ĐÒ ÁN TỐT NGHIỆP 2A-Chương 3-Thiết kế mạch microphone phát FM

Chương 3:Thiết kế mạch microphone phát FM ĐỒ ÁN 2A
Chương 3: THIẾT KẾ MẠCH MICROPHONE PHÁT
FM
Để thiết kế một mạch microphone hoàn chỉnh thì trước hết ta xét
sơ đồ khối tổng thể của microphone như sau.
3.1.Sơ đồ khối :

antena
microphone
Hình 3.1. Sơ đồ khối microphone không dây dùng phát FM
Hình 3.1 trình bày sơ đồ khối của mạch microphone không dây dùng
phát FM,trong đó tín hiệu âm thanh qua micro được chuyển thành tín hiệu điện
được khuếch đại lên và qua bộ điều chế tần số để đưa tín hiệu lên tần số
cao.Tín hiệu tần số cao này qua bộ lọc thông dải lọc lấy băng thông cần
thiết,tần khuếch đại công suất cao tần vừa khuếch đại công suất vừa phối hợp
trở kháng với Anten để truyền công suất cực đại cho anten bức xạ sóng điện từ
vào không gian.
Các tiêu chuẩn điều chế FM :
+Tần số sóng mang : 100MHZ
+ Độ di tần : 1MHZ
Chức năng chính của các khối :
*Khối nguồn (power source) : cung cấp nguồn cho cả mạch
(trong mạch này chủ yếu là phân cực cho các phần tử khuếch đại.)
*Khối khuếch đại âm tần (amplifier) : khuếch đại tín hiệu nhận
được từ microphone để đạt được biên độ đủ lớn trước khi đổi tần.
*Khối điều chế tần số (frequency modulation - FM) : đưa tín hiệu
lên tần số cao cần thiết để truyền đi thông qua sóng điện từ.
*Khối lọc thông dải (band pass filter- BPF) : lọc lấy dải tần số cần
thiết tại tần số trung tâm của tín hiệu sau khi được điều chế.
*Khối khuếch đại công suất cao tần (rise frequency amplifier) :
khuếch đại công suất tín hiệu đến mức cần thiết để bức xạ ra anten và có thể

truyền đươc trong khoảng cách cần thiết.
SVTH: Lộc – Hoàn GVHD: Ths.Nguyễn Tiến Tùng
22
Power source
Amplifier
Frequency
Modulation BFP
RF
Amplifier
Chương 3:Thiết kế mạch microphone phát FM ĐỒ ÁN 2A
3.2 Sơ đồ nguyên lý :
Hình 3.2.Sơ đồ nguyên lý microphone không dây phát FM
3.2.1 Khối nguồn :
Vì yêu cầu của microphone không dây là nhỏ gọn thuận tiện khi di
chuyển nên ta chọn khối nguồn là nguồn pin 3VDC . Do đó mạch nguồn đơn
giản là nguồn và phần tử hạn dòng để giảm ảnh hưởng của nguồn khi mở
nguồn cho thiết bị hoạt động cũng như khi tắt nguồn .Sơ đồ mạch như sau :

Hình 3.3. Sơ đồ khối nguồn mạch microphone.
Trong đó nguồn 3VDC là 2 pin 1.5V,do nguồn điện nhỏ nên tụ lọc
không cần giá trị lớn mà chỉ cần khoảng vài μF đến vài chục μF( ở đây ta chọn
tụ 0.001μF = 102pF), led dùng để báo tín hiệu nguồn điện và điện trở R
10
dùng
SVTH: Lộc – Hoàn GVHD: Ths.Nguyễn Tiến Tùng
23
Chương 3:Thiết kế mạch microphone phát FM ĐỒ ÁN 2A
để hạn dòng qua led. Z
L
là tải đặc trưng cho mạch tiêu thụ của các phần tử

