Tài liệu Soạn giáo trình môn Kỹ Thuật Truyền Thanh, chương 12 pdf

chương 12:
QUÁ TRÌNH TRUYỀN
SÓNG ĐIỀU TẦN FM
1. Mạch điều biến FM trực tiếp:
Mạch điều biến FM trực tiếp là quá trình điều biến góc mà tần số
sóng mang thay đổi trực tiếp bởi tín hiệu điều biến. Hình ((4-5) là sơ đồ
nguyên lý đơn giản của máy phát FM trực tiếp, mạch bao gồm L và C
m
. L
và C
m
là khối xác đònh tần số chuẩn của mạch dao động LC. Tụ điện,
microphone là bộ chuyển đổi mà nó biến đổi năng lượng âm thanh thành
năng lượng cơ học, năng lượng cơ học này được sử dụng để làm thay đổi
khoảng cách giữa các bản cực của C
m
và làm thay đổi điện dung của nó.
Khi C
m
thay đổi tần số cộng hưởng.
Hình (4-5: Mạch điều biến FM trực tiếp đơn giản.
Như vậy tần số ngõ ra của mạch dao động sẽ thay đổi trực tiếp
theo nguồn âm thanh bên ngoài. Quá trình này gọi là điều tần trực tiếp do
tần số mạch dao động thay đổi trực tiếp bởi tín hiệu điều biến và sự thay
đổi tần số tỷ lệ với biên độ tín hiệu điều biến.
 Mạch điều biến dùng diode varactor:
L

RFC
RFC
RFC

R1
Cc
Cc
Cc
Cc
R3
R2
VD1
Q1
Thạch anh
Vcc
Ngõ vào t/h
điều biến
Ngõ ra FM






L

Mạch
dao động
Nguồn tín hiệu âm
thanh
Ngõ ra
Microphone
Cm
 


Hình 4-6 : Mạch điều biến FM trực tiếp dùng diode varactor
Hình 4-6 là sơ đồ nguyên lý thực tế của máy phát FM trực tiếp sử
dụng diode varactor để thay đổi tần số của mạch dao động thạch anh. R
1
và R
2
phân áp DC và phân cực ngược diode varactor VD
1
và xác đònh tần
số tónh của mạch dao động. Điện áp tín hiệu điều biến bên ngoài biến
thiên từ dương đến âm, thiên áp DC làm thay đổi điện dungcủa diode và
làm thay đổi tần số dao động của mạch. Bán kì dương của tín hiệu điều
biến gia tăng làm phân cực ngược VD
1
đồng thời làm giảm điện dung của
VD
1
sẽ làm tăng tần số dao động. Ngược lại ở bán kì âm của tín hiệu
điều biến làm giảm tần số dao động. Mạch điều biến dùng diode varactor
hiện nay rất thông dụng vì nó hoạt động đơn giản, độ tin cậy cao và có
sự ổn đònh của mạch dao động thạch anh. Tuy nhiên do sử dụng mạch dao
động thạch anh nên độ lệch tần số đỉnh bò giới hạn đến giá trò tương đối
nhỏ. Thường chúng được ứng trong những mạch điều biến chỉ số thật
thấp như thông tin vô tuyến di động hai chiều.
Hình ((4-7) là sơ đồ nguyên lý đơn giản của mạch dao động điều
khiển bằng điện áp (VCO) trong máy phát FM. Diode varactor lại được
sử dụng làm biến đổi biên độ tín hiệu điều biến để làm thay đổi tần số.
Tần số trung tâm của mạch dao động được xác đònh như sau:
f

c
=
LC2
1
(Hz) (4-26)
Trong đó:
L : Điện cảm cuộn sơ cấp của T
1
(H).
C : Điện dung của diode varactor (F).
Khi có một tín hiệu điều biến đặt vào thì tần số là :
f =
CC(L 2
1
(Hz) (4-27)
Trong đó:
f: Tần số mới của mạch dao động.
C
: Sự thay đổi điện dung của diode varactor theo tín hiệu điều
biến.
Sự biến đổi tần số là:

f = f
c
-f  (4-28)
Hình 4-7: Mạch điều biến FM với mạch dao động VCO sử dụng
diode varactor.
 Mạch điều biến FM dùng trở kháng:
Hình 4-8 trình bày sơ đồ nguyên lý của mạch điều biến trở kháng
sử dụng FET là một linh kiện tích cực. Dạng mạch này được gọi là mạch

