Giáo trình điện tử thông tin - Chương 3

29

Chơng 3

Máy thu

3.1 Định nghĩa v đặc điểm của máy thu
3.1.1 Định nghĩa
Máy thu l thiết bị đầu cuối trong hệ thống thông tin vô tuyến điện. Máy thu có
nhiệm vụ tiếp nhận v lặp lại tin tức chứa trong tín hiệu chuyển đi từ máy phát dới
dạng sóng điện từ trờng. Máy thu phải loại bỏ đợc các loại nhiễu không mong muốn,
khuếch đại tín hiệu v sau đó giải điều chế nó để nhận đợc thông tin ban đầu. Máy
thu có rất nhiều tham số, nhng chúng ta chủ yếu chỉ xét các chỉ tiêu kỹ thuật cơ bản
của máy thu nh sau:
3.1.2 Đặc điểm máy thu
3.1.2.1 Độ nhạy
Biểu thị khả năng thu tín hiệu yếu của máy thu, đợc xác định bằng sức điện động
cảm ứng tối thiểu, hoặc công suất tối thiểu của tín hiệu tại anten để bảo đảm cho máy
thu lm việc bình thờng, nghĩa l:
+ Đối với máy thu tơng tự thì nó phải bảo đảm tỉ số tín hiệu trên nhiễu (S/N) yêu cầu
tại đầu vo máy thu
+ Đối với máy thu số thì nó phải bảo đảm đạt đợc tỉ lệ lỗi bit BER cho trớc, ứng với
một tốc độ bít nhất định.
Độ nhạy thờng đợc đo bằng microvolt, microwatt, picowatt...
Muốn nâng cao độ nhạy của máy thu thì hệ số khuếch đại của nó phải lớn v mức
tạp âm nội bộ của nó phải thấp (giảm tạp âm của tầng đầu).
ở tần số cao (f>30MHz) độ nhạy của máy thu thờng đợc xác định bằng công
suất chứ không phải bằng sức điện động cảm ứng trên anten.
3.1.2.2 Độ chọn lọc

l khả năng chèn ép các dạng nhiễu không phải l tín hiệu cần thu. Nghĩa l độ
chọn lọc l khả năng lựa chọn tín hiệu ra khỏi các loại nhiễu tồn tại ở đầu vo máy thu.
Độ chọn lọc đợc ký hiệu:
1
0
=
f
e
A
A
S




30

+ A
o
: l hệ số khuếch đại tại tần số f
0
+ A
f
: l hệ số khuếch đại tại tần số f
Độ chọn lọc thờng đợc tính bằng đơn vị dB
eedB
Slog20S =

Đặc tuyến chọn lọc lý tởng của máy thu có dạng chữ nhật, nghĩa l trong dải
thông B biên độ tín hiệu không đổi.

3.1.2.3 Chất lợng lặp lại tin tức
Đợc đánh giá bằng độ méo của tín hiệu (méo phi tuyến, méo tần số, méo pha),
chủ yếu l xét độ méo ở tầng khuếch đại công suất âm tần để cho tín hiệu ra loa không
bị biến dạng so với tín hiệu đa tới bộ điều chế của máy phát. Ngoi ra ta còn phải xét
đến các chỉ tiêu khác của máy thu nh công suất ra, dải tần số công tác, tính ổn định
của biên độ v tần số.
Các máy thu đợc phân loại tơng tự nh đối với máy phát.
3.2 Sơ đồ khối tổng quát của máy thu
3.2.1 Máy thu khuếch đại trực tiếp





Lọc
băng
thông
Kh Đại
Cao
Tần
Từ
anten
Giải
điều
chế
KĐCS
Âm tần
Thiết bị
cuối
Hình 3.2 Sơ đồ khối đơn giản của máy thu khuếch đại trực tiếp

Việc nâng cao độ nhạy v độ chọn lọc của máy thu ny bị hạn chế bởi những lý
do sau đây:
+ Số tầng khuếch đại không thể tăng lên một cách tuỳ ý vì khi số tầng cng tăng thì
tính ổn định của bộ khuếch đại cao tần cng giảm (tụ ký sinh C
bc
có thể gây ra dao
động tự kích). Ngoi ra, khi số tầng cng tăng thì số mạch cộng hởng cũng tăng lm
hệ thống điều chỉnh cộng hởng phức tạp, cồng kềnh v đắt tiền.
+ Tần số cao khó đạt đợc hệ số khuếch đại lớn.
+ Tần số cng cao thì dải thông cng rộng (B=f
o
/Q), lm giảm độ chọn lọc của máy
thu. Muốn dải thông hẹp phải dùng mạch cộng hởng có hệ số phẩm chất cao, có khi
vợt quá khả năng chế tạo.
+ Do không dùng đợc các hệ thống cộng hởng phức tạp nên không có khả năng đạt
đặc tuyến tần số có dạng chữ nhật lý tởng.


