Đang tải... (xem toàn văn)
Thiết kế và thi công FM 2 kênh nhập tần số
1 BÁO CÁO NCKH CÀI ĐẶT TẦN SỐ MÁY PHÁT FM BẰNG BÀN PHÍM PHẦN MỞ ĐẦU Ngày nay, khoa học kỹ thuật trên Thế Giới có nhiều tiến bộ, nhiều thành tựu đáng kể. Nhất là lĩnh vực khoa học kỹ thuật, công nghệ thông tin, phát thanh số, phát hình số… đã và đang phát triển rất mạnh. Các thiết bị điện tử ngày càng tinh gọn, siêu nhỏ nhưng tính năng và hiệu quả làm việc của chúng thì rất cao và bền. Ở nước ta truyền thanh được sử dụng rộng rãi trong đời sống người dân. Nhờ truyền thanh mà đời sống văn hóa, xã hội của người dân được nâng lên, nắm bắt nhiều thông tin, cập nhật hàng ngày tin tức trong nước và trên thế giới. Đặc biệt, nước ta còn có rất nhiều vùng dân tộc thiểu số, nhà nước đang ra sức cập nhật thông tin đến người dân một cách nhanh chóng, thì đài truyền thanh của địa phương sẽ đưa thông tin đến người dân về mọi phương diện như dân số, khoa học quân sự, y tế, giáo dục, đời sống…một cách nhanh chóng và hiệu quả nhất. Từ đó ta thấy truyền thanh là một lĩnh vực rất cần thiết trong một nước. Do đó ta thấy càng phải nghiên cứu, học hỏi và phát triển lĩnh vực phát thanh để phục vụ nhu cầu của nhân dân. Đồng thời từ thực tế công việc thực tập: Chuyên sản xuất thiết bị phát thanh chuyên dụng, trong đó có máy Thu FM điều khiển tắt mở từ xa theo đơn đặt hàng nên muốn thử máy thu ở nhiều tần số thì phải làm nhiều máy phát có tần số khác nhau hoặc một máy phát có các công tắc gạt để chọn tần số hoặc phải dùng tụ xoay nhưng nhiều khi bị trôi tần số, và rất mất công. Kết hợp những điều đó, với tất cả những kiến thức được học và tìm hiểu, nghiên cứu sách vở, tài liệu, các dạng mạch thực tế đã thúc đẩy tôi thực hiện đề tài “Cài đặt tần số Máy Phát FM bằng bàn phím”, trước mắt là để giải quyết những khó khăn bất tiện cho nhà sản xuất những thiết bị chuyên dụng này. 2 BÁO CÁO NCKH CÀI ĐẶT TẦN SỐ MÁY PHÁT FM BẰNG BÀN PHÍM PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Tìm hiểu lý thuyết về mạch phát tín hiệu Tìm hiểu, nghiên cứu để thiết kế mạch cho mô hình máy phát FM nhập tần số bằng bàn phím. Dựa vào tài liệu trên mạng, các luận văn, sách để tham khảo và ứng dụng vào luận văn. Thi công máy phát FM cài đặt tần số bằng bàn phím với công suất nhỏ, kiểm tra IC phát tín hiệu bằng máy thu FM, lập trình điều khiển chọn tần số và hoàn thiện mạch bằng cách chạy thử nghiệm nhiều lần. KẾ HOẠCH THỰC HIỆN Căn cứ vào nội dung đề tài, người thực hiện sẽ tiến hành theo các chương. Trong quá trình thi công thì cố gắng tìm hiểu, đọc thêm tài