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

Trường: Đại học công nghiệp Hà Nội

Khoa: Điện tử

MỞ ĐẦU
Ngày xưa con người thường dùng phương pháp có trong tự nhiên như lửa,
tiếng nói để truyền tín hiệu cho nhau .Từ đó ,cuộc sống con ngừơi ngày càng
được nâng cao .Con người đã không ngừng nghiên cứu và học hỏi .Các hiện
tượng tự nhiên được con người phát hiện ra những ưu điểm của chúng và tìm
cách phát triển rộng hơn .Sau đó chúng ta nâng lên một bước về truyền thông tin
cho nhau qua đường cáp . Đường cáp có một ưu điểm là truyền nhanh, ổn định,
ít bị tác động của môi trường ngoài, nhưng bị hạn chế về khoảng cách và khả
năng cơ động không cao . Để khắc phục được vấn để này con người đã phát
minh ra vô tuyến .Có nhiều loại vô tuyến sử dụng tần số khác nhau nhưng tần số
FM là tần số được sử dụng khá nhiều .Do đó mạch phát và thu FM đã ra đời
.Mạch phát và thu FM khá gọn nhẹ dể duy chuyển và hoạt động với độ ổn định
cao.

1


Trường: Đại học công nghiệp Hà Nội

Khoa: Điện tử

LỜI CẢM ƠN
Trong quá trình làm đồ án 1 chúng em đã được thầy BÙI NHƯ PHONG
hướng dẫn và giúp đỡ chúng em hoàn thành đề tài đồ án 1.
Tuy nhiên với vốn kiến thức cũng như kinh nghiệm thực tế còn hạn hẹp
nên không tránh khỏi những sai sót trong quá trình làm đồ án. Chúng em rất
mong được thầy cô và các bạn giúp đỡ và góp ý kiến để chúng em tiếp thu được

vốn kiến thức và kinh nghiệm hoàn thiện hơn.
Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy BÙI NHƯ PHONG cùng các thầy
cô và các bạn đã hướng dẫn và góp ý kiến tạo điều kiện thuận lợi cho chúng em
hoàn thành đồ án 1 của mình.

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
LỜI CẢM ƠN
NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN
CHƯƠNG 1. LÝ THUYẾT CỦA SỰ BIẾN ĐIỆU TẦN SỐ
1.1. Sự hình thành tần số ở tiếng nói con người
1.2. Một hệ thống truyền tin đơn giản
1.3. Ưu điểm của FM
1.4. Nhược điểm của FM
1.5. Dải thông của tín hiệu FM
1.6. Quá trình truyền tải FM
1.7. Quá trình điều chế
1.8. Quá trình giải điều chế tín hiệu FM

1.9. Ứng dụng

Trang

5
7
8
9
9
9
10
10
11

CHƯƠNG II. THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH PHẦN THU
2.1. Các thông số kỹ thuật

15

2.2. Thiết kế mạch bằng phần mềm chuyên dụng
2.2.1. Khối nguồn cung cấp

15
15

2.2.2. Amplitude limiter (455khz)

16

2.2.3. Phase look loop detecter

16

2.2.4. Low pass filter

17

2.2.5. Audio amplifier

17

2.2.6. Quadrature detector.

18

2.2.7. Phase detector.

18

2.2.8. Foster seeley and ratio detector.

19

4


Trường: Đại học công nghiệp Hà Nội

Khoa: Điện tử

CHƯƠNG 1. LÝ THUYẾT CỦA SỰ BIẾN ĐIỆU TẦN SỐ

1.10. 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.
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.

5


Trường: Đại học công nghiệp Hà Nội

Khoa: Điện tử

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.

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.

6


Trường: Đại học công nghiệp Hà Nội

Khoa: Điện tử

1. 2. Một hệ thống truyền tin đơn giản:
Một 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.
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.

7


Trường: Đại học công nghiệp Hà Nội

Khoa: Điện tử

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.

Hình 6.

8


Trường: Đại học công nghiệp Hà Nội

Khoa: Điện tử

+ 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.

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.
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

9


Trường: Đại học công nghiệp Hà Nội

Khoa: Điện tử

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.
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.

10


Trường: Đại học công nghiệp Hà Nội

Khoa: Điện tử

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
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

11


Trường: Đại học công nghiệp Hà Nội

Khoa: Điện tử

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
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

12

Trường: Đại học công nghiệp Hà Nội

Khoa: Điện tử

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
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.

13


Trường: Đại học công nghiệp Hà Nội

Khoa: Điện tử

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.

14


Trường: Đại học công nghiệp Hà Nội

Khoa: Điện tử

CHƯƠNG II. THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH PHẦN THU
2.1. Các thông số kỹ thuật:
- Nguồn cung cấp: 230V AC, 50Hz.
- IC dựa vào nguồn cung cấp: +12V, -12V
- Dải tần số chức năng đồng bộ chung: 100Hz đến 1Khz, và 1Khz đến
10Khz. Biên độ 0 đến 2Vp-p
- Giải điều chế FM

- Tần số trung tâm: 455Khz
- Bộ đổi tần (mixer)
- Tiêu chuẩn phụ: kết nối các điểm lại với nhau.

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

2.2.2.

Amplitude limiter (455khz)

15


Trường: Đại học công nghiệp Hà Nội

Khoa: Điện tử

Sơ đồ nguyên lí:

2.2.3. Phase look loop detecter.
Sơ đồ nguyên lí

2.2.4. Low pass filter.

16


Trường: Đại học công nghiệp Hà Nội

Khoa: Điện tử

Sơ đồ nguyên lí

2.2.5. Audio amplifier.
Sơ đồ nguyên lí

2.2.6. Quadrature detector.
17


Trường: Đại học công nghiệp Hà Nội

Khoa: Điện tử

Sơ đồ nguyên lí

2.2.7. Phase detector.
Sơ đồ nguyên lí

2.2.8. Foster seeley and ratio detector.

18


Trường: Đại học công nghiệp Hà Nội

Khoa: Điện tử

Sơ đồ nguyên lí

19