Đang tải... (xem toàn văn)
Nghiên cứu và xây dựng các bài thực hành điều chế và giải điều chế AM trên bộ kit ITF-01A của hãng IWATSU
LỜI CẢM ƠN Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến tất thầy cô Khoa ĐiệnĐiện tử – Trường Đại học Hàng hải Việt Nam với tri thức tâm huyết để truyền đạt vốn kiến thức quý báu cho chúng em suốt khoảng thời gian học tập trường Em đặc biệt chân thành cảm ơn giảng viên Th.S Vũ Đức Hoàn tận tâm hướng dẫn em thực đồ án tốt nghiệp Nếu lời hướng dẫn, bảo tận tình thầy em khó để hoàn thiện đồ án tốt nghiệp Một lần nữa, em xin chân thành cảm ơn thầy! Đồ án thực gần tháng Do thiếu sót điều chắn khó tránh khỏi, em mong nhận ý kiến đóng góp quý báu từ thầy cô bạn học lớp để đồ án hoàn thiện Sau cùng, em xin kính chúc tất thầy cô Khoa Điện-Điện tử thật dồi sức khỏe, niềm tin để tiếp tục thực sứ mệnh cao đẹp truyền đạt kiến thức cho hệ mai sau! Trân trọng! TP.Hải Phòng, ngày tháng năm 2015 Sinh viên thực Vũ Thị Thúy LỜI CAM ĐOAN Em xin cam đoan công trình nghiên cứu khoa học độc lập riêng Tất số liệu sử dụng phân tích đồ án có nguồn gốc rõ ràng công bố theo quy định Các kết nghiên cứu đồ án em tự tìm hiểu, phân tích cách trung thực, khách quan phù hợp Các kết chưa công bố nghiên cứu khác! MỤC LỤC DANH MỤC CÁC BẢNG Stt Bảng Tên bảng 1.1 1.2 1.3 1.4 Các nút điều khiển, tác động kết nối ITF-011A Các nút điều khiển, tác động kết nối ITF-012A Các nút điều khiển, tác động kết nối ITF-013A Các nút điều khiển, tác động kết nối ITF-014A Tran g 11 12 14 15 DANH MỤC CÁC HÌNH Hìn Tên hình h 1.1 Bố trí phân bố module kit thực hành thí nghiệm ITF- Trang 10 01A 1.2 Cấu trúc ITF-011A 11 1.3 Cấu trúc ITF-012A 13 1.4 Cấu trúc ITF-013A 15 1.5 Cấu trúc ITF-014A 16 2.1 a) Mạch chỉnh lưu nửa chu kì b) Mạch chỉnh lưu chu kì 18 2.2 Dạng sóng thay đổi công tắc Full wave – Half wave 19 2.3 Tín hiệu AM với hệ số điều chế khác 21 2.4 Sơ đồ khối điều chế đơn biên phương pháp lọc 23 2.5 Sơ đồ khối nguyên lý mạch điều chế AM phương pháp 24 lọc quay pha 2.6 Mạch điều chế cân bằng: a) dùng diode, b) dùng transistor 24 2.7 Ch1: Chân 13 (Output) & Ch2: Chân (Base) 27 2.8 Dạng sóng điện áp chân Base Emitter 27 2.9 Dạng sóng điện áp chân Base/dòng điện chân Emitter 27 Ch1: Chân 30 (Collector) & Ch2: Chân 21 (Base) 28 Ch1: Chân 30 (Collector) & Ch2: Chân 35 (Dòng Collector) 29 Ch1: Chân 36 & Ch2: Chân 30 (Collector) 29 Ch1: Chân 21 (Base) & Ch2: Chân 28 (Dòng Emitter) 29 Dạng sóng chân 42 30 2.10 2.11 2.12 2.13 2.14 2.15 2.16 2.17 2.18 2.19 2.20 2.21 2.22 2.23 2.24 2.25 2.26 2.27 2.28 2.29 2.30 2.31 Ch1: Chân 21 & Ch2: Chân 28 31 Ch1: Chân 