liệu có liên quan để hoàn thành mạch thực tế một cách tốt nhất. Mỗi chương sau khi hoàn thành sẽ gửi cho giáo viên hướng dẫn xem, góp ý, chinh sửa. Cố gắng thực hiện luận văn đúng thời gian quy định. 3 BÁO CÁO NCKH CÀI ĐẶT TẦN SỐ MÁY PHÁT FM BẰNG BÀN PHÍM PHẦN NỘI DUNG 4 BÁO CÁO NCKH CÀI ĐẶT TẦN SỐ MÁY PHÁT FM BẰNG BÀN PHÍM Chương 1: GIỚI THIỆU MÁY PHÁT VÀ MÁY PHÁT FM CƠ BẢN 1.1. Định nghĩa và phân loại máy phát Một hệ thống thông tin bao gồm: máy phát, máy thu, và môi trường truyền sóng. Trong đó máy phát là một thiết bị phát ra tín hiệu dưới dạng sóng điện từ được điều chế dưới một hình thức nào đó. Sóng điện từ còn gọi là sóng mang hay tải tin làm nhiệm vụ chuyển tải thông tin cần phát đi đến nơi thu (máy thu). Thông tin này được lồng vào (gắn vào) tải tin (sóng mang) bằng hình thức điều chế thích hợp. Máy phát phải phát đi công suất đủ lớn để cung cấp tỉ số tín hiệu trên tạp âm (S/N: signal/ noise) đủ lớn cho máy thu. Máy phát phải sử dụng sự điều chế chính xác để bảo vệ các thông tin được phát đi, không bị biến dạng quá mức. Ngoài ra, các tần số hoạt động của máy phát được chọn căn cứ vào các kênh và vùng phủ sóng theo qui định của hiệp hội thông tin quốc tế. Các tần số trung tâm (sóng mang) của máy phát phải có độ ổn định tần số cao. Do đó cần quan tâm một số chỉ tiêu kỹ thuật của máy phát như sau: ¾ Công suất ra của máy phát. ¾ Độ ổn định tần số : ∆f/f0 = 10-3 - 10-7 ¾ Các chỉ số điều chế : AM (mAM) ; FM ( mFM) . ¾ Dải tần số điều chế . Phân loại máy phát: Người ta phân loại máy phát dựa chủ yếu theo các điều kiện sau đây: a. Theo công dụng: Được phân loại theo sơ đồ miêu tả sau: 5 BÁO CÁO NCKH CÀI ĐẶT TẦN SỐ MÁY PHÁT FM BẰNG BÀN PHÍM Hình 1.1: Phân loại máy phát theo công dụng b. Theo tần số: Cũng phân loại tương tự như máy thu * Đối với phát thanh: • Từ (3 ÷ 30) KHz ≈ (100 km ÷ 10 km ): Đài phát sóng cực dài (VLW). • Từ (30 ÷300) KHz ≈ ( 10km ÷ 1km): Đài phát sóng dài (LW). • Từ (300 ÷3000) KHz ≈ (1 Km ÷ 100m ): Đài phát sóng trung (AM/MW). • Từ (3 ÷30) MHz ≈ (100m ÷ 10m ): Đài phát sóng ngắn ( SW). * Đối với phát hình: • Từ (30 ÷300) MHz ≈ (10 m ÷ 1m): Đài phát sóng mét. • Từ (300 ÷3000) MHz ≈ (1 m ÷ 0,1m): Đài phát sóng dm. * Đối với thông tin viba và rađa: • Từ (3÷30) GHz ≈ (0,1 m ÷ 0,01m): Đài phát sóng cm. • Từ (30 ÷ 300) GHz ≈ (0,01 m ÷ 0,001m): Đài phát sóng mm. c. Theo phương pháp điều chế: • Máy phát điều biên (AM). • Máy phát đơn biên (SSB). • Máy phát điều tần (FM) và máy phát điều tần âm thanh nổi (FM stereo). • Máy phát điều xung (PM). 