trong mạch.
Chọn dòng qua led là 1mA, điện áp giữa hai đầu led là 2V,khi đó điện
trở R
10
được tính như sau :
3.2.2 Microphone :
Microphone dùng để chuyển tín hiệu âm thanh sang tín hiệu điện.Hiện
nay trên thị trường có khá nhiều loại microphone nhưng phổ biến thì có loại
điện động và điện dung.
Microphone điện động (dynamic microphone ) đơn giản có cấu tạo giống như
loa :cuộn dây được giữ trên phần di động khi có tín hiệu âm thanh,cuộn dây
này đặt giữa hai cực từ tính của nam châm nên khi có âm thanh cuộn dây sẽ di
động tao nên sức điện động trong cuộn dây,nếu cuộn dây được nối kín hay nối
với tải ngoài thì sẽ tạo ra dòng điên trong cuộn dây.Cấu tạo và chế tạo của loại
micro này đơn giản,tuy nhiên do dòng điện tạo ra được rất nhỏ.
\
\
D \
I \
A \ WIRE < INSERT INTO TUBE
P \ COIL
H | + ___________________||
R | /////// | | PERMANENT MAGNET ||
BASE
A | /////// | | ||
G | | | + ||
M / | | TUBE
/ | |
/ | |
/ +| |-

/ OUTPUT
/ WIRE

Hiện nay có loại micro thay đổi theo điện áp( condenser microphone)
cho độ lợi lớn và chất lượng tốt được sử dụng trong các loại micro chất lượng
cao.Micro dạng này có cấu tạo gồm màng rung có phủ lớp kim loại có chức
năng giông như một bản cực của tụ điện, và một bản khác cũng được phủ kim
SVTH: Lộc – Hoàn GVHD: Ths.Nguyễn Tiến Tùng
24
Chương 3:Thiết kế mạch microphone phát FM ĐỒ ÁN 2A
loại, hai bản cựcnày được phân cực bởi một điện áp DC. Khi có tín hiệu âm
thanh thì bản cực dao động làm thay đổi khoảng cách giữa hai bản cực, tức
thay đổi điện dung củ nó,hình thành giữa hai bản cực một sóng điện áp.Điện
áp này sẽ được khuếch đại thông qua phần tử khuếch đại Transistor có sẵn
trong microphone.Chính vì vậy mà microphone loại này cho độ lợi khuếch đại
lớn.
Supporting
frame
:
M
e :
m : |
b : |
r : D | metal electrode
a : |
n : |
e | |
O O
connectors
(D=dielectric)

3.2.3 Khối khuếch đại âm tần :
Để khuếch đại âm tần ta có thể dùng phần tử khuếch đại BJT, FET hay
OP-AMP … nhưng đơn giản ta sẽ xét trường hợp khuếch đại dùng BJT và
trong trường hợp này ta cần độ lợi lớn nên ta chọn cách ghép E chung và có
thể ghép nhiều tầng để tăng độ khuếch đại . Sơ đồ mạch được trình bày trong
hình 3.4.
SVTH: Lộc – Hoàn GVHD: Ths.Nguyễn Tiến Tùng
25
Chương 3:Thiết kế mạch microphone phát FM ĐỒ ÁN 2A
Hình 3.4. Sơ đồ nguyên lý mạch khuếch đại âm tần
Trong đó R
2
,R
6
,R
7,
R
3
dùng để phân cực DC . Các tụ điện C
8
, điện trở R
7
dùng để chọn tần số cắt thấp. Tụ điện C
8
(tụ bypass) ngoài tác dụng chọn tần
số thấp thì còn có tác dụng tăng độ lợi khuếch đại ở chế độ xoay chiều
AC.Microphone được đặc trưng bởi nguồn sóng sin, có điện trở nội R
i
.Điện trở
này thường có giá trị khoảng vài chục đến vài trăm Ohm. Nguồn tín hiệu âm

thanh không phải là dạng thuần sin nhưng có thể phân tích thành chuỗi
Fourier với các thành phần sóng sin có tần số khác nhau nên không mất tính
đặc trưng cho mạch. Điện trở R
1
phân cực cho micro. Tụ C
1
là tụ liên lạc.
Khối nguồn đã được phân tích ở phần trước,trong phần này chúng ta
phân tích các điều kiện về phân cực DC và các điều kiện làm việc của mạch
khuếch đại ghép E chung.
* Phân cực DC: trong điều kiện phân cực DC của mạch khuếch đại âm
tần thì dòng phân cực ta chọn khoảng 1mA, độ lợi khoảng vài chục lần là có
thể chấp nhận được. Transistor 2N3904 có các thông số:
h
fe
= 70 khi dòng I
CQ
=1mA
V
BE
=0.7V
V
CEsat
rất nhỏ,khoảng vài chục mV
Sơ đồ mạch ở chế độ DC :
Hình 3.5.Sơ đồ tương đương mạch phân cực DC
Ta chọn các thông số I
CQ
=1mA,V
C

