Báo cáo đồ án: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH PHẦN PHÁT

Trường: Đại học công nghiệp Hà Nội

Khoa: Điện tử

MỞ ĐẦU
Ngày nay, với sự ứng dụng của khoa học kỹ thuật tiên tiến, thế giới của
chúng ta đã và đang thay đổi, văn minh và hiện đại hơn. Sự phát triển của kỹ
thuật điện tử đã tạo ra hàng loạt các thiết bị với các đặc điểm nổi bật như sự
chính xác cao, tốc độ nhanh, gọn nhẹ là những yếu tố rất cần thiết góp phần cho
hoạt động của con người đạt hiệu quả cao.
Điện tử đã đáp ứng được những đòi hỏi không ngừng trong các lĩnh vực
công-nông-lâm-ngư nghiệp cho đến các nhu cầu cần thiết trong hoạt động đời
sống hàng ngày.
Đài FM là một ứng dụng mà nó đã thể hiện được hữu ích của mọi người
trong cuộc sống hàng ngày như: khi tham gia giao thông bạn có thể nghe những
thông tin về giao thông trong hành trình mà mình đang tham gia; hay bạn trẻ có
thể cập nhật các bản tin tức, nghe nhạc …
Với công nghệ ngày càng phát triển chúng ta có thể có thiết bị nghe đài
FM với nhiều kích thước chủng loại khác nhau như trên điện thoại di động, máy
MP3, đài caset….
Vậy chúng ta tự hỏi tín hiệu FM ấy được phát như thế nào để mọi người
có thể nghe được. Với đề tài thực hiện mạch phát FM chúng ta có thể biết được
phần nào quá trình tạo ra tín hiệu của đài FM.
Do kiến thức còn hạn chế nên nội dung của đề tài còn nhiều thiếu xót. Rất
mong nhận được ý kiến đóng góp của thầy cô và các bạn sinh viên.
Chúng em xin chân thành cảm ơn.
Nhóm thực hiện

1

Trường: Đại học công nghiệp Hà Nội

Khoa: Điện tử

LỜI CẢM ƠN
Chúng em xin được gửi lời cảm ơn chân thành nhất tới thầy Bùi Như
Phong. Trong thời gian chúng em học tập và hoàn thành đồ án, thầy đã tận tình
giảng dạy và giúp đỡ chúng em rất nhiều.
Chúng em xin chân thành cảm ơn.
Nhóm thực hiện
Lớp: LT CĐ – ĐH Điện tử 3-K5

2


Trường: Đại học công nghiệp Hà Nội

Khoa: Điện tử

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................

.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................

3


Trường: Đại học công nghiệp Hà Nội

Khoa: Điện tử

MỤC LỤC
1.9.1. Băng từ....................................................................................................................10
1.9.2. Âm thanh.................................................................................................................11
1.9.3. Vô tuyến..................................................................................................................11
1.9.4. Hỗn hợp...................................................................................................................13

KẾT LUẬN........................................................................................................ 22

CHƯƠNG 1. LÝ THUYẾT CỦA SỰ BIẾN ĐIỆU TẦN SỐ

1.1. Sự hình thành tần số ở tiếng nói con người:
Khi chúng ta nói, chúng ta tạo ra âm thanh mà âm thanh đó rất phức tạp và
thay đổi liên tục.
Dạng sóng có thể như hình dưới:

Hình 1
Tuy nhiên, nhìn hình dạng sóng phức tạp này, chúng ta có thể chỉ ra rằng
nó được tạo nên bởi rất nhiều tín hiệu hình sin khác nhau.
Để ghi lại thông tin này, chúng ta có một sự lựa chọn của ba phương pháp.
Đầu tiên là chỉ ra nguồn gốc của dạng sóng như hình vẽ.

4


Trường: Đại học công nghiệp Hà Nội

Khoa: Điện tử

Phương pháp thứ hai là tạo một danh sách tất cả các dạnh sóng sin phân
chia chứa bên trong dạng sóng phức hợp. Như hình 2.

Hình 2
Cách thứ ba là để hiển thị tất cả các thông tin trên hình vẽ. Hình vẽ trên đã
chỉ ra phổ của tần số. Nó là một đồ thị với biên độ ngược với tần số. Một đường
đơn thẳng đứng, đường nằm ngang tượng trưng cho sự phân chia tần số.
Tượng trưng cho biên độ của sóng sin như hình 3:

Hình 3.
Tất cả thông tin đều chứa bên trong dải tần số từ 300Hz đến 3,4 KHz.

