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 đờ i 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 phươ ng 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 xuấ t 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 tấ t 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 thiệ n 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 thứ c 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 (m AM ) ; FM ( m FM ) . 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: P ra < 100 W. • Máy phát công suất trung bình: 100W ≤ P ra ≤ 10 KW. • Máy phát công suất lớn: 10 KW ≤ P ra ≤ 1000 KW. • Máy phát công suất cực lớn: P ra ≥ 1000 KW. Các máy phát có P ra nhỏ có thể sử dụng hoàn toàn bằng transistor; còn lại loại khác có P ra 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 hợ p 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 ti ền 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 P ra 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 (P ra 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 hi ệu 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 VÒNG KHOÁ 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 hoà làm biến đổi một thông 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 môi trường truyền tin vì môi trường này không truyền được tín hiệu gốc. Sóng truyền được tin tức (thông tin) gọi là sóng mang. +Tạo điều kiện ghép nhiều kênh truyền tin để truyền qua cùng một môi trường. Có nhiều kỹ thuật đi ều chế tùy thuộc vào bản chất của tín hiệu gốc và môi trường truyền. Trong kỹ thuật phát thanh, tín hiệu gốc là tín hiệu tiếng, môi trường truyền trong không 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) thông 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 khoá pha PLL. 2.1 Điều biến tần số sóng cao tần (điều tần) Về cơ bản đây là mạ ch dao động LC được tín hiệu điều biến làm biến thiên L hoặc C để thay đổi tần số f = LC π 2 1 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 (f c = LCπ2 1 ) thay đồi theo qui luật của điện áp điều chế ( ký hiệu là V Ω ), ta phải dùng 1 phần tử điện kháng (đèn điện tử, transistor,…) được điều khiển bởi điện áp điều chế V Ω . 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 90 0 ( jX L = L L I V và c C C I V jx 1 = ) Nếu ta dùng 1 mạch transistor mắc theo kiểu EC thì điện áp và dòng điện ra ngược pha 180 0 ( ϕ a =180 0 ). Như vậy ta chỉ cần làm cho điện áp ra hoặc dòng điện ra quay pha đi 90 0 là ta được phần tử điện kháng tương đương (L tđ hoặc C tđ ). 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=j ω RC/S Với S: hỗ dẫn I= SV BE Mạch phân áp RL S RC L tñ = Ls jR z ω = R LS C tñ = 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 = cj S cj 1 R VS V I V BE ω ω + =≈ Nếu chọn các linh kiện sao cho 1/j ω c << R thì trở kháng Z có thể xác định theo biểu thức gần đúng sau đây: Z ≈ S CRj ω =jXL =j ω Ltđ với Ltd = .S CR 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 V Ω vào Base của phần tử điện kháng thì hỗ dẫn của transistor S sẽ thay đổi theo V Ω và có nghĩa là L td hay C tđ sẽ thay đổi theo V Ω . Như vậy ta đã thực hiện được việc điều tần. Nhưng muốn tín hiệu điều tần không bị méo thì hỗ dẫn trung bình S 0 phải tỉ lệ tuyến tính với V Ω . Nếu đặc tuyến V-A là bậc 2 (FET) thì ta có : I ra = a 0 +a 1 + V Ω. +a 2 2 V Ω Nên S 0 = Ω dV d ira = a 1 +2a 2 V Ω. Rcs j z ω − = RCSC tñ = Rs jwL z = RS L L tñ = . 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. • 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