Báo cáo Điều chế và giải điều chế biên độ AM

BÀI BÁO CÁO THÍ NGHIỆMVIỄN THÔNG Họ và tên: Trần Công Quang Mã số SV: 910473D Nhóm: 3. Lớp: 09DD2N. Ngày làm TN: Thứ hai ngày 06 tháng 04 năm 2009 – TN Ca: 4 Chiều. BÀI 1: ĐIỀU CHẾ và GIẢI ĐIỀU CHẾ BIÊN ĐỘ AM. Phần1: TÌM HIỂU VỀ CÁC ĐẶC TÍNH CỦA ĐƯỜNG TRUYỀN SÓNG: Mục Đích: Ta có thể mô tả máy phát tín hiệu điều chế biên độ và giải thích tín hiệu tin tức ảnh hưởng đến hình dạng của tín hiệu AM là như thế nào. Ta có thể tính chỉ số điều chế và phần trăm điều chế từ các tham số AM. Ta có thể mô tả điều chế 100%, quá điều chế và hiệu suất truyền. Ta cũng có thể mô tả máy thu AM, và hiểu về sự ảnh hưởng của các tầng RF, IF đến việc phát tín hiệu AM. Hiểu được phương pháp giải điều chế AM bằng cách tách sóng đường bao. Ở BÀI CHUẨN BỊ TA ĐÃ TÌM HIỂU: Tìm hiểu lý thuyết: Khái niệm điều chế. Máy phát AM. Máy thu AM. Tìm hiểu thí nghiệm: Máy phát AM: Chỉ số điều chế và % điều chế. Điều chế 100% , quá điều chế và hiệu suất truyền. Máy thu AM: Kết nối mạch vào máy phát AM. Bộ lọc RF PHẦN THÍ NGHIỆM: Máy phát AM: Các tín hiệu AM: Ta xác định vị trí các khối mạch AM/SSB TRANSMITTER và VCO-LO và kết nối mạch như trên hình sau: Kết nối đầu dò dao động ký kênh 1 tới ngõ vào tín hiệu tin tức (M) của MODULATOR. Khi quan sát tín hiệu trên kênh 1, điều chỉnh máy phát tín hiệu để có một tín hiệu sóng sine 0.2 Vpk-pk, 2 kHz tại M. Kết nối đầu dò kênh 2 đến ngõ vào tín hiệu sóng mang (C) của MODULATOR. Khi quan sát tín hiệu trên kênh 2, điều chỉnh VCO-LO cho một tín hiệu 0.2 Vpk-pk, 1000 kHz tại C. Điều chỉnh tần số sóng mang với núm NEGATIVE SUPPLY trên bộ chân đế, và điều chỉnh biên độ sóng mang với núm vặn trên khối mạch VCO-LO. Kết nối đầu dò kênh 2 đến ngõ ra của MODULATOR. Đặt VERT MODE của dao động ký ở vị trí ALT, và trigger trên kênh 1 (tín hiệu tin tức). Điều chỉnh núm điện thế MODULATOR để cho dạng sóng AM trên kênh 2 dao động ký là 2.0 V giữa các đỉnh trên và dưới, như hình sau. Hình bao tín hiệu AM (kênh 2) có tần số và dạng giống như tín hiệu tin tức. Chỉnh tần số tín hiệu sóng mang (fc) bằng 1000 kHz và tần số tín hiệu tin tức (fm) bằng 2 kHz. Các tần số hiện diện trên phổ tần số của tín hiệu AM là: Sóng mang, Biên trên và Biên dưới. Thay đổi chức năng tín hiệu máy phát từ một sóng sine thành một sóng hình vuông. Thì hình bao của tín hiệu ngõ ra AM sẽ thay đổi từ một sóng sine thành một sóng vuông. Chỉnh lại chức năng máy phát tín hiệu cho một sóng sine. Khi quan sát tín hiệu ngõ ra AM trên kênh 2, thay đổi núm điều khiển AF FREQUENCY ( trên máy phát sóng) của máy phát tín hiệu để thay đổi tần số tín hiệu tin tức. Tần số của hình bao tín hiệu AM sẽ thay đổi tương ứng với tần số của tín hiệu tin tức. Chỉnh lại tần số tín hiệu tin tức đến 2 kHz. Khi quan sát tín hiệu ngõ ra AM, thay đổi núm điều khiển AF LEVEL (trên máy phát sóng) của máy phát