6 BÁO CÁO NCKH CÀI ĐẶT TẦN SỐ MÁY PHÁT FM BẰNG BÀN PHÍM Ngày nay, máy phát số đang được nghiên cứu để ứng dụng vào tất cả các loại máy phát thông tin số, phát thanh số, phát hình số … d. Theo công suất: • Máy phát công suất nhỏ: Pra < 100 W. • Máy phát công suất trung bình: 100W ≤ Pra ≤ 10 KW. • Máy phát công suất lớn: 10 KW ≤ Pra ≤ 1000 KW. • Máy phát công suất cực lớn: Pra ≥ 1000 KW. Các máy phát có Pra nhỏ có thể sử dụng hoàn toàn bằng transistor; còn lại loại khác có Pra vừa và lớn, cực lớn thì phải dùng các đèn điện tử đặc biệt. 1.2. Máy phát FM cơ bản Hình 1.2: Sơ đồ khối tổng quát của máy phát điều tần (FM) + Khối chủ sóng có nhiệm vụ tạo ra dao động cao tần (sóng mang) có biên độ và tần số ổn định, có tầm biến đổi tần số rộng. Muốn vậy ta phải dùng mạch dao động LC kết hợp với mạch tự động điều chỉnh tần số (AFC). + Khối tiền khuếch đại có thể dùng để nhân tần hoặc khuếch đại dao động cao tần đến mức cần thiết để kích thích tầng công suất làm việc. Nó còn có nhiệm vụ đệm, làm giảm ảnh hưởng của các tầng sau đến độ ổn định tần số của khối chủ sóng. Vì vậy mà khối tiền khuếch đại có thể có nhiều tầng: tầng đệm; tầng nhân tần và tầng tiền khuếch đại cao tần. 7 BÁO CÁO NCKH CÀI ĐẶT TẦN SỐ MÁY PHÁT FM BẰNG BÀN PHÍM + Khối khuếch đại công suất cao tần có nhiệm vụ tạo ra công suất cần thiết theo yêu cầu công suất ra Pra của máy phát. Công suất ra yêu cầu càng lớn thì số tầng khuếch đại trong khối khuếch đại công suất cao tần càng nhiều. + Mạch ra để phối hợp trở kháng giữa tầng khuếch đại công suất cao tần cuối cùng và anten để có công suất ra tối ưu nhất (Pra tối ưu). + Anten để bức xạ năng lượng cao tần (biến đổi năng lượng dao động cao tần của máy phát thành sóng điện từ truyền đi trong không gian). Đối với máy phát điều tần thì yêu cầu điện áp âm tần không lớn lắm, nên tín hiệu âm tần từ micro chỉ cần qua một bộ tiền khuếch đại âm tần rồi đưa tới bộ chủ sóng. Mặt khác do tín hiệu điều tần có tần số làm việc cao hơn nhiều so với tín hiệu điều biên nên số tầng nhân tần trong bộ tiền khuếch đại công suất nhiều hơn. Đồng thời dùng nhiều tầng nhân tần thì độ di tần lớn hơn (∆f = ±75 KHz). Độ ổn định tần số của máy phát điều tần cũng yêu cầu cao hơn (10-5 ÷ 10-7), nên hệ thống AFC thường có cấu tạo phức tạp. 8 BÁO CÁO NCKH CÀI ĐẶT TẦN SỐ MÁY PHÁT FM BẰNG BÀN PHÍM Chương 2: KỸ THUẬT ĐIỀU CHẾ VÀ VỊNG KHỐ PHA (PLL) Điều chế (tương tự) là đem tin tức dưới dạng một tín hiệu tần số thấp tác động vào tín hiệu cao tần điều hồ làm biến đổi một thơng số nào đó (biên độ, tần số hoặc góc pha) của tín hiệu cao tần theo tin