Máy phát, thu vô tuyến truyền thanh

CHƯƠNG VIII MÁY PHÁT, THU VÔ TUYẾN TRUYỀN THANH Sau khi đã nghiên cứu các khối làm chức năng điều biến, tách sóng, khuếch đại, phát sóng, cao tần, tổng hợp tần số và đổi tần số chúng ta cần nói qua cấu hình các loại máy phát và máy thu vô tuyến truyền thanh . I. Cấu hình máy phát vô tuyến truyền thanh sóng điều biên: Máy phát công suất thấp, cự ly ngắn có sơ đồ khối như H.VIII-1. Dao động thạch anh Khuếch đại đệm Khuếch đại sóng mang Điều biên Nguồn tín hiệu Tiền khuếch đại Khuếch đại tín hiệu điều biên Khuếch đại công suất trung gian Khuếch đại công suất phát Mạch dung hợp anten phát H.VIII-1 Chức năng các khối đã được nói ở các chương trước. Máy công suất thấp được điều biên mức thấp sau đó sóng đã điều biên được khuếch đại qua tầng khuếch đại trung gian và tầng khuếch đại công suất. Giữa tầng khuếch đại công suất và anten có mạch dung hợp tổng trở ra của tầng khuếch đại với tổng trở anten và mạch điều hợp anten. Đây là cấu hình máy công suất vài chục Watt. Máy phát điều biên công suất cao có cấu hình như H.VIII-2. Khuếch đại trung gian sóng mang Điều biên và khuếch đại công suất phát Khuếch đại trung gian tín hiệu Khuếch đại công suất sóng mang Khuếch đại công suất tín hiệu Mạch dung hợp Dao động thạch anh Khuếch đại đệm Nguồn tín hiệu Tiền khuếch đại anten phát H.VIII-2 Chức năng các khối đã được nói ở các chương trước. Sóng mang được điều biên ở mức cao tức là tại tầng khuếch đại sóng mang cuối cùng. II. Máy phát điều tần: Có hai loại máy phát điều tần là máy phát điều tần trực tiếp, máy phát điều tần gián tiếp và máy phát dùng vòng khóa pha. 1. Máy phát điều tần trực tiếp: Là máy phát có mạch dao động phát sóng cao tần được trực tiếp điều biến tần số bởi tín hiệu điều biến do vậy muốn có chỉ số điều biến cao, mạch dao động thạch anh không thể dùng được. Để có máy phát sóng FM chỉ số điều biến cao, ta phải dùng mạch dao động có khung dao động LC, như vậy không thể đạt yêu cầu phát tần số trung tâm ổn định nếu không có mạch tự động ổn định tần số (AFC). 2MHz 30,6MHz 91,8MHz Mạch dao động điều biến tần số fc =5.1MHz f x 3 f x 2 f x 3 f x 3 Khuếch đại công suất phát Dung hợp So tần 2MHz Trộn phi tuyến Đệm và f x2 Dao động thạch anh 14,3MHz Mạch AFC Lọc qua thấp Lọc thông dải 28,6MHz 30,6MHz anten Tín hiệu điều biến đã tăng trước em(t) H.VIII-3 Sau đây là sơ đồ khối máy phát điều tần trực tiếp Crosby có mạch tự động ổn định tần số (H.VIII-3). Nguyên lý các khối đã được giải thích ở các chương trước. 2. Máy phát điều tần gián tiếp: Đó là máy phát có sóng được điều pha, sau đó sóng điều pha được đổi ra sóng điều tần. Do vậy máy có thể dùng mạch dao động thạch anh phát ra tần số ổn định. Sau đây là sơ đồ khối máy phát sóng FM gián tiếp Amstrong (H.VIII-4). sóng FM được điều tần fc = 200KHz Cộng tuyến tính (combiner) fx72 Trộn phi tuyến và lọc Khuếch đại đệm Khuếch đại đệm Dịch pha 90o Mạch tích phân ịem(t)dt Dao động thạch anh 13,15KHz Điều biến đối xứng ịem(t)dt sóng mang em(t) tín hiệu điều biến em(t) tín hiệu điều biến tăng trước H.VIII-4 Dao động thạch anh sóng mang 200KHz Dung hợp Khuếch đại công suất phát fx72 90MHz Anten 1,25MHz sóng FM được điều tần f’c = 14,4MHz Sóng mang tần số 200KHz. Mạch điều biến pha Amstrong sẽ cho ra sóng điều pha. Để đổi sóng điều pha ra sóng điều tần, tín hiệu điều biến