nghiên cứu và thi công máy phát fm

ii
MÁY PHÁT FM




LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay với sự phát triển của khoa học kĩ thuật đặc biệt là sự phát triển
mạnh mẽ của ngành thông tin viễn thông đã không ngừng đáp đóng góp váo sự phát
triển của xã hội. Xã hội ngày càng phát triển thì nhu cầu giải trí con người càng cao, vì
vậy những đòi hỏi về phương tiện giải trí nghe nhìn là không thể thiếu đối với mỗi
người trong xã hội ngày càng đang phát triển này. Đặc biệt là nhu cầu cung cấp thông
tin, quảng cáo, nghe nhạc qua radio ngày càng phổ biến.
Mặc khác qua sóng vô tuyến các công ty, xí nghiệp có thể sử dụng để điều
hành nhân viên một cách linh động đạt hiệu quả cao. Qua sóng vô tuyến chúng ta điều
khiển hoạt động các thiết bị từ xa.
Chính vì những lý do trên mà người thực hiện đề tài quyết định làm đồ án với đề
tài “Máy phát FM”. Tuy nhiên, với kiến thức và kinh nghiệm còn hạn chế, do đó trong
quá trình thực hiện đề tài không thể không mắc những thiếu sót. Người thực hiện đề tài
rất mong nhận được những ý kiến đóng góp, bổ sung của quý thầy cô cùng tất cả các
bạn sinh viên để người thực hiện đề tài làm tốt hơn các đề tài môn học tiếp theo.


iii
MÁY PHÁT FM
MỤC LỤC
TRANG BÌA i
PHẦN A iError! Bookmark not defined.
GIỚI THIỆU iError! Bookmark not defined.
LỜI CẢM ƠN Error! Bookmark not defined.

LỜI NÓI ĐẦU ii
MỤC LỤC iii
LIỆT KÊ CÁC BẢNG vi
LIỆT KÊ CÁC HÌNH vii
PHẦN B 1
NỘI DUNG 1
CHƯƠNG I 2
DẪN NHẬP 2
1.1.ĐẶT VẤN ĐỀ 3
1.2.LÝ DO CHON ĐỀ TÀI 3
1.3.MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU: 3
1.4.GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 4
CHƯƠNG II 5
PHẠM VI ỨNG DỤNG CỦA MÁY PHÁT FM TRONG CUỘC SỐNG 5
2.1.Giới thiệu: 6
2.2.Đặc tính kỹ thuật và truyền sóng máy phát FM 7
iv
MÁY PHÁT FM
CHƯƠNG III 10
GIỚI THIỆU KỸ THUẬT ĐIỀU TẦN 10
3.1.Kỹ thuật điều tần 11
3.2.Phổ của dao động điều tần 13
3.3.Mạch điện điều chế FM 16
CHƯƠNG IV: 20
Phân Tích Máy Phát Thanh Fm 20
4.1.Sơ đồ khối của máy phát FM 21
4.2.Chức năng các khối 21
CHƯƠNG V 24
PHÂN TÍCH SƠ LƯỢC CÁC LINH KIÊN SỬ DỤNG TRONG MẠCH PHÁT FM 24
5.1.Transistor 25

5.2.Cuộn dây 26
5.3.Diode Varicap(Varactor) 28
CHƯƠNG VI: 23
THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH 30
6.1.Sơ đồ mạch 31
6.2.Hoạt động: 31
CHƯƠNG VII 34
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 34
7.1 KẾT LUẬN 31
v
MÁY PHÁT FM
7.2 KIẾN NGHỊ 35
TÀI LIỆU THAM KHẢO 36

vi
MÁY PHÁT FM

LIỆT KÊ CÁC BẢNG

Hình 3.1.Điều chế FM
Hình 3.2. Giá trị hệ số Bessel đối với j
0
,j
1
phụ thuộc m
f
.
Hình 3.3. Phổ tần số của tín hiệu FM theo hàm Bessel
Hình 3.4.Điều chế FM dùng Varicap
Hình 3.5. Điều chế FM sử dụng bộ dao động thạch anh
Hình 3.6.Điều chế tần số sử dụng điện kháng
Hình 4.1.Sơ đồ khối máy phát thanh Fm
Hình 5.1.Transistor 2S535
Hình 5.2.Đồ thị biểu diễn quan hệ áp và dòng I
C
Hình 5.3.Cấu tạo Varicap
Hình5.4:variable capacitance diode(1SV101 )
Hình 6.1.Sơ đồ mạch phát FM vẽ bằng Egle
Hình 6.2.Sơ đồ mạch in mạch phát FM được vẽ bằng Eagle
Hình 6.4.Sản phẩm hoàn thành