21 & Ch2: Chân 35 31 Ch1: Chân 21 & Ch2: Chân 36 31 Ch1: Chân 21 & Ch2: Chân 41 31 Dạng sóng 100 KHz 32 Dạng sóng chân 58 33 Ch1: Chân 58 & Ch2: chân 59 33 Sự biến dạng sóng đầu OUTPUT TR41 bị kích thích 33 Tín hiệu điều chế biên độ AM 34 Mạch tách sóng đường bao 34 Méo xảy R.C > 34 Hạn chế độ gợn đường bao 35 Nhiễu xiên cắt 35 Đồ thị biểu diễn hiệu suất tách sóng 36 Hệ thống tách sóng biên độ đồng 37 Dạng sóng chân số 40 2.32 Dạng sóng đầu trung tần (chân số 9) 41 Dạng sóng tách nửa sóng trung tần (Không lọc) 41 Dạng sóng sau tách nửa sóng /lọc (sóng điều chế) 41 Dạng sóng chân số 42 Dạng sóng chân số thay đổi mức đầu SG 43 Nguyên lý phương pháp SEPP 44 Nguyên lý phương pháp Bù đối xứng SEPP 45 Dạng sóng input (Đầu vào) & Output (Đầu ra) 46 Dạng sóng input (Đầu vào) & output (Đầu ra) 47 Dạng sóng chân Base (CH1) chân Emitter (CH2) TR4 47 Dạng sóng chân Base (CH1) chân Emitter (CH2) TR5 47 Dạng sóng input (Đầu vào CH1) Collector TR5 (CH2) 48 3.1 Sơ đồ khối điều chế tín hiệu AM 49 3.2 Kết nối mạch dao động tự kích dùng biến áp 49 3.3 Tín hiệu tin tức từ chân số 13 49 3.4 Kết nối mạch dao động phản hồi khâu RC 50 3.5 Tín hiệu sóng mang từ chân số 43 50 3.6 Kết nối mạch điều chế AM 51 3.7 Tín hiệu điều chế Output chân số 60 51 3.8 Tín hiệu tin tức từ chân số 13 (Hiện tượng điều chế) 52 2.33 2.34 2.35 2.36 2.37 2.38 2.39 2.40 2.41 2.42 2.43 3.9 3.10 3.11 3.12 3.13 3.14 Tín hiệu sóng mang từ chân số 43 (Hiện tượng điều chế) 52 Tín hiệu điều chế chân số 60 52 Sơ đồ khối giải điều chế tín hiệu AM 53 Kết nối giải điều chế AM 54 Sơ đồ khối thu tín hiệu AM 55 Kết nối mạch thu tín hiệu AM 55 MỞ ĐẦU Ngày sống giới thông tin, vấn đề giao tiếp người với người ngày thuận lợi hoàn hảo nhờ vào hệ thống thông tin liên lạc đa dạng Vì mà nhu cầu học tập làm việc lĩnh vực điện tử viễn thông ngày tăng cao Nắm bắt xu hướng đó, hãng IWATSU giới thiệu thị trường kit thí nghiệm ITF-01A thuộc ITF series tiếng vốn quen thuộc với nghiên cứu sinh Hơn nữa, ITF-01A thiết bị thực hành đơn giản với hiệu cao Với thiết kế thông minh, kết nối dễ dàng tích hợp nhiều tính đại giúp người thực hành dễ dàng sử dụng Cũng lí đó, trí cán hướng dẫn thầy giáo Th.S Vũ Đức Hoàn em giao đề tài: “Nghiên cứu xây dựng thực hành điều chế giải điều chế AM kit ITF-01A hãng IWATSU” Nội dung đồ án gồm chương: Chương 1: Kết cấu đặc điểm kit thí nghiệm ITF-01A Chương 2: Thực hành module kit thí nghiệm ITF-01A Chương 3: Xây dựng thực hành thí nghiệm điều chế giải điều chế AM - - kit ITF-01A Sau thời gian tháng, với giúp đỡ thầy giáo Th.S Vũ Đức Hoàn thầy cô giáo môn, em hoàn thành nội dung