em(t) phải qua mạch tích phân. Sóng FM với tần số giữa f’c = 200KHz có chỉ số điều biến rất thấp nhưng qua mạch nhân fx72 chỉ số được nhân với 72. Tuy nhiên qua mạch nhân thì tần số sóng lại có thể vượt quá dải FM quy định. Do vậy sóng lại phải được đổi xuống tần số thấp hơn qua mạch trộn phi tuyến với sóng từ dao động thạch anh thứ hai có tần số 13,15KHz. Qua mạch lọc ta có sóng FM tần số 1,25MHz có chỉ số điều biến đạt yêu cầu để có Dfc = ±75KHz, qua mạch nhân 72 thứ nhì thì tần số lại tăng lên 90MHz. Qua khối khuếch đại công suất phát sóng, sóng được đưa vào anten phát. 3. Mạch phát trực tiếp dùng vòng khóa pha: H.VIII-5 là máy phát FM phát sóng chỉ số điều tần cao dùng vòng khóa pha để có tần số sóng mang ổn định. Sóng ra từ VCO được chia cho N rồi đưa vào mạch so pha với sóng của mạch dao động thạch anh. Mạch so pha cho ra điện áp điều khiển (qua mạch lọc qua thấp) điện áp điều khiển Vđk được dưa vào mạch cộng với tín hiệu điều biến em(t) rồi đưa vào VCO để điều biến tần số. Sóng FM ra sẽ được đổi ra tần số cao hơn bằng mạch trộn phi tuyến và mạch lọc thông dải để có tần số quy định. Sóng FM ra đưa vào mạch đổi tần số cao hơn và mạch khuếch đại trung gian và công suất phát Tín hiệu điều biến (đã tăng trước) Dao động thạch anh So pha VCO f¸N f Cộng tuyến tính H.VIII-5 em(t) II. Máy thu sóng điều biên: Nguyên lý các khối chức năng đã được nói ở các chương trước. Sau đây (H.VIII-6a, b) là sơ đồ máy thu đổi tần một lần và hai lần. Tần số trung gian bằng 455KHz. Điều hợp và khuếch đại cao tần Trộn sóng Dao động hay tổng hợp tần số fo fa fa Khuếch đại trung tần Giải điều biên (tách sóng) Khuếch đại âm tần fo–fa = 455KHz 455KHz H.VIII-6a Máy thu chuyên dùng có hai mạch trộn sóng để đổi tần số hai lần. Do vậy độ nhạy của máy rất cao. Điều hợp và khuếch đại cao tần Trộn sóng 1 Khuếch đại trung tần 1 Dao động 1 fa fo1 fa Trộn sóng 2 Khuếch đại trung tần 2 Tách sóng AM Dao động 2 Khuếch đại âm tần fo2 =2055KHz 1600KHz fif1=fo1-fa = 1600KHz fif2 = 455KHz H.VIII-6b Mạch khuếch đại cao tần làm việc không tốt, độ lợi và dãi thông không ổn định. Tuy nhiên mạch có khả năng loại tần số ảnh. Mạch này thường không được dùng trong mày thu thanh dân dụng, thay vào đó mạch khuếch đại trung tần được tăng độ lợi. Hiện nay mạch dao động (mạch dao động 1 trong máy đổi tần số 2 lần) được thay bằng mạch tổng hợp tần số (đã nói ở chương VI) V. Máy thu sóng điều tần: Cấu hình máy thu sóng điều tần không khác máy điều biên. độ lợi của mạch khuếch đại trung tần cao hơn. Tần số trung gian bằng 10,7MHz. Tần số mạch dao động thấp hơn sóng cao tần H.VIII-7. fa Điều hợp và khuếch đại cao tần Trộn sóng Khuếchđại trung tần Tách sóng FM và giảm sau Dao động và tổng hợp tần số fa f0 fa - f0 = 10,7 MHz Khuếchđại âm tần H.VIII-7 Để tăng độ nhạy của máy, tần số có thể được đổi hai lần như ở máy thu điều biên chuyên dùng (H.VIII-6b). Mạch khuếch đại cao tầng cũng có khi không được dùng đến, thay vào đó mạch khuyếch đại trung tầng được tăng độ lợi. V. Mạch tự động điều chỉnh độ lợi máy thu thanh điều biên: Sóng thu được ở mạch điều hợp anten có hai vấn đề cần giải quyết bởi mạch tự động điều chỉnh độ lợi của mạch khuếch đại trung tần, chủ yếu là độ lợi của mạch khuếch đại trung tần đầu và mạch khuếch đại cao tần nếu có. Vấn đề thứ nhất là máy thu có khi thu sóng từ đài địa phương, sóng