=1.5

2.5V để tín hiệu sau khuếch đại
đạt khoảng 1V.
Chọn R
E
=1.5kΩ
SVTH: Lộc – Hoàn GVHD: Ths.Nguyễn Tiến Tùng
Vbb
Q1
2N3904
Rb
2 1
R2
2
1
3V
0
R6
2
1
R3
2
1
0
0
R7
2
1
R7

2
1
Q1
2N3904
3V
0
0
0
a b
R3
2
1
26
Chương 3:Thiết kế mạch microphone phát FM ĐỒ ÁN 2A
Chọn
 KRhR
Efeb
5.1010500150070
10
1
10
1
Khi đó:
VVI
h
R
RV
BEQCQ
fe
b

EBB
35.27.01)
70
5.10
5.1()( 
Ta có:
62
62
RR
RR
R
b



CCBB
V
RR
R
V
62
6


Từ đó ta được :








k
V
V
R
R
k
V
V
RR
CC
BB
b
BB
CC
b
46.48
3
35.2
1
5.10
1
41.13
35.2
3
5.10
6
2
Chọn: R

2
=13kΩ, R
3
=51kΩ
Khi đó:

VV
RR
R
V
k
RR
RR
R
CCBB
b
4.23
5113
51
4.10
5113
5113
62
6
32
32












Dòng điện tĩnh I
CQ
và V
CEQ
:
VIRRVV
k
I
VV
R
mA
h
R
R
VV
I
CQECCCCEQ
CQ
CCC
C
fe
b
E

BEQBB
CQ
236.103.1)5.12.1(3)(
4.1
03.1
6.13
03.1
70
5.10
5.1
7.04.2













Chọn R
C
=1.2 kΩ
Dòng điện i
C
cực đại :

mA
R
V
Ii
C
CEQ
CQC
06.2
2.1
236.1
03.1
max

Dòng điện i
C
cực đại không méo :
I
Cqmaxswing
= min(I
CQ
; I
Cmax
-I
CQ
)
= min(1.03 ;(2.06-1.03))
= min(1.03 ;1.03)
= 1.03 mA
Khi đó áp cực đại có thể đạt trên điện trở tải là :
V

L
≈I
Cqmaxswing
R
C
=1.03×1.2=1.236 V
Với điện áp ra như thế thì đủ để đáp ứng được yêu cầu của việc thiết kế
mạch.Sau đay ta sẽ xét chế độ khuếch đại của mạch ở chế độ AC.
* Chế độ AC :
SVTH: Lộc – Hoàn GVHD: Ths.Nguyễn Tiến Tùng
27
Chương 3:Thiết kế mạch microphone phát FM ĐỒ ÁN 2A
Ở chế độ AC thì các nguồn DC được nối mass,mạch tương đương tín
hiệu nhỏ tần số thấp như sau :
Hình 3.6. Sơ đồ tương đương mạch khuếch đại
tín hiệu nhỏ tần số thấp
Tải đặc trưng Z
L
do tầng sau phản ánh về có giá trị rất lớn ở tần số thấp.
Trong đó :
 k
I
mV
hh
CQ
T
feie
7.1
03.1
025.0

70
Độ lợi mạch khuếch đại :

ieb
ieb
i
ieb
b
Cfe
i
L
V
hR
hR
R
hR
R
Rh
v
v
A





1
)1(

15.48
7.15.10
7.15.10
06.0
1
7.15.10
5.10
2.171







Nếu bỏ qua R
i
thì độ lợi sẽ là :
12.50
7.1
2.1
71)1(
1

ie
C
feV
h
R
hA

Nếu tăng R
i
lên 300 Ω thì độ lợi sẽ là : A
V2
≈41.59
Như vậy với R
i
rất nhỏ hơn so với R
b
và h
ie
thì độ lợi thay đổi không lớn
lắm.Khi R
i
tang thì độ lợi giảm. Điều này cho thấy khi thiết kế nên chọn loại
micro có điên trở càng nhỏ càng tốt.Và độ lợi cực đại có thể đạt được là 50.12
lần khi R
i
=0. Khi đó biên độ điện áp vào cực đại không méo là :
mVV
A
V
V
V
Lmacx
in
25025.0
12.50
236.1
max


