Che tao mach phat FM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

VIỆN ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG

BÁO CÁO: BÀI TẬP LỚN
HỆ THỐNG VIỄN THÔNG
Đề tài: thiết kế mạch phát FM

Nhóm sinh viên thực hiện :
Nguyễn Hữu Nghĩa ĐT10
Nguyễn Dụng Phi

ĐT01

Đào Việt Hùng

ĐT01

Lê Thanh Tuyền

ĐT01

Nguyễn Ngọc Thái ĐT06


MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU..........................................................................................................1
1. Cơ sở lý thuyết FM................................................................................................2
1.1. Những khái niệm cơ bản.................................................................................2
 Khái niệm về tín hiệu âm tần ( Audio ) :......................................................2

 Khái niệm về tín hiệu cao tần và sóng điện từ..............................................2
1.2. Lý thuyết điều tần...........................................................................................3
1.3. Biểu thức........................................................................................................4
1.4. So sánh AM và FM.........................................................................................5
2. Thiết kế hệ thống...................................................................................................6
2.1. Chỉ tiêu kỹ thuật:............................................................................................6
2.2. Sơ đồ khối:.....................................................................................................6
2.3. Sơ đồ chi tiết...................................................................................................7
 Khối khuếch đại âm tần................................................................................7
 khối điều chế:.............................................................................................10
 Khối khuếch đại cao tần:............................................................................11
 Sơ đồ nguyên lý hoàn chỉnh:......................................................................12
 Layout........................................................................................................13
TÀI LIỆU THAM KHẢO.......................................................................................15


Bài tập lớn hệ thống viễn thông

LỜI NÓI ĐẦU
Trong truyền dẫn vô tuyến để đưa tín hiệu có tần số thấp như âm
thanh, tiếng nói đi xa cần có những kĩ thuật để điều chế đưa lên tần số
cao, ở nới thu sẽ thực hiện giải điều chế để thu được tín hiệu âm tần
mong muốn, điều chế gồm có điều chế tương tự và điều chế số, trong
điều chế tương tự chia làm điều chế biên độ (AM), điều chế tần số
(FM), điều chế pha (PM). Mỗi phương pháp đều có những ưu, nhược
điểm riêng và được sử dụng tùy vào từng ứng dụng cụ thể
Hệ thống thu phát sử dụng điều chế FM được sử dụng rộng rãi
trong phát thanh Radio trong dải tần 88 – 108 MHz, truyền hình audio,
ứng dụng quảng bá…do ưu điểm về khả năng chống nhiễu cao, hiệu
quả sử dụng công suất và chất lượng thu tốt hơn AM. Tuy nhiên do

mạch phát và thu phức tạp hơn AM do đó giá thành cũng cao hơn, ứng
dụng phổ biến trong micro không dây.
Với sự hướng dẫn của PGS.TS Vũ Văn Yêm và ThS Nguyễn
Anh Quang nhóm chúng em đã thực hiện đề tài mạch FM này, mạch
phát ở 1 tần số trong dãy tần radio để tận dụng máy thu radio sẵn có.
Do kiến thức và kinh nghiệm làm mạch còn hạn chế nên không tránh
khỏi những sai sót trong quá trình thiết kế và chế tạo mạch. Rất mong
nhận được sự đóng góp ý kiến của các thầy để bài báo cáo được hoàn
thiện hơn.Em xin cảm ơn.

1


Bài tập lớn hệ thống viễn thông

1. Cơ sở lý thuyết FM
1.1. Những khái niệm cơ bản
 Khái niệm về tín hiệu âm tần ( Audio ) :
Tín hiệu âm tần là tín hiệu của sóng âm thanh sau khi được đổi thành
tín hiệu điện thông qua Micro.
Sóng âm thanh là một dạng sóng cơ học truyền trong không gian,
khi sóng âm thanh va chạm vào màng Micro làm cho màng Micro rung
lên, làm cho cuộn dây gắn với màng Micro được đặt trong từ trường
của nam châm dao động, hai đầu cuộn dây ta thu được một điện áp cảm
ứng => đó chính là tín hiệu âm tần .
Tín hiệu âm tần có giải tần từ 20Hz đến 20KHz và không có khả
năng bức xạ thành sóng điện từ để truyền trong không gian, do đó để
truyền tín hiệu âm tần đi xa hàng trăm, hàng ngàn Km. Người ta phải
giử tín hiệu âm tần cần truyền vào sóng cao tần gọi là sóng mang, sau
đó cho sóng mang bức xạ thành sóng điện từ truyền đi xa với vận tốc

