngắn mạch đối với tần số trung tâm của IF. Cho nên tín hiệu IF đưa trực tiếp ngang qua L3. Tại đầu vào của IF được biến đổi đảo pha 1800 bằng biến áp T1 và chia đều cho La, Lb. Tại tần số cộng hưởng của mạch cộng hưởng bên thứ cấp (tần số trung tâm IF) dòng thứ cấp Is cùng pha với điện áp tổng thứ cấp Vs và lệch pha 1800 so với VL3. Do tính chất ghép lỏng, sơ cấp của T1 hoạt động như một cuộn cảm và dòng sơ cấp Ip lệch pha 900 so với Vin. Vì cảm ứng từ phụ thuộc vào dòng sơ cấp Ip nên điện áp bị giảm trong cuộn thứ cấp và lệch pha 900 so với Vin. Cho nên VLa và VLb lệch pha 1800 so với những thành phần khác hoặc lệch pha 900 so với VL3. Điện áp rơi trên D1 là tổng vector của VL3 và VLb. Đặc tuyến sơ đồ vector được vẽ trên hình (5-4b), điện áp của D1 và D2 bằng nhau. Vì vậy tại tần số cộng hưởng I1 và I2 bằng với điện tích của C1 và C2 và giá trị điện áp rơi trên chúng bằng nhau nhưng trái dấu nhau. Vout = Vc1 -Vc2 = 0V. Khi tần số trung tâm IF lớn hơn tần số cộng hưởng thì trở kháng của mạch cộng hưởng trở thành cảm kháng và dòng thứ cấp trễ hơn điện áp thứ cấp một góc là , tỷ lệ với độ lệch tần số. Đặc tuyến sơ đồ pha vẽ trên hình (5-4c): cho thấy vecter tổng của VD1 lớn hơn vecter tổng VD2. C1 nạp điện khi C2 xả điện nên Vout mang giá trị dương. Khi tần số trung tâm IF nhỏ hơn tần số cộng hưởng thì dòng thứ cấp sớm pha hơn điện áp thứ cấp một góc , cũng tỷ lệ với sự thay đổi tần số. f Vout f1 f2 f0 Hình 5-5: Đường cong đáp ứng tần số điện áp của mạch tách sóng biến điệu tần số. Đặc tuyến pha vẽ trên hình (5-4d) cho thấy vector tổng của VD2. C1 xả điện C2 nạp điện nên Vout mang giá trị âm. Mạch tách sóng biến điệu tần số Foster - Seeley được điều hưởng bằng cách thêm vào một tần số bằng với tần số trung tâm IF và điều chỉnh C0 sao cho ngõ ra đạt 0V. Qua quá trình phân tích trên hình (5-4) ta có thể thấy rằng điện áp tại ngõ ra của mạch tách sóng biến điệu tần số tỷ lệ thuận và cùng chiều với độ lệch tần số. Hình (5-5) biểu diễn đặc tuyến điện áp - tần số của mạch tách sóng biến điệu tần số Foster-Seeley tiêu biểu nó được gọi là dạng sóng cong “S”. Đặc tuyến điện áp tần số ra tuyến tính hơn đặc tuyến của mạch tách sóng độ dốc. Vì chỉ có một mạch cộng hưởng nên nó dể dàng điều chỉnh hơn. Để cho quá trình điều biến không bị méo dạng, độ lệch tần số được giới hạn đến mức trở thành đoạn thẳng trên đường cong đáp ứng tần số của mạch điều hưởng thứ cấp. Đối với mạch tách sóng độ dốc, mạch tách sóng biến điệu tần số Foster Seeley đáp ứng biên độ càng tốt càng làm thay đổi tần số. Như vậy trước nó phải có một mạch giới hạn riêng biệt. v Mạch tách sóng tỷ lệ: Cc + L - D1 T1 C0 Vout C1 Cs Rs La Lb C2 D2 (a) Ngõ vào FM l l l l l l l l l Điện áp dương cực đại Điện áp dương trung bình 0V fm < f0 fm >f0 f0 (b) Hình 5-6: Mạch tách sóng tỷ lệ. (a) Sơ đồ nguyên lý. (b) Đường cong đáp ứng