31
Để khắc phục những nhợc điểm trên, ngời ta chế tạo ra các máy thu đổi tần có
sơ đồ khối nh sau:
3.2.2 Máy thu đổi tần
Máy thu đổi tần đợc biểu diễn nh hình 3.3. Tín hiệu cao tần đã đợc điều chế
(AM, FM, PM) nhận đợc từ anten, qua mạch vo (bộ lọc băng thông) để lọc lấy kênh
tín hiệu muốn thu v hạn chế nhiễu, qua bộ khuếch đại cao tần RF đợc đa vo bộ đổi
tần để biến thnh tín hiệu trung tần, với qui luật điều chế không đổi. Tần số trung tần
đợc giữ không đổi.

Trộn
tần
Mạch
vo
Dđộng
nội
Thiết bị
cuối
KĐCS
âm tần
Tách
sóng
KĐTTKĐ
CT
Khối đổi
kênh
Hình 3.3 Sơ đồ khối tổng quát của máy thu đổi tần
Thực chất của bộ đổi tần l thực hiện phép nhân tần số. Nó bao gồm bộ dao động
nội tạo tần số cao tần hình sine v bộ trộn tần. Bộ trộn l một phần tử phi tuyến hay
một phần tử tuyến tính có tham số thay đổi tuần hon. Quá trình trộn tần sẽ tạo ra tổ
hợp các tần số khác nhau, khi m, n cng lớn thì biên độ tín hiệu cng nhỏ, trong thực tế
ta chỉ sử dụng tín hiệu tơng ứng với m, n nhỏ ( m=n=1), tách chúng ra bằng mạch

cộng hởng. So với máy thu khuếch đại trực tiếp thì máy thu đổi tần có những u điểm
sau đây:
+ Có khả năng lựa chọn kênh thu tuỳ ý bằng cách thay đổi tần số dao động nội.
+ Tần số tín hiệu đợc hạ thấp thnh tần số trung tần nên có thể dùng nhiều mạch
khuếch đại trung tần để đạt hệ số khuếch đại ton máy cao, m vẫn bảo đảm tính ổn
định cho máy thu. Số tầng trung gian không bị hạn chế (8-10).
+ Do trung tần không đổi nên mạch cộng h
ởng có kết cấu đơn giản, gọn, giá thnh rẽ
v không bị hạn chế trong máy thu. Nó thờng l những mạch cộng hởng đôi để tăng
hệ số phẩm chất v tăng dải thông.



32

+ Do tần số trung tần không đổi nên có thể sử dụng những hệ thống cộng hởng phức
tạp (nh bộ lọc tập trung) để đạt đợc đặc tuyến tần số lý tởng.
3.3 Sơ đồ khối tổng quát của máy thu đổi tần AM
Để giữ cho biên độ điện áp ra gần nh không đổi dới tác dụng của hiện tợng
pha đinh v nhiều nguyên nhân khác nhau, ta sử dụng mạch tự động điều chỉnh độ
khuếch đại AGC. Khi máy thu AM yêu cầu chất lợng cao, ta sử dụng mạch tự động
điều chỉnh tần số AFC.

Trộn
tần
Mạch
vo
Dđộng
nội
Thiết bị
cuối

KĐCS
âm tần
TSóng
AM
KĐTTKĐCT
Khối đổi
kênh
AGC

Hình 3.4 Sơ đồ khối tổng quát của máy thu đổi tần AM
3.4 Sơ đồ khối tổng quát của máy thu đơn biên SSB
Máy thu đơn biên khác với các máy thu khác ở chỗ có nhiều bộ đổi tần để đa
phổ của tín hiệu tần số cao về miền tần số thấp. Nó gồm có 5 khối chính sau đây:
+ Khối tuyến tính bao gồm: mạch vo (MV), khuếch đại cao tần (KĐCT1), đổi tần 1
(ĐT1), khuếch đại trung gian 1 (KTG1), v đổi tần 2 (ĐT2). Trong khối ny, tín hiệu
đợc đổi tần 2 lần nhờ trộn với tín hiệu dao động từ bộ dao động1 v 2.
+ Khối tách sóng bao gồm: Lọc thông dải (LTD), khuếch đại trung gian 2 (KTG2), đổi
tần 3 (ĐT3) v tách sóng biên độ (TSBĐ).
+ Khối tự động điều chỉnh độ khuếch đại (AVC) bao gồm: mạch lọc dải hẹp (LDH),
khuếch đại trung gian 3 (KTG3) v AVC.
+ Khối tự động điều chỉnh tần số (AFC) bao gồm: Dao động 4 (DĐ4), đổi tần 4 (ĐT4),

đổi tần 5 (ĐT5), hạn chế biên độ (HCBĐ), tách sóng tần số (TSTS), v bộ điều khiển
(ĐK).


