Chương 11: THIẾT KẾ MẠCH THIẾT KẾ MẠCH DAO ĐỘNG CHUẨN: Để điều chế hay giải điều chế đòi hỏi phải có sóng mang Sóng mang tạo mạch dao động Việc tạo mạch dao động thực nhiều phương pháp Ở đây, người thiết kế chọn mạch dao thạch anh để tạo sóng vuông không tạo sóng sin sóng vuông dễ tạo, dễ kiểm soát biên độ, dễ chia tần số mạch dao động thạch anh có nhiều ưu điểm mạch dao động khác nói phần phụ lục Xét mạch dao động dùng cổng đảo:   R1  R2   C1 C2 HÌNH Tần số dao động định thạch anh Trong thiết kế, người thiết kế chọn: Thạch anh có tần số 4,43Mhz dễ tìm thấy thị trường Mạch dao động sử dụng cổng đảo CMOS IC 4049 (Inverting Buffer) Điện trở R1 đóng vai trò điện trở hồi tiếp âm từ ngõ đến ngõ vào tầng đảo CMOS Để mạch hoạt động ổn định thì: 5M  R1  100M Chọn R1 = 10M Cổng đảo CMOS có độ lợi 104 Độ lợi điều chỉnh với biến trở R2 R2 = (2  10) Rthạch anh Chọn R2 = 2K Tụ C1, C2 dùng để điều chỉnh nhỏ tần số dùng ngăn cản thạch anh dao động với tần số khác tần số Thường chọn C1 = C2 = 60 pF Trong thiết kế mạch dao động tạo sóng mang đòi hỏi tần số f0=4,3KHz Thạch anh dao động tạo tần số 4,43MHz Vì phải đưa qua mạch chia tần số sử dụng IC CD4040 Ngõ Q10, tần số là: , 43  10  , KHz 10 Mạch dao động thạch anh tạo sóng mang: f0  IC 4049   10M IC 4049 16 CLK Q10 CD 4040  OUT 14 16 + 6V 2K   60 pF 60 pF HÌNH : MẠCH DAO ĐỘNG THẠCH ANH THIẾT KẾ MẠCH HYBRID: Sơ đồ maïch : R1 R2 V1  R3   + R0 V3  V2 HÌNH :MẠCH HYBRID Yêu cầu thiết kế cho mạch Hybrid trên: - Tín hiệu từ sang mà không sang - Tín hiệu từ sang mà không sang Xây dựng hàm truyền mạch:  Tính V3 có V1 (nối tắt V2): Ta có :  V   V V1  V R2   V   V R1 V1   R0    R  R   3  1   R  R  R0 R1 V1  R0  R3 V1  V R2 V R0 R0  R  V1  V3    R1  R2  R2 V  R1 R1 R1  R R1  R1  1  R V1   Tính V3 có V2 (nối tắt V1): Ta có: V   V   R3 V2 Ro  R3 V V V   R2 R1  V V  V    R2 R1 R1 V3  R1  R V R2 V3  R3 R  R2 V2  R0  R3 R2   Khi có V1 V2: Ta coù :  R0  R3 R  R2  R  R2  R1 V2   1 V1    V3   R R R R R R2  R1 3     Để tín hiệu từ không sang 3, ta phải có: R0 R  R2 1   R0  R3 R1 R R  R   R  R  R  R R  R1R R0  R1 R   R2 Thay (*) vào biểu thức V3 ta được: V3 = V Ta thấy điều kiện thõa mãn tín hiệu từ không sang Vì biến áp phối hợp trở kháng 600:600 (R0 = 600) nên ta chọn: R1 = R2 =10K Suy : R3  R Choïn : R2 1000  600  600  1000 R1 R3 = 560 THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU CHẾ – GIẢI ĐIỀU CHẾ CÂN BẰNG (DSB): Điều chế – giải điều