Với R
i
= 60 Ω thì A
v
= 48.15 nên V
in max
≈ 27 mV
Với R
i
=300 Ω thì A
V
= 41.59 nên V
in max
≈ 29 mV
Trong thực tế thì các BJT đều có méo phi tuyến nên biên độ sóng ra
không có dạng thuần sin. Tuy nhiên dạng sóng này có thể phân tích thành các
thành phần sin ở tần số tín hiệu vào và các thành phần hài bậc cao.
SVTH: Lộc – Hoàn GVHD: Ths.Nguyễn Tiến Tùng
Vin
hfe.ib
ZL
C3/(hfe+1)
R7.(hfe+1)
2
1
R
3
2
1

hie
21
R
i
21
Rb
2
1
0
ib
28
Chương 3:Thiết kế mạch microphone phát FM ĐỒ ÁN 2A
Ở tần số cắt thấp ta chọn tần số cắt thấp phụ thuộc vào C
E
=C
8
và bỏ qua
ảnh hưởng qua lai giữa hai tụ C
8
và C
1
. Tần số cắt thấp ta chọn là 20Hz và
được tính như sau :
)
1
//
//((
1
78




fe
ibie
L
h
RRh
RC

Nên giá trị tụ C
3
là :
F
hf
h
RRh
Rf
C
ibL
fe
ibie
L
6
7
8
101.213
2.37.20.2
1
.2
1

)
1
//
//((2
1







Chọn C
8
=100μF,khi đó tần số cắt thấp là :
Hzf
L
8.42
7.23101002
1
6





Chọn tần số cắt do tụ C
1
là :
ω

c1
=10ω
L
=10×2π×42.8 =
)//(
1
1 iebi
hRRC 
suy ra C
1
= 0.24 μF.
chọn C
1
= 1 μF.
*Xét mạch ở tần số cao,sơ đồ tương đương của mạch như sau :
Hình 3.7. Sơ đồ tương đương mạch khuếch đại
tín hiệu nhỏ tần số cao
Với các thông số như sau :

mSIg
khr
CQm
ie
eb
2.4103.140.40
7.1
'



).1).((
25
8
9
'
'
Cmoboibo
ibo
eb
obo
cb
RgCCCC
pFCC
pFCC



Tần số cắt cao của mạch là :
)//.(.2
1
'
i
eb
b
H
RrRC
f




Với tần số âm thanh ta chọn tần số cắt cao xấp xỉ 20 kHz (tần số cao
nhất tai người có thể nghe được).Khi đó giá trị tụ C là :
SVTH: Lộc – Hoàn GVHD: Ths.Nguyễn Tiến Tùng
Vin
gm.vb'e
ZL
R3
2
1
Ri
21
b'e
C
+
Rb
2
1
b'e
2
1
b'e
1
2
0
r
V
_
29
Chương 3:Thiết kế mạch microphone phát FM ĐỒ ÁN 2A
)//(.2

1
'
i
eb
bH
RrRf
C




nF
rRf
eb
bH
5.5
10)
7.14.10
7.14.10
(10202
1
)//(2
1
33
'










Giá trị tụ điện C
4
là :
cb
Cm
eb
C
Rg
CC
C
'
'
.1
9





pF5.100
2.12.411
255500





Chọn C
9
=100 pF,khi đó tần số cắt cao là :
kHzf
pFC
H
19
52.5472


Như vậy với dãy tần từ 42.8Hz đến 19kHz thì chất lượng âm thanh phát
đi là tốt đối với việc phát FM cũng như với các loại âm thanh khá nhau.
3.2.4 Khối điều tần :
L 1
1
2
R 8
2
1
R 7
2
1
Q 2
Q 2 N 2 2 2 2 A
0
C 8
1 2
0
0
R 6