tần số điện áp. Mạch tách sóng tỷ lệ có một ưu điểm so với mạch tách sóng độ dốc và mạch tách sóng biến điệu tần số Foster Seeley trong giải điều biến FM là loại trừ được sự thay đổi biên độ trong tín hiệu vào của nó. Hình (5-6a) là sơ đồ nguyên lý của mạch tách sóng tỷ lệ, cũng giống như mạch tách sóng biến điệu tần số Foster Seeley, mạch tách sóng tỷ lệ cũng có mạch điều hưởng đơn bên thứ cấp của biến áp. Cho nên, hoạt động của nó cũng giống như mạch Foster Seeley. Tuy nhiên trong mạch tách sóng tỷ lệ có một diode mắc ngược (D2) và dòng Id chỉ có thể chạy ở vòng ngoài của mạch. Vì thế sau nhiều chu kì của tín hiệu vào, tụ Cs nạp điện đến một giá trị gần bằng điện áp đỉnh thông qua cuộn thứ cấp của T1. Điện kháng của Cs và Rs tạo đường dẫn DC cho dòng của diode. Cho nên thời hằng của Rs và Cs vừa đủ lớn để tụ nạp nhanh chóng đến giá trị gần bằng với biên độ vào. Nhiễu nhiệt độ hoặc các nhiễu khác được nối đất nên không ảnh hưởng đến điện áp trung bình của Cs. C1 và C2 nạp xả tỷ lệ với sự biến thiên tần số tín hiệu vào và không bị ảnh hưởng đến sự thay đổi biên độ. Tại tần số cộng hưởng điện áp ra Vout được chia đều cho C1 và C2 đồng thời phân phối lại tần số và sao cho phù hợp, có thể lớn hoặc nhỏ hơn tần số cộng hưởng. Cho nên Vout thay đổi là do sự thay đổi tỷ số điện áp của C1 và C2 trong khi điện áp tổng được ghim bởi tụ Cs. Hình (5-6b) biểu diễn đường cong đáp ứng tần số ngõ ra của mạch tách sóng tỷ lệ. Tại tần số cộng hưởng Vout 0V và bằng 1/2 điện áp trên cuộn thứ cấp của T1. Bởi vì mạch tách sóng tỷ lệ không ảnh hưởng đến sự thay đổi biên độ, nó thường được chọn lớn hơn mạch tách sóng Foster Seeley. Tuy nhiên mạch tách sóng biến điệu tần số tạo ra đường cong đáp ứng tần số điện áp tuyến tính hơn. v Mạch giải điều tần FM dùng vòng khoá pha PLL: Mạch tách pha Kd Mạch lọc qua thấp Mạch khuếch đại Ka Mạch VCO Ngõ vào FM Vd f0 Vout (a) Điện trở phản hồi Tụ điện định thời C0 Ngõ vào mạch tách pha Điện trở định thời C0 R0 Rx Cpb 16 15 14 13 12 11 10 9 1 2 3 4 5 6 7 8 Mạch tách pha Mạch lấy mẫu Vcc Ngõ vào t/h FM XR-2212 VCO out VCO out VCO GND VCO out Pre amp amp op-amp Điện trở định thời C0 V+ Vref Ngõ ra mạch tách pha 30pF RF - Rc + 0,1mF R1 Cpb 0,1mF Cpb Ngõ ra op-amp Ngõ ra tín hiệu giải điều tần l l l l l l l l l l l Hình 5-7 : (a) Sơ đồ khối mạch giải điều tần dùng PLL. (b) Mạch giải điều tần FM PLL sử dụng vòng khóa pha XR-2212. Từ sự phát triển của vi mạch tổ hợp tuyến tính LSI, quá trình giải điều tần FM được thực hiện khá đơn giản với mạch vòng khoá pha PLL. Mặc dù hoạt động của mạch PLL khá phức tạp nhưng bù lại hoạt động của mạch giải điều tần FM sử dụng PLL dễ hiểu và đơn giản hơn. Mạch giải điều tần FM sử dụng PLL không yêu cầu mạch điều hưởng và mạch bù tự động khi tần số sóng mang biến đổi vì tính bất ổn ở mạch dao động phần phát. Hình (5-7a) là sơ đồ khối