5


Trường: Đại học công nghiệp Hà Nội

Khoa: Điện tử

Mặc dù máy đo hiện sóng sẽ chỉ hiện được nguồn gốc dạng sóng phức hợp
và nó quan trọng cho chúng ta để nhờ nó mà chúng ta thực sự phân chia một
nhóm tần số, biên độ và pha sóng sin khác nhau.

1. 2. Một hệ thống truyền tin đơn giản:
Khi chúng ta có dải âm thanh khác với những người khác. Chúng ta phải
dựa vào một số hệ thống truyền tin để có thể truyền âm thanh,
Những bộ phận của hệ thống truyền tin là máy phát, kết nối thông tin và
máy thu. Và nói một cách khác, nó có thể được thực hiện bởi một dây cáp dài
với một cái mic và một bộ khuếch đại ở cuối, một cái loa và một bộ khuếch đại
đặt ở nơi khác.

Hình 4.
Với khoảng cách xa hay khi được yêu cầu gửi tín hiệu tới nhiều vị trí cùng
một lúc, thì nó rất thuận tiện khi dùng một hệ thống truyền tin radio.
Một trong số những hệ thống xen kẽ thì việc điều chế tần số là nơi mà tín
hiệu thông tin được dùng để điều khiển tần số của sóng mang. Nó làm việc rất
hiêu quả và tại một số phương diện thì nó tốt hơn điều chế biên độ.

6


Trường: Đại học công nghiệp Hà Nội

Khoa: Điện tử

Tần số của sóng mang được tạo ra như tăng điện áp khi tăng dạng tín hiệu
và giảm khi tần số của nó giảm. Độ lớn biên độ của tín hiệu thông tin, hơn nữa
tần số của tín hiệu sóng mang thì thay đổi từ điểm bắt đầu. Tần số của tín hiệu
thông tin quyết định bao nhiêu lần trong một giây sự thay đổi tần số xảy ra.

Hình 5.

1.3. Ưu điểm của FM:
Ba ưu điểm của thay đổi tần số trong hệ thống thông tin:
+ Chúng ta đã biết rằng tín hiệu thông tin điều khiển tần số sóng mang nhưng
không ảnh hưởng đến biên độ. Bây giờ, khi bất cứ quá trình truyền nào bị ảnh
hưởng bởi tín nhiễu điện, tín hiệu nhiễu đều được đặt lên để truyền tín hiệu như
hình 6.

7


Trường: Đại học công nghiệp Hà Nội

Khoa: Điện tử

Hình 6.
+ Băng tần của tín hiệu FM rất rộng so với truyền tài AM. Điển hình là

băng tần quảng bá là hơn 250KHz. Nó cho phép âm thanh tốt hơn, vì vậy tín
hiệu như âm thanh của tiếng nhạc sẽ tốt hơn nếu sử dụng điều chế tần số.
+ Khi một hệ thống điều biên tần số mang theo một tín hiệu tần số, nó cho
phép thay đổi tần số của tín hiệu vào, có nghĩa là chúng ta có thể nghe một đài
phát tần số trên radio mà không gặp khó khăn từ trạm khác.

1.4. Nhược điểm của FM
Đó là độ rộng của dải thông trong hệ thống truyền tải.
Dải tần số quảng bá trung bình khoảng từ 550KHz đến 1600KHz. Nếu sử
dụng tần số FM khoảng 250KHz cho trạm, nó có nghĩa rằng có thể cung cấp
không quá bốn trạm có thể thu nhận. Băng thông rộng bắt buộc phải sử dụng tần
số sóng mang cao, thường là sử dụng dải băng VHF, mở rộng tần số từ 85MHz
đến 110MHz.

1.5. Dải thông của tín hiệu FM
Quá trình điều chế tần số tạo ra lượng lớn tần số bên cạnh.
Dải thông 250khz được lựa chọn như giá trị thuận tiện để đảm bảo giá trị
thấp của sự méo dạng tín hiệu nhận.

8


Trường: Đại học công nghiệp Hà Nội

Khoa: Điện tử

Tín hiệu giao tiếp không thể yêu cầu chất lượng cao liên quan đến trạm
quảng bá.