ánh sáng.
 Khái niệm về tín hiệu cao tần và sóng điện từ.
Tín hiệu cao tần là các tín hiệu điện có tần số trên 30KHz, tín hiệu cao
tần có tính chất bức xạ thành sóng điện từ. Thí dụ trên một dây dẫn có tín hiệu
cao tần chạy qua , thì dây dẫn có một sóng gây can nhiễu ra xung quanh, đó
chính là sóng điện từ do dòng điện cao tần bức xạ ra không gian.
Sóng điện từ : Là sóng truyền dẫn trong không gian với vận tốc bằng vận
tốc ánh sáng, có tần số từ 30KHz đến hàng ngàn MHz, cong người đã sử dụng
sóng điện từ trong các lĩnh vực thông tin , vô tuyến điện , truyền thanh, truyền
hình, trong đó Radio là lĩnh vực truyền thanh chiếm giải tần từ 30KHz đến
2


Bài tập lớn hệ thống viễn thông

khoảng 16MHz với các sóng điều chế AM, và từ 76MHz đến 130MHz với
các sóng điều chế FM.
1.2. Lý thuyết điều tần
Điều tần là quá trình ghi tín hiệu tin tức ở tần số thấp vào một dao động
ở tần số cao làm biến đổi ần số theo tín hiệu tin tức. Trong điều tần, tín hiệu
điều tần thay đổi quanh tín hiệu tải tin. Phương pháp này khác với phương
pháp thay đổi biên độ của sóng mang hay còn gọi là điều chế biên độ –
amplitude modulation (AM) . Trong kỹ thuật truyền thông tương tự , giá trị
của tín hiệu mang tin sẽ ảnh hưởng trực tiếp lên tần số của sóng mang.
Mục đích của điều chế là chọn một phổ tần thích hợp cho việc
truyền thông tin, với các tần số sóng mang khác nhau người ta có thể
truyền nhiều tín hiệu có cùng phổ tần trên các kênh truyền khác nhau
của cùng một đường truyền
Với mạch điều chế tần số thì sóng mang có biên độ không đổi,
nhưng tần số thay đổi theo biên độ của tín hiệu âm tần, khi biên độ tín

hiệu âm tần tăng thì tần số cao tần tăng, khi biên độ âm tần giảm thì tần
số cao tần giảm. Như vậy sóng mang FM có tần số tăng giảm theo tín
hiệu

3


Bài tập lớn hệ thống viễn thông

1.3. Biểu thức
 Giả sử tín hiệu điều chế : m(t) = .sin(t)
 Sóng mang có dạng : (t) = .sin(t)
 Tín hiệu FM có dạng:
(t) = .sint + .sin(t)]
Trong đó :biên độ sóng mang

: tần số sóng mang
: tần số tín hiệu điều chế
= hệ số điều chế
 Pha đầy đủ : = t) + .sin(t)
Tần số tức thời : = = t) + sin(t)
 Dạng phổ:
4


Bài tập lớn hệ thống viễn thông

Udt = Umt cos (ωt.t + mf Sin ωs t) có thể biểu diễn dạng chuỗi mà hệ số
là các hàm Bessel loại 1 bậc K.
Udt = Umt cos (ωt.t + mf Sin ωs t)

=Umt + J0(mf) cos ωtt + Umt ∑J2k(mf)[sin(ωt + 2kωs)t + sin (ωt- 2k
ωs)t] + Umt ∑ J2k+1(mf)[cos(ωt + (2k+1)ωs)t - cos (ωt- (2k+1) ωs)t] +...
Tín hiệu điều tần có vô số thành phần tấn số, trong diều tần dải hẹp
∆fmax << ωs do đó mf << 1. Nên các thành phần tần số cao bằng 0, còn 3
thành phần tần số ωt ,ωt +ωs ,ωt - ωs