giản lược của mạch giải điều tần FM sử dụng PLL. Mạch PLL được đặt sau khóa tần số để tạo ra mạch VCO làm biến thiên những khe tần số của tín hiệu vào bằng cách duy trì sự sai pha tại ngõ vào mạch so pha. Vì vậy, nếu ngõ vào PLL bị sai lệch so với tín hiệu FM và tần số dao động của VCO bằng với tần số trung tâm IF thì sẽ phát sinh một giá trị điện áp thích hợp tại ngõ ra mạch so pha và phản hồi về ngõ vào mạch VCO, đồng thời tỷ lệ với độ lệch tần số và như vậy tín hiệu thông tin đã được giải điều biến. Nếu biên độ của IF được giới hạn vừa đủ trước khi đưa tới mạch PLL và được bù hoàn toàn thì độ lợi vòng PLL là hằng số Kv. Cho nên tín hiệu được giải điều biến được lấy trực tiếp từ ngõ ra của mạch đệm ở bên trong. Công thức toán học được mô tả như sau: Vout = (5-1) Hình (5-7b) trình bày sơ đồ nguyên lý của mạch giải điều biến FM sử dụng XR-2212. R0 và C0 điều chỉnh tần số làm việc tự do của mạch VCO. Rx dùng để điều chỉnh đài, RF và Rc dùng để cài đặt độ lợi áp của op-amp bên trong (Ka). Đáp ứng tần số của vòng khóa pha PLL được bù vào sự suy giảm cho phép của mạch giải điều biến sao cho phù hợp với băng thông của tín hiệu thông tin. Mạch đệm op -amp của mạch PLL cung cấp độ lợi áp và dòng điều khiển tính ổn định của mạch. v.Mạch giải điều tần dạng cầu phương : L0 Khối tách sóng Ngõ vào FM Vin Rx Ci V0 Cx C0 R0 Ngõ ra mạch giải điều tần l l l l Hình 5-8 :Mạch giải điều tần FM dạng cầu phương. Mạch giải điều tần dạng cầu phương tái tạo tín hiệu thông tin ban đầu từ dạng sóng IF toàn phần bằng cách nhân hai tín hiệu cầu phương sử dụng mạch dịch pha 900, một mạch điều hưởng đơn và mạch tách sóng thành phần để giải điều biến tín hiệu FM. Mạch dịch pha 900 tạo một tín hiệu bằng 4 lần tín hiệu IF thu được. Mạch điều hưởng chuyển đổi sự biến thiên tần số thành sự biến thiên về pha, mạch tách sóng thành phần nhân tín hiệu IF thu được bằng cách dịch pha tín hiệu IF. Hoạt động của mạch như sau: Ci là tụ điện có giá trị điện dung lớn để khi mắc nối tiếp với mạch cộng hưởng gồm R0, L0, C0 sẽ tạo nên sự lệch pha 900 tại tần số trung tâm IF và tạo ra góc lệch pha tỷ lệ với độ lệch tần số. Tín hiệu vào IF (Vi) được nhân lên 4 lần (V0) vào, mạch tách sóng thành phần và tạo ra tín hiệu tỷ lệ và tỷ lệ với độ lệch tần số. Tại tần số cộng hưởng, tổng trở mạch cộng hưởng là điện trở. Tuy nhiên độ lệch tần số của tín hiệu IF tạo ra độ lệch pha dương và âm, vì thế điện áp ra của mạch tách sóng thành phần tỷ lệ với hiệu số pha giữa hai tín hiệu vào, được minh họa bằng biểu thức sau: Vout = Vi – V0 ={Vi sin(wi.t +)}{Vo cosw0.t} = {sin(2wi.t + ) + sin} Hài bậc hai(2wi) được lọc bỏ nên: Vout = sin Trong đó: = tan-1() Q là hệ số phẩm chất của mạch cộng hưởng. l l Ngõ vào IF Ngõ ra mạch giới hạn FM C2 R1 Q1 R2 R3 Vcc C1 (a) l l l l l 2. Mạch hạn biên: Vin VNgưỡng Vout Vmax Giới hạn (b) Hình 5-9: Mạch hạn