đồ án Mặc dù cố gắng trình độ có hạn nên đồ án nhiều hạn chế Kính mong thầy cô bạn đóng góp ý kiến để đồ án hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn! TP.Hải Phòng, ngày tháng năm 2015 Sinh viên thực Vũ Thị Thúy CHƯƠNG I: KẾT CẤU VÀ ĐẶC ĐIỂM KIT THÍ NGHIỆM ITF - 01A 1.1 Đặc điểm chung kit thí nghiệm ITF-01A ITF-01A thiết bị cung cấp thực hành thu phát AM, bao gồm khối: ITF-011A tạo tín hiệu dao động hình sin cấu trúc mạch dao động tự kích dùng biến áp, mạch dao động phản hồi khâu RC mạch điều chế Collector; ITF-012A thu tín hiệu AM-RADIO bao gồm mạch đổi tần, mạch khuếch đại trung tần, mạch tách sóng dựa tảng hoạt động mạch thu AM hệ thống máy thu đổi tần; ITF-013A khuếch đại âm tần bao gồm mạch khuếch đại RC hai tầng mạch khuếch đại nguồn OTL; cuối ITF-014A nguồn bao gồm mạch chỉnh lưu, mạch lọc mạch ổn áp bù cung cấp nguồn điện +15VDC cho toàn kit thí ngiệm ITF-01A Hình 1.1 Bố trí phân bố module kit thực hành thí nghiệm ITF-01A Bộ kit ITF-01A hợp thành khối: Bộ tạo dao động, Bộ thu tín hiệu AM, Bộ khuếch đại âm tần, Bộ nguồn Bộ kit cho phép ta thực hành 10 2.4.Thực hành thu tín hiệu AM module khuếch đại âm tần – ITF-013A (Xem hình ITF-013A) a Nguyên lí hoạt động • Mạch khuếch đại ghép RC Với ưu điểm điện dung ghép ngắn mạch tín hiệu từ đầu tầng trước tới đầu vào tầng sau Điện đầu tầng trước đầu vào tầng sau chọn tùy ý, dòng điện chiều qua tụ ghép Nhược điểm loại mạch mạch không truyền đạt tín hiệu có tần số thấp loại ghép gây di pha ảnh hưởng đến tính ổn định khuếch đại, dùng mạch tổ hợp khó tích hợp tụ điện có điện dung lớn • Mạch khuếch đại nguồn OTL Thông thường, khuếch đại đơn loại A sử dụng máy biến đầu ra, khuếch đại đẩy-kéo loại B (đúng với loại AB) sử dụng mạch khuếch đại nguồn tần số thấp Trong mạch transistor, Khuếch đại OTL (Output Transformer Less) máy biến đầu ra, sử dụng ưu điểm trở kháng thấp Loại phổ biến OTL hệ thống SEPP (Single Ended Push-Pull) TR1 kích thích tín hiệu vào nửa chu kì dương, tải trở thành khuếch đại tiếp đất Collector, tương tự với Emitter Tiếp theo, TR2 kích thích tín hiệu đầu vào nửa chu kỳ âm, tải trở thành khuếch đại tiếp đất Emitter Vì vậy, mức dương mức âm khiến tải cân mức tín hiệu vào TR1 TR2 cân Hình 2.37 Nguyên lý phương pháp SEPP 42 Để cải thiện điều người ta sử dụng hệ thống SEPP bù đối xứng cách nối NPN PNP Hình 2.38 Nguyên lý phương pháp Bù đối xứng SEPP b Quy trình thực hành Mạch khuếch đại tầng RC • Mục đích Hiểu nguyên lí hoạt động mạch khuếch đại tầng RC • Thiết bị dụng cụ đo Bộ dao động (2 kênh nhiều hơn), máy phát tín hiệu hình sin (1Hz đến 10MH), , ITF-014A