vii
MÁY PHÁT FM

LIỆT KÊ CÁC HÌNH

Bảng 2.1. Ứng dụng của điều chế AM và FM
Bảng 3.1. Hệ số bessel

















PHẦN B

NỘI DUNG

CHƯƠNG I
DẪN NHẬP






3

MÁY PHÁT FM
C
H
NG I: D

N NH

P


1.1.ĐẶT VẤN ĐỀ
Mạch phát FM không phải là đề tài mới và cũng có nhiều khoá trước nghiên cứu
đề tài này. Nhưng vì thực tế mạch phát FM ngày càng được sử dụng nhiều vì các ưu
điểm của nó như phát tín hiệu rõ hơn, chống nhiễu tốt hơn Trong thực tế có nhiều
phương pháp tạo ra mạch phát FM như dùng các linh kiện rời hoặc là dùng IC .
Trong đề tài này, người thực hiện dùng các linh kiện rời để tạo nên mạch điện
phát tín hiệu FM hoàn chỉnh. Hiện nay sử dụng sóng FM trong các xã hội ngày càng
nhiều như cung cấp thông tin cho người dân, quảng cáo, âm nhạc hoặc dùng sóng FM
để điều khiển hoạt động sản suất giữa các nhân viên trong một công ty, xí nghiệp
1.2.LÝ DO CHON ĐỀ TÀI

Đất nước ta đang trong thời kỳ hội nhập, kinh tế phát triển vượt bậc làm cho đời
sống của người dân được nâng cao, nhu cầu giải trí tìm hiểu thông tin qua vô tuyến
ngày càng cao và các yêu sử dụng sóng vô tuyến để điều khiển trong hoạt động sản
xuất.
Xuất phát từ những thực tế trên người thưc hiện tiến hành tìm hiểu đề tài “MÁY
PHÁT FM” để nghiên cứu và thi công mô hình sản phẩm .
1.3.MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU:
Người thực hiện nghiên cứu đề tài này nhằm mục đích:
§ Kết hợp giữa lý thuyết và thực hành, kiểm nghiệm lại lý thuyết đã học. So
sánh giữa lý thuyết với thực hành có vấn đề gì nảy sinh hay không. Nếu có
sẽ nghiên cứu tìm cách giải quyết vấn đề. Từ đó, nâng cao kiến thức
chuyên môn cho nhóm sinh viên thực hiện.
§ Để thiết kế được một hệ thống như đã nêu trên thì người thực hiện phải
nắm được kiến thức chuyên môn ngành điện tử. Sau đó cần tìm hiểu,
4

MÁY PHÁT FM
C
H
NG I: D

N NH

P

nghiên cứu sách vở, các tài liệu của các khoá trước, các tài liệu trong và
ngoài nước và các dạng mạch thực tế để thi công sản phẩm.
§ Rèn luyện khả năng nghiên cứu, tìm hiểu tài liệu.
§ Nâng cao tay nghề cho bản thân trong việc thi công mạch điện tử.
1.4.GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI

Với thời gian, kinh phí cũng như khả năng có hạn nên người thực hiện đề tài chỉ
tập trung nghiên cứu các vấn đề sau:
§ Nghiên cứu hoạt động của mạch phát FM.
§ Thi công hoàn thiện mạch phát.
§ Nghiên cứu cấu tạo của các linh kiện sử dụng trong mạch.








CHƯƠNG II
PHẠM VI ỨNG DỤNG CỦA
MÁY PHÁT FM TRONG
CUỘC SỐNG





6
CH NG II: NG D NG MÁY PHÁT FM
MÁY PHÁT FM

2.1.Giới thiệu:
Máy phát thanh là một công cụ khá phổ biến trong truyền thông đại chúng mà
các nước trên thế giới hiện nay đang dùng. Được chia thành hai loại chính: phát thanh
điều biên (AM)và phát thanh điều tần(FM).