biên điều hưởng đơn tần (a) Sơ đồ nguyên lý. (b) Hoạt động của mạch hạn biên. Hình (5-9a) là sơ đồ nguyên lý của mạch hạn biên đơn tần với một mạch lọc ngõ ra. Dạng mạch lọc này thường được gọi là mạch giới hạn dải thông hoặc mạch khuếch đại BPL. Thực chất BPL là mạch khuếch đại điều hưởng cực nền loại A. Để mạch hạn biên và mạch FM tĩnh hoạt động yêu cầu tín hiệu IF vào vừa đủ lớn để điều khiển mạch hoạt động ở trạng thái bão hòa và ngưng dẫn. Mạch cộng hưởng ngõ ra được điều khiển bằng tần số trong tầng IF. Mạch lọc để loại bỏ sóng hài và méo biến điệu biên độ tương hổ hiện tại trong xung tam giác. Vì “hard counting” ảnh hưởng của mạch lọc được biểu diển ở hình (5-10). Nếu R2 được chọn hợp lý thì mạch khuếch đại được phân cực hoạt động ở chế độ C. Mạch hoạt động ở chế độ C cũng phù hợp với loại mạch này nhưng yêu cầu mạch lọc tốt hơn. Đối với tín hiệu nhỏ mạch hạn biên không hoạt động. Khi Vin = Vngưỡng mạch giới hạn bắt đầu hoạt động và khi Vin lớn hơn Vmax thì Vout giảm khi Vin tăng. Đó là do mức tín hiệu vào cao nên dòng điện xung cực thu quá nhỏ sẽ làm giảm công suất mạch cộng hưởng. Vấn đề kích thích quá mức mạch hạn biên có thể được làm giảm bằng cách phối hợp với mạch AGC trong sơ đồ mạch điện. Hình 5-10: Ngõ ra của mạch lọc hạn biên. Khi sử dụng mạch hạn biên có hai tầng được gọi là mạch hạn biên kép, ba tầng được gọi là mạch hạn biên bội ba. Hình (5-11a) vẽ mạch hạn biên cascade ba tầng không có mạch lọc ngõ ra. Dạng mạch hạn biên này theo sau nó phải là mạch lọc gốm hoặc thạch anh để loại bỏ thành phần méo phi tuyến. Mạch hạn biên ở trên có ba mạch RC để ghép ba tầng hạn biên với nhau, thành phần DC được mắc nối tiếp để làm giảm dòng cực máng. Mạch khuếch đại Cascade có những ưu điểm của mạch E chung và mạch gate chung. Mạch Cascade cũng làm giảm mức ngưỡng và như vậy sẽ cải tiến được đặc tính tĩnh của các tầng. Anh hưởng của mạch hạn biên kép và bộ ba được biểu diễn trên hình (5-11b) bởi vì máy thu FM có độ lợi đủ lớn để mạch hạn biên hoạt động ở xa vùng bão hòa một khoảng tương đối lớn so với mức tín hiệu RF vào. Mạch AGC thường không cần thiết, trong thực tế mạch AGC làm ảnh hưởng chất lượng máy thu. Ngõ vào IF Q3 Q2 Q1 Vcc Đến mạch lọc Mạch giới hạn 3 Mạch giới hạn 2 Mạch giới hạn 1 (a) l l l l l l l l l l l l l l Vout Vin 3 tầng giới hạn 2 tầng giới hạn 1 tầng giới hạn (b) Hình 5-11: Mạch hạn biên. (a) Mạch hạn biên ba tầng (b) Đường đặc tuyến mạch hạn biên. III- MÁY THU FM DÙNG VI MẠCH TỔ HỢP TUYẾN TÍNH Trong những năm gần đây các hãng sản suất linh kiện như: Signetics, RCA, Motorola… đã chế tạo ra nhiều mạch tổ hợp có độ tin cậy cao, mạch tổ hợp công suất thấp. Hầu hết chúng được sử dụng trong tất cả các loại máy thu, đối với cả hai hệ thống truyền thông AM và FM. Dạng mạch tổ hợp này có những ưu điểm sau : độ tin cậy cao, kích thước nhỏ, là linh kiện