tín hiệu để thay đổi biên độ của tín hiệu tin tức. Biên độ của hình bao tín hiệu AM sẽ thay đổi tương ứng với biên độ của tín hiệu tin tức. Chỉ số điều chế và phần trăm điều chế: Trong phần TRÌNH TỰ TIẾN HÀNH này, ta sẽ thực hiện các phép đo dao động ký của tín hiệu AM và tính chỉ số điều chế (m) và phần trăm điều chế (%Mod.), cũng với dạng hình sau. Kiểm tra các công tắc S1, S2, và S3: các công tắc này phải ở vị trí OFF. Trên kênh 1 dao động ký, điều chỉnh điện áp đỉnh-đỉnh của tín hiệu tin tức đến 0.2Vpk-pk. Nếu cần, điều chỉnh núm điện thế MODULATOR sao cho dạng sóng AM trình bày trên kênh 2 là 2.0 V giữa các đỉnh trên và dưới (xem hình trên). 2.0 V là số đo A. Trên kênh 2 dao động ký, đo độ cao dọc (ở volt) giữa các điểm trũng trên và dưới (số đo B trong hình trên) của dạng sóng được điều chế: B = 1,2 V. Tính chỉ số điều chế: . Tính phần trăm điều chế %Mod = 25%. Hình 1.22. Khi quan sát tín hiệu AM trên kênh 2, tăng biên độ của tín hiệu tin tức cho đến khi dạng sóng đường bao của tín hiệu AM tiếp xúc đường chuẩn zero, như trong hình 1-22. Khoảng cách B trên dạng sóng tín hiệu AM bây giờ là 0 V. Trên kênh 2 dao động ký, đo (theo đơn vị volt) khoảng cách dọc giữa các đỉnh trên và dưới của dạng sóng được điều chế (số đo A trong hình 1-22): A = 1,8V. Tính chỉ số điều chế: . Tính phần trăm điều chế: % Mod = 100%. Điều chế 100%, quá điều chế, và hiệu suất truyền: Trong phần TRÌNH TỰ TIẾN HÀNH này, sinh viên quan sát trạng thái điều chế 100%, quan sát hiện tượng quá điều chế, và tính hiệu suất truyền (m). Các công tắc S1, S2, và S3 ở vị trí OFF. Chỉnh dao động ký ở mode NORMAL. Chỉnh lại dao động ký VOLTS/DIV và TIME/DIV để cho tín hiệu AM trên kênh 2 xuất hiện như trên hình 1-21. Tăng biên độ tín hiệu tin tức trên kênh 1 bằng cách điều chỉnh núm AF LEVEL trên máy phát tín hiệu cho đến khi tín hiệu AM xuất hiện như hình 1-23. Tín hiệu AM là tín hiệu quá điều chế. Hình 1.23. Chỉ số điều chế của tín hiệu AM lớn hơn 1. Tín hiệu quá điều chế không được mong muốn trong truyền thông AM. Vì khí này gây méo và nhiễu. Giảm tín hiệu tin tức để cho tín hiệu AM trên kênh 2 được điều chế 100% (hình 1-22). Lúc này ta đo đươc: Vtin tức =0,5Vpk_pk. A = 1,2Vpk_pk. B = 0. => m = 1. Tính hiệu suất truyền m = m2/ (2 + m2) = 33% . Nếu công suất tổng tín hiệu (PT) là 50 kW, tính công suất biên (PSB) bằng cách dùng các giá trị tính được của m. PSB = m x PT = 0,33 x 50Kw = 16,5Kw. Máy thu AM Kết nối mạch máy phát AM: Trong phần TRÌNH TỰ TIẾN HÀNH này, bạn sẽ kết nối và chỉnh máy phát AM và dùng tín hiệu ngõ ra của máy phát như tín hiệu ngõ vào của máy thu. Kết nối mạch máy phát AM, như trình bày trong hình 1-24. Hình 1.24. Trên khối mạch VCO-LO, nối jumper vào vị trí 1000 kHz. Đặt các công tắt S1 và S2 ở vị trí OFF, S3 ở vị trí ON. Khi S3 ở ON, ANTENNA MATCHING IMPEDANCE sẽ tự động chỉnh đến 330W. Kết nối