2
1
3 V
V T
0
0
C 7
1
2
0
D 2
M V 2 1 0 9
C 6
1
2
C 5
C 9
Hình 3.8. Sơ đồ nguyên lý mạch điều tần.
Dùng để điều chế tín hiệu âm tần để phát FM . Trong đó Q
2
, C
6
, C
7
, C
8
,
L
1
,C

v0
dùng để tạo tần số dao động trung tâm, điện áp V
T
dùng để thay đổi điện
dung của varicap từ đó làm thay đổi tần số của mạch dao động trong khoảng f
0
± ∆f . Thiết kế của mạch như hình 3.8
*Xét phân cực DC :
SVTH: Lộc – Hoàn GVHD: Ths.Nguyễn Tiến Tùng
30
Chương 3:Thiết kế mạch microphone phát FM ĐỒ ÁN 2A
Ở chế độ phân cực Dc ta chọn dòng điện tĩnh I
CQ
khoảng 10mA, V
CEQ
từ 1.2V đến 1.5V.
V b 2
L 1
1
2
R 8
2
1
0
R 7
2
1
Q 2
Q 2 N 2 2 2 2 A
0

0
0
3 V
L 1
1
2
R 6
2
1
3 V
0
R b
2 1
0
R 8
2
1
Q 2
Q 2 N 2 2 2 2 A
Hình 3.9. Sơ đồ phân cực DC của mạch điều tần
Với dòng tĩnh trên thì BJT có thông số h
fe
=200,V
BE
=0.6 V
Chọn R
8
=150Ω.
Chọn R
b2

=
10
1
h
fe
.R
8
=3 kΩ.

CQ
fe
b
BEQBB
I
h
R
RVV ).(
2
8


V25.2
10)
200
3
15.0(6.0


Giá trị R
6

và R
7
tính như sau :

 kR
V
V
R
b
bb
cc
43
25.2
3
.
26





 k
V
V
R
R
CC
BB
b
12

3
25.2
1
3
1
2
2
7
Để tính toán mạch điều tần trước tiên ta khảo sát mạch dao động :
0
C v
L 1
1
2
C b ' e
1
2
C 7
1
2
C b ' c
1
2
C 6
1
2
Q 2
Q 2 N 2 2 2 2 A
SVTH: Lộc – Hoàn GVHD: Ths.Nguyễn Tiến Tùng
31

Chương 3:Thiết kế mạch microphone phát FM ĐỒ ÁN 2A
Hình 3.10. Sơ đồ tương đương chế độ AC của mạch dao động
Tụ C
8
có tác dụng làm tăng trở kháng đối với mạch khuếch đại âm tần
và nối tắt ở tần số cao.Trở kháng ở tần số thấp và tần số cao khi chọn tụ
C
8
=0.001μF là :
Z
C9,15kHz
=
 k
Cf
61.10
.2
1
9


 56.1
.2
1
9
102,9
Cf
Z
MHzC

Với giá trị như trên thì tụ C

9
đáp ứng được yêu cầu của việc thiết kế.
Điện áp DC phân cực varicap là :
V
TDC
=V
C1
=V
CC
– R
C
.I
CQ1

= 3 – 1.2×1.055
= 1.734 V
Dựa vào đặc tuyến của varicap thì tại điện áp trên thì varicap có giá trị
điện dung C
V
≈ 45 pF.Với các thông số của BJT như trước thì giá trị C
’
là :
C
’
=C
7
+C
b’e
+C
V

Giá trị tương đương của điện dung là :
'
6
'
6
.
CC
CC
C
tđ


Tần số cộng hưởng trung tâm của mạch điều tần là :
tđ
CL'.
1


hay
tđ
CL .
1
'
2


Độ lợi của mạch khuếch đại :
6
6
'