2.1.1.Phát thanh điều biên(AM): Dùng kỹ thuật thay đổi biên độ sóng mang
đựa trên sự thay đổi tín hiệu điều chế.
Thường dùng hai dải sóng chính là sóng trung và sóng ngắn.
Sóng trung(MW:Medium Wave):
+ Đặc tính truyền: truyền sóng đất và sóng trời, truyền ban ngày suy
giảm nhiều hơn ban đêm.
+Công dụng:dùng trong thông tin hằng hải, vô tuyến, vô tuyến tầm
phương, phát tin khẩn cấp.
+Nằm trong dải sóng 300÷3000kHz.
Sóng ngắn(SW: Short Wave):
+ Đặc tính truyền: có hiện tượng khúc xạ và phản xạ ở tầng điện ly của
khí quyển thay đổi nhiều hay ít theo thời gian, theo ngày, theo mùa trong năm, theo tần
số trong dải. Do vậy sóng được truyền đi khắc thế giới. Nếu công suất phát lớn có thể
truyền đi khắp địa cầu.
+Công dụng: tạo vô tuyến truyền thanh nghiệp dư, vô tuyến truyền thanh
quốc tế, thông tin quân sự, hàng không, hàng hải cự ly xa, điện thoại, điện tín,fax
truyền hình…
+Nằm trong dải sóng 3÷30MHz.
7
CH NG II: NG D NG MÁY PHÁT FM
MÁY PHÁT FM

2.1.2.Phát thanh điều tần(FM): Thường sử dụng tần số dải sóng rất cao( VHF
: Very High Frequency).
+Đặc tính truyền: sóng truyền gần như theo đường nhìn thấy, có hiện
tượng tán xạ sóng khi có sự thay đổi chiếc suất bất thường ở các vị trí khác nhau trong
lớp khí quyển cách mặt đất 100Km. Do vậy có thể truyền xa hơn đường nhìn thấy, có
nhiều hiện khúc xạ trong tần điện ly do sóng truyền qua tầng điện ly vào không gian,
đặc tính truyền của sóng bất lợi cho việc truyền sóng giữa đài phát với đài thu ở mặt
đất ở cự ly xa nhưng có thể truyền qua vệ tinh tiếp sóng có can nhiễu của vũ trụ.

+Công dụng:Vô tuyến truyền VHF, vô tuyến truyền thanh điều tần FM
liên lạc với VHF hai chiều, liên lạc với VHF điều biên với máy bay thiết bị hàng
không.
+Nằm trong dải sóng 30÷300MHz.
Như vậy, phát thanh FM nó có dải sóng quy định nằm trong dải băng tần VHF.
Ngày nay hầu hết các nước trên thế giới đều sử dụng băng tần theo tiêu chuẩn
FCC(Federal Communications Commission : hội đồng truyền thông liên bang của Mỹ )
và theo tiêu chuẩn FCC thì phát thanh FM có dải băng tần 87.5÷108MHz. Hiện nay
trên thế giới hầu hết các nước dùng tiêu chuẩn này kể cả Việt Nam.
Như vậy, phát thanh FM là một công cụ đắc lực mà các nước trên sử dụng để
truyền dẫn thông tin, quảng cáo, ca nhạc.
2.2.Đặc tính kỹ thuật và truyền sóng máy phát FM
Phát thanh FM có lợi điểm là chất lượng âm thanh cao hơn âm thanh khi ta phát
AM và phát truyền hình. Do vậy đài phát ca nhạc đều dùng phát thanh FM hơn hẳn
phát thanh AM về chất lượng. Do đó những băng tần thưởng thức ca nhạc đều dùng
phát thanh FM.
8
CH NG II: NG D NG MÁY PHÁT FM
MÁY PHÁT FM
Chính vì vậy các đường âm thanh của máy thu hình đều dùng FM. Thực tế nó là
một máy thu thanh FM. Ngoài ra, các bộ đàm dùng cho hàng không, taxi, thông tin trên
biển … đều dùng kỹ thuật thu phát FM và một vài hệ thống bộ đàm trong quân đội còn
sử dụng kỹ thuật đơn biên.
Ngày nay, nước ta chỉ ứng dụng ở các tỉnh huyện và có các trạm tiếp sóng ở xã
Tỉnh : công suất phát 1KW÷20KW.
Huyện : công suất phát 100W÷1KW.
Xã : công suất phát 10W÷50W.
Sóng FM sử dụng băng tần VHF nên đặc tính của nó cũng chỉ truyền trực thị,
khả năng truyền xa bị hạn chế bởi chiều cao của cột Anten và địa hình. Đây là một
nhược điểm của phát sóng FM nhưng đây cũng là ưu điểm để truyền thanh cho các xã,