đầu dò kênh 1 dao động ký đến ngõ vào tín hiệu sóng mang của MODULATOR (C). Khi quan sát tín hiệu trên kênh 1, chỉnh biên độ tín hiệu sóng mang đến 0.1Vpk-pk bằng cách điều chỉnh núm trên khối mạch VCO-LO và điều chỉnh tần số tín hiệu sóng mang đến 1000 kHz bằng cách chỉnh núm NEGATIVE SUPPLY trên bộ chân đế. Kết nối đầu dò kênh 2 dao động ký đến ngõ vào tín hiệu tin tức MODULATOR (M). Khi quan sát tín hiệu trên kênh 2 dao động ký, chỉnh tín hiệu máy phát tín hiệu để có tín hiệu sóng sine 0.1Vpk-pk, 2 kHz tại ngõ vào tin tức của MODULATOR. Kết nối đầu dò kênh 1 dao động ký đến ngõ ra của anten (R5). Đặt sweep đến 0.1 ms/DIV, và trigger trên kênh 2. Điều chỉnh núm MODULATOR để dạng sóng AM được điều chế 100%, như trình bày trong hình 1-22. Bộ lọc RF: Trong phần TRÌNH TỰ TIẾN HÀNH này, bạn điều chỉnh bộ lọc RF cho tần số cộng hưởng là 1000 kHz, là tần số của tín hiệu được phát. Dùng jumper kết nối TRANSMITTER đến điện trở 1MW (R8) tại ngõ vào khối mạch AM/SSB RECEIVER (hình 1-25). Kết nối đầu dò kênh 1 dao động ký đến ngõ vào R8.Tín hiệu AM được phát đến ngõ vào R8. Hình 1.25. Bỏ những kết nối không cần thiết trong các phần RF FILTER và RF AMPLIFIER của mạch máy thu ngoại trừ jumper kết nối mạch TRANSMITTER, hình 1-26 trình bày sơ đồ RF FILTER và RF AMPLIFIER. Hình 1.26. Kết nối đầu dò kênh 1 dao động ký đến ngõ ra RF AMPLIFIER. Điều chỉnh L5 ở điểm giữa để cho một tín hiệu xuất hiện trên kênh 1. Điều chỉnh điện cảm L4 ( Nếu không điều chỉnh L4 ta có thể điều chỉnh tần số sóng mang ) để cho tín hiệu đỉnh – đỉnh cực đại tại ngõ ra RF AMPLIFIER. Tần số cộng hưởng ( fr ) của RF FILTER là bao nhiêu: 1000 kHz. Với tín hiệu sóng mang 1000 kHz và tín hiệu tin tức 2 kHz, LSB mà bộ lọc RF phải cho qua là tín hiệu hình sine. Tần số: Biên trên là: fUSB = fc + fm = 1000 + 2 = 1002 kHz. Biên dưới là: fLSB = fc – fm = 1000 – 2 = 998 kHz. Với tín hiệu sóng mang 1000 kHz và tín hiệu tin tức 2 kHz, băng thông (BW) tối thiểu của RF FILTER cần thiết để cho qua tín hiệu AM thu được là: BW = fUSB - fLSB = 1002 - 998 = 4 kHz. Bộ khuếch đại RF: độ lợi công suất cực đại: Trong phần TRÌNH TỰ TIẾN HÀNH này, ta sẽ điều hưởng mạch RLC trong mạch khuếch đại cực thu RF sao cho độ lợi RF AMPLIFIER lớn nhất. Sau đó đo tín hiệu ngõ ra để tính công suất ngõ ra rms và độ lợi công suất của tầng RF. Khi quan sát tín hiệu trên kênh 1, điều chỉnh điện cảm R5 trong mạch cực thu RF AMPLIFIER cho tín hiệu sóng mang đỉnh – đỉnh lớn nhất tại ngõ ra RF AMPLIFIER. Trên kênh 1, đo điện áp đỉnh – đỉnh của tín hiệu sóng mang tại ngõ ra RF AMPLIFIER (VRF(0)). Ghi lại được kết quả là: 2,4ô x 20mV = 48 mV = 0,48V. Chuyển đổi giá trị VRF(o)pk-pk đã tính ở câu b thành giá trị rms VRF(0)rms = VRF(0)pk-pk x 0.3535 = 0,48 x 0,3535 = 0,17V. Dùng kết quả này thay vào biểu thức dưới đây để tính công suất rms của tín hiệu sóng mang tại ngõ ra RF AMPLIFIER. Trở kháng ngõ ra RF_AMPLIFIER là 2 kW. Ghi kết quả theo đơn vị microwatt. PRF(0) = VRF(0)2 / 2 kW = 0,172/ 2KW = 0,0145 mW. Công suất ngõ vào và ngõ ra của tín hiệu sóng mang đến và đi khỏi tầng RF (RF FILTER và RF AMPLIFIER) được trình bày. Tính và ghi công suất ngõ vào theo dBm. Ở thí nghiệm trên ta có: điện áp đỉnh đỉnh của tính hiệu sóng mang là: A = 1,8V. Vậy VRF(i) = 1,8 x 0,3535 = 0,64 V. Tương tự cho trở kháng ngõ vào là 2 kW. Ta có:  PRF(0) = VRF(0)2 / 2 kW = 0,642/ 2KW = 0,21 mW dBmRF(i) = 10 x [log10 (PRF(i) / 1 mW)] = -6.8 dBm. Tính công suất ngõ ra theo dBm. dBmRF(o) = 10 x [log10 (PRF(o) / 1 mW)] = -18.4 dBm. Từ công suất ngõ vào và ngõ ra theo dBm, tính độ lợi công suất của tầng RF theo dB. APRF = dBmRF(O) – dBmRF(i) = -11.6 dB. Kết nối đầu dò kênh 1 dao động ký đến điểm M tại khối MIXER. Chỉnh L5 về điểm giữa để một tín hiệu xuất hiện trên kênh 1. Chỉnh điện cảm L4 cho tín hiệu AM peak-peak lớn nhất tại ngõ ra RF AMPLIFIER. Chỉnh điện cảm thay đổi (L5) trong mạch cực thu RF AMPLIFIER sao cho tín hiệu AM có biên độ đỉnh -đỉnh lớn nhất tại ngõ ra RF AMPLIFIER. Bộ đổi tần: Trong phần TIẾN TRÌNH THỰC HÀNH này, sinh viên sẽ khảo sát ảnh hưởng của bộ MIXER trên tín hiệu AM bằng cách quan sát các tín hiệu ngõ ra và ngõ vào của MIXER. Kết nối ngõ ra của khối mạch VCO-HI 1455 kHz đến ngõ vào dao động nội (C) của MIXER như hình 1-27. Chỉnh núm điện thế VCO-HI xoay một vòng theo chiều kim đồng hồ. Kết nối ngõ ra MIXER đến ngõ vào IF FILTER bằng một jumper. Hình 1.27. Kết nối đầu dò kênh 2 dao động ký đến ngõ ra của MIXER. Vặn núm điều chỉnh của MIXER cho tới khi tín hiệu ngõ ra xuất hiện như trong hình 1-28. Sự điều chỉnh này làm triệt đi tần số VCO-LO 1455 kHz trong tín hiệu ngõ ra. Hình 1.28. Kết nối đầu dò kênh 2 dao động ký đến ngõ ra của IF FILTER. Khi quan sát ngõ ra IF FILTER, chỉnh tần số VCO-HI 1455 kHz bằng cách điều chỉnh núm POSITIVE SUPPLY trên bộ chân đế sao cho tín hiệu có điện áp đỉnh - đỉnh lớn nhất. Nếu việc điều chỉnh này không chính xác, tín hiệu AM sẽ không xuất hiện. Kết nối đầu dò kênh 2 dao động ký đến ngõ ra của MIXER, và kết nối đầu dò kênh 1 đến ngõ vào M của MIXER. Chỉnh điện thế của MIXER cho tín hiệu ngõ ra có hình dạng rõ. So sánh tín hiệu ngõ ra trên kênh 2 với tín hiệu ngõ vào trên kênh 1 của MIXER. Có một hình bao điều chế khác giống như tín hiệu trình bày trong hình 1-29. Khi qua Bộ Trộn MIXER thì có 1 đường bao khác. Hình 1.29. Chỉnh sweep dao động ký đến 1ms/DIV và trigger trên kênh 2. Tín hiệu ngõ ra của MIXER sẽ giống với tín hiệu phức tạp trình bày trên hình 1-30. Đo thờigian giữa các đỉnh của dạng sóng phức tạp, là số đo xấp xỉ chu kỳ (T). Mỗi vạch chia ngang là 1 ms. T = 2ô x 1ms = 2ms. Hình 1.30. Từ chu kỳ (T), tính toán tần số của dạng sóng phức tạp (f =1/T) theo đơn vị kilohertz. f = 500 kHz Tiến trình thực hành