'6
'
1
'.
1
'.
1
|
.
1
C
C
C
CC
X
XX
A
C
CC
V







Thông thường ta chọn A
V
≥ 3. Ở đây ta chọn A

V
= 4 để bù trừ suy hao
trong mạch khuếch đại. Vì vậy :C’/C
6
=3 hay C’ =3.C
7
.
Chọn C
6
= 47 pF, C’ = 3×47 = 141 pF
C
7
= C’- C
b’e
-C
V
= 141-25-45 = 71 pF
Chọn C
7
= 82 pF ; khi đó : C’ = 152 pF
C
tđ
= 36 pF
Điện cảm của cuộn dây :

 
nH
C
L
tđ

34.43
1036101022
1
.
1
'
12
2
6
2






Với L’ là giá trị tương đương của cuộn dây và tụ ký sinh C
b’c
của BJT.
Ta có :
SVTH: Lộc – Hoàn GVHD: Ths.Nguyễn Tiến Tùng
32
Chương 3:Thiết kế mạch microphone phát FM ĐỒ ÁN 2A

cb
cb
cb
CL
Lj
Cj

Lj
Cj
Lj
Lj
'
2
'
'
1
.
1
.
.
1

'











suy ra :
nH
CL

L
L
cb
94.37
' 1
'
'
2




Xét độ di tần của mạch điều tần :

tđ
CL.
1
'
2


Lấy vi phân hai vế ta được :
2
'.
.2
tđ
tđ
CL
C



Mà :
22
6
'
'
'
111
C
C
C
C
CCC
tđ
tđ
tđ





C’= C
7
+C
b’e
+C
V

V
CC  '

Như vậy :
2
''.
.2
CL
C
V



Để có độ di tần 1 MHz thì độ thay đổi của giá trị điện dung của varicap
là :
∆C
V
= 2ω.∆ω.L’.C’
2

= 2×4π
2
×102×10
6
×10
6
×37.94×10
-9
×(152×10
-12
)
2
= 7.06 pF

Theo đặc tuyến của varicap thì điện dung của varicap thay đổi từ
37.94pF đến 52.06pF thì điện áp AC thay đổi trong khoảng 0.732 V.Với giá trị
của biên độ ngõ ra tầng khuếch đại thì có thể đáp ứng được yêu cầu của việc
thiết kế.
3.2.5 Khối khuếch đại công suất cao tần và phối hợp trở kháng với
anten :
Khuếch đại cao tần có các chế độ khuếch đại lớp A, lớp B, lớp AB, lớp
C, lớp D, lớp S, lớp E. Mạch khuếch đại lớp A cho hiệu suất nhỏ mạch khuếch
đại lớp B cho hiệu suất cao nhưng bị méo mạch khuếch đại lớp AB cho hiệu
suất cao và cho tín hiệu là một bán kì khuếch đại lớp C chỉ cho một phần của
tín hiệu đi qua. Hầu hết các chế độ khuếch đại đều có thành phần hài bậc
cao.Mạch khuếch đại của microphone không dây chỉ cần công suất khoảng
500mW đến 1W nên không yêu cầu hiệu suất cao nên mạch khuếch đại công
suất cao tần dùng ở chế độ lớp A và chỉ cần dùng một BJT. Sơ đồ mạch như
sau :
SVTH: Lộc – Hoàn GVHD: Ths.Nguyễn Tiến Tùng
33
Chương 3:Thiết kế mạch microphone phát FM ĐỒ ÁN 2A
L 2
1
2
0
R 9
2
1
R 1 0
2
1
V i n
3 V

0
C 1 1
1 2
Q 3
Q 2 N 2 2 2 2 A
R a
2
1
00
C 9
C 1 0
0
R i n
21
Hình 3.11. Sơ đồ mạch khuếch đại cao tần
và phối hợp trở kháng với anten
Trong đó các R
9
, R
10
dùng để phân cực DC dòng I
cq
khoảng vài chục
mA. Cuộn dây L
2
, C
10
dùng để làm khung cộng hưởng và phối hợp trở kháng
với anten .Để tính toán gia trị của linh kiện ta xét anten.
*Anten :do yêu cầu mạch microphone là nhỏ gọn nên ta chọn anten là

một đoạn dây dẫn bằng đồng ;tuy nhiên anten phải đáp ứng được yêu cầu bức
xạ công suất lớn nhất và tổn hao thấp nhất.Ta khảo sát một anten đơn giản :
Z
i


Z
A
v
in

L

Hình 3.12. Sơ đồ tương đương của anten
Theo lý thuyết siêu cao tần thì trở kháng tương đương quy về nguồn
dược xác định theo công thức :
dtgjZZ
dtgjZZ
ZZ
A
A
L