huyện nhằm tránh khỏi đi qua tầng điện ly và tránh được nhiễu cho các đài phát thanh
địa phương khác.
Như vậy, muốn thu phát được tốt, thì Anten thu phat phải tốt và nằm trong tầm
nhìn vì băng tần VHF thì trực thị nên sóng luôn truyền thẳng.
Hiện nay ở nước ta ứng dụng về các máy phát FM thuộc loại mạnh trên thế giới.
Mặc dù nước ta còn lạc hậu nhưng về mạng lưới thông tin văn hóa, tuyên truyền có thể
nói là mạnh hầu hết 100% tỉnh, huyện đều có máy phát FM, có những huyện có đến 2-
3 máy phát FM để dự phòng hoặc dùng để tiếp sóng và phát lại đài FM ở trung ương.
Ngoài ra còn ứng dụng vào các công trường để thông tin đều hành sản suất.



9
CH NG II: NG D NG MÁY PHÁT FM
MÁY PHÁT FM









Bảng 2.1. Ứng dụng của điều chế AM và FM

CHƯƠNG III
GIỚI THIỆU KỸ THUẬT
ĐIỀU TẦN










11
CH NG III: KĨ THU T ĐI U T N
MÁY PHÁT FM

3.1.Kỹ thuật điều tần
3.1.1.Khái niệm
Điều tần là quá trình ghi tin tức vào tải tin, làm cho tần số tức thời của tải tin
biến thiên theo dạn
g tín hiệu điều chế(tín hiệu âm tần).
Giả sử : tín hiệu cao tần có dạng :
tín hiệu âm tần có dạng :
Ta đặt =>

=>
Ta có
0
()tdt

ωϕ
Ψ=+
∫

Thay vào biểu thức trên ta được
=>


Đặt là hệ số điều tần

Độ di tần cực đại

=>
0
0
()cos()()
VtVtV
ωω
ω
=
0
0
()cos()()
VtVtV
ΩΩ
=Ω
()
tt
ω
Ψ=

0
()cos()
VtVt
ωω
=Ψ
()
dt
dt
ω
Ψ
=
0
()cos()
f
tKVt
ωω
Ω
=+Ω
0
()(cos())
f
tKVtdt
ω
Ω
Ψ=+Ω
∫
0
()sin()
f
KV

ttt
ω
Ω
Ψ=+Ω
Ω
f
m
f
KV
m
ω
Ω
∆
==
ΩΩ
mf
KV
ω
Ω
∆=
0
cos(())
FM
VVt
ω
=Ψ
0
0
cos(sin())()
FMf

VVtmtV
ω
ω=+Ω
12
CH NG III: KĨ THU T ĐI U T N
MÁY PHÁT FM










Hình 3.1.Điều chế FM

Khi điều chế tần số thì tần số của tải tin biến thiên tỷ lệ với tín hiệu điều chế và
chúng được xác định theo biểu thức sau:

0
()
tt
ωωω
=+∆Ω

với
ω
∆

: lượng di tần cực đại.
Khi đó ta có chỉ số điều tần
f
V
mk
ω
Ω
∆
==
ΩΩ
k- hệ số tỉ lệ
=>
kV
ω
Ω
∆=
Nên khi
Vconst
Ω
= thì
const
ω
∆=
, nhưng khi
Ω
thay đổi thì
f
m
cũng
thay đổi.