E - Bộ lọc IF: Trong phần TIẾN TRÌNH THỰC HÀNH này, sinh viên sẽ quan sát tần số của bộ dao động nội ảnh hưởng đến tín hiệu ngõ ra bằng cách so sánh các tín hiệu ngõ vào và ngõ ra của bộ lọc IF . Kết nối đầu dò kênh một dao động ký đến ngõ ra IF FILTER. Kênh 2 sẽ kết nối đến ngõ vào IF FILTER. Chỉnh sweep dao động ký đến 0.2 ms/DIV. Trigger trên kênh 2. So sánh ngõ ra IF FILTER trên kênh 1 với ngõ vào IF FILTER trên kênh 2. Sẽ không có một hình bao điều chế khác xuất hiện trong tín hiệu tại ngõ ra IF FILTER không vì qua bộ lọc trung tần. Khi quan sát tín hiệu ngõ ra IF FILTER trên kênh 1, thay đổi một ít tần số của tín hiệu 1455kHz đến bộ MIXER bằng cách điều chỉnh vòng chỉnh tinh của núm POSITIVE SUPPLY trên bộ chân đế. Khi tín hiệu ngõ ra IF FILTER biến mất khi tần số của tín hiệu 1455 kHz đến MIXER bị tăng hoặc giảm một ít: Là vì khi tín hiệu qua bộ lọc trung tần IF thì tín hiệu không bị nhiễu, đến khi có bộ trộn thì có tần số dao động nội làm thay đổi tần số. Tiến trình thực hành F - Bộ tách sóng hình bao: Trong phần TIẾN TRÌNH THỰC HÀNH này, sinh viên sẽ quan sát tín hiệu ngõ ra ENVELOPE DETECTOR của máy thu và so sánh nó với tín hiệu tin tức được gởi đến máy phát để kiểm tra ngõ ra của máy thu có thật sự là tín hiệu tin tức hay không. Kết nối đầu dò kênh 1 dao động ký đến ngõ vào tín hiệu tin tức MODULATOR trên khối mạch AM/SBB TRANSMITTER, và kết nối đầu dò kênh 2 đến ngõ ra ENVELOPE DETECTOR. Tín hiệu tại ngõ ra ENVELOPE DETECTOR sẽ có tần số giống như tín hiệu tin tức. Tại máy phát tín hiệu, thay đổi tần số của tín hiệu tin tức 2 kHz. Tần số ngõ ra ENVELOPE DETECTOR sẽ làm thay đổi theo tần số của tín hiệu tin tức. Các đỉnh âm bị xén phẳng do méo của tín hiệu tin tức được gây ra do tín hiệu điều chế 100% đến ENVELOPE DETECTOR. Giảm chỉ số điều chế của tín hiệu AM phát bằng cách xoay từ từ núm điều chỉnh trên khối MODULATOR theo ngược chiều kim đồng hồ, đồng thời quan sát các đỉnh âm của tín hiệu tin tức được khôi phục trở lại bình thường. Tại máy phát tín hiệu, thay đổi biên độ của tín hiệu tin tức 2 kHz. Biên độ ngõ ra ENVELOPE DETECTOR sẽ làm thay đổi theo biên độ của tín hiệu tin tức. => Vì khi giải điều chế thì tín hiệu thu được sẽ giống với tín hiệu tin tức thì đó mới là: Điều chế AM thành công được. KẾT LUẬN: Ở máy thu: Với thí nghiệm này cho ta hiểu được tính chất của điều chế AM. Và sự điều chỉnh cần thiết để có hệ số điều chế là cực đại. Và hiểu được chức năng và nhiệm vụ của từng khối. Và sự thay đổi biên độ khi qua từng khối chức năng. Ở máy thu: Với thí nghiệm này thì có các bộ lọc LC, RLC, dùng để điều chỉnh tần số cộng hưởng (là tần số máy thu và máy phát bằng nhau). Để có công suất thu được là cực đại (biên độ tín hiệu là cao nhất). Và cho ta thấy được khi điều chế AM phát đi và đến khi giải điều chế ở máy thu thì tín hiệu tin tức là giống nhau hoàn toàn.