1.4. So sánh AM và FM
Điều chế biên độ AM :
- Công suất sóng mang không tải lớn, vô ích
- Công suất cao tần tải tin nhỏ của hai biên như nhau và phụ thuộc
vào hệ số điều chế
- Hiệu suất kém
- Tính chống nhiễu kém do thông tin nằm ở biên độ và nhiễu trắng tác
động lên biên độ do đó chất lượng âm thanh bị hạn chế
- Phát ở tần số tương đối thấp khoảng từ 4-23 MHz
- Có khả năng truyền đi xa hàng ngàn km
1. Thiết kế hệ thống
1.5. Chỉ tiêu kỹ thuật:
Yêu cầu chức năng:
+ công suất nhỏ <10W
+ dải tần 76MHz đến 108MHz
+ tín hiệu bên có chất lượng tốt, cự li phát 15-20m
+ ổn định tần số phát
+ cài đặt và thay đổi tần số phát mong muốn
Yêu cầu phi chức năng:
5


Bài tập lớn hệ thống viễn thông

+ mạch nhỏ, gọn, tiết kiệm chi phí tối đa
+ độ bền cơ học cao,hoạt động ổn định
1.6. Sơ đồ khối:

Mic

Khuếch đại âm tần

Khuếch đại âm tần

Mạch ra+antennn

Mp3

Điều chế

Chức năng từng khối:

- KĐ âm tần: khuếch đại âm tín hiệu âm tần đến mức cần thiết để đưa
vào khối điều chế
- Khối điều chế: tạo ra dao động cao tần trộn với tín hiệu âm tần tạo
thành tín hiệu cao tần
- KĐ cao tần: tạo ra công suất cần thiết theo yêu cầu công suất ra của
máy phát
- Mạch ra: Phối hợp trở kháng giữa tầng khuếch đại cao tần với anten để
có công suất ra tối ưu nhất

6

Bài tập lớn hệ thống viễn thông

1.7. Sơ đồ chi tiết
 Khối khuếch đại âm tần

- Gồm 2 tầng khuếch đại tranzitor mắc E chung ghép trực tiếp với nhau.
Hệ số KĐ của mỗi tầng lần lượt là K1 và K2. Hệ số KĐ toàn mạch là
K=K1.K2
- ở chế độ 1 chiều : ( tính toán cho 1 tầng mắc E chung)
=.
= =
=
- chế độ xoay chiều:
= //
= ////
= ( do E nối tắt )
= 300 + (1+)
=
=Điện áp đầu ra : = ..
Với áp đầu vào 5V và các giá trị linh kiện như trên mạch
Ura = 350Uvao.

7


Bài tập lớn hệ thống viễn thông

8

Bài tập lớn hệ thống viễn thông

Kết quả mô phỏng:
Uvao:

Ura:

9


Bài tập lớn hệ thống viễn thông

 khối điều chế:

Nguyên lý:

- Mạch tạo dao động tương đương với mạch dao động 3 điểm điện dung:
- Tần số dao động:
=
là điện dung kí sinh giữa 2 tiếp giáp B và C trên tranzito
Tín hiệu tin tức làm thay đổi điện dung kí sinh trên tranzito, kết hợp
với làm thay đổi tần số của mạch dao động 3 điểm điện dung => tín
hiệu điều tần.
- Tụ C3 nối tầng từ tầng khuếch đại âm tần sang tầng điều chế
- Tụ R1, C2 tạo điểm làm việc 1 chiều cho tranzito
- C4 hồi tiếp dương.
Do các phần mềm mô phỏng thường lí tưởng hóa tranzito nên kết quả
mô phỏng sẽ không thấy rõ, có thể kiểm chứng bằng các thiết bị thu
thanh hay oxilo.

10


Bài tập lớn hệ thống viễn thông

 Khối khuếch đại cao tần:

Khuếch đại tín hiệu cao tần cả về dòng và áp => khuếch đại công suất.
Tín hiệu vào : (FM)

11


Bài tập lớn hệ thống viễn thông
Tín hiệu ra:

 Sơ đồ nguyên lý hoàn chỉnh:

12


Bài tập lớn hệ thống viễn thông

 Layout

13


Bài tập lớn hệ thống viễn thông

TÀI LIỆU THAM KHẢO
 Kỹ thuật mạch điện tử - Phạm Minh Hà

 Electronic devices
 Internet và một số nguồn khác

14