đến máy có biên độ rất lớn, không cần độ lợi của các tầng khuếch đại cao. Nếu độ lợi quá cao, các tầng khuếch đại sau sẽ ở trạng thái bão hòa gây hiện tượng méo tín hiệu. Ngược lại khi cần thu sóng từ đài xa, biên độ sóng đến đài nhỏ, các mạch khuếch đại cần có độ lợi cao. Như vậy nếu không có mạch điều chỉnh độ lợi thì máy thu được đài gần thì không đủ độ lợi để thu đài xa, ngược lại máy thu được đài xa thì độ lợi quá cao, không thu được đài gần . Vấn đề thứ hai là sóng đến từ đài xa có biên độ lúc lớn lúc nhỏ, hiện tượng này gọi là FADING tạm dịch là liễm sóng, do vậy âm thanh lúc to lúc nhỏ, cần có mạch tự động điều chỉnh độ lợi . Muốn điều chỉnh độ lợi của một tầng khuếch đại transistor, ta chỉ cần thay đổi dòng điện tĩnh của transistor.Đường biểu diễn biến thiên hệ số b của transisitor theo dòng tĩnh cực thu ICQ2, tức là theo dòng phân cực cực khiển IBQ được chỉ ở H.VIII-8. b (ICQ) ICQ ICQ2 ICQ1 H.VIII-8 b ổn định khi ICQ ở trong khoảng từ ICQ1 đến ICQ2. Khi ICQICQ2, b giảm khi ICQ tăng. Như vậy muốn tăng b ta phải tăng ICQ nếu ICQICQ2 thông thường người ta chọn trường hợp ICQ2<ICQ1 để giảm công suất tiêu tán ở transistor . Như vậy cần có một điện áp điều chỉnh độ lợi của transistor khuếch đại trung tần đầu và transistor khuếch đại cao tần. Để tăng độ lợi, tùy theo loại transistor ta cần tăng hoặc giảm điện áp phân cực cực khiển để tăng dòng điện IBQ của transistor . Trường hợp transistor NPN thì phải tăng điện áp phân cực để tăng độ lợi, nếu là transistor PNP thì ngược lại. Điện áp điều khiển này gọi là điện áp AGC hay điện áp điều chỉnh độ lợi. Nói tóm lại thì phải cần có điện áp AGC âm điều chỉnh độ lợi của transistor NPN và cần có AGC dương để tăng độ lợi của transistor PNP. Điện áp AGC dương lấy từ tín hiệu của mạch âm tần ra mạch tách sóng điều biên qua mạch lọc qua thấp RC để loại tín hiệu âm tần. H.VIII-9a,b là mạch tự động điều chỉnh độ lợi transistor NPN và PNP. em(t) 0 t H.VIII-9a IBQ1 em(t) 0 t H.VIII-9b IBQ1 Khi biên độ sóng đến máy thu tăng điện áp AGC âm ở H.VIII-9a âm hơn, ở H.VII-9b dương hơn làm giảm dòng phân cực IBQ1 của Q1 (lưu ý chiều dòng IBQ1 ở transistor NPN và PNP) độ lợi của Q2 giảm. Khi biên độ sóng giảm, tác dụng điều chỉnh độ lợi sẽ ngược lại. VI. Mạch điều chỉnh tần số ở máy thu điều tần: Mạch tự động điều chỉnh tần số dùng để điều chỉnh tần số dao động ở máy thu thanh đổi tần số khi có hiện tượng trôi tần số ra khỏi tần số giữa. Mạch này gồm hai phần: phần dò tìm ra hiện tượng trôi tần số và phần điều biến cảm kháng hay dung kháng song song với cảm hay dung kháng mạch dao động. Phần mạch dò tìm trôi tần số chủ yếu có nguyên lý làm việc giống như mạch tách sóng điều tần hay mạch so tần số trong vòng khóa pha. Mạch dò này phát ra điện áp điều khiển tỷ lệ với tần số lệch khỏi tần số giữa. Điện áp điều khiển này điều khiển dòng phân cực transistor hay thay đổi điện áp phân cực nghịch một diode biến dung mắc song song với khung dao động LC của mạch dao động. Điện áp điều chỉnh tần số thường được lấy từ mạch từ mạch tách sóng điều tần của máy như H.VIII-10 vẽ những phần chính. H.VIII-10 Trên đây chỉ là các sơ đồ khối gồm các chức năng cơ bản của máy phát và máy thu vô tuyến truyền thanh. Để tiếp cận được với sơ đồ các máy, tìm hiểu, phân tích các khối sinh viên cần xem lại các kiến thức cơ bản về Kỹ thuật điện tử .