1.6. Quá trình truyền tải FM:

Hình 7
Máy dao động âm thanh cung cấp tín hiệu thông tin nếu chúng ta muốn có
thể thay thế bởi mic và bộ khuếch đại AF để cung cấp phần nói và nhạc thay vì
tín hiệu sóng sin.
Điều chế FM bằng cách kết hợp sóng mang và tín hiệu thông tin trong
những cách giống nhau như trong truyền tải AM. Chỉ khác trong trường hợp tạo
sóng mang và quá trình điều chế thực hiện ở cùng khối.
Khối khuếch đại tín hiệu ra khuếch đại tín hiệu trước khi nó được đưa đến
anten để truyền tải.

9


Trường: Đại học công nghiệp Hà Nội

Khoa: Điện tử

Sự khác nhau duy nhất giữa truyền tải AM và FM là điều chế, vì thế chúng
ta sẽ xem xét phần truyền.

1.7. Quá trình điều chế:
Các tín hiệu FM có thể được tạo ra bằng cách sử dụng điều chế tần số trực
tiếp hoặc gián tiếp.
Điều chế FM trực tiếp có thể thực hiện được bằng cách đưa trực tiếp bản tin
vào VCO.
Điều chế FM gián tiếp, tín hiệu bản tin được kết hợp để tạo ra một tín hiệu
điều chế pha. Nó được sử dụng để đưa vào một bộ dao động thạch anh và ở đầu
ra của bộ tạo dao động đi qua bộ nhận tần sẽ tạo ra được một tín hiệu FM.

1.8. Quá trình giải điều chế tín hiệu FM:
Phần thu của FM cũng tương tự như phần thu của AM. Hiện nay có nhiều
mạch tách sóng FM. Một phương pháp phổ biến để khôi phục tín hiệu bản tin là
dùng một bộ tách sóng Foster-Seeley. Một vòng khóa pha có thể được sử dụng
như một bộ giải điều chế FM.
Tách sóng dốc giải điều chế một tín hiệu FM bằng cách sử dụng một mạch
cộng hưởng, mạch này có tần số cộng hưởng của nó bù đắp một phần nhỏ với
tần số sóng mang. Vì tần số tăng và giảm, mạch cộng hưởng tạo một biên độ
thay đổi của phản ứng, chuyển đổi FM thành AM. Máy thu AM có thể tách một
số tín hiệu FM bằng cách này, dù nó không phải là một phương pháp hiệu quả
nhất cho giải điều chế phát thanh FM.

1.9. Ứng dụng:
1.9.1. Băng từ

10


Trường: Đại học công nghiệp Hà Nội

Khoa: Điện tử

FM cũng được sử dụng ở trung tần trong các hệ thống VCR tương tự, bao
gồm cả VHS, để ghi lại cả độ chói (đen và trắng) của tín hiệu video. Thông
thường, các thành phần chrome được ghi lại như một tín hiệu AM thông thường,
bằng cách sử dụng tín hiệu FM tần số cao hơn như thiên áp. FM là phương pháp
chỉ khả thi cho việc ghi lại thành phần độ chói (đen và trắng) của video vào băng
từ và truy xuất video từ băng từ mà không bị méo cực, như các tín hiệu video có
các thành phần dải tần rất lớn - từ vài Hz tới vài MHz, quá rộng cho các bộ cân
bằng làm việc do tạp âm dưới −60 dB. FM cũng giữ băng ở mức bão hòa, và do

