Tài liệu Soạn giáo trình môn Kỹ Thuật Truyền Thanh, chương 8 ppt

Chương 8:
Sơ đồ mạch điện trong
máy thu AM
- Mạch khuếch đại RF:
Mạch khuếch đại RF có hệ số khuếch đại cao, hệ số nhiễu thấp là
mạch khuếch đại điều hưởng được. Khi sử dụng, đây là tầng hoạt động đầu tiên
khi tiếp xúc với tín hiệu thu được. Chức năng chính của tầng RF là lựa chọn,
khuếch đại và là thay đổi độ nhạy. Như vậy khuếch đại RF có những đặc điểm
ch1nh như sau:
Nhiễu nhiêt độ thấp
Hệ số nhiễu thấp
Hiệu suất khuếch đại vừa đủ lớn
Hai thông số quan trọng nhất của máy thu là hiệu suất khuếch đại và
hiệu suất nhiễu. Cả 2 đều phụ thuộc vào tầng RF. Mạch giải điều biến AM (đôi
khi còn được gọi là mạch tách sóng) tách lấy biên độ của sóng đã đưọc điều
biến và chuyển chúng thành dạng sóng có biên độ thay đổi được ở ngõ ra.
Thường biên độ tín hiệu do nhiễu sinh ra cũng được giải điều biến, cho nên dẫn
đến sự dao động tại ngõ ra của mạch điều giải và chất lượng của tín hiệu được
giải điều biến bò giảm. Hiệu suất khuếch đại tín hiệu thư ûnghiệm lớn hơn và rõ
hơn đưọc truyền đến máy thu và bò làm thay đổi biên độ tại ngõ vào của mạch
giải điều biến, sự thay đổi này do nhiễu gây. Biểu thức Vn=
4RTKB
ta thấy
rằng điện áp nhiễu truyền đi tỷ lệ thuận với căn bậc hai của nhiệt độ, băng
thông và độ cảm trở nhiễu, cho nên nếu 3 thông số này đạt cực tiểu thì nhiễu
nhiệt độ sẽ giảm.
Nhiệt độ của tầng RF được làm giảm bằng cách làm nguội khối cao tần
của máy thu bằng quạt gió hoặc ngay cả chất “helium” trong những máy thu
đắt tiền. Băng thông được làm giảm bằng cách sử dụng mạch khuếch đại và
mạch lọc điều hưởng được. Đại lượng cảm nhiễu được làm giảm bằng cách sử
dụng thành phần cấu trúc đặt biệt của chất bán dẫn đối với những linh kiện tích

cực. Đo lường hệ số nhiễu bằng cách cộng thêm tiếng ồn vào mạch khuếch
đạïi. Như vậy, hệ số nhiễu được cải tiến (được làm giảm) bằng cách làm giảm
nhiễu đâøu ra của mạch khuếch đại RF.
Méo biến điệu tương hổ và méo sóng hài cả 2 đều là méo phi tuyến,
nó làm tăng hệ số nhiễu bằng cách cộng thêm nhiễu tương ứng với quang phổ
tổng của nhiễu. Hoạt động của mạch trở nên tuyến tính hơn giảm tần số ảnh
bằng cách kết hợp mạch khuếch đại RF với sự giảm tần số ảnh của mạch tiền
lựa chonï để làm giảm băng thông vào máy thu, ngăn được tần số ảnh đi vào
tầng trộn/chuyển đổi.
Hình 3-8 trình bày các mạch khuếch đại RF thường được sử dụng.
Khuếch đại RF là một thông số tương đối đơn giản. Có nghóa là tín hiệu phải có
tần số vừa đủ lớn để được bức xạ bởi Anten và được lan truyền trong không
gian tự do dưới dạng sóng điện từ. Tần số RF của băng sóng AM nằm giữa dải
tần số 53 KHz và 1605 KHz. Tần số RF của sóng viba khoảng 1 Ghz. Thông
thường tần số trung tần được sử dụng trong máy thu FM là 10,7 Mhz.Tần số
trung tần này cao hơn tần số RF của băng sóng AM. Tần số RF là tín hiệu được
bức xạ đi, tín hiệu thu được IF là tín hiệu trung tần trong máy phát và máy thu.
Hình 3.8a trình bày sơ đồ nguyên lý của mạch khuếch đại RF dùng transistor
lưỡng cực C
a
,C
b
,C
c
và L
1
là dạng mạch ghép Anten. Q
1
được phân cực làm viêïc
ở chế độ A để làm giảm méo phi tuyêùn. Mạch cực thu để ghép biến áp với

mạch trộn / chuyẻân đổi thông qua T
1
. T
1
điều hưởng kép để tăng tính lựa chọn,
C
x
,C
y
là tụ thoát tín hiệu RF. Hình dạng đặc biệt của chúng cho thấy rằng
chúng được cấu tạo giống như tụ “feedthrough”. Tụ feedthrough có độ tự cảm
thấp nó ngăn một phần tín hiệu khỏi bức xạ tại ngõ ra của chúng. C
n
là tụ trung
hòa một phần tín hiệu ở mạch thu được phản hồi về cực nền của mạch để bù
vào tín hiệu phản hồi từ cực thu đến cực nền thông qua tụ tại đầu ra để ngăn
chặn dao động xảy ra. Tụ C
4
liên lạc với tụ C
n
bằng tín hiệu AC để điều khiển
tín hiệu phản hồi. Dạng trung hòa này gọi là dạng trung hòa không nối đất.
Hình 3-8b trình bày mạch khuếch đại sử dụng transistor hiệu ứng
trường 2 cực cổng. Mạch này sử dụng DEMOS-FET. Đặc điểm của FET là
tổng ngõ vào cao và nhiễu thấp. FET là linh kiện hoạt động theo nguyên lý góc
vuông. FET chỉ tạo ra sóng hài bậc 2 và thành phần méo biến điệu tương hỗ. Vì
vậy méo phi tuyến thấp hơn transistor lưỡng cực. Q
1
được phân cực khuếch đại
ở chế độ A nên hoạt động tuyến tính. T