13
CH NG III: KĨ THU T ĐI U T N
MÁY PHÁT FM
Như vậy, điều tần là lượng di tần khi điều chế tần số cao cho tỷ lệ với biên độ
điện áp điều chế.
3.2.Phổ của dao động điều tần
Ta có tín hiệu đã điều tần được viết lai như sau:

00
()cos(sin)
FMf
VtVtmt
ω
=+Ω

Khi tín hiệu điều chế đơn âm, phổ của tín hiệu điều tần chỉ chứa thành phần
0
ω

và thành phần tần số biên
0
()
n
ω
±Ω
với n=1,2,3. Biên độ của các thành phần tần số biên
tỷ lệ với hàm số Bessel loại 1 bậc n như hình 3.2

Hình 3.2. Giá trị hệ số Bessel đối với j
0
,j
1
phụ thuộc m
f
.

Từ biểu đồ trên ta có nhận xét sau:
Biên độ hàm Bessel thay đổi trong khoảng :
()1()1
−÷+
.
14
CH NG III: KĨ THU T ĐI U T N
MÁY PHÁT FM
Có một số m
f
=2.4;5.5;8.6;75 có J
0
. Như vậy không nên chọn m
f

có giá trị này vì nó sẽ làm mất thành phần tải tin
0

ω
, làm cho bên
thu khó thực hiện tách sóng AFC.
Với một số m nhất định thì J
1,2
=0.
n càng cao và J
n
càng giảm và m càng lớn thì J
n
cũng giảm. Về lý
thuyết n=
∞
, nhưng thực tế ta chỉ chú ý đến các thành phần có tần
số: J
n
(m
f
)>0.01J
0
(m
f
).
Phổ của các hàm Bessel bậc lẻ ngược nhau, còn phổ của các hàm Bessel bậc chẵn
cùng chiều nhau :
J
(2n+1)
(m)=- J
-(2n+1)
(m)

J
2n
(m)= J
-2n
(m)
Khi chỉ tín đến các thành phần có J
n
(m
f
)>0.01J
0
(m
f
) thì bề rộng
dải tần của tín hiệu điều tần là :

max
2(1)
FMff
Dmm
=++Ω

Khi m
f
> 1 thì ta có biểu thức gần đúng

max
22
FMf
Dm

ω
=Ω=∆

Như vậy độ rộng dải tần số của tín hiệu điều tần không phụ thuộc vào tần số
điều chế
Ω
.
Khi m
f
> 1 thì chỉ có một cặp biên tần có độ lớn hơn 5% biên độ
dải tần . Do đó D
FM
≈
2
Ω
max
.Trường hợp này độ rộng dải tần tín
hiệu điều biên, ta gọi là điều tần dải hẹp. Ngược lại, khi m
f
> 1 gọi
là điều tần dải rộng.
15
CH NG III: KĨ THU T ĐI U T N
MÁY PHÁT FM
Thông thường tín hiệu điều chế là tín hiệu bất kỳ gồm nhiều thành phần tần số. Lúc đó
tín hiệu điều chế tần số tính theo công thức:

00
1
cos[cos()]

m
FMiii
i
VVmt
ωϕ
=
=+∆Ω+
∑

Khai triển công thức trên theo chuỗi Bessel ta có tín hiệu điều tần thay đổi nhưng số
vạch phổ thay đổi theo
Ω
.

Hình 3.3. P hổ tần số của tín hiệu FM theo hàm Bessel







Bảng 3.1. Hệ số bessel
16
CH NG III: KĨ THU T ĐI U T N
MÁY PHÁT FM
3.3.Mạch điện điều chế FM
3.3.1.Dùng bộ điều chế tần số sử dụng Varicap

Hình 3.4.Điều chế FM dùng Varicap
A,Nguyên lý hoạt động của mạch:
L
1
và C
1
tạo thành mạch cộng hưởng tạo dao động sóng mang. D
1
nối tiếp C
2
và
nối tiếp vơi mạch cộng hưởng. C
2
có giá trị rất lớn nên tổng trở Z rất nhỏ mặc khác C
2

nối tiếp với điện dung của D
1
(có giá trị thấp ) mà D
1
nối trực tiếp với mạch cộng
hưởng nên tất cả ảnh hưởng của điện dung mạch điện là điện dung của D
1

nối song
song C
1
kết quả là làm cố định tần số sóng mang trung tâm( chỉ thay đổi khi thay đổi
R
1 ,
R
2
).
Điện dung của D
1
được điều khiển bởi 2 hệ số : điện áp DC cố định của phân
cực và tín hiệu điều chế. Điện áp phân cực cho D
1
được cung cấp bởi ngõ ra bộ phân
áp của R
1
và R
2
.
V
D1
= V
R2
= V.R
2
/ (R
1
+ R
2

