Mạch phát FM dùng varicap

1
Đề tài:
MẠCH ĐiỀU TẦN TRỰC TiẾP DÙNG VARICAP
2
Lời mở đầu
•
Trong truyền dẫn vô tuyến ,để đưa tín hiệu có
tần số thấp như âm thanh tiếng nói đi xa cần có
những kỹ thuật điều chế để đưa lên tần số cao,ở
nơi thu sẽ giải điều chế để thu được tín hiệu âm
tần mong muốn,gồm điều chế tương tự và điều
chế số.Phương pháp điều chế tương tự gồm
điều biên (AM) và điều chế góc (PM và FM).Mỗi
phương pháp có ưu , nhược điểm riêng và được
dùng tùy vào ứng dụng cụ thể.
3
Hệ thống thu phát đổi tần được dùng rộng rãi trong
phát thanh radio FM dãy tần 88-108Mhz , truyền
hình audio, ứng dụng quảng bá …. do ưu điểm về
khả năng chống nhiễu cao ,hiệu quả sử dụng công
suất và chất lượng thu tốt hơn AM.Tuy nhiên mạch
phát , thu FM cũng phức tạp hơn AM và do đó giá
thành cũng cao hơn.
Ứng dụng FM dân dụng được dùng phổ biến trong
các Micro không dây.
4
•
Đề tài mạch FM này ,mạch phát ở một tần
số trong dãy tần radio FM để tận dụng
máy thu radio sẵn có.
•

Rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến
của các thầy cô để bài báo cáo được
hoàn chỉnh hơn.
5
Nội dung báo cáo:
•
Cơ sở lý thuyết FM
•
Nguyên lý mạch dao động
•
Phân tích mạch dao động
•
Phân tích thiết kế mạch
•
Mô phỏng bằng phần mềm Pspice
•
Thực hiện mạch in Layout
•
Báo cáo kết quả và tổng kết
•
Hướng phát triển
6
7
I.1.SO SÁNH AM VÀ FM:
Điều chế biên độ AM:
•
Công suất sóng mang không tải tin lớn ,vô ích.
•
Công suất cao tần tải tin nhỏ của hai biên như nhau và phụ thuộc
hệ số điều chế mA

•
Hiệu suất kém (P1 biên/Ptotal)
•
Tính chống nhiễu kém do thông tin nằm ở biên độ và nhiễu trắng
tác động lên biên độ
•
Dễ thực hiện AM và máy thu giải điều chế đơn giản ,rẻ tiền
•
AM dùng trong phát thanh quảng bá MW-SW.Phát ở tần số tương
đối thấp (vài trăm KHz) do ở tần số cao nhiễu cao tần xuất hiện
nhiều.
•
BW nhỏ do chỉ có 2 thành phần sideband fc –fm và fc + fm
•
Dạng đặc biệt của đổi tần.
8
I.2.ĐIỀU CHẾ TẦN SỐ:
Sơ đồ khối hệ thống thu phát:
9
•
Điều chế tần số tạo ra số lượng lớn sideband ở 2 phía
của sóng mang cao tần
•
Tín hiệu FM , hệ số điều chế và băng thông đều phụ
thuộc vào biên độ và tần số của tín hiệu điều chế m(t).
•
So sánh với AM , FM có hệ số điều chế lớn hơn , BW
lớn hơn và khả năng loại nhiễu tốt hơn.
10
Biểu thức

•
Giả sử tín hiệu điều chế

•
Sóng mang có dạng
•
Tín hiệu FM có dạng:
trong đó Ec:biên độ sóng mang
wc:tần số sóng mang
wm:tần số tín hiệu điều chế
mf:hệ số điều chế
mf = ∆f/fm
( ) ( )
m m
m t .sin w tV
=
( ) ( )
c c c
v t V .sin w t
=
( )
FM c c f m
V E .sin w t m .sin w t
= +
 
 
f f m m m
m k .v / w w / w
= = ∆
11

•
Pha đầy đủ :
•
Tần số tức thời :
•
Sóng mang dạng sine được điều chế bởi tín hiệu điều
chế m(t) dạng sine , biên độ m(t) tại mỗi thời điểm đã
làm thay đổi tần số tín hiệu ngõ ra so với sóng mang ban
đầu , trong khi biên độ không đổi.
( ) ( )
c m m
t w t w / w .sin w t
θ
= + ∆
( ) ( )
c m
w t d t / d t w w .s in w t
θ
= = + ∆
12
•
Tín hiệu FM được phân tích hàm Bessel:
•
Các hệ số Bessel Jn trong khoảng 0,0 đến +1,0/-1,0 tại mỗi
tần .Hai dải bên lẻ ngược pha nhau , hai dải bên chẵn đồng pha.