điều biến trở kháng, vì FET cũng giống như mạch LC làm thay đổi trở
kháng của tải. Tín hiệu điều biến làm thay đổi trở kháng của Q
1
, điện
kháng này làn thay đổi tần số cộng hưởng của mạch dao động.
Hình 4-8b vẽ mạch tương đương AC,R
1
, R
3
, R
4
, R
c
phân cực DC
xoay chiều của mạch. Mạch điện hoạt động như: giả sử FET là lý tưởng
(dòng cực cổng i
g
= 0).
V
g
= i
g
R
i
g
=
V
R jXc
V
g

=
V
R jXc
R
Dòng cực máng của JFET là :
i
d
= g
m
V
g
= g
m
V
R jXc
R
Trong đó:

Vcc
Cc
Cc
C
b0
T1
VD1
Q1
Ngõ ra FM
Ngõ vào t/h
điều biến





g
m
: Độ hổ dẫn của JFET.
Trở kháng giữa cực drain và đất là : Z
d
=
V
i
d


Zd =
R jX
m
C
g R

=
1
1
g
jX
R
m
C
( )

Giả sử R X
c
ta được Z
d
= -j
X
R
C
= -j
RCgf
mm
2
1
g R
m C
là đại lượng làm thay đổi điện dung và tỷ lệ nghòch với
điện trở R, vận tốc góc của tín hiệu điều biến ( 2
m
f
) và độ hổ dẫn (
g
m
)
của Q
1
.
Hình 4-8: Mạch điều biến trở kháng dùng JFET.
(a) Sơ đồ nguyên lý.
(b) Mạch điện tương đương AC.
Sự biến đổi điện dung làm thay đổi điện áp gate- source. Khi tín

hiệu điều biến đưa vào đầu cuối của R
3
làm điện áp gate - source thay
đổi và tỷ lệ với sự thay đổi của g
m
. Kết quả Z
d
của mạch là một hàm tín
hiệu điều biến. Cho nên tần số cộng hưởng của mạch dao động là một
hàm theo biên độ của tín hiệu điều biến, tỷ lệ này thay đổi bằng với f
m
.
Thay thế R và C bằng trở kháng biến đổi sẽ cảm ứng tốt hơn dung tính
nhưng không làm ảnh hưởng đến dạng sóng FM tại ngõ ra. Độ lệch tần số
cực đại thu được từ mạch điều biến cảm kháng khoảng 5 Khz.
i
d
(b)
(a)
Ce
L1
Ngõ vào tín hiệu
điều biến
Ngõ
vào
mạch
dao
động
Q1 JFET
C

C1
V
DD
R4
R1
Rc
Re
R3R
i
g
C
Q1
V
V
g
R

 




 



 Mạch điều biến FM trực tiếp sử dụng vi mạch tổ hợp tuyến
tính:
Mạch dao động điều khiển bằng điện áp (VCO) được sử dụng
trong mạch tổ hợp tuyến tính và máy phát chức năng có thể tạo ra dạng

sóng FM trực tiếp tương đối ổn đònh, chính xác và tỷ lệ thuận với tín
hiệu điều biến ngõ vào. Khuyết điểm khi sử dụng các vi mạch tuyến tính
và máy phát chức năng của mạch điều biến FM là công suất ra thấp là
phải có thêm những thành phần bên ngoài như : điện trở, tụ điện đònh thời
để xác đònh tần số và nguồn cung cấp.
Hình 4-9: Sơ đồ nguyên lý đơn giản của máy phát FM trực tiếp LIC
Hình 4-9 vẽ sơ đồ khối giản lược của máy phát chức năng đơn
khối tổ hợp tuyến tính có thể được sử dụng để phát FM trực tiếp, tần số
trung tâm VCO được xác đònh bằng tụ điện và điện trở đònh thời bên
ngoài (R và C). Tín hiệu điều biến ngõ vào kết hợp với tần số VCO để
tạo dạng sóng FM ngõ ra. Mạch nhân analog và bộ nắn hình (sine sẽ
chuyển tín hiệu VCO dạng sóng vuông ở ngõ ra thành dạng sóng sine và
qua mạch khuếch đại lần nữa để đệm sóng ra. Tần số ra của mạch điều
biến là:
f = (
f f N
C
  )
Trong đó: N : Cônhg suất nhiễu


f : Độ lệch tần số đỉnh bằng biên độ đỉnh của tín hiệu điều
biến nhân với độ nhạy của mạch VCO. Máy phát chức năng sử dụng
mạch tổ hợp tuyến tính và mạch dao động điều khiển bởi điện áp VCO
f
m
=N(f
c
+
f

)
Mạch khuếch
đại công suất
Mạch sửa
dạng sóng
sine
Mạch nhân
Analog Xn
Mạch VCO
f
0
KHz/V
Ngõ vào tín
hiệu điều
biến
R
C