tức. Trong trường hợp này, tin tức được gọi là tín hiệu điều chế, dao động cao tần gọi là sóng mang, còn dao động cao tần mang tin tức gọi là dao động cao tần đã điều chế. Sóng được điều chế nhằm 2 mục đích: +Sóng đã điều chế thỏa mãn điều kiện truyền của mơi trường truyền tin vì mơi trường này khơng truyền được tín hiệu gốc. Sóng truyền được tin tức (thơng tin) gọi là sóng mang. +Tạo điều kiện ghép nhiều kênh truyền tin để truyền qua cùng một mơi trường. Có nhiều kỹ thuật điều chế tùy thuộc vào bản chất của tín hiệu gốc và mơi trường truyền. Trong kỹ thuật phát thanh, tín hiệu gốc là tín hiệu tiếng, mơi trường truyền trong khơng gian truyền được sóng điện từ. Vào những ngày đầu, kỹ thuật điều biến biên độ sóng cao tần đã được áp dụng, vài mươi năm sau thì kỹ thuật điều biến tần số được sử dụng rộng rãi trong kỹ thuật truyền (phát) thơng tin, nhờ nó có đặc tính chống nhiễu tốt. Trong thời gian nghiên cứu hạn hẹp, người nghiên cứu xin trình bày về kỹ thuật điều biến tần số sóng cao tần (FM: Frequency Modulation), cách ổn định tần số trung tâm của tín hiệu điều tần và tìm hiểu về vòng khố pha PLL. 2.1 Điều biến tần số sóng cao tần (điều tần) Về cơ bản đây là mạch dao động LC được tín hiệu điều biến làm biến thiên L hoặc C để thay đổi tần số f = LCπ21 của mạch dao động. Mạch thay đổi L gọi là mạch điều biến cảm kháng, mạch thay đổi C gọi là mạch điều biến điện dung. Sau đây là phần trình bày một số mạch điều tần trực tiếp: 9 BÁO CÁO NCKH CÀI ĐẶT TẦN SỐ MÁY PHÁT FM BẰNG BÀN PHÍM 2.1.1, Điều tần dùng Transistor điện kháng: Muốn tần số tải tin (fc = LCπ21) thay đồi theo qui luật của điện áp điều chế ( ký hiệu là VΩ), ta phải dùng 1 phần tử điện kháng (đèn điện tử, transistor,…) được điều khiển bởi điện áp điều chế VΩ. Hình 2.1: Cách điều tần dung Transistor điện kháng Ta biết phần tử điện kháng L,C có điện áp và dòng điện lệch nhau 900 ( jXL = LLIV và cCCIVjx1= ) Nếu ta dùng 1 mạch transistor mắc theo kiểu EC thì điện áp và dòng điện ra ngược pha 1800 (ϕa =1800 ). Như vậy ta chỉ cần làm cho điện áp ra hoặc dòng điện ra quay pha đi 900 là ta được phần tử điện kháng tương đương (Ltđ hoặc Ctđ). Ta có 4 cách mắc phần tử điện kháng như bảng sau: Cách mắc Sơ đồ nguyên lý Đồ thị vecto Trị số điện kháng Tham số tương đương Mạch phân áp RC Z=jωRC/S Với S: hỗ dẫn I= SVBE Mạch phân áp RL SRCLtñ=LsjRzω=RLSCtñ= 10 BÁO CÁO NCKH CÀI ĐẶT TẦN SỐ MÁY PHÁT FM BẰNG BÀN PHÍM Mạch phân áp CR Mạch phân áp LR Với mạch phân áp RC, ta tính được: Z = cjScj1RVSVIVBEωω+=≈ Nếu chọn các linh kiện sao cho 1/jωc << R thì trở