( ) ( )
( ) ( )
( ) ( )
( ) ( )

( ) ( )
0
1
2
3
4 c m c m
.{
– –
2 – 2
3 –3
J sin w 4w t sin w – 4w t
}
FM c c
c m c m
c m c m
c m c m
v t E J sin wt
J sin w w t sin w w t
J sin w w t sin w w t
J sin w w t sin w w t
= +
+ +
 
 
+ + + 
 
+ − + 
 
+ + +
 

 
…………
13
14
Băng thông FM:
•
Công suất tín hiệu FM giới hạn ở các hệ số Bessel
chiếm xấp xỉ 98% công suất FM.Các vạch phổ bậc cao
hơn có biên độ rất nhỏ có thể bỏ qua.
( )
m
f m m
BW 2( f f )
2 m .f f
= ∆ +
= +
15
I.3.DÃY TẦN SỐ FM THƯỜNG DÙNG:
•
Ứng dụng FM :
•
Phát thanh quảng bá phi thương mại 88-90Mhz
•
Phát thanh thương mại 90-108Mhz
•
Truyền hình audio(WFM)
•
Các dịch vụ thông tin công cộng (cảnh sát , cứu hỏa ,…)
30-50Mhz,450-470Mhz , 800Mhz(NBFM)
•

Các ứng dụng khác
16
17
II.1.ĐẶC TÍNH MẠCH DAO ĐỘNG:
•
Mạch dao động thường dùng ở tần số cao, không dùng
ở tần số thấp. Hầu hết đều sử dụng cuộn dây , do đó
nếu dùng ở tần số thấp kích thước cuộn dây rất lớn
không có tính kinh tế.
18
II.2.CÁC THÀNH PHẦN CƠ BẢN CỦA BỘ
DAO ĐỘNG:
19
Điều kiện dao động tối thiểu ,tiêu chuẩn
Barkhausen:
Tín hiệu hồi tiếp ngõ vào phải có cùng pha với tín hiệu
ngõ vào ban đầu (hồi tiếp dương ) và phải có biên độ
nhất định .
20
•
Để có tín hiệu hồi tiếp đến ngõ vào cùng pha với tín hiệu
vào ban đầu.Mạng L-C phải tạo ra một độ lệch pha 180
độ . Bản thân transistor nếu lấy ngõ ra từ cực C tạo ra
độ lệch pha 180 độ so với tín hiệu vào , cần phải tạo
lệch pha 180 độ từ cực C . Mạng L-C sẽ làm điều này và
kết quả là tạo thành hồi tiếp dương.
21
II.3.SỰ TRÔI TẦN SỐ BỘ DAO ĐỘNG :
•
Sự trôi tần số do bản thân Transistor

•
Sự trôi do mạng L-C :
Để hạn chế sự dịch tần này ( dù rất nhỏ ):
•
Cẩn thận trong thiết kế mạch L-C.
•
Bao bọc phần mạch dao động để ổn định nhiệt độ.
•
Điều chỉnh nhiệt độ của phần dao động.
•
Bổ chính nhiệt ( có thể dùng diod, bán dẫn,… ).
•
Gắn chặt các kinh kiện để ngăn sự di chuyển của
linh kiện do va chạm hay rung động .
22
II.4.CÁC DẠNG MẠCH DAO ĐỘNG:
•
II.4.1.Dao động ghép biến áp :
23
II.4.1.Dao động ghép biến áp :
•
Transistor tạo một độ dịch pha 180 độ ở ngõ ra ,
do đó yêu cầu mạch hồi tiếp phải tạo được độ
dịch pha 180 độ .Trong dạng mạch này mạch hồi
tiếp được dùng là biến áp .Cuộn dây sơ cấp của
biến áp và tụ C sẽ quyết định tần số dao động
của mạch.
•
Tín hiệu hồi tiếp được điều khiển bởi tỉ số k của
biến áp.

1
2
osc
F
LC
π
=
24
II.4.2.Mạch dao động Colpitts:
25
II.4.2.Mạch dao động Colpitts:
•
Tín hiệu hồi tiếp về cực B điều khiển bởi tỉ số 2
tụ C1 và C2
•
Đỉnh biên độ dao động đạt được tại điểm mà
mạng tạo ra độ dịch pha 1800 , tại đó dao động
xảy ra.
•
Cuộn cảm hay tụ điện có thể thay đổi.Tụ C2
thường có giá trị nhỏ hơn C1,và thường là tụ có
thể thay đổi trị số được.
1
2
osc
equiv
F
LC
π
≈