nguồn +15V DC, transistor NPN (với fab f T cỡ vài MHz, cho trước hFE hie), điện trở, tụ điện • Các bước thực hành S1, S2, S3 OFF Nối chân số 6-7, 10-11, 13-14, Lắp transistor vào ổ cắm Lắp điện trở 100Ω (1/4W) vào 18-19, 28-29, 30-31, 23-40 chân số 34-36 Phát tín hiệu hình sin 1kHz (2Vp-p) vào SIGNAL INPUT chân số 1-2 Cấp nguồn +15V vào chân số 60 61 S1 S2 ON Sử dụng oscilloscope quan sát dạng sóng chân số (Đầu vào) chân số 42 (Đầu ra) 43 Hình 2.39 Dạng sóng input (Đầu vào) & Output (Đầu ra) Đo tỉ số biên độ (Tỉ số khuếch đại) dạng sóng vào chân số đầu chân số 42, ghi lại kết 10 S1 S2 OFF, lắp điện trở 10kΩ (1/4W) vào chân số 38 39 11 S1 S2 ON, lặp lại mục 8-9 (Tỉ số khuếch đại), mục 10-11 (Đặc tính tần số) so sánh kết 12 S1 S2 OFF ngắt kết nối để hoàn thành thực hành Mạch khuếch đại công suất OTL • Mục đích Hiểu nguyên lí hoạt động mạch khuếch đại OTL bù SEPP • Thiết bị dụng cụ đo Oscilloscope (2CH nhiều hơn), máy phát tín hiệu hình sin (1Hz- 10MHz), ITF-014A nguồn +15V • Quy trình thí nghiệm Chuyển S1, S2, S3 OFF Lắp điện trở 8Ω (1/2W) vào chân số 53 58 Phát sóng hình sin 1kHz (2Vp-p) vào SIGNAL INPUT chân số 45-46 Cấp nguồn +15V vào chân 60-61 S3 ON Đo dạng sóng đầu chân số 47 (Đầu vào) 52 (Đầu ra) Hình 2.40 Dạng sóng input (Đầu vào) & output (Đầu ra) 44 Quan sát dạng sóng chân số 49 (Base TR4) chân số 50 (Emitter TR4) Hình 2.41 Dạng sóng chân Base (CH1) chân Emitter (CH2) TR4 Quan sát dạng sóng chân số 54 (Base TR5) chân số 55 (Emitter TR5) Hình 2.42 Dạng sóng chân Base (CH1) chân Emitter (CH2) TR5 Quan sát dạng sóng chân số 47 (Đầu vào) chân số 56 (Collector TR5) 10 Hình 2.43 Dạng sóng input (Đầu vào CH1) Collector TR5 (CH2) S3 OFF ngắt kết nối để hoàn thành thí nghiệm 45 46 CHƯƠNG III: XÂY DỰNG CÁC BÀI THỰC HÀNH – THÍ NGHIỆM ĐIỀU CHẾ VÀ GIẢI ĐIỀU CHẾ AM TRÊN KIT ITF-01A Thực hành điều chế AM module ITF-011A 3.1 Signal Mạch điều chế Collector CH1 CH2 Carrier Hình 3.1 Sơ đồ khối điều chế tín hiệu AM 3.1.1 Quy trình thực hành • Tạo tín hiệu chuẩn Chọn mạch dao động tự kích dùng biến áp Hình 3.2 Kết nối mạch dao động tự kích dùng biến áp Bước 1: Tắt S1, S2 S3, sau nối chân 6- 8, 7- Cấp nguồn +15VDC vào chân Bật S3 Tiếp tục, vặn biên độ lớn dần theo chiều kim đồng hồ Bước 2: Lấy tín hiệu chuẩn từ OUTPUT chân số 13 t i n h ie u c a n d i e u c h e V m 0 0 t Hình 3.3 Tín hiệu tin tức từ chân số 13 • Tạo tín hiệu sóng mang 47 Chọn mạch dao động phản hồi khâu RC Hình 3.4 Kết nối mạch dao động phản hồi khâu RC Bước 1: Tắt S1, S2 S3, sau kết nối chân 30- 31, 33- 34, 38-39, 23- 25 Cấp nguồn +15V DC vào chân Bật S2.Vặn biên độ lớn dần theo