0
0
0

.

với Z
0
là trở kháng đặc tính của dây dẫn
Theo công thức trên thì ta thấy tại những điểm cách tải một đoạn λ/4 thì
dòng điện và điện áp đồng pha nên công suất bức xạ tại đây đạt giá trị cực đại.
Theo biểu thức ta có :
d = λ/4


 )
4
.
2
(




tgdtg

SVTH: Lộc – Hoàn GVHD: Ths.Nguyễn Tiến Tùng
34
Chương 3:Thiết kế mạch microphone phát FM ĐỒ ÁN 2A
0
0
0
. ZZ
Z

Z
ZZ
L
A
L

( nếu trở kháng Z
A
=Z
0
)
Do đó khi thiết kế ta chọn anten là đoạn dây đồng có chiều dài :

cmm
f
c
dL 5.73735.0
101024
103
.44
6
8





Với chiều dài này thi anten có chiều dài kha lớn so với microphone nên
ta có thể điều chỉnh kích thước của anten cho phù hợp với yêu càu cụ thể của
công suất bức xạ.

Với chiều dài như trên,chọn dây đồng có điện đường kính 1 mm. Độ
xuyên sâu của dây đồng :
m
f

57.6
10102
4.664.66
6



Diện tích dẫn điện của dây đồng là :
)))(.(
44
)(
4
22
2
2





 dd
d
d
S
d

Điện trở của dây đồng ở tần số 102MHz là :
 
 






265.1
1057.61010
4
735.0
1056.5
1
2
636
7


S
l
R
A
Trường hợp dây đồng có đường kính 0.5 mm thì điện trở cua nó ở
102MHz là : R
A
=2.54 Ω.
Trường hợp dây đồng có đường kính 0.1 mm thì điện trở của nó ở
102MHz là : R

A
=13.04 Ω.
với ρ =1/5.65×10
7
(Ω/m) là giá trị điện trở suất của mạch.
Như vậy để R
A
đủ lớn thì ta chọn dây đồng có tiết diện 0.5mm chiều dài
73.5cm và có điện trở 2.54 Ω.
*Phân cực DC :
SVTH: Lộc – Hoàn GVHD: Ths.Nguyễn Tiến Tùng
35
Chương 3:Thiết kế mạch microphone phát FM ĐỒ ÁN 2A
R 9
2
1
R 1 0
2
1
3 V
0
Q 3
Q 2 N 2 2 2 2 A
0
Hình 3.13. Sơ đồ phân cực DC của mạch khuếch đại cao tần
Xem như BJT không có quán tính có V
Cesat

0
,khi đó khuếch đại ở chế

độ lớp A sẽ cho dạng tín hiệu là thuần sin không có thành phần hài bậc
cao.Công suất ra là :
R
V
R
V
RI
VI
P
pp
m
m
mm
AC
8.22
.
2
.
2
2
2

Để công suất đạt cực đại thì dòng ra đạt cực đại không méo và ta giả sử
hiệu suất của nạch cộng hưởng là 1.Khi đó dòng cực đại này là :
I
m max
=I
CQ maxswing
=
10

.2 R
V
CC
Công suất cung cấp của nguồn là:
P
CC
=V
CC
.I
CQ
=
C
CC
R
V
.2
2
Công suất tiêu tán trên BJT :
P
C
=V
CEQ
.I
CQ
=
mWP
R
V
C
C

CC
625
.4
max
2

Do đó :


 6.3
625.04
3
.4
2
max
2
C
CC
C
P
V
R
Công suất tiêu tán trên điện trở R
C
ta xem như xấp xỉ với công suất ra ở
anten:
P
Rc
=
2

.
2
Cm
RI
Công suất thiết kế yêu cầu khoảng từ vài trăm mW đến 1W giá trị R
C
cực đại có thể có là:


 125.1
18
3
.8
2
2
max
P
V
R
pp
C
Giá trị này nhỏ hơn giá trị R
C min
nên cần giảm công suất phát của mạch,
ta chọn công suất này là 100 mW.Khi đó, giá trị R
Cmax
=11.25