chế DSB thực vi mạch LM 1496 (LM1596) MC 1496 Tất Ứng dụng điều chế cân triệt sóng mang, điều chế tách đồng bộ, tách FM, PM, hay nhân tần dải rộng Các giá trị danh định:  P tiêu tán : 500mW  Điện áp nguồn : 30V  Tín hiệu vào vi sai(V7 – V8) :  5V  Tín hiệu vào vi sai(V4 – V1) :  (5+I5R0)V  Tín hiệu vào (V2 – V4 , V3 – V4) : 5V Dòng thiên áp (I5)  Nhiệt độ sử dụng Cấu tạo bên LM1496: : 12mA : 00 - 700  Chức chân: : signal in (+) : gain adjust : gain adjust : signal in (-) : bias : output (+) : NC Sơ đồ mạch điều chế :  SÓNG MANG   - 6V 1K TÍN HIỆU : carrier in (+) : NC 10 : carrier in (-) 11 : NC 12 : output (-) 13 : NC 14 : -VEE +    - 6V 1K   51 14 6,8K  1K 10 LM 1496  51  1K RE  6V  3,9K  12 3,9K  6V +  TÍN HIỆU DSB  HÌNH :MẠCH ĐIỀU CHẾ DSB Tính giá trị linh kiện phân cực cho IC choïn : I   ,7  , 726 ,8  ,5 mA  V5 = - 0,7266,8= - 4,9V Dòng cực phát Q7 :  4,9  0,7  0,8mA 0,5 Doøng cực phát Q5 , Q6 ,Q8 : IẸ5 = IE6 = IE8 = IE7 = 0,8mA Dòng cực thu Q1 , Q2 , Q3 , Q4 : IC1 = IC2 = IC3 = IC4 = IE7/2 = 0,4mA Dòng chân chân 12 : I6 = I12 = 2IC1 = 0,8mA p chân chân 12 : V = V12 = – 0,8 3,9 = 2,88V p chân chân : V1 = V4 = -6/2 = -3V p chân chân : V2 = V3 = V1 – 0,7 = - 3,7V p chân chân 10 : V8 = V10  0V IE7  Nhà sản xuất khuyến cáo nên sử dụng mức sóng mang đưa vào 300mV Vì mức biên độ tạo độ triệt sóng mang tốt Độ lợi mạch định bởi: Km  VC R L KT R E  re  2 q Trong đó: RE : điện trở điều chỉnh độ lợi KT  26 mV q 26 mV 26 mV   36  re  , 726 mA I5 VC : biên độ sóng mang RL : điện trở chân Độ lợi đạt giá trị tối đa nối tắt RE: K m max  ,3  3,9  10 VC R L   221 KT 2  26  10   36 2 re q Khuyến cáo nhà sản xuất: Km = 10  15 Chọn Km = 15, ta tính RE = 1K Mạch giải điều chế thực ngược lại, nghiã cho tín hiệu SSB vào chân nhận tín hiệu AF chân THIẾT KẾ MẠCH LỌC TẦN THẤP: Tín hiệu điện thoại có tần số từ 300Hz – 3400Hz, tần số sóng mang đưa vào mạch điều chế cân 4300Hz nên sau điều chế có biên tần: Biên tần : 900Hz  4000Hz Biên tần : 4600Hz  7700Hz Trong Telephone Scrambler sử dụng biên tần nên dùng mạch lọc tần thấp nối đầu mạch điều chế giải điều chế Tần số cắt mạch lọc tần thấp 4000Hz, chất lượng tín hiệu tốt sử dụng bậc mạch lọc cao, mạch lọc có bậc cao gặp nhiều khó khăn việc thiết kế tính toán, thông tin điện thoại tiêu nghe rõ hàng đầu, Còn chất lượng yêu cầu vừa phải chọn mạch lọc tần thấp bậc Mạch lọc gồm có hai loại mạch lọc thụ động mạch lọc tích cực Mạch lọc thụ động