chiều kim đồng hồ Bước 2: Lấy tín hiệu sóng mang từ OUTPUT chân số 43 s o n g m a n g V c 0 1 0 t Hình 3.5 Tín hiệu sóng mang từ chân số 43 48 • Điều chế Chọn mạch điều chế AM Tín hiệu sóng mang Tín hiệu điều chế Tín hiệu cần điều chế Hình 3.6 Kết nối mạch điều chế AM Bước 1: Đưa tín hiệu chuẩn 1kHz vào chân số 51 tín hiệu sóng mang 100kHz vào chân số 55 Hoặc sử dụng tín hiệu từ nguồn phát Bước 2: Cấp nguồn +15VDC vào chân số Sau bật S3 Bước 3: Thu tín hiệu điều chế OUTPUT chân số 60 tin h ie u d ie u c h e V a m 0 1 0 t Hình 3.7 Tín hiệu điều chế chân số 60 • Hiện tượng điều chế Khi vặn núm Amplitude mạch dao động tự kích dùng biến áp tạo tín hiệu sóng mang đạt biên độ 0.5V, mạch dao động phản hồi khâu RC tạo tín hiệu cần điều chế đạt biên độ 1V 49 t in h ie u c a n d ie u c h e V m 0 1 0 t Hình 3.8 Tín hiệu tin tức từ chân số 13 (Hiện tượng điều chế) s o n g m a n g V c 0 0 t Hình 3.9 Tín hiệu sóng mang từ chân số 43 (Hiện tượng điều chế) tinh ie ud ie uc h e V a m -0 -1 -1 -2 0 t Hình 3.10 Tín hiệu điều chế chân số 60 (Hiện tượng điều chế) Ta tính hệ số điều chế , xảy tượng điều chế 50 3.1.2 Kết luận Quá trình thực hành với mạch tự kích dùng biến áp, nguồn điện bật, dòng qua TR1 khuếch đại chuyển tới phần sơ cấp biến áp T1 Điện áp cuộn thứ cấp T1 tạo phản hồi lại cực B TR1 Ta thực hành hành hai trường hợp cho tín hiệu phản hồi qua C4 qua R5C4: tín hiệu phản hồi qua C4 cho biên độ lớn tín hiệu phản hồi qua R5C4 Khi thực hành với mạch phản hồi khâu RC, ta kết nối mạch theo hình vẽ sử dụng tụ sẵn có thiết bị Tín hiệu điều chế AM tạo thành cách thay đổi biên độ tín hiệu sóng mang theo quy luật tín hiệu tin tức Nếu biên độ tín hiệu tin tức lớn gây tượng điều chế, tín hiệu AM bị méo dạng Thực tế đồ án, để có sóng điều chế đầu không bị méo dạng, thay đổi giá trị biên độ sóng mang tín hiệu cần điều chế cách vặn núm điều chỉnh để thỏa mãn hệ số điều chế m < m = 3.2 Giải điều chế tín hiệu AM module ITF-012A Mạch đổi tần Mạch KĐ trung tần Mạch tách sóng Hình 3.11 Sơ đồ khối giải điều chế tín hiệu AM 3.2.1 Quy trình thực hành Bước 1: Tắt S3, ta có hai cách để đưa tín hiệu điều chế vào khối thu AM-RADIO – ITF-012A: Cách 1: Lấy trực tiếp tín hiệu điều chế từ khối điều chế - ITF-011A đưa vào EXT ANT chân số module ITF-012A Cách 2: Sử dụng anten cắm vào chân số EXT ANT module ITF012A Trong thực hành ta sử dụng cách để thu tín hiệu AM 51 Hình 3.12 Kết nối giải điều chế AM Bước 2: Chọn mạch đổi tần: Bật công tắc RADIO-IF RADIO Tắt S3, đặt công tắc RADIO-IF S1 RADIO Sau nối chân số 4-5, 8-10, 13-15 Cấp nguồn +15VDC vào chân số 19 Bước 3: Thu tín