.
Ta chọn R

C
=10

.Khi đó dòng điện tĩnh phân cực là:
mA
R
V
I
C
CC
CQ
150
102
3
.2



Ta hoàn toàn chấp nhận được giá trị này vì dòng collector tối đa mà
Q2N2222A cho phép là 600mA.
SVTH: Lộc – Hoàn GVHD: Ths.Nguyễn Tiến Tùng
36
Chương 3:Thiết kế mạch microphone phát FM ĐỒ ÁN 2A
Với giá trị I
CQ
như trên thì giá trị h
fe


170

Do đó :




 kh
I
VV
R
fe
CQ
BEQCC
72.2170
150
6.03
.
9
Chọn I
CQ
=2.7 kΩ,khi đó giá trị dòng điện tĩnh :
VRIV
mA
R
V
II
VRIVV
mAh
R
VV
I

CswingCQm
C
CEQ
CQswingCQ
CQCCCEQ
fe
BEQCC
CQ
49.110149.0.
149)149;151min();min(
49.1101513.
151170
7.2
6.03
.
maxmax
max
10
9








Công suất cực đại trên tải có thể có khi phối hơpự trở kháng là:
m
R

V
p
C
CC
25.56
1016
3
.8
.
2
1
22
max



W
Với công suất này thì có thể truyền tín hiệu khoảng vài chuc mét là rất
tốt.
*Chế độ AC:
 15.28
151.0
025.0
170
CQ
T
feie
I
V
hmh

Độ lợi mạch khuếch đại với R
0
là điện trở ra của mạch điều tần,xem như
giá trị này rất nhỏ,ta được:
2.30
15.28
5
170
//
.
10

ie
L
feV
h
RR
hA
i b
C b ' c
1 2
0
h f e . i bV i n R 1 0
1 0
2
1
h i e
2
1
R L

2
1
R 9
2 . 7 K
2
1
C b ' e
1
2
R 0
2 1
Hình 3.14.Sơ đồ tương đương chế độ AC
của mạch khuếch đại công suất
*Thiết kế mạch phối hợp trở kháng với anten:
SVTH: Lộc – Hoàn GVHD: Ths.Nguyễn Tiến Tùng
37
Chương 3:Thiết kế mạch microphone phát FM ĐỒ ÁN 2A
L 2
1
2
0
V 2
V i n
0
0
R 1 1
2 . 5 4
2
1
C 1 1

1 2
R 0 ~ R 1 0
2 1
Hình 3.13. Sơ đồ phối hợp trở kháng với anten
Mạch phối hợp trở kháng với anten có R
0
của tầng khuếch đại công suất
gần bằng R
10
=10 Ω.Tính toán phối hợp trở kháng ta được :
210
210
11

.
LjR
LjR
CjR
A





Rút gọn, cân bằng phần thực và phần ảo ta được :







353.4)54.210(54.2).(
835.5
54.210
54.2
10.
11
2
ACAC
AC
A
CL
RRRX
RR
R
RX
Suy ra :

pF
X
C
nH
X
L
C
L
5.358
535.4101022
1
.

1
1.9
101022
835.5
6
11
11
6
2
2








Với các thông số đã tính toán trên thì ta có sơ đồ nguyên lý của toàn
mạch như sau :
SVTH: Lộc – Hoàn GVHD: Ths.Nguyễn Tiến Tùng
38
Chương 3:Thiết kế mạch microphone phát FM ĐỒ ÁN 2A
Hình 3.14.Sơ đồ nguyên lý mạch microphone không dây phát FM
Đánh giá kết quả và hướng phát triển :
Qua quá trình làm giúp sinh viên giải quyết được nhiều vấn đề trong
thực tế khi thiết kế mạch.Sinh viên đã lắp ráp mạch nhưng do thời gian có hạn
nên chưa kiểm tra hoạt động của mạch trong thực tế.
Với việc phát Fm cơ bản trên có thể mở rộng ứng dụng rộng rãi trong
thực tế như phát thanh FM chất lượng cao,tiếng TV; tạo tiền đề cho việc ngiên

cứu các phương pháp điều chế số có chất lượng tốt hơn.
SVTH: Lộc – Hoàn GVHD: Ths.Nguyễn Tiến Tùng
39