33
+ Khối khuếch đại công suất âm tần (KĐCSÂT).
*Hoạt động của mạch:
Tín hiệu cao tần từ anten vo mạch vo, đợc khuếch đại nhờ mạch KĐCT, qua
đổi tần 1 để đổi xuống tần số trung gian nhờ phối hợp với dao động 1, đợc khuếch đại
nhờ khuếch đại trung gian 1, qua đổi tần 2 v đến mạch lọc thông dải hạn chế nhiễu v
lọc lấy tín hiệu hữu ích. Sau đó tín hiệu đợc nâng biên độ nhờ bộ khuếch đại trung
gian 2 v đợc đa vo bộ đổi tần 3 để trộn với tín hiệu hình sine từ bộ dao động 3, có
tần số sóng mang phụ f
m
=38KHz . Tín hiệu ra đợc đa vo bộ tách sóng biên độ (đơn
giản chỉ gồm Điode v R,C) để tạo lại tín hiệu âm tần. Sau đó, tín hiệu âm tần để đa
vo tầng khuếch đại âm tần để đa ra loa.

M
V
K
Đ
CT
Đ
T3
K
T
G2
LT
D
Đ
T2
K
T
G1
Đ
T
1
TS
B
Đ

D
Đ
1
D
Đ
2
L
D
H
K
T
G3
D
Đ
3
A
VC
Đ
K
D
Đ
4
Đ
T
4
TS
TS
Đ
T
5

H
CB
Đ
K
Đ
Â
T
Khối tuyến tính
Khối tách són
g Khối KĐCSÂT
Khối tự động điều
chỉnh độ khuếch đại
Khối tự động
điều chỉnh
tần số AFC
f
m
=38KHz
f
p
f
p
-f
4
f
m
f
4
f
p

f
4
-f
m
Hình 3.5 Sơ đồ khối tổng quát của máy thu đơn biên
f
1
V
DK

Đối với máy phát có phát một phần tần số sóng mang phụ 38KHz thì máy thu có
thêm bộ phận khôi phục tần số sóng mang phụ v mạch tự động điều chỉnh tần số


34

AFC. Khi đó, tín hiệu trung tần tại điểm A đồng thời đợc đa vo bộ lọc dải hẹp,
lọc lấy tần số sóng báo f
p
=38KHz, khuếch đại nhờ KTG3, rồi đa vo bộ đổi tần 4 để
trộn với tần số ổn định f
4
từ bộ dao động 4 (dao động thạch anh). Tín hiệu hiệu f
p
-f
4
lại
đợc đa vo bộ đổi tần 4 để trộn với tần số sóng mang phụ f
m
(từ bộ dao động 3). ở

đầu ra ta nhận đợc tín hiệu (f
p
-f
4
-f
m
). Tín hiệu ny qua bộ hạn chế biên độ, vo tách
sóng tần số, rồi đa đến bộ điều khiển của hệ thống tự động điều chỉnh tần số f
1
. Điện
áp đầu ra của bộ điều khiển V
đk
=0 khi f
p
=f
m
. Khi f
p

f
m
thì V
đk

0, điều khiển cho f
1
thay đổi sao cho nhận đợc f
p
=f
m

.
3.5 Sơ đồ khối tổng quát của máy thu đổi tần FM










Trộn
tần
Mạch
vo
Dao
động
nội
Thiết
bị
cuối
KĐCS
âm tần
Tách
sóng
FM
KĐ
TT
KĐ

CT
AFC
Khối đổi
kênh
Hình 3.6 Sơ đồ khối tổng quát của máy thu đổi tần FM

Về cơ bản nó giống sơ đồ khối máy thu AM, trong đó trung tần f
tt
=10,7 MHz
v bộ tách sóng l bộ tách sóng tần số. Để tránh hiện tợng điều biên ký sinh gây méo
tín hiệu sau tách sóng, ta đặt bộ hạn chế biên độ ngay trớc bộ tách sóng tần số hoặc sử
dụng bộ tách sóng tỉ số vì nó có mạch hạn biên. Đối với máy thu đổi tần FM, độ ổn
định tần số yêu cầu rất cao nên bắt buộc phải có mạch AFC.
3.6 Mạch vo của máy thu
3.6.1 Đặc điểm chung
Mạch vo l mạch điện nối liền anten với đầu vo của máy thu. Nó có đặc điểm
nh sau:
- truyền đạt tín hiệu từ anten vo máy thu
- l phần quan trọng quyết định chất lợng máy thu