đơn giản nhược điểm làm suy giảm lượng qua mà khả khuếch đại, khó phối hợp trở kháng với mạch ghép Cho nên người thiết kế chọn mạch lọc tích cực ưu điểm hệ số truyền đạt tăng, ảnh hưởng với tải không đáng kể Mạch lọc tích cực có nhiều loại Ở người thiết kế chọn mạch lọc Butterworth mạch điện đơn giản, tính gần thỏa mãn tính ưu việt mạch lọc Bessel Chebyshev Thực mạch lọc tần thấp bậc cách ghép nội liên tiếp hai mạch lọc tần thấp bậc bậc để có suy giảm –60dB/D Mạch điện : C2 RNF1 VI R1  R2  + RNF2   V01 R3 C1  + V0  C3 HÌNH : MẠCH LỌC TẦN THẤP BẬC AV  AV dB 0,707 -3 c - 60 10 c  HÌNH : ĐẶC TUYẾN BIÊN ĐỘ CỦA MẠCH LỌC BUTTERWORTH TẦN THẤP BẬC Hàm truyền mạch lọc tích số hệ số truyền đạt mạch lọc tần thấp : bậc bậc nên ta có: AV  U U U 01   U I U 01 U I A(P) = A1(P)  A2(P) Mạch lọc tần thấp bậc 1: A2  P   A02  a2 P A2  P   A02   C R3C3 P Heä số truyền đạt chiều A02 = Dựa vào bảng ta có a2 = a2 = CR3C3 C  R3 C 2 f C  C3  R3 C 2 f C R3 Tần số cắt fC = 4KHz Chọn R3 = 18K  C3 = 0,0022 ( F ) Mạch lọc tần thấp bậc 2: A1 P   A01  a1P  b1P A1 P   A01   C C1 R1  R2 P   C R1R2C1C P Dựa vào bảng ta có : a1 = b1 = Hệ số truyền đạt chiều A01 = a1 = cC1(R1 + R2) b1 = c2C1C2R1R2 Để dễ cho việc tính toán ta chọn : R1 = R2 = R3 = R = 18K C C1 R  1  C1   C3  0,0011F  2 C R 2 C C1C2 R  1  C2   2C3  0,0044F   C C1R Thường chọn điện trở hồi tiếp RNF với điện trở ngõ vào (RNF : điện trở bù dịch pha lúc tần số 0) RNF1 = R1 + R2 = 36K RNF2 = R3 = 18K Vaäy : R1 = R2 = R3 = 18K C1 = 0,001F = 102 C2 = 0,0047F = 472 C3 = 0,0022F = 222 RNF1 = 39K RNF2 = 18K MẠCH ĐIỀU KHIỂN RELAY: OPTRON     +VCC D2 D1 RL RB   RC  Q C   SCR   SCRAMBLER -VCC HÌNH 8: MẠCH ĐIỀU KHIỂN RELAY Nguồn cung cấp VCC =  6V Chọn Relay OMRON G2R-2 có : - Giá trị sử dụng : 12VDC , 120VAC - Giá trị định mức : 5A 250VAC 5A 30VDC Đo nội trở cuộn dây ta có : RL = 250 Dòng sử dụng qua Relay: RL  2VCC 12   0,048 A RL 250 Từ sổ tay tra cứu, diode có độ trôi nhiệt tối thiểu 10mA nên ta chọn dòng qua Led ID2 = 10mA  IC = IRL + ID2 = 48 + 10 = 58mA Khi chọn Q chọn thông số lớn K lần thông số tính toán K : hệ số an toaøn K = 1,5  IC = 58mA  = 174mA Từ dòng IC ta chọn Q D468 D468 coù : Pmax = 900mW - VCE = 30V - IC = 1A -  = 60 Q hoạt động chế độ đóng ngắt (bão hoà) nên cách tính IB IB = aIB’ a : hệ số bảo hoà a =  10 (thường chọn a = 6) ' IB  I C 58mA   O,97mA  1mA 60  ' I B  aI B   1mA  6mA Dựa vào IB ta chọn OPTRON CNY 17 Thông số CNY 17:  