)
Thường thì R
1
hoặc R
2
thay đổi để thay đổi tần số sóng mang trung tâm.
17
CH NG III: KĨ THU T ĐI U T N
MÁY PHÁT FM
Tín hiệu điều chế lấy từ microphone và được cung cấp thông qua C
3
và RFC
C
3
dùng để ngăn cản phân cực DC khỏi mạch điểu chế tín hiệu.
RFC ( radio frequency choke ) là cuộn cảm kháng cao tần mà điện kháng có giá
trị cao. RFC dùng để ngăn cản tín hiệu sóng mang ảnh hưởng đến tín hiệu điều chế.
Khi có tín hiệu âm tần tác dụng làm cho V
D1
thay đổi làm cho điện dung của D
1

thay đổi tạo ra độ lệch tần số sóng mang như yêu cầu.
Tín hiệu âm tần ở bán kì dương và tại A sẽ thêm thêm và tạo nên phân cực
ngược hơn tạo nên điện dung giảm và tăng tần số sóng mang.
Tín hiệu âm tần ở bán kì âm thì tại A sẽ trừ bớt giá trị phân cực ngược tạo nên
điện dung tăng và giảm tần số sóng mang
3.3.2: Dùng bộ điều chế tần số sử dụng bộ dao động thạch anh

Hình 3.5. Điều chế FM sử dụng bộ dao động thạch anh
Hoạt động
Ta tạo tín hiệu FM bằng cách thay đổi tần số fc của mạch dao động thạch anh và
thay đổi giá trị điện dung nối tiếp hoặc song song tại tụ thạch anh.
Tín hiệu điều chế được cung cấp đến D
1
và dẫn đến sẽ thay đổi tần số dao động
của mạch dao động thạch anh. Và sự thay đổi của mạch dao động thạch anh phụ thuộc
vào tín hiệu điều chế.
18
CH NG III: KĨ THU T ĐI U T N
MÁY PHÁT FM
Mạch dao động thạch anh chỉ thay đổi nhỏ độ lệch tần số. Ít khi tần số của
mạch dao động thạch anh có giá trị thay đổi hơn vài trăm Hz nên kết quả độ lệch bé
hơn tổng độ lệch được yêu cầu.
Tổng độ dịch có thể tăng lên bằng cách sử dụng mạch nhân tần sau bộ dao động
sóng mang
Khi tín hiệu FM được cung cấp đến bộ nhân tần thì tần số hoat động và độ lệch
điều tăng và ta thấy một mạch nhân tần thường thì tăng tần số cơ bản khoảng 24 đến
32 lần.

3.3.3 Dùng bộ điều chế tần số sử dụng điện kháng ( Reactance )

Hình 3.6.Điều chế tần số sử dụng điện kháng
Hoạt động:
Tín hiệu điều chế cung cấp tới mạch điều chế thông qua C
1
và RFC
1
và RFC
1

giúp giữ tín hiệu RF từ mạch dao động không cho tác động tới tín hiệu điều chế.
Tín hiệu điều chế thay đổi theo điện áp cực B và dòng điện của Q
1
cho phù hợp
với thông tín đến máy phát. Và dòng điện cực C củng thay đổi theo tỉ lệ nên biên độ
dòng tại C sẽ thay đổi, góc dịch pha thay đổi theo điện áp ngõ của bộ dao động. Nơi mà
được dịch chuyển bởi bộ CO bằng cách thay đổi điện dung .==> tín hiệu điều chế thay
đổi , ảnh hưởng tụ điện của mạch là thay đổi và tần số điều chế củng thay đổi cho phù
hợp.
19
CH NG III: KĨ THU T ĐI U T N
MÁY PHÁT FM
Đây là một trong những kỹ thuật tốt nhất trong điều chế FM .Vì nó tạo độ lệch
tần số thông qua dải tần rộng. Có độ tuyến tính cao, sự biến dạng cực tiểu.