tích cực, dễ chế tạo. Sự phát triển của những vi mạch tổ hợp này đã thay thế toàn bộ hệ thống thông tin FM hai chiều đơn giản và hệ thống truyền thông vô tuyến hình mạng đã được sử dụng trong những năm trước đây. 1. Hệ thống trung tần IF của máy thu FM sử dụng vi mạch tổ hợp tuyến tính công suất thấp. NE/SA614A là một IC trung tần IF đơn khối công suất thấp của máy thu FM được chế tạo bởi hãng Sinetic Corporation. NE/SA 614A là linh kiện có hệ số khuếch đại lớn, hoạt động ở tần số cao có công suất tiêu thụ thấp, dòng ngõ vào khoảng 3,3 mA, độ nhạy rất cao (1,5mV tại chân vào của nó) tại tần số 455Khz. NE/SA 614A có 2 ngõ ra âm thanh (1 ngõ bị làm câm và 1 ngõ không). NE/SA 614A không yêu cầu nhiều linh kiện bên ngoài và đáp ứng được yêu cầu kỹ thuật của Radio hình mạng (Radio Cellular). NE/SA614A được ứng dụng trong những lĩnh vực sau đây: Máy thu sóng vô tuyến FM hình mạng. Máy thu sóng FM chất lượng cao. Mạch khuếch đại IF và mạch tách sóng trên 25 Mhz. Đồng hồ đo cường độ tín hiệu RF Ưng dụng trong máy phân tích quang phổ. Thu-phát dữ liệu Sơ đồ khối của NE/SA614A được vẽ trên hình (5-12). NE/SA614A bao gồm 2 mạch khuếch đại trung tần giới hạn, mạch tách sóng vuông góc FM, mạch làm câm tín hiệu âm thanh, mạch chỉ báo logic cường độ tín hiệu thu được và một bộ ổn áp. NE/SA614A có hệ thống xử lý tín hiệu trung tần IF đối với những tần số rất cao 21,4 Mhz. 16 15 14 13 12 11 10 9 1 2 3 4 5 6 7 8 Cường độ tín hiệu Bộ nguồn ổn áp X X GND IF amp GH Vcc GND Hình 5-12: Sơ đồ khối của mạch tổ hợp NE/SA 614A. v Mạch khuếch đại trung tần IF: Hình 5-13 vẽ sơ đồ mạch tương đương của NE/SA614A. Khối khuếch đại IF bao gồm 2 mạch khuếch đại logic giới hạn. Tầng đầu bao gồm 2 mạch khuếch đại vi sai có độ lợi 39 dB và băng thông tín hiệu nhỏ AC là 41 Mhz được điều chỉnh bằng biến trở 50W. Ngõ ra của mạch giới hạn thứ nhất có một bộ lặp lại tổng trở thấp với điện trở tương đương nối tiếp 1K. Tầng giới hạn thứ hai bao gồm 3 mạch khuếch đại vi sai với độ lợi tổng là 62 dB và băng thông tín hiệu nhỏ AC là 28 Mhz. Ngõ ra của mạch khuếch đại vi sai cuối cùng được đệm bởi mạch tách sóng vuông góc bên trong. Một ngõ ra dùng để điều khiển tụ điện dịch pha và mạch dịch pha L,C. Cả 2 tần giới hạn đều được phân cực DC có phản hồi. Mạch đệm ngõ ra của mạch khuếch đại vi sai cuối cùng trong mỗi tầng được phản hồi trở về ngõ vào của tần số đó thông qua biến trở 41KW. Vì mạch giới hạn có hệ số khuếch đại cao, băng thông rộng, trở kháng vào lớn nên các tầng hạn biên có điện thế không ổn định tại tần số trung tần IF lớn hơn 455Khz. Tính ổn định có thể được cải thiện bằng cách giảm hệ số khuếch đại của mạch. Điều này được thực hiện bằng cách mắc thêm bộ suy giảm giữa các tầng khuếch đại. Mạch khuếch đại IF cũng có độ lệch pha thấp (khoảng vài độ trên khoảng rộng của tần số vào). v Mạch tách sóng vuông góc:X 42