hiệu chân số 17 3.2.2 Kết luận Do tín hiệu sóng điều chế khối ITF-011A bị méo dạng, để chắn kết thí nghiệm khối ITF-012A ta sử dụng anten cắm vào chân số EXT ANT làm tín hiệu đầu vào Để giải điều chế tín hiệu điều chế, ta sử dụng phương pháp tách sóng đường bao có kết cấu mạch đơn giản, dễ thực yêu cầu phải chọn giá trị RC cho phù hợp thu tín hiệu sau tách sóng không bị méo 52 3.3 Thực hành thu tín hiệu AM module ITF-013A Mạch KĐ RC tầng Mạch KĐ OTL Hình 3.13 Sơ đồ khối thu tín hiệu AM 3.3.1 Quy trình thực hành Hình 3.14 Kết nối mạch thu tín hiệu AM Bước 1: Tắt S1, S2 S3, sử dụng loa kết nối vào chân số 53-58 Cấp nguồn +15VDC vào chân số 60 Nối đầu chân số 16 ITF-012A SIGNAL INPUT chân số 47 ITF-013A S3 ITF-012A S3 ITF013 ON Thay đổi frequency selection dial VOLUME (R13) ITF-012A để giảm âm Bước 2: Bật công tắc AGC S2 ITF-012A ON âm lượng lớn OFF nhỏ Nếu âm lượng nhỏ thực bước phía dưới: S3 ITF-012A S3 ITF-013A OFF Ngắt kết nối đầu chân số 16 ITF-012A SIGNAL INPUT chân số 47 ITF-013A Nối chân số 6-7, 10-11, 13-14, 18-19, 28-29, 30-31, 23-40, 42-47 ITF- 013A Lắp điện trở 1kΩ vào chân số 34-36 ITF-013A, điện trở 20kΩ chân số 38-39 53 Nối đầu chân số 16 ITF-012A SIGNAL INPUT chân số ITF- 013A Lắp transistor (NPN) vào ổ cắm ITF-013A Chuyển S3 ITF-012A S1, S2, S3 ITF-013A ON, lặp lại bước để giảm âm lượng Bước 3: Loa thu tín hiệu sóng AM từ đài phát 3.3.2 Kết luận Do tín hiệu sau giải điều chế có biên độ nhỏ nên đưa vào mạch khuếch đại RC tầng Ta thu dạng sóng sau: Hình 3.15 Dạng sóng input (Đầu vào) & output (Đầu ra) Nhận thấy sóng đầu có biên độ lớn sóng đầu vào sau khuếch đại 54 KẾT LUẬN Sau tháng thực đề tài, với nỗ lực thân với nhiệt tình giúp đỡ thầy giáo hướng dẫn thầy cô giáo môn em hoàn thành đề tài với nội dung đạt được: - Kết cấu đặc điểm kit thí nghiệm ITF-01A Thực hành module kit thí nghiệm ITF-01A Xây dựng thực hành thí nghiệm điều chế giải điều chế AM kit ITF-01A Tuy đồ án mắc phải số hạn chế sau: - Kết tổng hợp thực nhiều sai sót Các phần hướng dẫn thực hành chưa cụ thể hóa bước thực Hình ảnh kết chưa rõ ràng, cụ thể Trong suốt trình thực hiện, em rút nhiều kinh nghiệm cho thân Song trình độ hạn chế nên đồ án em không tránh khỏi thiếu sót, em mong nhận góp ý thầy cô bạn để đồ án em hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn! 55 TÀI LIỆU THAM KHẢO Iwatsu test instruments corporation, Electric circuit trainer equipment - ITF01A Instruction Manual, Iwatsu test instruments corporation, 2012 Th.S Vũ Đức Hoàn, Thiết bị thu phát VTĐ, NXB Hàng hải, 2012 Phạm Minh Hà, Kỹ thuật mạch điện tử, NXB Khoa học kỹ thuật, 2005