đó đóng vai trò như một hình thức giảm tạp âm, và một bộ giới hạn đơn giản có
thể ẩn các biến trong phát lại đầu ra, và tác dụng của bắt FM loại bỏ sự sao
chuyển và pre-echo. Một tone hoa tiêu liên tục nếu thêm vào tín hiệu – như được
thực hiện trên V2000 và rất nhiều định dạng băng cao khác – có thể điều khiển
được jitter cơ khí và hỗ trợ hiệu chỉnh gốc thời gian. Các hệ thống FM khá đặc
biệt do chúng có tỉ số tần số sóng mang trên tần số điều chế cực đại nhỏ hơn 2;
ngược lại với điều này, phát thanh audio FM có tỉ số khoảng 10.000. Hãy xem
xét ví dụ một sóng mang 6 MHz điều chế với 3,5 MHz; bằng cách phân tích
Bessel thì các dải biên đầu tiên là 9,5 và 2,5 MHz, trong khi dải biên thứ hai là
13 MHz và −1 MHz. Kết quả là một dải biên có pha đảo ngược +1 MHz; với
giải điều chế, kết quả này trong đầu ra không mong muốn là 6−1 = 5 MHz. Hệ
thống phải được thiết kế để có thể chấp nhận được mức này.
1.9.2. Âm thanh
FM cũng được sử dụng trong các tần số âm thanh để tổng hợp âm thanh.
Kỹ thuật này còn gọi là tổng hợp FM, đã được phổ biến rộng rãi bởi các bộ tổng
hợp số đời đầu và trở thành một đặc tính tiêu chuẩn cho nhiều thế hệ card âm
thanh của máy tính cá nhân.
1.9.3. Vô tuyến

11


Trường: Đại học công nghiệp Hà Nội

Khoa: Điện tử

Edwin Howard Armstrong (1890–1954) là kỹ sư điện Mỹ đã phát minh ra
vô tuyến điều chế tần số băng rộng. Ông được cấp bằng sáng chế mạch vào năm
1914, máy thu đổi tầng phát minh năm 1918 và máy tái sinh tín hiệu phát minh
năm 1922. Ông trình bày bài báo của mình:”Một phương pháp Giảm Nhiễu

trong Tín hiệu Vô tuyến bằng một Hệ thống Điều chế Tần số", đây là bài báo
đầu tiên trình bày vô tuyến FM, trước phân viện New York của Viện kỹ sư vô
tuyến vào ngày 6/11/1935. Bài báo được xuất bản năm 1936.
Như tên gọi của nó, FM băng rộng (WFM) cần một băng thông tín hiệu
rộng hơn so với điều biên cùng một tín hiệu điều chế tương đương, nhưng điều
này cũng làm cho tín hiệu kháng tạp âm và nhiễu tốt hơn. Điều tần cũng chống
lại hiện tượng fading biên độ tín hiệu đơn giản. Do đóm FM được chọn là tiêu
chuẩn điều chế cho tần số cao, truyền dẫn vô tuyến trung thực cao: do đó thuật
ngữ "Vô tuyến FM" (trong nhiều năm qua BBC lại gọi nó là "Vô tuyến VHF", vì
quảng bá FM thương mại sử dụng một phần của băng VHF - băng tần quảng bá
FM)
Máy thu FM sử dụng một bộ tách sóng đặc biệt cho các tín hiệu FM và đưa
ra một hiện tượng gọi là hiệu ứng bắt, bộ cộng hưởng có thể thu tốt hai đài đang
được phát song trên cùng một tần số. Tuy nhiên, trôi tần hay thiếu độ chọn lọc
có thể làm một đài hoặc tín hiệu bị vượt quá bởi đài hoặc tín hiệu khác trên một
kênh lân cận. Trôi tần thường xảy ra trên các máy bay rất cũ và không đắt tiền,
trong khi độ chọn lọc không thích hợp có thể làm ảnh hưởng tới bất kỳ bộ cộng
hưởng nào.
Một tín hiệu FM cũng có thể được sử dụng để mang một tín hiệu stereo:
xem stereo FM. Tuy nhiên, điều này được thực hiện bằng cách ghép và tách
kênh trước và sau quá trình FM. Phần còn lại của bài viết này bỏ qua quá trình
ghép và tách kênh stereo được sử dụng trong "stereo FM", và tập trung vào các