kháng Z có thể xác định theo biểu thức gần đúng sau đây: Z ≈ SCRjω =jXL =jω Ltđ với Ltd = .SCR Tương tự như vậy, ta có thể chứng minh cho các sơ đồ trong bảng trên. Các tham số tương đương của các phần tử điện kháng đều phụ thuộc vào hỗ dẫn S. Như vậy, nếu ta đặt điện áp điều chế VΩ vào Base của phần tử điện kháng thì hỗ dẫn của transistor S sẽ thay đổi theo VΩ và có nghĩa là Ltd hay Ctđ sẽ thay đổi theo VΩ . Như vậy ta đã thực hiện được việc điều tần. Nhưng muốn tín hiệu điều tần không bị méo thì hỗ dẫn trung bình S0 phải tỉ lệ tuyến tính với VΩ . Nếu đặc tuyến V-A là bậc 2 (FET) thì ta có : Ira = a0 +a1+ VΩ.+a22VΩ Nên S0 =ΩdVdira = a1 +2a2 VΩ. Rcsjzω−=RCSCtñ=RsjwLz=RSLLtñ= [...]... CI T TN S MY PHT FM BNG BN PHM 35 nh danh chung: Super High Frequency (SHF: tn s siờu cao) nh danh riờng cho mi phõn di: Di S : (2 ữ 4) GHz Di C : (4 ữ 8) GHz Di X : (8 ữ 12) GHz Di Ku : ( 12 ữ 18) GHz Di K : (18 ữ 27 ) GHz Di Kdb : (27 ữ 40) GHz Di R : (26 ,5ữ 40) GHz c tớnh truyn: truyn theo ng nhỡn thy, nu tn s cao hn 10 GHz thỡ s cú hin tng suy gim khi truyn qua ma, nu tn s cao hn 22 ,2 GHz thỡ s cú... S MY PHT FM BNG BN PHM 12 2.1 .2, iu tn bng Diode Tunel Hỡnh 2. 2: iu tn bng Diode Tunel Ngi ta cú th a in ỏp ngc vo 2 u Diode thay i in dung tip giỏp ca Diode theo tớn hiu iu ch õm tn Khi ú: Cẹ k Vẹ vi k : hng s (const) V 0,8V (ỏnh thng) Nhng do C bin i trong 1 phm vi rt nh v khụng tuyn tớnh, nờn nú ch c s dng trong cỏc mch t ng iu chnh tn s, m khụng dựng to nờn tớn hiu iu tn to tớn hiu FM ta cú... rt ln.Trong thc t kAFC 100 vỡ cũn ph f ra thuc hng s thi gian ca mch thụng thp BO CO NCKH CI T TN S MY PHT FM BNG BN PHM 20 2. 2.5, S dng h thng t ng iu chnh tn s pha (AFC - P): Hỡnh 2. 11: iu tn dựng h thng AFC-P + H thng ny ch khỏc so vi s AFC tn s ch cú thờm hai b chia tn s v phn t so sỏnh õy l b tỏch súng pha B chia tn s (n1) to 1 tớn hiu FM cú ch s iu ch khụng ln vỡ khi mf nh thỡ J0 >> Jn iu... nhiu chc nng nht trong cỏc thit b in t vin thụng tng t, cụng tỏc nhiu lnh vc khỏc nhau 2. 3 .2, S khi v nguyờn lý hot ng ca PLL Hỡnh 2. 12: S khi PLL PLL l 1 h thng hi tip gm cú 1 b so pha thc cht l b tỏch súng pha, b lc thụng thp (LTT) v b khuch i sai s trờn ng truyn tớn hiu thun v b to dao ng c iu chnh bng in ỏp (VCO) trờn ng hi tip BO CO NCKH CI T TN S MY PHT FM BNG BN PHM 23 Thc cht, PLL hot ng theo... khỏng c dựng fc 50MHz v t c lng di tn /o 2% Trong mch in trờn õy, T1 l phn t in khỏng cm tớnh vi Lt = CR v S T1 T2 l phn t in khỏng dung tớnh vi Ct = CRST2 Khi V tng thỡ ST1 tng v ST2 gim lm cho Lt v Ct u gim, do ú tn s tng nhanh hn theo in ỏp iu ch V v lng di tn tng lờn gp ụi (nu T1,T2 cú tham s ging nhau) Nu Vcc tng ST1 tng v ST2 tng Lt gim v Ct tng Nu T1, T2 hon ton i xng thỡ lng tng ca Ct s bự c... cỏc mỏy phỏt thoi quc t (f 6 Khz) BO CO NCKH CI T TN S MY PHT FM BNG BN PHM 17 2. 