Emitter (GaAs IRED ): Điện áp ngược : 6V Dòng thuận : 60mA Dòng tăng vọt : 2.5A Công suất : 100mW  Detector (Phototransitor): Điện áp ngược VCE : 70V Điện áp ngược VBE : 7V Dòng IC : 50mA Công suất : 150mW Dòng cung cấp cho Led hồng ngoại từ tổng đài chọn 10mA mà CNY17 có Led hồng ngoại dòng cực đại đến 60mA nên chịu đựng IE = IB + IC = 6mA + 58mA = 64mA Dựa vào IE ta chọn SCR 2N2009 2N2009 có : Điện áp ngược lớn 25V Dòng kích 20mA Điện áp kích 1V Sụt áp chiều thuận 1,2V Dòng thông dẫn lớn 1A RC  RC  VCC  VCEQ  VD  VGK  VCC  I D2 12  0,2  0,6  1,2  103   1K 10  10  PRC  RC I D  103  10  103   0,1W Choïn RC = 1K / 0,25W RB  RB  VCC  VCEOT  VBEQ  VGK  VCC  IB 12  0,2  0,6  1,2  1,67.103   1,67K 3 6.10   2 PRB  RB I B  1,67.103  6.103  0,06012 W VCEOT : điện áp VCE OPTRON Chọn RB = 1,8K / 0,25W Để tụ nạp xả hoạt động tốt tần số 3400Hz với chu kỳ T = 1/ f = 0,03ms Nên chọn thời nạp xã tụ C RB nhỏ T nhiều  = 0,01ms  = RB.C  C =  / RB = 0,0056F Chọn C = 472 THIẾT KẾ NGUỒN CUNG CẤP : Khối nguồn đóng vai trò quan trọng mạch điện Trong kỹ thuật điện tử đòi hỏi giá trị điện áp nguồn cung cấp phải ổn định Do vậy, người thiết kế sử dụng nguồn ổn áp Yêu cầu đòi hỏi nguồn ổn áp DC: - Điện áp ngõ phải luôn ổn định ngõ vào thay đổi - Dộ miễn nhiễu cao Trước thiết kế nguồn ổn áp ta phải xét dòng tiêu thụ cho toàn mạch Sau tính toán linh kiện tiêu thụ người thiết kế thấy dòng tiêu thụ khoảng vài trăm mA nên chọn IC ổn áp họ 7800 7900 HỌ Dung sai điện Điện áp sai Dòng định Điện áp A7800 A7900 áp 4% 5% biệt MIN 2V  3V 2V  3V mức 1,5A 1,5A khã dụng 5V  24 V 5V  24 V Trong thieát kế đòi hỏi nguồn đôi  6V nên dùng IC: A7806 A7906 để có nguồn DC ổn định cho mạch hoạt động Sơ đồ mạch điện: + AC 220V  7806 C3 C1  +   C2   + 6V  0V C4 7906  HÌNH : MẠCH NGUỒN CUNG CẤP C1 = C2 =1000F/16V C3 = C4 = 0,1F  - 6V ... Choïn C = 472 THIẾT KẾ NGUỒN CUNG CẤP : Khối nguồn đóng vai trò quan trọng mạch điện Trong kỹ thuật điện tử đòi hỏi giá trị điện áp nguồn cung cấp phải ổn định Do vậy, người thiết kế sử dụng nguồn... nên người thiết kế chọn mạch lọc tích cực ưu điểm hệ số truyền đạt tăng, ảnh hưởng với tải không đáng kể Mạch lọc tích cực có nhiều loại Ở người thiết kế chọn mạch lọc Butterworth mạch điện đơn... DC: - Điện áp ngõ phải luôn ổn định ngõ vào thay đổi - Dộ miễn nhiễu cao Trước thiết kế nguồn ổn áp ta phải xét dòng tiêu thụ cho toàn mạch Sau tính toán linh kiện tiêu thụ người thiết kế thấy