12


Trường: Đại học công nghiệp Hà Nội

Khoa: Điện tử

quá trình điều chế và giải điều chế FM, chúng giống hệt nhau trong các quá trình
stereo và mono.
Một bộ khuếch đại chuyển mạch tần số vô tuyến hiệu suất cao cũng có thể
được sử dụng để phát các tín hiệu FM (và các tín hiệu biên độ không đổi khác).
Đối với cường độ tín hiệu nhất định (đo tại anten máy thu), các bộ khuếch đại
chuyển mạch sử dụng nguồn công suất thấp và có giá thành thấp hơn so với bộ
khuếch đại tuyến tính. Điều này mang lại cho FM một lợi thế khác so với các
biểu đồ điều chế khác sử dụng các bộ khuếch đại tuyến tính như AM và QAM.
FM thường được sử dụng ở các tần số vô tuyến VHF cho phát thanh quảng
bá chất lượng cao (xem quảng bá FM). Âm thanh TV thường cũng được phát
sóng bằng FM. Một băng tần hẹp được sử dụng cho thông tin thoại trong thương
mại và vô tuyến nghiệp dư. Trong các dịch vụ quảng bá, âm thanh trung thực là
quan trọng, FM băng rộng thường được sử dụng trong các dịch vụ này. Trong vô
tuyến hai chiều, FM băng hẹp (NBFM) được sử dụng để tiết kiệm băng thông
cho các trạm vô tuyến di động mặt đất, di động hàng hải và nhiều dịch vụ vô
tuyến khác.
1.9.4. Hỗn hợp
Ma-níp dịch tần là điều chế tần số sử dụng chỉ một số tần số rời rạc. Truyền
dẫn mã Morse được thực hiện bằng cách này, như hầu hết các modem đường
dây điện thoại đời đầu.] Radioteletype cũng sử dụng FSK. Điều chế FM cũng
được sử dụng trong các ứng dụng đo xa, radar, khảo sát địa chấn và mô hình
động kinh EEG của trẻ sơ sinh.

13


Trường: Đại học công nghiệp Hà Nội

Khoa: Điện tử

CHƯƠNG II. THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH PHẦN PHÁT

2.1. Các thông số kỹ thuật:
- Nguồn cung cấp: 230V AC, 50Hz.
- Nguồn cấp cho IC: +12V, -12V
- Dải tần số chức năng đồng bộ chung: 100Hz đến 1Khz, và 1Khz đến
10Khz. Biên độ 0 đến 2Vp-p
- Điều chế FM : điều chế điện kháng và điều chế cảm kháng.
- Tần số trung tâm: 455Khz
- Bộ đổi tần (mixer)

14


Trường: Đại học công nghiệp Hà Nội

Khoa: Điện tử

2.2. Thiết kế mạch bằng phần mềm chuyên dụng:
2.2.1. Power supply (Khối nguồn cung cấp):
Sơ đồ nguyên lí:

Hình 8
Sơ đồ mạch in:

Hình 9

15

Trường: Đại học công nghiệp Hà Nội

Khoa: Điện tử

2.2.2. Audio pre-amplifier
Sơ đồ nguyên lí:

Hình 10
Sơ đồ mạch in:

16


Trường: Đại học công nghiệp Hà Nội

Khoa: Điện tử

Hình 11
2.2.3. Varactor modulator
Sơ đồ nguyên lí

Hình 12
Sơ đồ mạch in

17


Trường: Đại học công nghiệp Hà Nội

Khoa: Điện tử

Hình 13
2.2.4. Function generator
Sơ đồ nguyên lí

Hình 14
Sơ đồ mạch in

18


Trường: Đại học công nghiệp Hà Nội

Khoa: Điện tử

Hình 15
2.2.5. Mixer (Khối trộn tần)
Sơ đồ nguyên lí

Hình 16

19


Trường: Đại học công nghiệp Hà Nội

Khoa: Điện tử

Sơ đồ mạch in

Hình 17
2.2.6. Reactance (PM) modulator
Sơ đồ nguyên lí

Hình 18
20


Trường: Đại học công nghiệp Hà Nội

Khoa: Điện tử

Sơ đồ mạch in

Hình 19

KẾT LUẬN
Nội dung của đề tài là tìm hiểu về bộ điều chế và giải điều chế tần số FM.
Dựa trên cơ sở lý thuyết để thiết kế mạch phát tần số FM theo mô hình COM
311 cho trước. Các bước thực hiện:
- Tìm hiểu lý thuyết
- Thiết kế mạch bằng phần mềm chuyên dụng
- Thi công mạch thực tế
- Kiểm tra mạch bằng máy oscilloscope
Ưu điểm: Hoàn thành mạch đúng thời hạn. Thiết kế mạch thành từng
modul nhỏ theo chức năng nhiệm vụ mỗi khối khác nhau.
Nhược điểm: Một số mạch vẫn chưa đáp ứng được yêu cầu của đề tài.

21

Trường: Đại học công nghiệp Hà Nội

Khoa: Điện tử

22