1
đều hưởng được để chọn tần số sóng
mang thích hợp đồng thời làm tăng độ nhạy của máy thu và cải tiến hệ số
IFRR, L
5
là cuộn cảm cao tần và liên lạc với tụ C
5
băng tín hiệu RF.
Hình 3-8c trình bày sơ đồ nguyên lý của mạch khuếch đại đặc biệt được
gọi là mạch khuếch đại cascode. Mạch khuếch đại cascode có hiệu suất cao
hơn và nhiễu thấp hơn.

(a)

(b)
Từ Anten
đến
L2
C
Ca
Q1
Cc
Cc
L3
Cc
C
B
L1
R1
C1

R2
Cy
Cx
Đến
mạch






 



L1
L5
L2
Vcc
Vcc
Cc
R2
Cpb
R3
Q1
Cc
C5
C2
R1
R4

C1
Từ Antena
đến
Đến mạch
trộn / chuyển
đổi






Hình 3-8 : Các dạng mạch khuếch đại RF
(a) Mạch khuếch đại RF dùng transistor lưỡng cực
(b) Mạch khuếch đại RF dùng DEMOS-FET
(c) Mạch khuếch đại dùng mạch cascode
thấp hơn mạch cascode chuẩn. Những linh kiện trong mạch hoạt động tích cực
hơn transistor lưỡng cực hoặc FET. Q
1
và Q
2
có chung một nguồn nuôi và ngõ ra
mạch khuếch đại được phối hợp tổng trở. Bởi vì,tổng trở ngõ vào của Q1,Q2
thấp nên không cần phải trung hòa. Tuy nhiên, sự trung hòa sẽ làm giảm hệ số
nhiễu rất đáng kể. Cho nên, L
2
, R
1
và C
2

được mắc thêm vào để tạo đường
phản hồi cho sự trung hòa. Q
2
khuếch đại cực gate chung vì yêu cầu tổng trở
vào của Q
2
thấp để không bò trung hòa.
 Mạch khuếch đại có hệ số nhiễu thấp:
Đi với máy thu viba chất lượng cao yêu cầu mạch khuếch đại phải có
hệ số nhiễu thấp (LAN) nhưng đầu vào RF phải có hệ số nhiễu là tối ưu.
Tầng đầu tiên của mạch khuếch đại phải có nhiễu thấp, hiệu suất
khuếch đại phải cao. Điều này rất khó thực hiện đối với mạch khuếch đại đơn.
Cho nên, LAN chỉ có ở tầng thứ 2 của khối khuếch đại, với sự phối hợp tổng
V
DD
La
Lb
L2
L
L
L
Le
Ld
R
R
C2
C
C
Cc
Cc

Q2
R1
Q1
Ce
Cc
T1
Ca
Từ
Anten
đến
Đến mạch trộn /
chuyển đổi
(c)


 
 

 



trở để nâng cao chất lượng của mạch. Tầng đầu tiên có hệ số khuếch đại thật
cao đồng thời phải hạn chế nhiễu.
Mạch khuếch đại có hệ số thấp được phân cực làm việc ở chế độ A sử
dụng transistor silic lõng cực hoặc transistor hiệu ứng trường hoạt động với tần
số khoảng 2 GHz và lớn hơn khoảng tần số này đối với FET GaAs. Loại đặc
biệt của FET.
GaAs thường được sử dụng nhất MESFET. MESFET là FET sử dụng
mối nối bán dẫn kim loại tại cực gate của linh kiện,gọi là lớp chắn shottky.

 Mạch khuếch đại RF sử dụng vi mạch tổ hợp tuyến tính:
NE/SA 5200 (hình 3-9) loại dải rộng, ổn đònh, công suất thấp. Mạch
khuếch đại RF tổ hợp tuyến tính RF độ lợi kép được chế tạo bởi signetic
corparation. NE/SA 5200 hoạt động với nguồn nuôi DC, tần số làm việc
khoảng 1200 MHz và có hệ số nhiễu thấp. NE/SA 5200 thừa hûng những ưu
điểm của những mạch so sánh rời rạc, nó không cần thành phần cơ bản bên
ngoài như điện trở, tụ điện. Nó chiếm khoảng không gian nhỏ trên mạch in.
NE/SA5200 cũng được thiết kế với công suất thấp để giảm công suất tiêu thụ
trong quá trình sự dụng.
Sơ đồ khối của NE/SA5200 được trình bày trên hình 3-9a và sơ đồ
nguyên lý được vẽ trên hình 3-9b. Chú ý rằng hai mạch khuếch đại dải rộng
được phân cực với cùng một nguồn nuôi. Mỗi tầng khuếch đại có hệ số nhiễu
3,6dB và hệ số khuếch đại khoảng 11dB. NE/SA5200 có thể xem như một
mạch khuếch đại cascode, chân Enable có thể sử dụng dải rộng cải tiến của
máy thu. Mức tín hiệu ngõ vào cao có thể làm NE/SA5200 ngưng hoạt động.
Khi bò ngưng hoạt động tín hiệu vào âm thanh khoảng 13 dB ngăn chặn sự quá
tải của máy thu





AMP1
AMP2
VccOUT2
GND2
IN2
OUT1
IN1
ENNABLE

GND1
4
3
2
1
8
765
(a)
NE/SA 5200