2 .2, S dng thch anh lm b to dao ng 0 = Const Sau ú dựng b iu ch pha to tớn hiu iu tn Khi ú ta t c mộo phi tuyn nh (Y 1%), nhng di tn vn cũn khỏ nh Vỡ vy, phng phỏp ny ch dựng trong cỏc mỏy phỏt thoi quc t cú di tn nh (f 6KHz) v mộo phi tuyn nh (Y 1%) 2. 2.3, Thay i ngun cung cp Trong b iu tn s dng cỏc ngun cung cp... trờn + R1, R2 to phõn cc cho Diode Tunel nm on cú in tr õm + C1 : cho in ỏp õm tn i qua, ngn in ỏp 1 chiu + C2: ngn mch in ỏp cao tn khụng cho vo ngun cung cp Vcc i vi Diode Tunel tn s dao ng ca mch bin thi n theo in ỏp phõn cc Hỡnh 2. 3: c tuyn V-A BO CO NCKH CI T TN S MY PHT FM BNG BN PHM 13 Nhỡn vo s c tuyn Vụn-ampe v R-, ta nhn thy ch cn 1 s thay i nh ca in ỏp phõn cc cng gõy nờn s bin thi n ln ca... ln vỡ khi mf nh thỡ J0 >> Jn iu ú m bo cho b tỏch súng pha lm vic bỡnh thng B chia th 2 (n2) l chia tn s thch anh vỡ thch anh thng cú tn s cng hng riờng cao + Hai tớn hiu sau hai b chia n1, n2 c a ti b tỏch súng pha so sỏnh Nu hai tớn hiu cú (fra/n1 = fTA/n2) thỡ sai pha gia chỳng = 0 nờn VTS = 0 Khi fra / n1 fTA/n2 thỡ sai pha gia chỳng 0 v VTS = f() + Mt khỏc khi in ỏp iu ch Vthay i lm fra thay... thụng thp ch cho qua nhng sai pha cú tn s bin thi n chm 0 ữ 20 Hz + VC sau b lc thụng thp c a ti varicap lm Cv thay i, fra thay i sao cho fra tin dn ti f0 Nh vy ta ó n nh c tn s trung tõm: f0 BO CO NCKH CI T TN S MY PHT FM BNG BN PHM 21 u im ca h thng AFC P: l ch cn mt s thay i nh ca tn s cng dn ti 1 s dch pha ln, do ú gõy ra VTS ln v VC ln VD: fss = 1 Hz thỡ = 2 = 3600, chớnh vỡ vy m h thng ny cú th iu... ta nhn thy ch cn 1 s thay i nh ca in ỏp phõn cc cng gõy nờn s bin thi n ln ca in tr phõn cc cng gõy nờn s bin thi n ln ca in tr õm v lm cho tn s dao ng thay i theo biu thc sau f0 = 1 2 1 LK (CK + C2 ) 1 C2 (C1 + CK ) R Khi V tng V tng v I gim nờn R = Khi V gim V gim v I tng nờn R = VD ID 2 tng lm cho f0 tng lờn VD gim lm cho f0 gim xung ID Mch iu tn bng Diode Tunel khỏ n gin v tuyn tớnh hn dựng Diode . điều tần thì kích thước bộ điều tần nhỏ, và có thể điều tần ở tần số siêu cao, khoảng vài trăm MHz. 2. 2. Ổn định tần số trung tâm của tín hiệu điều tần. văn. Thi công máy phát FM cài đặt tần số bằng bàn phím với công suất nhỏ, kiểm tra IC phát tín hiệu bằng máy thu FM, lập trình điều khiển chọn tần số và
